CN102622618A - 一种带匹配天线的射频读写器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有匹配天线的射频读写器，该读写器既能够提高读写灵敏度，也可以使不同类型的射频标签和射频卡获得良好的兼容性。在射频读卡器设计和生产领域，使不同生产企业提供出相同性能的产品，有利于产品标准的统一。

Description

一种带匹配天线的射频读写器

技术领域

本发明涉及射频通信领域，特别是近场无线通信领域，具体涉及一种带有特性匹配天线的射频读写器，可在非接触智能卡及电子标签的领域广泛使用。

背景技术

无线射频通信技术的应用已超过一个世纪，自从电的普及，射频通信就成为我们生活中不可或缺的一部分。近年来，非接触智能卡和电子标签的大量应用，改变了人们的生活习惯。特别是13.56MHz的近场支付方式，已经在交通、门禁、物流、身份管理等诸多领域大范围应用。交通一卡通、门禁卡、物品和商品标签，中国二代身份怔等，大量应用的事实证明新技术的便利性及可行性已经确立。读写器是应用环节中不可或缺的工具，从低频、高频到超高频射频标签，都有对应的读写器进行配套使用。

读写器作为射频标签的信息采集和传输工具，要符合各种类型的射频标签的特性。但目前的读写器天线设计存在一些缺点，无法让不同类型的射频标签达到最佳工作状态。比如在当今非常普及的小额射频电子支付领域，各种形式的射频支付卡，在不同的读写器上表现出非常大的差异性。普通的公交卡，天线尺寸比较大，能够在大多数读写器上使用，而特殊形状的小尺寸卡，如卡通纪念卡、手机卡贴、手机支付卡等，必须在特性匹配的读写器上才能顺利使用。

申请号为200810195059.5的发明专利公开了一种扩大低频或高频读写器阅读范围的天线设计方法，可以解决部分问题。理论上，当输入天线的能量足够大的话，可以让天线平面内的磁力线分布更均匀，以达到在天线覆盖的范围内均能读写。但实际应用过程中，由于射频控制芯片的输出功率有限，当按照200810195059.5的发明专利的方法去做的话，降低了整个天线的灵敏度，使天线的整体性能降低，使大尺寸的射频卡的读写距离缩短。

因此，本发明的带有特性匹配天线的读卡器解决了这一难题。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了带有特性匹配天线的读卡器的概念。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种带有特性匹配天线的读卡器，所述带有匹配天线的射频读写器包含了一台普通射频读写器和特制的匹配天线组成。在读写器设计过程中，不必改变电路设计和零件参数，也不必花时间去调整基础天线的参数。

进一步的，所述的一种带有匹配天线的射频读写器，特制的匹配天线和普通射频读写器的基础天线之间通过感应方式耦合通信。特制天线具有良好的综合阻抗特性，兼顾大尺寸和小尺寸的智能标签或智能卡。

再进一步，所述的一种带有匹配天线的射频读写器，特制的匹配天线和普通射频读写器的天线的平面平行安装。当特制匹配天线和读写器的天线处于平行状态，且距离适当时，天线具有最佳的通信距离和可靠性。

再进一步，所述的一种带有匹配天线的射频读写器，特制的匹配天线和普通射频读写器的天线的平面垂直安装或任意角度安装。当需要实现特殊角度读写功能时，可以将特制匹配天线按要求的角度、弧度等要求安装。

再进一步，所述的一种带有匹配天线的射频读写器，特制的匹配天线和普通射频读写器的天线的平面需要有一定的距离。特制匹配天线和基础天线之间不能紧贴或靠得很近，这样会影响匹配天线的特性，使效果变差。一般是根据基础天线的尺寸大小来确定相互距离。

再进一步，所述的一种带有匹配天线的射频读写器，其特制的匹配天线和原射频读写器的工作频段相同。当匹配天线和基础天线处于相同的频段或频点时，天线产生谐振，此时天线能够发挥最佳工作状态，使读写效果最佳化。

再进一步，所述的特制的匹配天线，可以是薄膜型的可弯折的天线，也可以是刚性的天线。这取决于具体的产品要求。

再进一步，所述的特制的匹配天线，可以安装在读写器内部，也可以安装在读写器表面。安装在读写器内部时，可以使天线免受外部环境的影响，增强读写器的环境适应能力。而安装在读写器表面，可以使读写效果最佳化。

再进一步，所述的特制的匹配天线，可以是一付天线，也可以是多付天线通过特殊的结构排列。大部分情况下，只要一付天线就能够实现所要求的功能，但在特定使用需求下，双天线或多天线的读写器可以使用户使用更方便。

根据上述技术方案形成的一种带有匹配天线的射频读写器和射频标签进行无线射频通信，提高了对各种类型射频卡和射频标签的兼容性，天线的阻抗得到最佳的匹配，其特性不受射频输出电路的影响，完全独立，无须调试即可获得最佳匹配。

一种带有匹配天线的射频读写器，天线可以独立安装在读写器的读写面上，和被读射频标签或射频卡的距离最近化，因此使读卡器的灵敏度大大提升，在各种情况都能增加通信距离。

一种带有匹配天线的射频读写器，可以简化读写器天线设计，降低整体成本，使原来复杂的天线回路简单化。决定整个读写器灵敏度的因素是匹配天线，只要采用合适的匹配天线，均能实现良好的通信效果。

一种带有匹配天线的射频读写器，可以经过多天线的设计，实现立体读写效果。使用者可以根据自身的使用习惯在读写器的前、后、左、右，上、下各个方向方便地读写。

利用本发明的技术可实现读写器天线的统一设计，降低生产行业的技术瓶颈，使不同工厂的产品在应用过程中都能获得相同的效果。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明带正表面特制匹配天线的产品示意图。

图2为本发明特制匹配天线的正面示意图。

图3为本发明特制匹配天线的正面示意图。。

图4为本发明特制匹配天线和原天线及被读器件的三维工作原理图。

图5为本发明带多面组合特制匹配天线的产品示意图。

图6为本发明特制匹配天线和原天线及被读器件的工作原理截面图。

图7为本发明特制匹配单天线安装在外表面的截面示意图。

图8为本发明特制匹配单天线安装在内表面的截面示意图。

图9为本发明特制匹配双天线安装在上下外表面的截面示意图。

图10为本发明特制匹配双天线安装在上下内表面的截面示意图。

图11为本发明特制匹配双天线安装在上外表面及侧外表面的截面示意图。

图12为本发明特制匹配双天线安装在上内表面及侧内表面的截面示意图。

图13为本发明特制匹配三天线安装在上下外表面及侧外表面的截面示意图。

图14为本发明特制匹配三天线安装在上下内表面及侧内表面的截面示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的目的是通过在普通射频读写器的基础上，增加一付或多付匹配天线，形成具有高灵敏度，兼容各种形式的射频卡和射频标签的射频读写器。

特制匹配天线由一组多圈电感式天线和至少一个电容器组成的串联谐振回路组成。如图2和图3所示，通过蚀刻工艺在绝缘基材③的表面形成多圈电感式天线④。串联谐振电容器可以是标准规格的产品，也可以通过平面电容工艺蚀刻而成，如图2和图3中的⑤作为电容器的电极，绝缘基材③作为介质，即形成一个薄膜式电容器。焊盘⑥导通后形成回路，使其成为一个完成的无源串联谐振电路。

上述一种带有匹配天线的射频读写器特别适合应用在13.56MHz通信频段的射频通信系统中，兼容的无线射频通信协议包含ISO14443A、ISO14443B、ISO14443C、ISO15693等；

 [0033] 上述一种带有匹配天线的射频读写器也适合应用在125~130KHz通信频段的射频通信系统中⑩⒀⒁⒂。

实施例一

当普通读写器的内置基础天线过大，会导致对小尺寸电子标签或智能卡读写效果差、有盲区、甚至无法读写。如图1、图4、图7、图8所示，读写器的控制电路⑨将射频信号传输到基础天线⑧，然后通过基础天线⑧将射频信号发射出去。由于天线尺寸过大，磁力线⑾在线圈的附近较集中，而在中心区域密度很低，因此天线中心区域的读写效果比较差。当在读写器①的正表面贴上一付特制匹配天线②后，射频信号⑾从基础天线⑧传输到特制匹配天线②，再通过特制匹配天线②将信号以特制匹配天线②的频率传输到电子标签⑦，使电子标签启动并工作。电子标签⑦将射频信号发送到特制匹配天线②，再传递到基础天线⑧，最后由读写器的处理器对接收的信号进行解调，从而完成了一次完成的射频信号收发的流程。特制匹配天线可以很好地符合电子标签的特性需求，使小型电子标签或智能卡有效地工作。在读写器的天线区域对小尺寸的电子标签或智能卡进行读写，而对于大尺寸的智能卡或电子标签的读写效果保持不变。

实施例二

 当普通读写器的内置基础天线太小，会导致对大尺寸电子标签或智能卡读写效果差、距离近、甚至无法读写。如图1、图5、图7、图8所示，射频信号传输到基础天线⑧，然后通过基础天线⑧将射频信号发射出去。由于天线尺寸太小，磁力线⑾在线圈的中央较集中，有效面积太小，通信距离也较近，因此天线周围区域的读写效果比较差，读写距离较近。当在读写器①的正表面贴上一付特制匹配天线②后，射频信号⑾从基础天线⑧传输到特制匹配天线②，再通过特制匹配天线②将信号以特制匹配天线②的频率传输到电子标签⑦，使电子标签启动并工作。电子标签⑦将射频信号发送到特制匹配天线②，再传递到基础天线⑧，最后由读写器的处理器对接收的信号进行解调，从而完成了一次完成的射频信号收发的流程。特制匹配天线可以很好地符合电子标签的特性需求，使各种电子标签或智能卡有效地工作。当在读写器①的正表面贴上一付特制匹配天线②后，可以在读写器的天线区域对大尺寸的电子标签或智能卡进行读写，而对于小尺寸的智能卡或电子标签的读写效果也有所提高。

实施例三

 在一台读写器的正反两面安装两付天线，在一些特殊的场合可以方便用户使用，也可以提高使用效率。如在工厂的考勤应用中，针对大量的人员考勤的需求，可以将非接触考勤设备安装在两个通道的中央，考勤的人员可以从考勤设备的正面和背面分别进行刷卡通行，使刷卡效率提高一倍。如图9所示，可以将两付特制匹配天线②贴装在读写设备①的塑壳⑿的外侧表面，也可以将两付特制匹配天线②贴装在读写设备塑壳⑿的内侧表面，如图10所示。射频信号从基础天线⑧传输到两付特制匹配天线②，再通过特制匹配天线②将信号以特制匹配天线②的频率传输到电子标签⑦，使两个电子标签启动并工作。电子标签⑦将射频信号发送到特制匹配天线②，再传递到基础天线⑧，最后由读写器的处理器对接收的信号进行解调，从而完成了一次完成的射频信号收发的流程。

实施例四

 在拥挤的公共交通场所，由于人流密集，加上各种身高、身体残疾的人群都要使用，设备安装的位置不方便使用者使用，这时候就需要使读写设备在各个方向都能进行读写。如图11和图12所示的方案是由两个面可以读写的读卡器；而图12和图14所示的方案是由三个面可以读写的读卡器；射频信号从基础天线⑧传输到多付特制匹配天线②，再通过特制匹配天线②将信号以特制匹配天线②的频率传输到电子标签⑦，使电子标签启动并工作。电子标签⑦将射频信号发送到特制匹配天线②，再传递到基础天线⑧，最后由读写器的处理器对接收的信号进行解调，从而完成了一次完成的射频信号收发的流程。

Claims (9)

1.一种带有匹配天线的射频读写器，所述带有匹配天线的射频读写器包含了一台普通射频读写器和特制的匹配天线组成。

2.根据权利要求 1所述的一种带有匹配天线的射频读写器，特制的匹配天线和普通射频读写器的天线之间通过电磁耦合方式通信。

3.根据权利要求 1所述的一种带有匹配天线的射频读写器，特制的匹配天线和普通射频读写器的天线的平面平行安装。

4.根据权利要求 1所述的一种带有匹配天线的射频读写器，特制的匹配天线和普通射频读写器的天线的平面垂直安装或任意角度安装。

5.根据权利要求 1所述的一种带有匹配天线的射频读写器，特制的匹配天线和普通射频读写器的天线的平面需要有一定的距离。

6.根据权利要求 1所述的一种带有匹配天线的射频读写器，其特制的匹配天线和原射频读写器的工作频段相同。

7.根据权利要求 1所述的特制的匹配天线，可以是薄膜型的可弯折的天线，也可以是刚性的天线。

8.根据权利要求 1所述的特制的匹配天线，可以安装在读写器内部，也可以安装在读写器表面。

9.根据权利要求 1所述的特制的匹配天线，可以是一付天线，也可以是多付天线通过特殊的结构排列。

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