CN102708396A

CN102708396A - 采用分离式扩展卡实现手机无线支付的方法

Info

Publication number: CN102708396A
Application number: CN2012101364843A
Authority: CN
Inventors: 陆红梅
Original assignee: SHANGHAI ZHENXIAN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHANGHAI ZHENXIAN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-05-05
Filing date: 2012-05-05
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明提供了一种采用分离式扩展卡实现手机无线支付的方法，分离式扩展卡包括：双头管理卡和大小双头射频信号转移放大器；在双头管理卡上设置了触点、射频天线和芯片；在大小双头射频信号转移放大器上设置了小头天线、大头天线、电容器、吸波材料；通过分离式方案简化安装结构，使普通SIM卡实现手机支付的功能。本发明的方法，特别适合在手机的无线支付领域，具有信号收发稳定、完全兼容现有设备等优点。

Description

采用分离式扩展卡实现手机无线支付的方法

技术领域

本发明涉及射频通信领域，尤其适合手机SIM卡的无线支付领域。

背景技术

智能卡和电子标签的应用，正逐步影响着人民的生活习惯和消费方式。公交一卡通在地铁，公交，出租车等领域的全面应用，极大地方便了人们的小额支付方式，受到广大用户极力推崇。手机是当今最普遍应用的通信产品，手机的小额无线支付功能，可以让用户更方便，更有效，更安全地实现支付。

国内外有许多公司采用各种方法已经初步实现了应用。现在已经在中国试用的产品大致有以下几种：

采用具有NFC功能的手机，直接实现手机小额无线支付功能，这是基于手机内置了近距离无线射频通信模块，用户必须购置新手机才能获得此功能；

采用2.4GHz频段的射频卡，其优点是通信距离远，不需要辅助天线。但是产品价格昂贵，制作工艺复杂，终端设备尚未形成网络应用；

采用13.56MHz频段的射频卡，这是目前主流的应用方式。应用市场的终端设备已形成网络应用，兼容性强。由于手机的电池对高频信号有衰减作用，如果将高频射频天线安装在手机卡内部，射频信号无法有效穿透电池和通信终端进行数据交换。

行业里有几种应用方式：

一种是从将SIM制作成无内置天线的双界面卡，从卡的天线触点焊接了一条长长的尾巴-天线，弯折到电池后面实现手机的无线支付功能；但这种方式，用户必须更换SIM卡，而且引出的天线和SIM连接在一起，用户在充电等拆装电池的情况下，会拖拽带天线，容易造成损坏，使用不方便，用户可操作性差；

另一种方式是将SIM卡做成内置天线的双界面SIM卡，再通过耦合转换天线进行通信。但这种方式必须更换SIM卡，而且当卡槽金属面积较大的情况下，通信效果较差，容易出现无法读卡的情况，使用的兼容性较差。

发明内容

本发明的方法是根据目前的应用需求，解决延伸天线的安装不方便的问题和大金属面卡槽兼容性差的问题，并且用户不必更换手机和SIM卡就能实现手机无线支付的功能，让用户方便地使用，可以使产品改装后更美观、使用方面、使用效果好，更符合实用性的需求。

采用分离式扩展卡实现手机无线支付的方法，所述的分离式扩展卡包括：

双头管理卡和大小双头射频信号转移放大器；

设置在双头管理卡上的触点；

设置在双头管理卡上的射频天线；

设置在双头管理卡上的芯片；

设置在大小双头射频信号转移放大器上的小头天线；

设置在大小双头射频信号转移放大器上的大头天线；

设置在大小双头射频信号转移放大器上的电容器；

设置在大小双头射频信号转移放大器上的吸波材料；

其特征在于，实现手机无线支付的方法如下：

所述的双头管理卡上的芯片具有2个数据输入输出端口（双I/O口）的智能卡芯片，同时具有符合高频频段无线射频通信的功能，由此芯片为核心，和所述的触点及所述的射频天线组成了具有管理手机SIM卡功能并具有无线射频通信功能的双头管理卡；双头管理卡的一头设置了双面各6个或8个触点，触点的形状和位置符合ISO7816的相关标准，和手机SIM卡对应贴合安装；双头管理卡的另一头设置了芯片和射频天线，安装在SIM卡槽外和电池之间的间隙内；

所述的大小双头射频信号转移放大器的小头天线、大头天线和电容器组成的串联谐振电路，能将射频信号从小头天线转移至大头天线并将信号进行无源放大发射出去，同时也可以将射频信号从大头天线转移至小头天线并发射出去，形成一个双向射频信号传输载体。大小双头射频信号转移放大器安装在手机电池的两面，其中小头天线设置在电池的内侧，即于SIM卡对应的一侧，大头天线设置在电池的外侧，即于电池盖对应的一侧；小头天线及大头天线和电池之间设置了吸波材料，以减小电池对天线的射频性能造成影响；在进行手机无线支付时，将安装有分离式扩展卡的手机电池部位靠近无线消费终端，无线消费终端通过天线发出调制的通信请求指令的载波信号，传递到大小双头射频信号转移放大器的大头天线上，然后信号转移到电池内侧的小头天线发射出去，双头管理卡上的射频天线和大小双头射频信号转移放大器的小头天线通过耦合通信，将载波信号传递到芯片进行解调处理，再返回一组确认信号按上述相反的途径传输到无线消费终端，如此反复通信，实现了手机无线支付的功能。

进一步的，所述的分离式扩展卡能适应13.56MHz、6.78 MHz、27.12 MHz频段的频率工作。

再进一步，所述的双头管理卡除芯片区域的厚度为50-160um。

再进一步，双头管理卡上的射频天线为采用蚀刻工艺获得的设置在薄膜基材边缘的多圈环绕的线圈，线圈的两端和芯片的射频信号输出端连接。

再进一步，所述的双头管理卡上的芯片具有VCC、GND、RESET、CLOCK、I/O1、I/O2、RF1、RF2的8个功能端口，其中VCC为电源供电端，GND为电源和信号地端，RESET为复位信号端，CLOCK为时钟信号端，I/O1和I/O2为数据输入输出端，RF1和RF2为射频信号端，芯片的厚度为100-350um，通过导电剂和双头管理卡的基板上的焊盘连接起来。

再进一步，所述的大小双头射频信号转移放大器的厚度为50-160um。

再进一步，所述的大小双头射频信号转移放大器上的小头天线和大头天线为采用蚀刻工艺获得的设置在薄膜基材边缘的多圈环绕的线圈，所述大头天线的平面面积是小头天线平面面积的2-5倍，两组线圈的一个端口相连，另一个端口分别连接所述的电容器的两个电极，形成一个LC串联谐振回路。

再进一步，所述的大小双头射频信号转移放大器上的电容器是由正反面导电面重叠形成的薄膜型平板电容器。

再进一步，所述的大小双头射频信号转移放大器上的吸波材料为铁氧体软磁薄膜材料，可有效降低高频信号在电池表面传输的损耗，其厚度为50-200um。

根据上述方法形成的本发明具有以下优点：

采用本发明的分离式扩展卡能够实现手机无线支付的功能；

采用本发明的分离式扩展卡实现手机无线支付的功能，不需要更换手机，也不需要更换SIM卡；

采用本发明的分离式扩展卡实现手机无线支付的功能，SIM卡和电池外侧天线之间没有机械连接；

采用本发明的分离式扩展卡实现手机无线支付的功能，对于大金属面卡槽具有良好的通信效果和兼容性。

附图说明：

图1为分离式扩展卡实现手机无线支付的结构示意图；

图2为双界面手机卡直接引出天线示意图；

图3为分离式扩展卡的双头管理卡和普通SIM卡连接的电原理图；

图4为分离式扩展卡的大小双头射频信号转移放大器的电原理图。

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。

目前市场上已经完成的技术方案，如图2所示，将SIM卡加工成为具有8个功能触点的双界面智能卡，其中VCC、GND、RST、CLK、I/O这5个触点的功能和普通SIM卡完全相同，新增的RF1和RF2连接双界面芯片的射频信号端。在需要实现手机无线支付的功能时，需要在RF1和RF2两端连接一组多圈环绕的射频天线，天线的尺寸较大，一般为电池面积的2/3甚至更大，以获得理想的通信距离。安装时将天线引出并设置在电池和电池盖之间，天线和电池间还要采用吸波材料加以隔离，以减小电池对天线的影响。

上述的方案存在两个严重的问题：一是用户必须更换SIM卡，用户不能实现独立的功能扩展，必须依赖运营商进行发卡才能使用，且双界面SIM卡制作成本高，加工困难。二是SIM卡和天线连接后成为一个整体，对用户使用时造成不便，比如拆装电池时会拉扯到天线的连接部位，造成损伤。

本发明的分离式扩展卡实现手机无线支付的方法，通过双头管理卡上安装的双界面和双I/O功能芯片和普通SIM卡紧密贴合后，将普通SIM卡转变成为具有射频通信功能的无线手机支付卡；再通过分离式的大小双头射频信号转移放大器将双头管理卡上的射频信号耦合放大后传输到手机外和读写终端进行通信，完成了分离式扩展卡实现手机无线支付的方法，进而提供的技术解决方案，实施具体如下：

参见图3的分离式扩展卡的双头管理卡和普通SIM卡连接的电原理图，分离式扩展卡的双头管理卡2上的触点222和普通SIM卡3之间通过接触连接点23进行连接，双头管理卡的VCC、GND、RST、CLK和普通SIM卡的VCC、GND、RST、CLK对应连接，而双头管理卡的I/O2和普通SIM卡的I/O连接。

双头管理卡2的一头触点端22是设置在薄膜基材正反面的两组触点，卡的尺寸和手机SIM卡相当，其中一组222和普通SIM卡连接，另一组221和替代普通SIM卡的触点和手机卡槽连接。

双头管理卡2的另一头天线端21是设置在薄膜基材上的芯片及射频天线。芯片为非常薄的封装体，其厚度为100~350um之间，通过焊接剂和薄膜基材上的焊盘连接起来。射频天线为一组多圈环绕的天线，天线的两个端口和芯片的射频信号端口连接。

参见图4的分离式扩展卡的大小双头射频信号转移放大器的电原理图，大小双头射频信号转移放大器的大头111，是设置在薄膜基材上的多圈环绕的射频天线和薄膜电容器114组成的串联电路，大头的尺寸是小头尺寸的2~5倍。大小双头射频信号转移放大器的小头121，是设置在薄膜基材上的多圈环绕的射频天线组成，小头的尺寸和双头管理卡的天线端相当。小头天线的两个端口和大头天线和电容器串联形成的两个端口相连接，形成一个完整的高频串联谐振电路，就以常用的13.56MHz为例，具体说明本发明的工作原理：

在13.56MHz 通信频段（HF频段），射频天线以感性天线为主，通信天线以平面线圈作为通信手段，以串联LC谐振方式工作。为获得高Q值特性，电容（C）和电感（L）的匹配应做到尽量合理化。在此13.56MHz频段，经验值为先确定天线的电感量，总谐振电感量一般在4 ~6.5uH比较合适，通过公式计算谐振电容值；

C=1/4π²f²L

π：为圆周率常数，一般取3.1416；

f：为设定的谐振频率，单位是Hz，在本例中为13.56MHz, 即 13.56*10⁶Hz；

L：为设计的谐振电感量，单位是H（亨利）; 1uH=10^-9H；

C：即为需要匹配的电容值，单位是F（法拉）；1F=10¹²pF;

在谐振频率为13.56MHz，电感量为5 uH；则匹配的电容值为：

C=1 / 4*3.1416²*(13.56*10⁶)²*5*10^-9

= 25.34 pF。

根据行业应用的需要，13.56MHz射频通信产品的谐振频率的误差范围一般为±300KHz,即工作频段为 13.26MHz-13.86MHz。为保证谐振频率的一致性和稳定性，我们采用高精度蚀刻FPC工艺制作电感天线L1和L2。按此种工艺生产的产品，可以实现± 1.5%精度的电感量。由此造成的谐振频率误差为±100KHz；谐振电容（C）的选择也至关重要，只允许电容有±2.5%精度偏差。以25.34 pF的电容计算，允许0.6pF的误差，保证谐振电路工作在要求的频段内。

在手机中应用，我们考虑到产品的厚度尽量薄，才不会影响到手机原来的机械结构。因此，我们选用成品厚度0.05~0.15 mm的聚酰亚胺基材，导电层厚度为10~20um，为无胶方式贴合，以获得良好的贴装及弯曲特性。

参见图1的分离式扩展卡实现手机无线支付的结构示意图，在手机外壳7内，安装了具有SIM卡卡槽5的基板6，隔板8为将电池安装面和基板零件区域隔离的绝缘材料。安装分离式扩展卡的方法如下：

第一步：将SIM卡3从卡槽5中取出；

第二步：将双头管理卡2的触点端一头的SIM卡连接面和SIM卡3的触点面通过不干胶贴合，贴合时要注意四边对齐；

第三步：将贴有双头管理卡的SIM卡插入卡槽5，双头管理卡2的天线端一头自然平放在隔板8的表面；

第四步：将大小双头射频信号转移放大器1的大小两头的电池安装面贴附对应尺寸的吸波材料101和102，吸波材料选用50um~200um厚度的可弯折型铁氧体软磁材料，以减小电池对天线的性能造成影响；

第五步：将安装了吸波材料的大小双头射频信号转移放大器1贴装到电池4的两个表面，其中大小双头射频信号转移放大器1的大头天线安装在电池4靠近电池盖9的一面，小头天线安装在电池4靠近SIM卡的一面，小头的安装位置和双头管理卡2的天线端重叠对应；

第六步：将安装了大小双头射频信号转移放大器的电池装入手机，盖上电池盖，即完成了分离式扩展卡的硬件安装过程；

第七步：配合手机消费的软件，即实现分离式扩展卡手机无线支付的功能。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述说明书的限制，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.采用分离式扩展卡实现手机无线支付的方法，所述的分离式扩展卡包括：

双头管理卡和大小双头射频信号转移放大器；

设置在双头管理卡上的触点；

设置在双头管理卡上的射频天线；

设置在双头管理卡上的芯片；

设置在大小双头射频信号转移放大器上的小头天线；

设置在大小双头射频信号转移放大器上的大头天线；

设置在大小双头射频信号转移放大器上的电容器；

设置在大小双头射频信号转移放大器上的吸波材料；

其特征在于，实现手机无线支付的方法如下：

所述的大小双头射频信号转移放大器的小头天线、大头天线和电容器组成的串联谐振电路，能将射频信号从小头天线转移至大头天线并将信号进行无源放大发射出去，同时也可以将射频信号从大头天线转移至小头天线并发射出去，形成一个双向射频信号传输载体；

所述的大小双头射频信号转移放大器安装在手机电池的两面，其中小头天线设置在电池的内侧，即于SIM卡对应的一侧，大头天线设置在电池的外侧，即于电池盖对应的一侧；小头天线及大头天线和电池之间设置了吸波材料，以减小电池对天线的射频性能造成影响；在进行手机无线支付时，将安装有分离式扩展卡的手机电池部位靠近无线消费终端，无线消费终端通过天线发出调制的通信请求指令的载波信号，传递到大小双头射频信号转移放大器的大头天线上，然后信号转移到电池内侧的小头天线发射出去，双头管理卡上的射频天线和大小双头射频信号转移放大器的小头天线通过耦合通信，将载波信号传递到芯片进行解调处理，再返回一组确认信号按上述相反的途径传输到无线消费终端，如此反复通信，实现了手机无线支付的功能。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的分离式扩展卡能适应13.56MHz、6.78 MHz、27.12 MHz频段的频率工作。

3.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的双头管理卡除芯片区域的厚度为50-160um。

4.权利要求1所述的方法，其特征在于，双头管理卡上的射频天线为采用蚀刻工艺获得的设置在薄膜基材边缘的多圈环绕的线圈，线圈的两端和芯片的射频信号输出端连接。

5.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的双头管理卡上的芯片具有VCC、GND、RESET、CLOCK、I/O1、I/O2、RF1、RF2的8个功能端口，其中VCC为电源供电端，GND为电源和信号地端，RESET为复位信号端，CLOCK为时钟信号端，I/O1和I/O2为数据输入输出端，RF1和RF2为射频信号端，芯片的厚度为100-350um，通过导电剂和双头管理卡的基板上的焊盘连接起来。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的大小双头射频信号转移放大器的厚度为50-160um。

7.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的大小双头射频信号转移放大器上的小头天线和大头天线为采用蚀刻工艺获得的设置在薄膜基材边缘的多圈环绕的线圈，所述大头天线的平面面积是小头天线平面面积的2-5倍，两组线圈的一个端口相连，另一个端口分别连接所述的电容器的两个电极，形成一个LC串联谐振回路。

8.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的大小双头射频信号转移放大器上的电容器是由正反面导电面重叠形成的薄膜型平板电容器。

9.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的大小双头射频信号转移放大器上的吸波材料为铁氧体软磁薄膜材料，可有效降低高频信号在电池表面传输的损耗，其厚度为50-200um。