CN102780070A - 一种近距离通讯多频段天线装置及其应用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种近距离通讯多频段天线装置，它包括接口模块和与接口模块连接的低频磁耦合线圈、13.56MHz天线模块和2.4GHz射频天线模块，所述低频磁耦合线圈和13.56MHz天线模块之间设有间距，所述低频磁耦合线圈，通过接口模块与主控装置进行连接，发送低频交变磁场将数据传输至移动通讯终端；所述13.56MHz天线模块发射射频信号，通过接口模块与主控装置进行连接，并与移动通讯终端进行数据交互；所述2.4GHz射频天线模块,通过接口模块与主控装置进行连接，并与移动通讯终端进行数据交互。本发明的有益效果是：使得用户操作便捷方便，更易推广。
Description
技术领域
本发明涉及近距离无线通讯领域，尤其是一种近距离通讯多频段天线装置及其应用系统。
背景技术
现有移动支付技术中，为了实现近距离安全支付交易，主要方案有：基于13.56MHz的非接触技术及NFC(Near Field Communication,近距离无线通讯技术)技术方案和基于2.4GHz的RFID-SIM方案。NFC技术方案为工作频段为13.56MHz，其读卡器装置通过13.56MHz天线发射、接收数据实现读卡器与移动终端间的交易。基于2.4GHz的RFID-SIM方案利用低频磁耦合线圈和2.4G射频天线实现近距离无线接收及发送数据实现刷卡交易，低频磁耦合线圈用于距离控制，2.4G射频天线实现读卡器与卡间无线数据交互。中国专利申请200810217967.X公开了该相关技术方法。在多方案共存的市场状态下，现阶段有POS机厂商通过接入该两种不同方案的读卡器模块，设置不同的刷卡交易位置及提醒标识来实现不同用户的刷卡需求，这必然导致用户刷卡前必须判断所持卡片所采用的技术方案和对应的刷卡区域的不便，同时将导致POS机由于设置多个刷卡区域所导致的面积体积增大。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种近距离通讯多频段天线装置及其与应用系统，从而实现同一区域内多频段天线的兼容，能够为用户提供统一刷卡标识区域且能支持多种移动通讯终端。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种近距离通讯多频段天线装置，它包括接口模块和与接口模块连接的低频磁耦合线圈、13.56MHz天线模块和2.4GHz射频天线模块，所述低频磁耦合线圈和13.56MHz天线模块间隔设置，
所述低频磁耦合线圈，通过接口模块与主控装置进行连接，发送低频交变磁场将数据传输至移动通讯终端；
所述13.56MHz天线模块发射射频信号，通过接口模块与主控装置进行连接，并与移动通讯终端进行数据交互；
所述2.4GHz射频天线模块,通过接口模块与主控装置进行连接，并与移动通讯终端进行数据交互。
本发明的有益效果是：本发明将多个频段天线模块集成在一起，使得客户在刷卡时，不用判断所持卡片所采用的技术方案，即卡片收发数据采用的频段，也不用判断哪个刷卡区域适应的刷卡方案，就可以进行刷卡操作，使得用户操作便捷方便，更易推广。
本发明将多个频段天线模块集成在一起，该天线装置所占用的体积和面积减小，并且可以根据安装环境设计不同结构的天线，使得其具有易安装、结构适应性强等有点。
根据各个频段不同特性，利用低频磁耦合线圈和13.56MHz天线模块之间的间距，由于间距的存在使得低频磁耦合线圈和13.56MHz天线模块之间减小干扰，以及解决13.56M卡片的刷卡的盲区问题，并且保持13.56M卡片的刷卡效果。
进一步的，所述13.56MHz天线模块位于所述低频磁耦合线圈的上方，13.56MHz天线模块和所述低频磁耦合线圈之间的间距为1mm～10mm。
进一步的，所述13.56MHz天线模块位于低频磁耦合线圈的下方或13.56MHz天线模块与低频磁耦合线圈位于同一平面，13.56MHz天线模块和所述低频磁耦合线圈之间的水平方向的间距大于5mm。
进一步的，所述13.56MHz天线模块和所述低频磁耦合线圈之间设有抗干扰装置。
进一步的，所述抗干扰装置采用13.56MHz频段的吸波材料或对13.56MHz磁场起导磁作用的铁氧体制成。
采用上述方案的有益效果是：减小干扰，以及解决13.56M卡片的刷卡的盲区问题。
进一步的，所述低频磁耦合线圈和13.56MHz天线模块之间的间距大于5mm。
进一步的，所述低频磁耦合线圈工作频率为100Hz以上，最高工作频率为2MHz，低频磁耦合线圈为为两端开口，中间连续的连接线绕成的线圈。
进一步的，所述低频磁耦合线圈为绕线线圈或PCB线圈，低频磁耦合线圈为方形、圆形或不规则图形。
进一步的，所述13.56MHz天线模块为PCB线圈、FPC线圈或漆包线线圈，13.56MHz天线模块为方形、圆形、弧形、梯形或不顾则图形；或者，所述13.56MHz天线模块为差分天线或单端天线。
进一步的，所述13.56MHz天线模块包括依次相连的滤波电路、放大电路、匹配调整电路、调Q电路和天线，
所述匹配调整电路用于13.56MHz天线模块的调谐，为一个电容或多个电容串联或并联而成；
所述调Q电路用于13.56MHz天线模块Q值的调节，为一个电阻或多个电阻并联或串联而成；
进一步的，所述2.4GHz射频天线模块包括连接在一起的放大电路和天线。
进一步的，所述2.4GHz射频天线模块的天线接口为SMA或SMB同轴电缆线连接接口。
一种近距离通讯多频段天线装置的应用系统，所述的近距离通讯多频段天线装置、主控装置和移动通讯终端，所述近距离通讯多频段天线装置与主控装置和移动通讯终端连接，近距离通讯多频段天线装置与移动通讯终端进行无线数据通讯，所述主控装置用于处理近距离通讯多频段天线装置接收的信号，并通过近距离通讯多频段天线装置将处理后的信号发出。
采用上述方案的有益效果是：天线装置和主控装置分离设计，可以使得用户开发更加自主灵活，
进一步的，所述近距离通讯多频段天线装置和主控装置为一体结构。
采用上述方案的有益效果是：使得开发成本降低。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为本发明低频磁耦合线圈、13.56MHz天线模块和2.4GHz射频天线模块实施例1结构示意图；
图3为本发明低频磁耦合线圈、13.56MHz天线模块和2.4GHz射频天线模块实施例2结构示意图；
图4为本发明低频磁耦合线圈、13.56MHz天线模块和2.4GHz射频天线模块实施例3结构示意图；
图5为本发明近距离通讯多频段天线装置应用系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明一种近距离通讯多频段天线装置的总结构示意图如图1所示，一种近距离通讯多频段天线装置，它包括接口模块1150和与接口模块1150连接的低频磁耦合线圈1110、13.56MHz天线模块1130和2.4GHz射频天线模块1120，所述低频磁耦合线圈1110和13.56MHz天线模块1130间隔设置，即低频磁耦合线圈1110和13.56MHz天线模块1130之间有间距。
所述低频磁耦合线圈1110，通过接口1和接口2与接口模块1150连接，并通过接口模块1150与主控装置进行连接，采用电磁耦合原理发送低频交变磁场将相关数据传输至移动通讯终端；
所述13.56MHz天线模块1130发射射频信号，通过接口3和接口4与接口模块1150连接，并通过接口模块1150与主控装置进行连接，采用电磁耦合原理将能量和数据传输至移动通讯终端，进而完成数据的交互；
所述2.4GHz射频天线模块1120, 通过接口5与接口模块1150连接，并通过接口模块1150与主控装置和移动通讯终端进行连接。
所述低频磁耦合线圈1110工作频率为100Hz以上，最高工作频率为2MHz；
所述低频磁耦合线圈1110为两端开口，中间不间断的连接线绕成的线圈，可以为绕线线圈、PCB线圈；
所述低频磁感应线圈的匝数可以为10至500匝；
所述低频磁耦合线圈1110可以为方形、圆形、梯行等规则图形或不规则图形；
所述2.4GHz射频天线模块1120工作频段为2.4GHz,其接口可以为SMA（Sub-Miniature-A的简称）、SMB (Server Message Block)等同轴电缆线连接接口，并与移动通讯终端进行数据传输；
所述2.4GHz射频天线模块1120包括连接在一起的放大电路和天线；
所述2.4GHz射频天线模块1120可以为陶瓷天线、PCB板天线等各形态的天线；
低频磁耦合线圈1110发送低频交变磁场将相关数据传输至移动通讯终端，移动通讯终端将磁场信号转换为电信号传输给2.4GHz射频天线模块1120将2.4GHz射频天线模块1120激活，进而2.4GHz射频天线模块1120与移动通讯终端之间进行数据交互。
所述13.56MHz天线模块1130工作频率为13.56MHz，所述13.56MHz天线模块发射射频信号，利用电磁耦合原理将能量和数据传输至支持NFC功能的移动通讯终端或13.56MHz卡片，进而完成数据的传输；
所述13.56MHz天线模块1130可以为1匝到12匝的线圈，所述13.56MHz天线模块1130可以为基于PCB材料的线圈，或基于FPC材料的线圈，或漆包线绕制的线圈等多种形态线圈；所述13.56MHz天线模块1130可以为方形、圆形、弧形、梯形或不规则图形；
所述13.56MHz天线模块1130可以为差分天线，也可以为单端天线；
所述13.56MHz天线模块1130可以为包括依次相连的滤波电路、放大电路、匹配调整电路、调Q电路和天线；所述匹配调整电路用于13.56MHz天线的调谐，可以为一个电容或多个电容串联或并联而成；所述调Q电路用于13.56MHz天线Q值的调节，可以为一个电阻或多个电阻并联或串联而成；
本发明近距离通讯多频段天线装置应用时，近距离通讯多频段天线装置1100与主控装置1200连接和移动通讯终端2000连接，近距离通讯多频段天线装置1100与移动通讯终端2000进行无线数据通讯，主控装置1200处理发送和接受信号。
如图5所示，本发明近距离通讯多频段天线装置应用时，所述近距离通讯多频段天线装置1100和主控装置1200可以集成为一体，如：组成读卡器1000，主控装置1200与多频段天线装置1100连接，近距离通讯多频段天线装置1100与移动通讯终端2000进行无线数据传输；主控装置1200处理近距离通讯多频段天线装置1100接收的信号，并通过近距离通讯多频段天线装置1100将处理后的信号发出。
所述低频磁耦合线圈1110和所述13.56MHz天线模块1130均利用电磁耦合的原理来传输能量，处在同一空间中，必将互相产生影响。所述低频磁耦合线圈1110和所述13.56MHz天线模块1130对对方的影响，可以看作金属材料对对方的影响，而金属材料对电磁耦合的隔离和衰减作用是随信号频率的变化而改变的。其中的关键指标即电磁信号的“趋肤深度”。低频磁场其趋肤深度大，透射能力强，金属对其的屏蔽作用减弱，同时其工作波长长，绕射能力强，因此所述13.56MHz天线模块1130对所述低频磁耦合线圈1110的干扰很小，不影响其工作。13.56MHz其趋肤深度小，并且其波长对比100Hz到2MHz的波长更长，其透射和绕射能力均相对较弱，易被所述低频磁耦合线圈1110干扰。
所述2.4GHz射频天线模块1120与13.56MHz天线模块1130和低频磁耦合线圈1110的频段相差较大， 2.4GHz射频天线模块与13.56MHz天线模块1130和低频磁耦合线圈1110的频段之间的干扰可以忽略不计，所以2.4GHz射频天线模块1120的位置可以在本发明近距离通讯多频段天线装置内随意放置。
为减小13.56MHz天线模块1130和低频磁耦合线圈1110之间的互相干扰，13.56MHz天线模块1130位于低频磁耦合线圈1110的上方，或13.56MHz天线模块1130位于不被低频磁耦合线圈1110遮挡的位置等结构，或在13.56MHz天线模块1130和低频磁耦合线圈1110之间设置抗干扰装置。
实施例1：如图2所示，采用层叠式结构，13.56MHz天线模块1130在最顶层，低频磁耦合线圈1110在其正下方，2.4GHz射频天线模块1120位于低频磁耦合线圈1110所围形状的中间，为了屏蔽低频磁感应线圈1110对13.56MHz天线模块1130的干扰，在13.56M天线模块1130和低频磁感应线圈1110间留出一定的间距，1mm到10mm均可行，从而实现13.56MHz磁力线的闭环和能量的向外辐射。
实施例2：如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述13.56MHz天线模块1130和所述低频磁耦合线圈1110之间设有抗干扰装置1140，抗干扰装置1140采用13.56MHz频段的吸波材料或对13.56MHz磁场起导磁作用的导磁材料制成，如：铁氧体，从而实现13.56MHz磁力线的闭环和能量的向外辐射。
实施例3：如图4所示，本实施例与实施例1和实施例2的区别在于：采用平铺结构，13.56MHz天线模块1130在最外层，低频磁耦合线圈1110与13.56M天线模块1130以及2.4GHz射频天线模块1120在同一平面，且低频磁耦合线圈1110与13.56MHz天线模块1130间隔一定距离，低频磁耦合线圈1110与13.56MHz天线模块1130水平方向的间距为5mm以上均可行，利用该间距，13.56MHz天线模块1130所辐射出来的磁场大部分通过该空隙，低频磁耦合线圈1110对其阻挡的辐射能量相当小从而使得13.56MHz天线模块1130能量能辐射出去并不存在盲区。
13.56MHz天线模块1130与低频磁耦合线圈1110还可以不在一个平面上，但是13.56MHz天线模块1130位于不被低频磁耦合线圈1110遮挡的位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：它包括接口模块和与接口模块连接的低频磁耦合线圈、13.56MHz天线模块和2.4GHz射频天线模块，所述低频磁耦合线圈和13.56MHz天线模块间隔设置，
所述低频磁耦合线圈，通过接口模块与主控装置进行连接，发送低频交变磁场将数据传输至移动通讯终端；
所述13.56MHz天线模块发射射频信号，通过接口模块与主控装置进行连接，并与移动通讯终端进行数据交互；
所述2.4GHz射频天线模块, 通过接口模块与主控装置进行连接，并与移动通讯终端进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：所述13.56MHz天线模块位于所述低频磁耦合线圈的上方，13.56MHz天线模块和所述低频磁耦合线圈之间的间距为1mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：所述13.56MHz天线模块位于低频磁耦合线圈的下方或13.56MHz天线模块与低频磁耦合线圈位于同一平面，13.56MHz天线模块和所述低频磁耦合线圈之间的水平方向的间距大于5mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：所述13.56MHz天线模块和所述低频磁耦合线圈之间设有抗干扰装置。
5.根据权利要求4所述的近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：所述抗干扰装置采用13.56MHz频段的吸波材料或对13.56MHz磁场起导磁作用的铁氧体制成。
6.根据权利要求1所述的近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：所述低频磁耦合线圈工作频率为100Hz以上，最高工作频率为2MHz，低频磁耦合线圈为两端开口，中间连续的连接线绕成的线圈。
7.根据权利要求1或6所述的近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：所述低频磁耦合线圈为绕线线圈或PCB线圈，低频磁耦合线圈为方形、圆形或不规则图形。
8.根据权利要求1所述的近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：所述13.56MHz天线模块为PCB线圈、FPC线圈或漆包线线圈，13.56MHz天线模块为方形、圆形、弧形、梯形或不规则图形；或者，所述13.56MHz天线模块为差分天线或单端天线。
9.根据权利要求1所述的近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：所述13.56MHz天线模块包括依次相连的滤波电路、放大电路、匹配调整电路、调Q电路和天线，其中
所述匹配调整电路用于13.56MHz天线模块的调谐，为一个电容或多个电容串联或并联而成；
所述调Q电路用于13.56MHz天线模块Q值的调节，为一个电阻或多个电阻并联或串联而成；
根据权利要求1所述的一种近距离通讯多频段天线装置，其特征在于：所述2.4GHz射频天线模块包括连接在一起的放大电路和天线。
10.一种近距离通讯多频段天线装置的应用系统，其特征在于：它包括如权利要求1-10所述的近距离通讯多频段天线装置、主控装置和移动通讯终端，所述近距离通讯多频段天线装置与主控装置和移动通讯终端连接，近距离通讯多频段天线装置与移动通讯终端进行无线数据通讯，所述主控装置用于处理近距离通讯多频段天线装置接收的信号，并通过近距离通讯多频段天线装置将处理后的信号发出。
11.根据权利要求11所述的近距离通讯多频段天线装置的应用系统，其特征在于：所述近距离通讯多频段天线装置和主控装置为一体结构。
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