CN201887759U - 一种可变方向无源射频信号收发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可变方向无源射频信号收发器，能实现在射频通信器件、射频信号收发设备之间存在射频信号屏蔽状态下，将射频器件发出的微弱信号耦合到可变方向无源射频信号收发器，并将信号放大后再次耦合到射频信号收发设备上，有效增强了小信号通信及屏蔽信号的转移通信。本实用新型的技术，特别适合在手机的无线支付领域，实现真正的无线支付，具有信号收发稳定、零功耗、完全兼容现有设备等优点。

Description

一种可变方向无源射频信号收发器

技术领域

本实用新型涉及射频通信领域，尤其适合手机SIM卡的无线支付应用。

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，受到一致肯定。手机的普遍应用也已经成为现实，如果想把手机和小额无线支付结合在一起应用，就可以更方便，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：

2.4GHz频段的射频卡，起优点是通信距离远，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。

13.56MHz频段的射频卡，是主流的应用频段。现有已经广泛使用的终端设备已形成成熟的网络应用，可兼容。具体方式有SIM卡和射频卡独立工作的模式，也有封装在一个模块内协同工作的模式；但是天线一般都有一个延伸的尾巴，使用不方便，用户可操作性差。

本实用新型的产品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，让用户方便地使用，可以使产品更美观、实用，更符合使用的需求。

发明内容

本实用新型的目的是实现射频小信号绕行金属屏蔽障物并有效读写，增加微弱射频信号的传输方向和距离。

本实用新型的技术适合在所有通信频率的射频通信系统中。

当射频收发设备和②和射频手机卡①之间存在影响射频通信的障碍物⑤（如锂离子电池）时，射频信号无法穿透障碍物，射频信号在障碍物表面形成涡流，信号能量严重衰减，导致①和②之间通信无法实现。

当在障碍物⑤上下两个表面贴装符合此频段特性的吸波材料⑥和⑦，减少射频信号在障碍物⑤表面的信号反射及涡流损耗，形成封闭的磁力线通路。再加入本实用新型中的可变方向无源射频信号收发器④，使射频手机卡①的磁力线方向和可变方向无源射频信号收发器④的天线L1的磁力线方向保持一致，射频信号收发设备端的天线②的磁力线方向和可变方向无源射频信号收发器④的天线L2的磁力线方向保持一致，即可使①和②之间进行有效通信。

射频信号发射设备通过其天线电路②将射频信号发送给可变方向无源射频信号收发器④的一付天线L2，可变方向无源射频信号收发器④在工作频率产生谐振，并同时将信号传递给另一付天线L1，在L1附近的射频手机卡天线①收到L1发送的射频信号，完成了射频信号发射设备②到射频手机卡①的射频信号传输过程。射频手机卡天线①发射出微弱的射频信号。由于射频信号的能量太小，并且被障碍物⑤屏蔽，射频信号收发设备②无法直接接收到射频手机卡天线①所发出的射频信号，必须由可变方向无源射频信号收发器④的其中一付天线L1接收到射频手机卡天线①发出的信号，经过谐振后信号传递到天线L2，再转发给射频信号收发设备②，这样就完成了射频手机卡①到射频信号发射设备②的射频信号传输过程。由此形成了一个完整的射频信号收发链路。

附图说明：

图1为可变方向射频信号收发器的工作原理示意图

图2为非对称天线可变方向射频信号收发器的外观结构图

图3为吸波材料的外观结构图

图4为吸波材料和天线贴合示意图

图5为吸波材料和天线贴合后的效果图

图6为产品的剖面示意图

图7为非对称天线可变方向射频信号收发器的外观结构图

图8为产品的剖面组成结构示意图

图9为产品在开放条件下的扫频频率特性图

图10为产品在贴合了吸波材料后的扫频频率特性图

图11为产品在在屏蔽环境下的扫频频率特性图

图12为成品应用的扫频频率特性图

具体实施方式

就以公共频段的13.56MHz ,为例，具体说明本实用新型的实现方法：

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，以窄频LC谐振方式工作。为获得高Q值特性，电容和电感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0.5 ~5uH,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  为需要的谐振频率，单位是Hz，如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;

比如： 谐振频率为13.56MHz, 电感量为3.8 uH; 则匹配的电容值为：

C=1 / 4*3.1416²*(13.56*10⁶) ²*3.8*10^-9

              = 36.25 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±250KHz,即工作频段为 13.31MHz-13.81MHz。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C1的选择也至关重要，只允许电容有±2.2%精度偏差。以36.25 pF的电容计算，仅允许0.8pF的误差。这在应用上是比较难实现的。通常，我们选用常规的±5%精度的电容来匹配，成本较低，而且一般都有单向精度偏差，我们就利用此特性来获得需要的产品。

当形成产品时，我们选用标称容量的电容器C1，如33pF或39pF ,以降低材料成本。同时进行天线电感量的微调，以实现需要的谐振频率f_o。

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，如图8所示，我们选用成品厚度0.05~0.10 mm的FPC基材6，铜箔5，7和基材6为无胶方式贴合，以获得良好的贴装及弯曲特性。吸波材料3选用0.05mm~0.10mm厚度的材料，胶粘剂4的厚度为0.01mm。离型纸1的厚度不在产品范围，而离型纸和吸波材料见的胶2的厚度为0.01mm产品整体厚度为0.15~0.20mm。

产品加工和使用方法：

第一步：按设计的文件进行FPC的加工，如图2所示；

第二步：贴附吸波材料如图3所示，将A1和A2和FPC的L1，L2对应的位置贴合，过程示意图见图4；

第三步：将产品的L1端对准手机SIM卡的相对电池的位置，撕下离型纸，贴装在手机电池

的背面；然后将产品的另一端L2绕到电池的另一面，撕下离型纸，贴在电池上；

第四步：测试读写灵敏度，一般可达到10~30mm的有效读写距离。

Claims (4)

1.一种可变方向无源射频信号收发器，所述的无源信号收发器包含了两组射频天线和一组平板电容器，其特征在于两组射频天线和平板电容器组成一个串联谐振电路，所述两组天线具有相同的频率特性。

2.根据权利要求1所述的一种可变方向无源射频信号收发器，其特征在于，它是一种被动型无源电路，只有在接收外界相同频率的射频信号后才能工作，其通信末端电路采用LC谐振天线方式进行。

3.根据权利要求1所述的一种可变方向无源射频信号收发器，其特征在于，它是一个双向信号收发器，通过此收发器可将射频通信器件上的微弱的电信号放大并传输到射频收发设备上，同时也可以将射频收发设备上的电信号放大并传输到射频通信器件上。

4.根据权利要求1所述的一种可变方向无源射频信号收发器，其特征在于， 它由2组射频天线和一组谐振电容器组成，两组射频天线和电容器组成串联谐振电路，两组天线的谐振频率相同。

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