CN202217308U - 一种sd卡及其射频识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种SD卡，包括控制器、智能卡芯片、存储器及超材料射频天线，智能卡芯片和存储器分别与控制器连接，超材料射频天线与智能卡芯片连接，所述超材料射频天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线及第二馈线通过耦合方式分别馈入所述第一金属片及第二金属片，所述第一金属片及第二金属片上分别形成有第一微槽结构及第二微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。根据本实用新型的SD卡，采用的是易于小型化的超材料射频天线，可以不需要受限于运营商，实现移动支付等功能，有利于成本的节约与大规模的应用。

Description

一种SD卡及其射频识别系统

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，特别涉及一种SD卡及具有该SD卡的射频识别系统。 

背景技术

随着经济的发展和信息技术的日新月异变化，我国拥有可移动设备，例如手机、PDA、平板电脑等的用户已经超过7亿。在可移动设备中加入支付功能能够减少人们随身携带钱包的不便并使得人们享受随时随地支付的便捷，因此，移动支付受到越来越多的重视，并在可预见的未来具有广阔的商业发展空间。 

目前已经发展的移动支付设备有RFID-SIM卡，即射频识别SIM卡。它通过在SIM卡中内置近距离识别芯片在手机上实现近距离身份识别和金融支付的功能。然而此类射频识别SIM卡受限于电信运营商，并仅能应用于具有通话功能的移动设备上。 

SD卡作为各类移动设备的标准存储卡，得到广泛的应用。使用SD卡实现近距离身份识别和金融支付功能就能摆脱电信运营商的限制。然而由于移动支付的射频频率较低，因此目前的技术方案中，根据传统天线设计方案将导致天线的体积较大，不符合移动设备小型化的发展趋势。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种SD卡，该SD卡集成有小型化的超材料射频天线。 

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是提供一种SD卡，包括控制器、智能卡芯片、存储器及超材料射频天线，所述智能卡芯片和所述存储器分别与所述控制器连接，所述超材料射频天线与所述智能卡芯片连接，所述超材料射频天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二 金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线及第二馈线通过耦合方式分别馈入所述第一金属片及第二金属片，所述第一金属片及第二金属片上分别形成有第一微槽结构及第二微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。 

在本实用新型中，所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔电连接。 

在本实用新型中，所述第一微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构或互补式弯折线结构。 

在本实用新型中，所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构或互补式弯折线结构。 

在本实用新型中，所述第一金属片与第一馈线之间通过容性耦合方式馈电，所述第二金属片与第二馈线之间通过容性耦合方式馈电。 

在本实用新型中，所述SD卡还包括卡基板，所述控制器、智能卡芯片及存储器设置在卡基板的一侧表面上。 

在本实用新型中，所述超材料射频天线设置在卡基板的一侧表面上。 

在本实用新型中，所述超材料射频天线设置在卡基板的内部。 

在本实用新型中，所述第一微槽结构及第二微槽结构通过蚀刻、钻刻、光刻、电子刻或离子刻分别形成在所述第一金属片及第二金属片上。 

根据本实用新型的SD卡，采用的是易于小型化的超材料射频天线，可以不需要受限于运营商，实现移动支付等功能，且不需要增加阻抗匹配网络，有利于成本的节约与大规模的应用。另外超材料射频天线的介质基板两面均设置有金属片，充分利用了天线的空间面积，在此环境下天线能在较低工作频率下工作，同时满足天线小型化、低工作频率、宽带多模的要求。 

另外本实用新型还提供一种射频识别系统，包括阅读器以及应答器，所述应答器为上述的SD卡。 

附图说明

图1是本实用新型的超材料射频天线的立体图； 

图2是图1的另一视角图； 

图3a为互补式开口谐振环结构的示意图； 

图3b所示为互补式螺旋线结构的示意图； 

图3c所示为开口螺旋环结构的示意图； 

图3d所示为双开口螺旋环结构的示意图； 

图3e所示为互补式弯折线结构的示意图； 

图4a为图3a所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图； 

图4b为图3a所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图； 

图5a为三个图3a所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图； 

图5b为两个图3a所示的互补式开口谐振环结构与图3b所示为互补式螺旋线结构的复合示意图； 

图6为四个图3a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图； 

图7所示为本实用新型SD卡的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型技术方案作进一步描述。 

图7所示为本实用新型SD卡的结构示意图。图7中，SD卡包括卡基板100、以及设置于卡基板100一侧表面上的控制器101、智能卡芯片102、存储器103以及超材料射频天线104。其中，智能卡芯片102与存储器103分别与控制器101连接，同时智能卡芯片102通过相应的天线引脚与超材料射频天线104连接。控制器101用于识别外部设备对SD卡的操作，智能卡芯片102能接收所述超材料射频天线104传输来的信号，以及将自身的应用数据信息通过电信号的形式发送至所述超材料射频天线，所述智能卡芯片内部存储有应用数据，实现各种非接触应用。例如手机钱包、手机公交卡等。 

本实施例中，控制器、智能卡芯片以及存储器均可使用常规的现有技术，其内部结构和工作方式为本领域技术人员所公知，同时SD卡的封闭形式也与现有技术相同，且不是本实用新型主要实用新型技术要点，因此在此不做详细描述。同时，为了使得超材料射频天线104不被SD卡装载的移动设备内部的电路模块干扰，超材料射频天线104可以设置于SD卡的外侧边缘。当然也可以将超 材料射频天线104设置在卡基板100的内部，进一步使得SD卡小型化，节省SD卡在移动设备中所占用的空间。 

应用于移动支付领域的射频标准一般为低频频率，例如13.56MHZ或2.4GHZ，为了使SD卡能工作于该低频率，天线的作用尤为重要。然而根据传统天线设计方案，天线的长短是与波长成正比的，频率越低，波长越长从而导致天线体积越大。按照传统天线设计方案，工作频率仍以13.56MHZ或2.4GHZ为例，天线的厚度和长度都较大，很难实现在SD卡上的应用。且为了保证天线的高性能，传统的射频天线一般还需要增加阻抗匹配网络。 

超材料是由具有一定图案形状的人造微结构排布于基材上而构成，人造微结构不同的图案形状和尺寸结构使得超材料具有不同的介电常数和不同的磁导率从而使得超材料具有不同的电磁响应。其中，当该人造微结构处于谐振频段时，该人造微结构将表现出高度的色散特性，所谓高度的色散特性是指该人造微结构的阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化。 

本实用新型利用超材料的上述原理，设计一种超材料射频天线，将微槽结构形成于辐射金属片上，该辐射金属片和馈线的耦合作用使得天线具有丰富的辐射特性从而省去阻抗匹配网络的设计以实现天线的小型化。上述的微槽结构是人造微结构的一种形式。本实用新型的SD卡可以应用在手机、PDA、MP3、MP4、电脑及数码照相机中，其SD卡接口的形式与现有的一致。 

本实用新型的核心在于超材料射频天线，以下详细描述本实用新型的超材料射频天线。 

如图1及图2所示，本实用新型的所述超材料射频天线包括介质基板1、附着在介质基板1相对两表面的第一金属片4及第二金属片7，围绕第一金属片4设置有第一馈线2，围绕第二金属片7设置有第二馈线8，所述第一馈线2通过耦合方式馈入所述第一金属片4，所述第二馈线8通过耦合方式馈入所述第二金属片7，所述第一金属片4及第二金属片7上分别镂空有第一微槽结构41及第二微槽结构71，所述第一馈线2与第二馈线8电连接。在同一介质基板的两面都设置金属片，等效于增加了天线物理长度(实际长度尺寸不增加)，这样就可以在极小的空间内设计出工作在极低工作频率下的射频天线。解决传统天线在 低频工作时天线受控空间面积的物理局限。 

如图1及2所示，所述第一馈线2与第二馈线8通过在介质基板1上开的金属化通孔10电连接。当然也可以采用导线连接。 

图1至图2中，第一金属片4画剖面线的部分为第一金属走线42，第一金属片4上的空白部分(镂空的部分)表示第一微槽结构41。另外，第一馈线2也用剖面线表示。同样的，第二金属片7画剖面线的部分为第二金属走线72，第二金属片7上的空白部分(镂空的部分)表示第二微槽结构71。另外，第二馈线7也用剖面线表示。 

图1所示为本实用新型的超材料射频天线的立体图，图2为其另一视角图。综合两个图可以看出，介质基板的a表面及b表面上附着的结构相同。即第一馈线、第一金属片在b表面的投影分别与第二馈线、第二金属片重合。当然，这只是一个优选的方案，a表面与b表面的结构根据需要也可以不同。 

第一馈线2围绕第一金属片4设置以实现信号耦合。另外第一金属片4与第一馈线2可以接触，也可以不接触。当第一金属片4与第一馈线2接触时，第一馈线2与第一金属片4之间感性耦合；当第一金属片4与第一馈线2不接触时，第一馈线2与金属片4之间容性耦合。 

第二馈线8围绕第二金属片7设置以实现信号耦合。另外第二金属片7与第二馈线8可以接触，也可以不接触。当第二金属片7与第二馈线8接触时，第二馈线8与第二金属片7之间感性耦合；当第二金属片7与第二馈线8不接触时，第二馈线8与金属片7之间容性耦合。 

本实用新型中，所述介质基板1两相对表面的第一金属片4与第二金属片7可以连接，也可以不连接。在第一金属片与第二金属片不连接的情况下，所述第一金属片与第二金属片之间通过容性耦合的方式馈电；此种情况下，通过改变介质基板的厚度可以实现第一金属片与第二金属片的谐振。在第一金属片与第二金属片电连接的情况下(例如通过导线或金属化通孔的形式连接)，所述第一金属片与第二金属片之间通过感性耦合的方式馈电。 

本实用新型中的所述第一微槽结构41、第二微槽结构71可以是图3a所示的互补式开口谐振环结构、图3b所示的互补式螺旋线结构、图3c所示的开口 螺旋环结构、图3d所示的双开口螺旋环结构、图3e所示的互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。衍生分为两种，一种是几何形状衍生，另一种是扩展衍生，此处的几何形状衍生是指功能类似、形状不同的结构衍生，例如由方框类结构衍生到曲线类结构、三角形类结构及其它不同的多边形类结构；此处的扩展衍生即在图3a至图3e的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构；以图3a所示的互补式开口谐振环结构为例，图4a为其几何形状衍生示意图，图4b为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图3a至图3e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图5a所示，为三个图3a所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图5b所示，为两个图3a所示的互补式开口谐振环结构与图3b所示为互补式螺旋线结构共同复合后的结构示意图。此处的组阵是指由多个图3a至图3e所示的微槽结构在同一金属片上阵列形成一个整体的微槽结构，如图6所示，为多个如图3a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。以下均以图3c所示的开口螺旋环结构为例阐述本实用新型。 

另外，本实用新型中，介质基板1可由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。优选地，由高分子材料制成，具体地可以是FR-4、F4B等高分子材料。 

本实用新型中，第一金属片4及第二金属片7为铜片或银片。优选为铜片，价格低廉，导电性能好。 

本实用新型中，第一馈线2、第二馈线3选用与第一金属片4及第二金属片7同样的材料制成。优选为铜。 

本实用新型中，超材料射频天线的加工制造，只要满足本实用新型的设计原理，可以采用各种制造方式。最普通的方法是使用各类印刷电路板(PCB)的制造方法，当然，双面覆铜的PCB制造也能满足本实用新型的加工要求。除此加工方式，还可以根据实际的需要引入其它加工手段，比如RFID(RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术，俗称电子标签)中所使用的导电银浆油墨加工方式、各类可形变器件的柔性PCB加工、铁片天线的加工方式以及铁片与PCB组合的加工方式。其中，铁片与PCB组合加工方式是指利用 PCB的精确加工来完成超材料射频天线微槽结构的加工，用铁片来完成其它辅助部分。另外，还可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法来加工。其中蚀刻是较优的制造工艺，其步骤是在设计好合适的微槽结构的拓扑图案后，通过蚀刻设备，利用溶剂与金属的化学反应去除掉辐射金属片上预设微槽结构图案的金属部分。 

另外本实用新型还提供一种射频识别系统，包括阅读器以及应答器，所述应答器为上述的SD卡。所述阅读器为常规的阅读器。阅读器发射一特定频率的无线电波能量给SD卡，用以驱动SD卡将存储在智能卡芯片上的应用数据送出，此时阅读器便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。 

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。 

Claims (10)

1.一种SD卡，包括控制器、智能卡芯片、存储器及超材料射频天线，所述智能卡芯片和所述存储器分别与所述控制器连接，所述超材料射频天线与所述智能卡芯片连接，其特征在于，所述超材料射频天线包括介质基板、附着在介质基板相对两表面的第一金属片及第二金属片，围绕第一金属片设置有第一馈线，围绕第二金属片设置有第二馈线，所述第一馈线及第二馈线通过耦合方式分别馈入所述第一金属片及第二金属片，所述第一金属片及第二金属片上分别形成有第一微槽结构及第二微槽结构，所述第一馈线与第二馈线电连接。

2.如权利要求1所述的SD卡，其特征在于，所述第一馈线与第二馈线通过金属化通孔电连接。

3.如权利要求1所述的SD卡，其特征在于，所述第一微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构或互补式弯折线结构。

4.如权利要求1所述的SD卡，其特征在于，所述第二微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构或互补式弯折线结构。

5.如权利要求1所述的SD卡，其特征在于，所述第一金属片与第一馈线之间通过容性耦合方式馈电，所述第二金属片与第二馈线之间通过容性耦合方式馈电。

6.如权利要求1所述的SD卡，其特征在于，所述SD卡还包括卡基板，所述控制器、智能卡芯片及存储器设置在卡基板的一侧表面上。

7.如权利要求6所述的SD卡，其特征在于，所述超材料射频天线设置在卡基板的一侧表面上。

8.如权利要求6所述的SD卡，其特征在于，所述超材料射频天线设置在卡基板的内部。

9.如权利要求1所述的SD卡，其特征在于，所述第一微槽结构及第二微槽结构通过蚀刻、钻刻、光刻、电子刻或离子刻分别形成在所述第一金属片及 第二金属片上。

10.一种射频识别系统，包括阅读器以及应答器，其特征在于，所述应答器为权利要求1至9任意一项所述的SD卡。 

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