CN2610507Y - 一种非接触卡读卡机具天线阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及非接触卡读卡机具天线技术。本实用新型的非接触卡读卡机具的天线阵列由多个天线阵列单元构成，每个阵列单元由多匝导体环路及匹配电路组成，匹配电路和多匝导体环路由射频功放驱动，匹配电路与射频功放之间采用同轴导线相连。使用本实用新型天线阵列，由于非接触卡可在天线阵列单元的任意一开放端面工作，因而易于对准，对构成的天线阵列大小没有限制。用于对密排非接触卡进行并行读写时，天线阵列相邻单元之间的干扰小，特别适合大批量密排非接触卡的并行读写测试，可大大提高测试效率与测试成品率。

Description

一种非接触卡读卡机具天线阵列

(一)技术领域：

本发明属于非接触卡读卡机具技术领域，特别是涉及非接触卡读卡机具的天线技术。

(二)背景技术：

采用磁耦合的非接触卡系统包括非接触卡和读卡机具两大部份，读卡机具通常由以下几部分构成(图1)：非接触卡读卡机具的控制系统1、信号调制电路2(简单系统可能没有)、射频功放3、信号解调电路5、天线的匹配电路4和环路天线线圈6。匹配电路4和环路天线线圈6构成系统的天线，射频功放3驱动经过阻抗匹配(根据无线标准，通常为50欧姆)的天线，流经环路天线线圈6的电流感生出激励磁场B，当非接触卡进入激励场B时，非接触卡7通过天线从激励场中获得能量并和读卡机具进行数据交换。图2是ISO10373-6规范中所说的、采用通用印刷电路板(PCB)工艺实现的读卡机具天线(标注尺寸单位：mm)。

图3显示了采用平面环形天线对密排非接触卡进行读写的情况：由射频功放输出的信号34驱动环路天线线圈6并产生非接触卡工作所需的激励磁场35，31为非接触卡的天线线圈，32为非接触卡芯片。由图3可见，当密排的非接触卡之间的间距变小时，为减小邻近非接触卡的干扰，需要采用更小面积的环路天线线圈6。但是环路天线6的面积越小，非接触卡天线线圈31中的无效磁通分量越大，其有效通讯距离越短；环路天线线圈6调谐越困难；机具系统的能量利用率越低。

如果采用多个环路天线线圈6对密排的非接触卡进行并行读写，则能量和邻近干扰问题会越加严重：对于具有抗碰撞功能的卡产品来说，这种干扰会大大降低通讯速率，通讯误码也会增加；而对于没有抗碰撞功能的卡产品，则会造成大量的非接触卡因为不稳定的通讯而得到错误数据；如果产生的错误或误码是不可逆的，会直接导致被测的非接触卡损坏，使成品率下降。根据对具有抗碰撞功能的非接触卡的实际读写测试情况统计，平均8张卡中至少会有一张非接触卡在读写过程中被毁坏，而没有抗碰撞功能的卡产品其损坏情况会更加严重。

图4是一种双环路天线解决方案(专利申请号：0212946606/02246459.X)：通过在两个非共平面导体环路11、12的中间产生非环形的开放激励场B，导体环路11、12通过双绞线41异名端相连，导体环路11、12的其余两个接线端经匹配电路4由射频功放3驱动，导体环路11、12之间的距离由支架42调节。该结构的天线可以有效减小无效磁通，提高能量利用效率，消除上述邻近单元之间的干扰，并且可以构成天线阵列实现对密排非接触卡进行单个或并行读写。这种双环路天线解决方案可以将因对密排非接触卡做并行读写而导致的卡的损坏将为零。但是采用该结构的读卡机具天线需要非接触卡在两个导体环路11、12中间工作，由图4可见，采用该结构的读卡机具天线单元组成的阵列，由于存在连接两个导体环路11、12的双绞线41，使得该连线方向上的密排非接触卡数量不能超过2个；而且非接触卡在两个导体回路中间工作，也不利于天线阵列与密排非接触卡的对准。

(三)发明内容：

本发明为了克服现有技术的缺陷，提出一种用于密排非接触卡并行读写的读卡机具的天线阵列：该阵列由多个天线阵列单元构成，每个阵列单元包括多匝导体环路51和匹配电路4，其特征在于，所述多匝导体环路是非共平面的多匝导体环路，在同一平面内可以有一匝或一匝以上，但至少有两匝不在同一平面内，匹配电路与多匝导体环路连接并由射频功放3驱动，匹配电路与射频功放之间采用同轴导线54相连，如图5所示。

上述多个天线阵列单元可为2-128个。

此外，在所述多匝导体环路两端设置短路保护环52和短路保护环53。当多匝导体环路51有交变电流通过时，在端面产生终止于无穷远的感生磁场B，短路保护环52、53可以进一步规范感生磁场的方向，抑制磁力线构成本地回路，从而减小邻近干扰。采用端面积不大于非接触卡表面积的天线阵列单元61并固定在绝缘体或软磁体的支架62上就可以构成适于多卡并行通讯的天线阵列，由于非接触卡可在天线阵列单元61的任一开放的端面工作。因而易于对准且对构成的天线阵列的大小没有限制，如图6所示。

本发明所说的多匝导体环路51可以采用多层通用印刷电路板(PCB)工艺制造，也可采用各种美国漆包线线规(AWG)规格的漆包线、一般或各种特殊的导线绕制；

所说的多匝导体环路51是非共平面的多匝导体环路，在同一平面内可以有一匝或一匝以上，但至少有两匝不在同一平面内，所有匝数的总电感量在工作频率下不大于10mH；

所说的多匝导体环路51可以是两匝或两匝以上；

所说的多匝导体环路51可以是圆形、矩形或其他多边形；

所说的短路保护环52、53可以采用多层通用印刷电路板(PCB)工艺制造，也可采用各种美国漆包线线规(AWG)规格的漆包线、一般或各种特殊的导线绕制。当天线阵列邻近单元位置的测得场强低于工作单元激励场强的40dB以下时，也可以没有短路保护环52、53；

所说的环路天线线圈匹配电路4可以采用T匹配、伽马匹配、变压器匹配、电容匹配或其他无线匹配技术，也可以不匹配成标准的无线阻抗而直接由射频功放3驱动。

所说的天线阵列是根据密排非接触卡之间的相互尺寸，将天线单元61固定在相应尺寸的、各种绝缘体或软磁体的支架62上构成的。

本发明有益效果：使用本发明天线阵列，由于非接触卡可在天线阵列单元的任意一开放端面工作，因而易于对准，对构成的天线阵列大小没有限制。用于对密排非接触卡进行并行读写时，天线阵列相邻单元之间的干扰小，特别适合大批量密排非接触卡的并行读写测试，可大大提高测试效率与测试成品率。

(四)附图说明：

图1为一般读卡机具构成框图

图2为ISO10373-6规范的采用通用印刷电路板实现的读卡机具环路天线

图3为密排非接触卡读写或并行通讯过程中的邻近干扰产生与分部情况

图4为现有的解决密排非接触卡读写或并行通讯过程中邻近干扰的解决方案

图5为本发明天线阵列的单元原理示意图

图6为本发明天线阵列对密排非接触卡进行读写或并行通讯的结构

图7为采用AWG漆包线制作的天线阵列单元

图8为图7天线阵列单元的匹配电路

(五)具体实施方式

以下结合附图说明实施例。

如图7，将AWG24规格的漆包线绕在直径1.5厘米的有机玻璃棒上，匝数为10，该天线线圈6高度约为5厘米；在线圈两端各密绕同规格的漆包线3匝，并短接成两个闭合的多匝线圈(短路保护环52，53)；采用电容匹配电路4，匹配电路可固定在有机玻璃棒的一端；线圈外层为尼龙材料的保护外壳9，即可构成本发明所说天线阵列单元，天线阵列单元的总直径小于4厘米。根据密排非接触卡之间的相互尺寸，将天线单元固定在位置对应的支架8上，即可得到本发明所说的天线阵列。上述天线单元构成的阵列可用于对密集排列的、间距大于等于1厘米的ISO7816标准大小的非接触卡进行并行读写。所用的电容匹配电路结构如图8所示，其中：

C1：27pF

C2：68p

Cp：0～30p

R1、R2、R3、R4、R5：4.7欧

Claims (8)

1.一种非接触卡读卡机具天线阵列，该阵列由多个天线阵列单元构成，每个阵列单元包括多匝导体环路(51)和匹配电路(4)，其特征在于：所述多匝导体环路是非共平面的多匝导体环路，在同一平面内可以有一匝或一匝以上，但至少有两匝不在同一平面内，匹配电路与多匝导体环路连接并由射频功放(3)驱动，匹配电路与射频功放之间采用同轴导线(54)相连。

2.根据权利要求1所述的一种非接触卡读卡机具天线阵列，其特征在于所述的天线阵列可以包括2-128个天线阵列单元。

3.根据权利要求1所述的一种非接触卡读卡机具天线阵列，其特征在于阵列单元端面积不大于非接触卡表面积。

4.根据权利要求1所述的一种非接触卡读卡机具天线阵列，其特征在于阵列单元被固定在绝缘体或软磁体的支架上。

5.根据权利要求2所述的非接触卡读卡机具天线阵列单元，其特征在于多匝导体环路(51)可用多层通用印刷电路板(PCB)工艺制造，也可以采用各种美国漆包线线规(AWG)规格的漆包线、一般或各种特殊的导线绕制。

6.根据权利要求1所述的一种非接触卡读卡机具天线阵列，其特征在于，多匝导体环路所有匝数的总电感量在工作频率下不大于10mH。

7.根据权利要求6所述的多匝导体环路，其特征在于多匝导体环路(51)可以是圆形、矩形或其他多边形。

8.根据权利要求1所述的一种非接触卡读卡机具天线阵列，其特征在于，环路天线线圈匹配电路(4)可以采用T匹配、伽马匹配、变压器匹配、电容匹配或其他无线匹配技术，也可以不匹配成标准的无线阻抗而直接由射频功放(3)驱动。

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