TW554569B - Contactless transceiver system reader antenna - Google Patents

Description

554569 A7 _ B7____ 五、發明說明（/ ) 本發明之領域 本發明係有關於一種收發器系統，利用設計用來偵測 從某可攜式無接觸物體所發出電磁信號的讀取器’當該持 有者將其呈現於該讀取器之前時，會回應於位在該讀取器 內的天線發出之電磁信號’而特別是有關於一種無接觸式 收發器系統的讀取器天線。 本發明之背暑 此可攜物件用於識別其持有者，或用於接取如法國 RATP地鐵網路或SNCF鐵路網路等公眾運輸網路之受控 接取區域的可攜式物體，以相對於標準型接觸式物體(卡片 或票證)而通稱爲「無接觸」技術之技術項目爲特徵。後者 必須被插入某讀取器以得接觸而啓動對於待檢媒體之辨識 作業。經某時日之後，該讀取器的刷器因積垢塵染而造成 失去接觸性，而這會讓使用者必須要重複運作多次，因而 顯著地耗費時間。 無接觸物體與讀取器之間的資訊交換，通常是透過由 嵌入在該可攜式無接觸物體內之第一天線與嵌入讀取器內 之第二天線之間的遠端電磁耦接所達成。此外，該物體係 配備一電子模組，其特別具有連接至固態九狀物(pellet)或 晶片之第一天線，而其晶片除包含其他元件之外，尙包含 一射頻(RF)部份以及一記憶體，其存放提供給該讀取器的 資訊，以及一用來編譯該些待加傳送之資訊與處理所接收 之資訊的邏輯功能。 3 P氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公楚) ------------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554569 A7 ___B7_____ 五、發明說明（） 在像是公眾運輸網路之受控接取區域的範圍裡，實際 上是有兩組使用者：永久性使用者以及偶發性使用者。對 於第一組來說，ISO格式之無接觸智慧卡爲最佳解決方案 ，因爲對於使用者而言，經過長時間配發於全部旅程總數 上的卡片成本價格總是會保持低價。不過’對於由偶發性 使用者所組成的第二組來講，爲了單次旅程而需購買卡片 ，如此卡片成本價格就會因旅程成本關係而變得過高。 與ISO格式卡片同一時間，存在構成法國專利第 9908802號申請案標的的可攜性票證，其較該ISO卡片爲 小，並爲可拋棄式，反之ISO卡片非屬可拋棄式。當然其 小型格式可降低票證天線的表面面積，然亦要求該等票證 需具備比起ISO卡片爲較大的作業能量。 由於讀取器需要與ISO格式和可拋棄式票證相互運作 ，因此當置放於其前的無接觸式物體爲可拋棄式票證時’ 該讀取器必須施加足夠的能量。傳統的讀取器天線包含的 諸多匝線，對於如ISO格式卡片之大小的無接觸式物體來 說或已足夠，然而對於如票證大小的無接觸式物體來說則 爲不足。 對此問題的一種解決辦法包括了在其中附加一小型迴 圈，該迴圈含有諸多匝線，並係設計爲盡可能地提高自該 小型迴圈區域內發射之磁場的法向(normal)成分，而藉此於 該天線內引入一種高場性。然不幸地，當出現可拋棄式票 證時，這種天線會呈現出一種工效學(ergonomic)的複雜度 ，而僅得於該小型迴圈區域中正確運作。除此之外，由該 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ------------AWI --------訂·-------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 554569 A7 -------B7__ 五、發明說明（>)) 讀取器天線裡的小型迴圈所產生之磁場法向成分，其相位 會與由該天線諸匝線所產生之磁場的相位相反。如此會造 成當面接該小型迴圈時，ISO格式卡片造成顯著的作業空 化現象。 本發明之槪述 因此，本發明之主要目的，在於提供一種採用IS0格 式或可拋棄式票證作爲可攜性物體之無接觸式識別或接取 系統的讀取器天線。 據此，本發明可將該識別或接取系統內的讀取器天線 ，相關連於受控接取區域，包括經設計爲偵測來自於諸如 ISO型卡片或可棄式票證等可攜式無接觸物體之電磁回應 信號的讀取器，該等電磁回應信號係當該可攜式物體持有 者將該可攜式物體提現於該讀取器之前時，由位在該可攜 式物體內的天線，按回應於接收到該讀取器天線發出之電 磁信號所發射。該天線包含K個依序排列之諸多匝線群組 ，各個匝線群組η與匝線群組n- 1區隔有大於某預定距離 之距離，並且諸匝線Νη的個數多於該匝線群組η- 1 的Νηβ1匝線個數·，而η値爲2到k之間。 圓示簡覃說里 經由下列說明並結合所附圖示，本發明之物體、特徵 與優點將屬顯而易見，其中： 圖1爲以圖型表示某一傳統性讀取器天線，其具有諸 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐) ' .—^-----------------訂— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 10. 傳統式天線 12. 匝線 14. 匝線 16. 匝線 6 554569 A7 _____B7 五、發明說明（γ ) 多阻線，在不同的天線位置處標不有該磁場法向成分之數 値。在後文裡，「磁場」乙詞係表示該磁場中法向垂直於 該天線平面之成分， 圖2表示一種根據本發明，由兩個群組所構成的讀取 器天線， 圖3表示根據本發明，具備三個匝線群組之讀取器天 線諸多匝線的垂直線束位置， 圖4表示與該無窮延長金屬線距離爲X之任何點處的 磁場數値圖形，而該金屬線上載送有電流， 圖5A、5B和5C分別爲表示由外部匝線群組所產生之 磁場、由內部匝線群組所產生之磁場以及最終磁場的數値 圖形， 圖6爲表示由具有單一周圍匝線群組之讀取器天線所 產生的磁場圖示， 圖7表示由具有多重匝線群組之讀取器天線所產生的 磁場圖示，該多重匝線群組滿足本發明條件，以及 圖8表示由具有多重匝線群組之讀取器天線所產生的 磁場圖示，該多重匝線群組並不滿足於本發明條件。 元件符號說明 ------------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 554569 A7 __ B7 五、發明說明（< ) 20· 第一群組匝線 22. 第二群組匝線 40. 匝線群組 42. 匝線群組 44. 匝線群組 46. 票證 48. 天線 本發明之詳細說明 如圖1所示，此爲一種傳統式天線10，其中具有多個 匝線12、14、16，可產生一按照所在位置而改變的磁場。 按此方式’在該等匝線之內的區域裡該値爲正値，而在該 等匝線之外該磁場則爲負値。在任兩個匝線點的中間點處 ’且如果可將其他匝線部分所產生的磁場略除不計(此部份 爲極弱値’因爲磁場與距離成反比關係），那麼磁場會爲零 値’這是因爲由某匝線股束所生之正磁場與其他匝線股束 所生之與其相同絕對値的負磁場造成。 變動性磁場對於天線所發出之電磁信號來說會是主要 的缺點。在該可攜式物體前方的讀取器表面一般會是正方 形(或是長方形），個邊長度約爲15公分到20公分。如果 天線過於集中在該表面的中央部分，則就會於其匝線之外 存在負的磁場。然而，假使天線匝線是位於讀取器表面的 週邊處，則雖遠離該些匝線，因磁場強度與距離成反比關 係，故會減低，而磁場在整個讀取器表面上（即天線內部) 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) " (請先閱讀背面之注意事 4 項再填 --------訂---------· 寫本頁) 554569 A7 ___ B7 _ 五、發明說明（W ) 會爲正値。該表面的中央部分存在一個死域，當某可攜式 物體在該區域前方時，將無法收到足夠的能量。除此之外 ’藉由顯著地提高匝線數目以放大磁場強度之解決方法非 屬可行，這是因爲諸匝線所佔據的表面區域以及磁場爲零 値的區域皆會增加。 因此本發明所提供之解決方法，包括了利用一種含有 諸多按1到η序列之匝線群組的天線，各個匝線η - 1的群 組係位於匝線群組η內。圖2顯示一種按兩項群組之形式 的實施例範例，其中匝線20的第一群組包括了 2個方形匝 線，而第二群組22則包括4個按距離D而與其他群組分 開之方形匝線。 若考慮圖3，其表示三個連續匝線群組40、42、44的 左端垂直串束，該匝線群組40所產生的磁場在區域外，即 該群組40的左端，爲負向。不過，匝線群組42出現在匝 線群組40的四周，使得該等匝線內，特別是匝線群組40 和匝線群組42的區間中，產生正磁場。 一般說來，由lm長度寬，並載荷電流I的金屬線所 引生之磁場，會具有如圖4表示之曲線的數値。該磁場在 此線的中央處爲零値。然後根據下列方程式，且如果橫座 標原點係以此線中間點起算，其將快速提高，，而達到相 對常數値： · I/2TTlm，對於 0<x slm 然後，Η値依據下列方程式按橫座標的反函數而遞減 8 (請先閱讀背面之注意事 4 項再填 --------訂---------· 寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 554569 A7 ^_ B7 ________ 五、發明說明（1 ) Η2 = Κ2 · Ι/2ΤΓΧ，對於 x> lm 由N匝線群組所產生之磁場値因而爲： Η = 0，對於 X = 〇 Η = Κι · Ni/2;rlm，對於 0 <x s lm H = K2 · ΝΙ/2/ΓΧ ’ 對於 x>lm 現回至圖3，各個匝線群組40或42所產生的場値， 在區隔這兩個群組之空間中，可分別由圖5A與5B所示的 曲線表示，其中橫座標原點係採爲匝線群組42的中間點。 應注意到由群組42的匝線內部（圖5A)所產生的磁場(H!)爲 正，而由群組40的匝線外部(圖5B)所產生的磁場（-H2)則 爲負向。 在群組40與群組42間的空間內之最終場値(HR)，會 因而是如圖5A與5B各個場値的代數和。而如圖5C的場 値可如下式：

Hr = Hi - H2 由此可見，最終場値會先爲正者，然後從距離該匝線 群組42爲Di’處起爲負値。如果在該最終場値爲負之Di 和Di’的差値，不是非常明顯且遠低於該可棄式票證天線 的最小値，而在該票證所接收到的平均場値保持正値，且 必須大於確保該票證運作的最小値之範圍內，此差値不須 特別注意。然而，藉由選取分隔開這兩個群組的距離D1使 其等於D〆’有可能將此區域減低爲零，而提供在這兩個 群組之間可永遠維持正値之磁場。爲此，該負磁場-H2的 最高絕對値必須小於或等於正磁場+私之最小絕對値；其 9 裝------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4^ ，項再填办 訂---------#· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 554569 A7 ______B7__ 五、發明說明（$ ) 近似爲· K! · Ν,Ι I 2n\mX< Κ2 ^2ΙΙ 2πΌχ 或是 Κ! · Ni · D!< K2 · N2 · 1ml 按某最初估計値，如可認知係數&與K2爲相同者， 則可得到： Νι · D! < N2 · lmi 其中lml必須小於D1，則當選取適當的數値N!與N2 而讓下式成立時，這項不等式可爲真： Ν2 /Ν!< Όχ / lml 或者，更一般性地，在兩個連續的匝線群組n與η- 1 之間：

Nn /Nn.! <Dn.! / 1 m(n-) 然應注意，·由匝線群組42所產生的正磁場會被加入由 該匝線群組40於匝線內部所產生的正磁場，然當磁場隨著 與該群組42距離的增加而減弱，其程度亦從而降低。同樣 地，匝線群組44環繞於該匝線群組42。匝線群組42在匝 線內所產生的正磁場可因而補償匝線群組42在位於兩個群 組間之區域裡所產生的負磁場(以及匝線群組40所產生的 負磁場），而如有足夠的匝線數，則這就可以在該區域內產 生正磁場，或至少是正的平均磁場。應注意到該匝線群組 44所產生的正磁場會被附加入該匝線群組42在匝線42裡 所產生的正磁場，而且也會被附加入該匝線群組40在匝線 40裡所產生的正磁場，然此會因距離增加逐漸減弱。 10 (請先閱讀背面之注意事 ΙΦ 項再填 裝 寫本頁) •I I I ί · H I ϋ ϋ n n ϋ I · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 554569 A7 __B7____ 五、發明說明（5 ). 可按遞迴方式將許多具有漸增匝線數量的匝線群組加 置於先前群組周圍，藉此涵蓋讀取器整個的天線表面。然 而，某個參數可決定天線匝線群組的數目κ，該者爲群組 之間的距離。而群組40和42之間的距離D!或是群組42 和44之間的距離D2必須予以最佳化。該値不得爲過近， 以避免出現如前述圖1般磁場累積於中央點處的問題。不 過，該距離亦不可過遠，藉以讓正磁場具有足夠強度以補 償先前匝線群組於其匝線之外所產生的負磁場。 存在一個決定性參數，該者可根據本發明而調節天線 結構。事實是可棄式票證必須要在讀取器的所有點處接收 正的平均磁場，且特別是當位於某匝線群組上而彼所產生 之磁場爲空化時尤然。票證天線的最短側因而必須大於如 圖3所示之各個群組的寬度，其中票證46上的天線48之 寬度係大於最寬匝線群組44的總寬度。由於各個群組的匝 線數目會增加，較緊密者會趨近於該天線週邊，故當從某 群組經過一較大群組時，就必須要減少匝線的金屬寬度， 而讓匝線群組的寬度總是會窄於票證上天線的最小維度。 因此之故，除了下述可適用於如圖2之範例的不等式以外 N2/N! >Ox/lml N3/N2 >D2/lm2 底下的不等式亦必須成立 lml > lm2 > lm3 觀察如上不等式，可淸楚得知某外部群組增加的匝線 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、 554569 A7 __B7___ 五、發明說明（0 ) 數目愈多，如N3，則將該群組區隔自所緊臨之內部群組的 距離，如D2，亦愈遠。 應注意到在各個匝線群組內區隔雨個匝線的距離d也 必須僅可能地接近，也就是說就製作匝線而言所得承允之 最短距離。而更一般說來，這個距離d値的數量級是小於 該距離D者。換言之，距離D與距離d間的比例必須要大 於某預設的最佳比値。因此，如果匝線間的寬度具有某給 定d値，則這意味著該距離D必須要大於某預設値。 按照如前述之連續性匝線群組，可獲得對於卡片及可 棄式票證來說足夠強度的讀取器磁場。更進一步，這種排 置方式也可提供相當一致的磁場，而該者不會超過適用於 無接觸式物體之標準以外的某預設磁場値。這可由下列繪 載於圖5、6和7中的三個範例所呈現，在此該橫座標起點 位於讀取器中央處，並考慮如下： -該可棄式票證具有尺寸爲2cmX2cm方形天線， 該讀取器尺寸爲20cmX20cm， -爲卡片所產生的最小磁場爲0.8A/m， -爲可棄式票證所產生的最小磁場爲2A/m， -場値不可超過7.5 A /m， - 線內的電流爲50 mA。 1·在如圖6所述的第一個情況下，讀取器具有一簡易 天線，其中包含位於讀取器週邊上的4個集中式匝線，該 者的金屬寬度爲1mm，而匝線間距離爲1mm。 應注意在週邊處其最大場値爲15 A/m，因此會大於可 12 —1.------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- #· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 554569 A7 ______B7__ 五、發明說明（丨I ) 容許之門檻値。不過在靠近讀取器中央處其磁場僅爲0·8 A/m，因此對於卡片確爲足夠地高，但是仍不足以作爲可 棄式票證讀取器。 2.在如圖7所述的第二個情況裡，該讀取器天線係根 據本發明由三個匝線群組所構成： --具2個面線的第一群組，尺寸爲6cmX6cm，具有 一金屬寬度0.3 cm，而匝線間距離爲0.1mm， -一具4個匝線的第二群組，尺寸爲17cmXl7cm，具 有一金屬寬度0.3 cm，而匝線間距離爲0.1mm， -一具6個匝線的第三群組，尺寸爲20cmX20cm，具 有一金屬寬度1 mm，而匝線間距離爲0.1mm， 應可觀察到其最小場値爲2 A/m，並因而足夠高到讀 取可棄式票證或是卡片，而且最高場値爲7.5 A/m並因此 等於其極限門檻値。 3·在如圖8所述的第三個情況裡，該讀取器天線係類 似於第二個情況，除了以外對於第三個匝線群組，其金屬 寬度等於〇·3 cm·而非1 mm。 應注意到在第二群組與第三群組之間的空間裡，該磁 場會變爲負値；這是因爲在第三群組裡金屬寬度並未減少 ，而是在第二群組裡會具有較多的匝線數目這項事實所造 成0 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） .—4-----------------訂—I------ · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 554569

   A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 1.一種位於受控接取區域之識別或接取系統內的讀取 器天線，其包括一設計爲偵測來自於諸如ISO型卡片或可 棄式票證等可攜式無接觸物體之電磁回應信號的讀取器， 當該可攜式物體持有者將該可攜式物體呈現於該讀取器之 前方時，該電磁回應信號由位在該可攜式物體內的天線發 射，回應於該讀取器天線發出之電磁信號的接收； 該天線之特徵在於包含了 K個依序排列之諸多匝線群 組(40、42、44)，各個匝線群組n與匝線群組η — 1區隔有 大於某預定距離之距離，並且諸匝線Νη的個數多於該 匝線群組η - 1的匝線個數，而η値爲2到k之間。 2·如申請專利範圍第1項的讀取器天線，其中位於該 可攜式物體內之天線的所有尺寸皆大於組成該任一^群組之 匝線寬度。 3_如申請專利範圍第2項的讀取器天線，其中該諸多 匝線群組係對應於一足夠數量的匝線群組，使得該天線覆 盡該讀取器呈現在該可攜式物體前方的整個表面。 4·如申請專利範圍第3項的讀取器天線，其特徵爲三 個匝線群組(40，42，44)。 5·如申請專利範圍第1至4項任何一項的讀取器天線 ，其中下列不等式在兩個連續性群組(40，42，44)，η與η -1之間可成立： Nn / Nn.j > Dn.j / lm(n.i) 其中Ιπφ^)爲構成群組η - 1之各匝線的金屬線寬度。 6.如申g靑專利範圍第1至4項任何一項的讀取器天線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、}π 11 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公愛） 554569 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ，其中對於所有由2到K範圍之間的η値，該比例Dn-1/ d大於某預定値，d爲兩個鄰接匝線間的距離預定値。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 7.如申請專利範圍第1至4項任何一項的讀取器天線 ，其中該讀取器尺寸爲20cmX20cm，而該可攜式無接觸物 體，例如一可棄式票證包括一天線(48)，其尺寸爲2cmX 2cm 0 2 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐） 554569