專利名稱：讀取器線圈天線以及采用這種天線的非接觸型卡識別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種讀取器線圈天線以及一種使用該天線的非接觸型卡識別系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種可以形成磁場，發(fā)射工作頻率，并接受來自非接觸型卡的頻率以便解碼非接觸型卡的數(shù)據(jù)的改進(jìn)的讀取器天線，以及一種使用該天線的非接觸型卡識別系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
具有由摩擦而識別的磁條部分的接觸型磁卡以及通過在磁場空間內(nèi)的頻率發(fā)射/接收數(shù)據(jù)的非接觸型卡已經(jīng)被廣泛用作進(jìn)行付費(fèi)的裝置。磁卡的示例為信用卡和預(yù)付費(fèi)電話卡，而非接觸型卡的示例為預(yù)付費(fèi)交通卡和非接觸型地鐵信用卡。
圖1為示出傳統(tǒng)的非接觸型卡識別系統(tǒng)的方塊圖，參照圖1，傳統(tǒng)非接觸型卡識別系統(tǒng)10包括天線系統(tǒng)16、卡讀取器18以及控制單元20。
卡讀取器18產(chǎn)生一電流以探測非接觸型卡14，并通過天線系統(tǒng)16發(fā)射由該電流形成的磁場。
非接觸型卡14由被發(fā)射的磁場手動地給電池充電，并向天線系統(tǒng)16發(fā)射包含內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)的信號。
在天線系統(tǒng)16中接收到的信號通過卡讀取器18輸出到控制單元20。
控制單元20內(nèi)接收的數(shù)據(jù)與控制單元20中所存儲的主安全信息相比較，以確定卡的標(biāo)識，并通過天線系統(tǒng)16發(fā)射出去。
圖2是示出傳統(tǒng)的讀取器線圈天線的透視圖。如其中所示，傳統(tǒng)的讀取器線圈天線包括驅(qū)動環(huán)形天線22、雙環(huán)形天線32、34、以及非導(dǎo)磁材料26。
在此，雙環(huán)形天線32、34在交疊型的交疊單元36中彼此相連。另外，非導(dǎo)磁材料26包括鋁、銀、銅、黃銅或金，以通過相對渦流提供屏蔽而感應(yīng)驅(qū)動環(huán)形天線22的磁場。用于驅(qū)動非接觸型卡14的驅(qū)動電流施加到連接至卡讀取器18的端子28、30上。由于所施加的電流而在驅(qū)動環(huán)形天線22中產(chǎn)生磁場。在此，通過驅(qū)動環(huán)形天線22而在雙環(huán)形天線32、34中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流具有偏離流過驅(qū)動環(huán)形天線22的電流方向180°的相差。
雙環(huán)形天線32、34粘附于非導(dǎo)磁材料26的表面上。于是，在定位非接觸型卡14處的天線系統(tǒng)16前表面產(chǎn)生磁場，而在天線系統(tǒng)16的后表面感應(yīng)并吸收該磁場。
在上述的讀取器線圈天線中，驅(qū)動環(huán)形天線22和雙環(huán)形天線32、34具有相對的電流方向。從而難于增加讀取距離，而該讀取距離為天線系統(tǒng)16和非接觸型卡14之間的數(shù)據(jù)識別距離。此外，非導(dǎo)磁材料26感應(yīng)并吸收磁場，從而減弱磁場強(qiáng)度，結(jié)果，該讀取距離由于磁場進(jìn)一步縮短。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的是提供一種讀取器線圈天線，其可以由于內(nèi)部磁場的強(qiáng)度而增大讀取非接觸型卡的讀取距離，并且提供了一種利用該天線的非接觸型卡識別系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，非接觸型卡識別系統(tǒng)的讀取器線圈天線包括形成預(yù)定環(huán)形并通過接收電流而形成磁場的外部線圈、以及至少一個(gè)設(shè)置在外部線圈的環(huán)形內(nèi)部的內(nèi)部線圈，其通過接收電流而在外部線圈的磁場方向上產(chǎn)生相長干涉。
在本發(fā)明另一方面中，利用讀取器線圈天線的非接觸型卡識別系統(tǒng)包括由于所施加的信號在相同方向上流動而產(chǎn)生磁場的讀取器線圈天線；用于通過讀取器線圈天線發(fā)射工作信號并將來自于非接觸型卡的輸入信號解碼的卡讀取器；以及用于根據(jù)被解碼的信號確定非接觸型卡的標(biāo)識的控制單元。
根據(jù)本發(fā)明，線圈中心部分的感應(yīng)區(qū)由于讀取器線圈天線被提供有相同方向的電流而予以增大。另外，磁場的強(qiáng)度通過將非導(dǎo)磁材料插入到內(nèi)部線圈中而在靠近線圈中心部分附近增強(qiáng)。結(jié)果，增大了感應(yīng)區(qū)，改善了通信的可靠性，并減小了死區(qū)。


隨著參照以下的詳細(xì)描述，同時(shí)與附圖相關(guān)聯(lián)地考慮，本發(fā)明變得更好理解，本發(fā)明的更全面的理解以及伴隨其的多種優(yōu)點(diǎn)將更容易明白，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識相同或相似的元件；其中圖1是示出傳統(tǒng)非接觸型卡識別系統(tǒng)的方塊圖；圖2是示出圖1中讀取器線圈天線的透視圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的讀取器線圈天線的俯視圖；圖4是示出圖3中的讀取器線圈天線的橫截面圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的讀取器線圈天線的橫截面圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的讀取器線圈天線的橫截面圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的讀取器線圈天線的橫截面圖；圖8是表示基于圖3和圖7中的線圈直徑的磁場強(qiáng)度的曲線；以及圖9是示出利用圖3中的讀取器線圈天線的非接觸型卡識別系統(tǒng)的方塊圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的讀取器線圈天線以及利用該天線的非接觸型卡識別系統(tǒng)。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的讀取器線圈天線的俯視圖，而圖4是示出圖3中讀取器線圈天線的橫截面圖。讀取器線圈天線包括用于由所施加的電流形成磁場的外部線圈120和內(nèi)部線圈140。
在此，內(nèi)部線圈140設(shè)置在外部線圈120內(nèi)側(cè)。外部線圈120和內(nèi)部線圈140合并成一個(gè)線圈。另外，外部線圈120和內(nèi)部線圈140非連接到作為信號輸入/輸出路徑的端子160、180上。端子160、180中的一條引線用作輸入引線，而另一條引線用作接地線。在這個(gè)實(shí)施例中，連接到外部線圈120的外部端子160用作信號的輸入引線，而連接到內(nèi)部線圈140的內(nèi)部端子180用作接地引線。
外部線圈120和內(nèi)部線圈140安裝在印刷電路板50上以防止移動。
當(dāng)驅(qū)動電流施加到外部端子160上時(shí)，相同方向的電流流過外部線圈120和內(nèi)部線圈140。于是，磁場在線圈附近產(chǎn)生。在此，在單一的方向上并且在由內(nèi)部線圈140所圍繞的空間內(nèi)形成磁場，這就增強(qiáng)了垂直方向上(相對于其上安裝線圈的印刷電路板50的表面)的磁場強(qiáng)度。
外部線圈120與內(nèi)部線圈140分隔開越遠(yuǎn)，在內(nèi)部線圈140內(nèi)增大的磁場強(qiáng)度更大。然而，當(dāng)外部線圈120和內(nèi)部線圈140之間的間隔達(dá)到預(yù)定值時(shí)，即，內(nèi)部線圈140的直徑過分小時(shí)，內(nèi)部線圈140的磁場強(qiáng)度減弱。
優(yōu)選地是，線圈120、140由鍍有銅的薄膜制成，且其厚度為幾十微米。
外部線圈120和內(nèi)部線圈140之間的間隔優(yōu)選地為通過試驗(yàn)所確定的最佳距離。一般地，線圈120、140的直徑范圍為從30μm到40μm，而外部線圈120和內(nèi)部線圈140之間的間隔的范圍為從20到30mm。由外部線圈120形成的內(nèi)部線圈的平均直徑范圍為從55到65mm。
優(yōu)選地是，當(dāng)線圈120、140的外徑為35μm，外部線圈120和內(nèi)部線圈140之間的間隔為25mm，且外部線圈120所形成的環(huán)形的直徑為58.5mm時(shí)，在內(nèi)部線圈140中的垂直方向上獲得最大的磁場強(qiáng)度。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的讀取器線圈天線的橫截面圖。在此，與第一實(shí)施例相同的元件被提供以相同的附圖標(biāo)記。讀取器線圈天線包括外部線圈120、第一內(nèi)部線圈140和第二內(nèi)部線圈150。當(dāng)采用兩個(gè)內(nèi)部線圈140、150時(shí)，在第二內(nèi)部線圈150內(nèi)產(chǎn)生的磁場比第一實(shí)施例的內(nèi)部線圈140中產(chǎn)生的磁場更強(qiáng)。因此，可以提供多個(gè)內(nèi)部線圈，如圖5所示。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的讀取器線圈天線的橫截面圖。在這個(gè)讀取器線圈天線中，由非導(dǎo)磁性材料構(gòu)成的磁感應(yīng)層220設(shè)置在粘附線圈120、140的印刷電路板50的后表面上。非導(dǎo)磁性材料不導(dǎo)電，并且在位于磁場空間內(nèi)時(shí)具有磁性。
根據(jù)本發(fā)明，磁場存在于印刷電路板50的后表面上。磁感應(yīng)層220促使后表面上磁場的方向指向印刷電路板50。在這個(gè)實(shí)施例中，被感應(yīng)的磁場與線圈方向的磁場結(jié)合，以產(chǎn)生相長現(xiàn)象。從而，有可能由同樣施加到線圈上的電流而增大感應(yīng)區(qū)，并減小磁場向印刷電路板50后表面的泄漏。
磁場的感應(yīng)取決于磁感應(yīng)層220的厚度。優(yōu)選地是，當(dāng)印刷電路板50的厚度范圍為從0.3到0.9mm時(shí)，磁感應(yīng)層220的厚度范圍為從1到3mm。
另外，磁感應(yīng)層220可以絲網(wǎng)印刷到印刷電路板50的后表面上。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的讀取器線圈天線的橫截面圖。本發(fā)明第三和第四實(shí)施例都使用相同的附圖標(biāo)記。在印刷電路板50上由內(nèi)部線圈140形成的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)溝槽210。磁感應(yīng)層220a相應(yīng)地插入到溝槽210中，并粘附在印刷電路板50的后表面上。
粘附到印刷電路板50后表面上的磁感應(yīng)層220與本發(fā)明第三實(shí)施例中的一樣地工作。
從內(nèi)部線圈140插入到內(nèi)部區(qū)域230中的磁感應(yīng)層220a形成磁場，該磁場是在與由粘附到印刷電路板50后表面上的磁感應(yīng)層220所感應(yīng)的磁場相同方向上感應(yīng)，即線圈面的垂直方向，并保持穿過非接觸型卡的垂直磁通量最大。因此，在內(nèi)部線圈140內(nèi)垂直磁通量增大，從而增強(qiáng)內(nèi)部磁場的強(qiáng)度。另外，磁感應(yīng)層220a可以涂覆到印刷電路板50的表面上，而替代形成所述溝槽210。
此外，相應(yīng)地插入到印刷電路板50的溝槽中的磁感應(yīng)層220a的厚度與印刷電路板50的厚度幾乎相同。
圖8是表示基于由圖3和圖7所示實(shí)施例而產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度。參照圖8，細(xì)線100標(biāo)識由圖3所示實(shí)施例產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度，而粗線200標(biāo)識由圖7所示實(shí)施例產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度。
在細(xì)線100中，中央部分的磁場的強(qiáng)度小于線圈位置的磁場強(qiáng)度。在粗線200中，在線圈位置內(nèi)磁場強(qiáng)度基本相同，而磁感應(yīng)層220a所插入的中央部分有所變化。如圖所示，磁場強(qiáng)度在線圈中央部分由于磁感應(yīng)層220a的作用而增大。
圖9是示出利用圖3所示讀取器線圈天線110的非接觸型卡識別系統(tǒng)的方塊圖。非接觸型卡識別系統(tǒng)包括讀取器線圈天線110、卡讀取器330和控制單元350。優(yōu)選地是，非接觸型卡識別系統(tǒng)還包括用于控制讀取器線圈天線110和可讀取器330的輸入/輸出信號的匹配電路。
附圖標(biāo)記410表示由讀取器線圈天線110形成的感應(yīng)區(qū)，而430標(biāo)識非接觸型卡。
卡讀取器330通過讀取器線圈天線110發(fā)射包含功率和信號的工作頻率。在該示例中，工作頻率為13.56MHz。
從卡讀取器330通過匹配電路310輸出的工作頻率在讀取器線圈天線110中產(chǎn)生磁場。此時(shí)，該磁場由于相消干涉而在線圈120、140之間較弱，但由于相長干涉而在線圈120、140附近較強(qiáng)。從而，由相同的工作頻率形成的感應(yīng)區(qū)增強(qiáng)。
由于所發(fā)出的磁場而在非接觸型卡430內(nèi)累積感應(yīng)電動勢，并然后與所存儲的信息一同發(fā)射到讀取器線圈天線110。
所接收到的信號通過匹配電路310輸入到卡讀取器330中。卡讀取器330讀取、放大、濾波并解碼數(shù)據(jù)?？刂茊卧?50根據(jù)解碼的信號而確定標(biāo)識。
根據(jù)本發(fā)明，線圈中央部分的感應(yīng)區(qū)由于設(shè)置有相同(或單獨(dú))方向的電流的讀取器線圈天線的作用而增大。另外，非導(dǎo)磁性材料粘附到印刷電路板的后表面上，并從而在其上不產(chǎn)生磁場。因此，有可能控制磁場在非希望方向上泄漏。此外，如圖7所示，通過從內(nèi)部線圈將非導(dǎo)磁性材料插入，而磁場的強(qiáng)度在靠近線圈中央部分處增大。結(jié)果，該系統(tǒng)的感應(yīng)區(qū)增大、通信可靠性改善，并且死區(qū)的尺寸減小。
如上所示及所述的線圈形成為圓形，但也可以形成為其他形狀，以將相同方向的電流施加到外部線圈和內(nèi)部線圈。
此外，在如上所示及所述的實(shí)施例中，外部線圈和內(nèi)部線圈具有相同的中央部分、或共同的中心點(diǎn)。然而，應(yīng)指出的是，只要內(nèi)部線圈定位在外部線圈內(nèi)側(cè)，外部線圈和內(nèi)部線圈可以具有不同的中央部分、或中心點(diǎn)。
另外，在上述實(shí)施例中，線圈安裝到印刷電路板上。然而，如果線圈位置和電流方向按照本發(fā)明形成并利用，也可以不需要印刷電路板。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)理解的是，本發(fā)明不應(yīng)限于這些優(yōu)選實(shí)施例，而在如此后限定的本發(fā)明的精髓和范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種非接觸型卡識別系統(tǒng)的讀取器線圈天線，包括形成預(yù)定環(huán)形，并通過接收電流而形成磁場的外部線圈；以及至少一個(gè)設(shè)置在外部線圈的環(huán)形內(nèi)側(cè)的內(nèi)部線圈，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)部線圈在由外部線圈形成的磁場方向上產(chǎn)生相長干涉。
2.如權(quán)利要求1所述的讀取器線圈天線，其特征在于，具有至少兩個(gè)內(nèi)部線圈，并且，內(nèi)部線圈在自所述外部線圈向內(nèi)的方向上依次設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的讀取器線圈天線，其特征在于，使用一個(gè)內(nèi)部線圈。
4.如權(quán)利要求1所述的讀取器線圈天線，其特征在于，相同方向的電流施加到所述外部線圈和所述至少一個(gè)內(nèi)部線圈二者上。
5.如權(quán)利要求1所述的讀取器線圈天線，其特征在于，外部線圈和內(nèi)部線圈合并為一個(gè)線圈。
6.如權(quán)利要求1所述的讀取器線圈天線，其特征在于，外部線圈和內(nèi)部線圈形成為圓環(huán)。
7.如權(quán)利要求6所述的讀取器線圈天線，其特征在于，外部線圈和內(nèi)部線圈同心地對齊。
8.如權(quán)利要求1所述的讀取器線圈天線，其特征在于，外部線圈和內(nèi)部線圈由銅制成，并且厚度為30到40μm，并且，外部線圈和內(nèi)部線圈之間的間隔為20到30mm。
9.如權(quán)利要求8所述的讀取器線圈天線，其特征在于，由外部線圈形成的環(huán)形的直徑為55到65mm。
10.如權(quán)利要求1所述的讀取器線圈天線，其特征在于，外部線圈和內(nèi)部線圈安裝在印刷電路板上。
11.如權(quán)利要求10所述的讀取器線圈天線，其特征在于，印刷電路板的一側(cè)包括涂覆有非導(dǎo)磁性材料的磁感應(yīng)層。
12.如權(quán)利要求11所述的讀取器線圈天線，其特征在于，磁感應(yīng)層設(shè)置在內(nèi)部線圈所形成的環(huán)形的內(nèi)部區(qū)域上。
13.如權(quán)利要求12所述的讀取器線圈天線，其特征在于，在印刷電路板內(nèi)部區(qū)域內(nèi)形成溝槽，而磁感應(yīng)層相應(yīng)地插入到所述溝槽中。
14.如權(quán)利要求13所述的讀取器線圈天線，其特征在于，形成在印刷電路板上的溝槽具有與所述內(nèi)部區(qū)域的形狀相對應(yīng)的形狀。
15.一種利用讀取器線圈天線的非接觸型卡識別系統(tǒng)，包括讀取器線圈天線，其通過被施加而在單獨(dú)方向上流動的信號而形成磁場；卡讀取器，其通過讀取器線圈天線發(fā)射工作信號，并將來自非接觸型卡的輸入信號解碼；以及控制單元，其根據(jù)被解碼的信號確定非接觸型卡的標(biāo)識。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在卡讀取器和讀取器線圈天線之間的匹配電路，所述匹配電路將讀取器線圈天線的信號和卡讀取器的信號相匹配。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述讀取器線圈天線包括形成預(yù)定環(huán)形，并通過接收電流而形成磁場的外部線圈；以及至少一個(gè)設(shè)置在外部線圈的環(huán)形內(nèi)側(cè)的內(nèi)部線圈，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)部線圈在由外部線圈形成的磁場方向上產(chǎn)生相長干涉。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，外部線圈和內(nèi)部線圈合并成一個(gè)線圈。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，外部線圈和內(nèi)部線圈安裝在印刷電路板上。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，印刷電路板的一側(cè)包括涂覆有非導(dǎo)磁性材料的磁感應(yīng)層。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部線圈產(chǎn)生在所述內(nèi)部線圈內(nèi)側(cè)的內(nèi)部區(qū)域，而所述磁感應(yīng)層設(shè)置在所述內(nèi)部區(qū)域中。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，在印刷電路板內(nèi)部區(qū)域形成溝槽，而磁感應(yīng)層相應(yīng)地插入到所述溝槽中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種讀取器線圈天線以及利用該天線的非接觸型卡識別系統(tǒng),以增大卡讀取器系統(tǒng)的感應(yīng)區(qū)域。讀取器線圈天線包括:用于形成預(yù)定環(huán)形并通過接收電流形成磁場的外部線圈;以及設(shè)置在外部線圈的環(huán)形內(nèi)側(cè)的至少一個(gè)內(nèi)部線圈,用于在外部線圈磁場方向上產(chǎn)生相長干涉。本發(fā)明的卡識別系統(tǒng)包括由于被施加而在單獨(dú)方向上流動的信號的作用而形成磁場的讀取器線圈天線、用于通過讀取器線圈天線發(fā)射工作信號并將來自非接觸型卡的輸入信號解碼的卡讀取器、以及用于根據(jù)被解碼的信號而確定非接觸型卡的標(biāo)識的控制單元。
文檔編號B42D15/10GK1374717SQ02103150
公開日2002年10月16日 申請日期2002年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月3日
發(fā)明者金泰昊 申請人:三星電子株式會社