專利名稱：一種sim卡及其射頻識別系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動支付領域，尤其涉及ー種SIM卡及其射頻識別系統(tǒng)。
背景技術：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和信息技術的日新月異變化，我國擁有手機等可通信的設備的人數(shù)以達到7億。在可通信設備中加入支付功能能夠減少人們隨身攜帶錢包的不便并使得人們享受隨時隨地支付的便捷，因此，移動支付受到越來越多的重視，并在可預見的未來具有廣闊的商業(yè)發(fā)展空間。目前已有的在SIM卡上集成射頻識別功能以實現(xiàn)移動支付的SIM卡均存在ー個問 題用于接收和發(fā)射信號的天線較大，不能適應SIM卡小型化的要求。根據(jù)傳統(tǒng)的天線理論，天線的尺寸為所需響應電磁波波長的四分之一，因此根據(jù)傳統(tǒng)理論設計的天線，其尺寸被電磁波波長限制，不可自由調(diào)節(jié)。現(xiàn)有技術中存在一個解決方案，即將天線設置于SIM卡模塊之外，例如設置于手機外売上，但此種做法無疑增加了手機設計時的成本且設置于SM卡模塊外的天線也容易損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題在干，針對現(xiàn)有技術的上述不足，提出ー種集成有尺寸不受電磁波波長限制且更加小型化的超材料射頻天線的SIM卡及具有該SIM卡的射頻識別系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是，提出ー種SIM卡，其包括信號感應和接收模塊、SIM卡主控模塊、射頻收發(fā)模塊，還包括超材料射頻天線，所述SIM卡主控模塊處理所述信號感應和接收模塊接收到的信號，所述SIM卡主控模塊的指令和數(shù)據(jù)通過所述射頻收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換后通過所述超材料射頻天線發(fā)送出去，所述射頻收發(fā)模塊還通過所述超材料射頻天線接收外部設備的指令和數(shù)據(jù)并交由所述SIM卡主控模塊處理；所述超材料射頻天線包括介質(zhì)基板、附著在介質(zhì)基板相對兩表面的第一金屬片及第ニ金屬片，圍繞第一金屬片設置有第一饋線，圍繞第二金屬片設置有第二饋線，所述第一饋線及第ニ饋線通過耦合方式分別饋入所述第一金屬片及第ニ金屬片，所述第一金屬片及第ニ金屬片上分別形成有第一微槽結(jié)構(gòu)及第ニ微槽結(jié)構(gòu)，所述第一饋線與第二饋線電連接。進ー步地，所述SM卡還包括卡基板，所述信號感應和接收模塊、所述SM卡主控模塊、所述射頻收發(fā)模塊和所述超材料射頻天線均一體封裝于所述卡基板內(nèi)。進ー步地，所述第一微槽結(jié)構(gòu)包括互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式螺旋線結(jié)構(gòu)、開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式彎折線結(jié)構(gòu)以及通過前面幾種結(jié)構(gòu)衍生、復合、組合或組陣得到的微槽結(jié)構(gòu)。進ー步地，所述第二微槽結(jié)構(gòu)包括互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式螺旋線結(jié)構(gòu)、開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式彎折線結(jié)構(gòu)以及通過前面幾種結(jié)構(gòu)衍生、復合、組合或組陣得到的微槽結(jié)構(gòu)。
進ー步地,所述第一金屬片與第一饋線之間通過容性稱合方式饋電,所述第二金屬片與第二饋線之間通過容性耦合方式饋電。進ー步地，所述第一微槽結(jié)構(gòu)及第ニ微槽結(jié)構(gòu)通過蝕刻、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻分別形成于所述第一金屬片及所述第二金屬片上。進ー步地，所述第一饋線與所述第二饋線通過金屬化通孔電連接。進ー步地，所述SM卡還包括接ロ模塊，所述接ロ模塊與所述SM卡主控模塊電連接使得所述SIM卡通過所述接ロ模塊與移動終端交換數(shù)據(jù)。進ー步地，所述移動終端使用GSM、CDMA.3G或4G通信網(wǎng)絡的手機。本發(fā)明還提供ー種射頻識別系統(tǒng)，包括閱讀器以及應答器，所述應答器為上述任意一項所述的SIM卡。 本發(fā)明將超材料射頻天線應用于射頻SIM卡中，由于超材料射頻天線尺寸不受限于電磁波波長且不需要額外配置阻抗匹配網(wǎng)絡，使得SM卡上更易集成該天線，且該天線在SIM卡工作頻段依然保持優(yōu)良的性能和小型的尺寸。外超材料射頻天線的介質(zhì)基板兩面均設置有金屬片，充分利用了天線的空間面積，在此環(huán)境下天線能在較低工作頻率下工作，同時滿足天線小型化、低工作頻率、寬帶多模的要求。


圖I為本發(fā)明SM卡上超材料射頻天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I的另ー視角圖；圖3a為互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3b所示為互補式螺旋線結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3c所示為開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3d所示為雙開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3e所示為互補式彎折線結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4a為圖3a所示的互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)其幾何形狀衍生示意圖；圖4b為圖3a所示的互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)其擴展衍生示意圖；圖5a為三個圖3a所示的互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復合后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5b為兩個圖3a所示的互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)與圖3b所示為互補式螺旋線結(jié)構(gòu)的復合示意圖；圖6為四個圖3a所示的互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明SIM卡的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明技術方案作進ー步描述。如圖6所示，圖6為本發(fā)明SM卡的結(jié)構(gòu)框圖。圖6中，SM卡包括信號感應和接收模塊101、SIM卡主控模塊102、射頻收發(fā)模塊103、超材料射頻天線104以及接ロ模塊
105。本實施例中，上述各模塊均一體封裝于SM卡卡基板100內(nèi)。可以想象地，為使得空間更加緊湊，亦可以將部分模塊設置于SIM卡卡基板100的相對表面上，其他模塊設置于卡基板100內(nèi)部。
信號感應和接收模塊101感應和接收外部的信號，通常為磁信號，并將該信號傳輸給SM卡主控模塊102，SIM卡主控模塊102根據(jù)接收到的信號判斷，當需要與外部設備通信吋，SIM卡主控模塊102發(fā)出指令和數(shù)據(jù)給射頻收發(fā)模塊103，射頻收發(fā)模塊103接收到SIM卡主控模塊102發(fā)出的指令和數(shù)據(jù)后將指令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后通過超材料射頻天線104發(fā)送出去。同時，超材料射頻天線104還可接收外部的電磁信號并傳輸給射頻收發(fā)模塊103，由射頻收發(fā)模塊103轉(zhuǎn)換后傳輸給SIM卡主控模塊102。本實施例中，SIM卡還包括接ロ模塊105，SIM卡主控模塊102通過接ロ模塊105與移動終端交換數(shù)據(jù)。本發(fā)明的移動終端可為使用GSM、CDMA.3G或4G通信網(wǎng)絡的各種手機設備。本實施例中，信號感應和接收模塊101、SM卡主控模塊102、射頻收發(fā)模塊103以及接ロ模塊105均可使用常規(guī)的現(xiàn)有技術，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作方式為本領域技術人員所公知，且不是本發(fā)明主要發(fā)明技術要點，因此在此不做詳細描述。應用于移動支付領域的射頻標準一般為低頻頻率，例如13. 56MHZ或2. 4GHZ，為了 使SIM卡能工作于低頻率，天線的作用尤為重要。然而根據(jù)傳統(tǒng)天線設計方案，天線的長短是與波長成正比的，頻率越低，波長越長從而導致天線體積越大。按照傳統(tǒng)天線設計方案，工作頻率仍以13. 56MHZ或2. 4GHZ為例，天線的厚度和長度均較大，很難實現(xiàn)在SIM卡上的應用。且為了保證天線的高性能，傳統(tǒng)天線設計方案中一般還需要増加阻抗匹配網(wǎng)絡。超材料是由具有一定圖案形狀的人造微結(jié)構(gòu)排布于基材上而構(gòu)成，人造微結(jié)構(gòu)不同的圖案形狀和尺寸結(jié)構(gòu)使得超材料具有不同的介電常數(shù)和不同的磁導率從而使得超材料具有不同的電磁響應。其中，當該人造微結(jié)構(gòu)處于諧振頻段時，該人造微結(jié)構(gòu)將表現(xiàn)出高度的色散特性，所謂高度的色散特性是指該人造微結(jié)構(gòu)的阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導率隨著頻率會發(fā)生劇烈的變化。本發(fā)明利用超材料的上述原理，設計ー種超材料射頻天線，其將微槽結(jié)構(gòu)形成于第一金屬片上，該第一金屬片和饋線的耦合作用使得天線具有豐富的輻射特性從而省去阻抗匹配網(wǎng)絡的設計并使得天線的尺寸不受限于所需響應電磁波的波長以實現(xiàn)天線的小型化。本發(fā)明的核心在于超材料射頻天線，以下詳細描述本發(fā)明的超材料射頻天線。如圖I及圖2所示，本發(fā)明的所述超材料射頻天線包括介質(zhì)基板I、附著在介質(zhì)基板I相對兩表面的第一金屬片4及第ニ金屬片7,圍繞第一金屬片4設置有第一饋線2,圍繞第二金屬片7設置有第二饋線8，所述第一饋線2通過耦合方式饋入所述第一金屬片4，所述第二饋線8通過耦合方式饋入所述第二金屬片7，所述第一金屬片4及第ニ金屬片7上分別鏤空有第一微槽結(jié)構(gòu)41及第ニ微槽結(jié)構(gòu)71，所述第一饋線2與第二饋線8電連接。在同一介質(zhì)基板的兩面都設置金屬片，等效于增加了天線物理長度(實際長度尺寸不增加)，這樣就可以在極小的空間內(nèi)設計出工作在極低工作頻率下的射頻天線。解決傳統(tǒng)天線在低頻工作時天線受控空間面積的物理局限。如圖I及2所示，所述第一饋線2與第二饋線8通過在介質(zhì)基板I上開的金屬化通孔10電連接。當然也可以采用導線連接。圖I至圖2中，第一金屬片4畫剖面線的部分為第一金屬走線42，第一金屬片4上的空白部分(鏤空的部分)表示第一微槽結(jié)構(gòu)41。另外，第一饋線2也用剖面線表示。同樣的，第二金屬片7畫剖面線的部分為第二金屬走線72，第二金屬片7上的空白部分(鏤空的部分)表示第二微槽結(jié)構(gòu)71。另外，第二饋線7也用剖面線表示。圖I所示為本發(fā)明的超材料射頻天線的立體圖，圖2為其另一視角圖。綜合兩個圖可以看出，介質(zhì)基板的a表面及b表面上附著的結(jié)構(gòu)相同。即第一饋線、第一金屬片在b表面的投影分別與第二饋線、第二金屬片重合。當然，這只是一個優(yōu)選的方案，a表面與b表面的結(jié)構(gòu)根據(jù)需要也可以不同。第一饋線2圍繞第一金屬片4設置以實現(xiàn)信號耦合。另外第一金屬片4與第一饋線2可以接觸，也可以不接觸。當?shù)谝唤饘倨?與第一饋線2接觸時，第一饋線2與第一金屬片4之間感性耦合；當?shù)谝唤饘倨?與第一饋線2不接觸時，第一饋線2與金屬片4之間容性耦合。第二饋線8圍繞第二金屬片7設置以實現(xiàn)信號耦合。另外第二金屬片7與第二饋線8可以接觸，也可以不接觸。當?shù)诙饘倨?與第二饋線8接觸時，第二饋線8與第二金屬片7之間感性耦合；當?shù)诙饘倨?與第二饋線8不接觸時，第二饋線8與金屬片7之間容性耦合。 本發(fā)明中，所述介質(zhì)基板I兩相對表面的第一金屬片4與第二金屬片7可以連接，也可以不連接。在第一金屬片與第二金屬片不連接的情況下，所述第一金屬片與第二金屬片之間通過容性耦合的方式饋電；此種情況下，通過改變介質(zhì)基板的厚度可以實現(xiàn)第一金屬片與第二金屬片的諧振。在第一金屬片與第二金屬片電連接的情況下(例如通過導線或金屬化通孔的形式連接)，所述第一金屬片與第二金屬片之間通過感性耦合的方式饋電。本發(fā)明中的所述第一微槽結(jié)構(gòu)41、第二微槽結(jié)構(gòu)71可以是圖3a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、圖3b所示的互補式螺旋線結(jié)構(gòu)、圖3c所示的開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、圖3d所示的雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、圖3e所示的互補式彎折線結(jié)構(gòu)中的一種或者是通過前面幾種結(jié)構(gòu)衍生、復合或組陣得到的微槽結(jié)構(gòu)。衍生分為兩種，一種是幾何形狀衍生，另一種是擴展衍生，此處的幾何形狀衍生是指功能類似、形狀不同的結(jié)構(gòu)衍生，例如由方框類結(jié)構(gòu)衍生到曲線類結(jié)構(gòu)、三角形類結(jié)構(gòu)及其它不同的多邊形類結(jié)構(gòu)；此處的擴展衍生即在圖3a至圖3e的基礎上開設新的槽以形成新的微槽結(jié)構(gòu)；以圖3a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)為例，圖4a為其幾何形狀衍生示意圖，圖4b為其幾何形狀衍生示意圖。此處的復合是指，圖3a至圖3e的微槽結(jié)構(gòu)多個疊加形成一個新的微槽結(jié)構(gòu)，如圖5a所示，為三個圖3a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)復合后的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖5b所示，為兩個圖3a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)與圖3b所示為互補式螺旋線結(jié)構(gòu)共同復合后的結(jié)構(gòu)示意圖。此處的組陣是指由多個圖3a至圖3e所示的微槽結(jié)構(gòu)在同一金屬片上陣列形成一個整體的微槽結(jié)構(gòu)，如圖6所示，為多個如圖3a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)示意圖。以下均以圖3c所示的開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)為例闡述本發(fā)明。另外，本發(fā)明中，介質(zhì)基板I可由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。優(yōu)選地，由高分子材料制成，具體地可以是FR-4、F4B等高分子材料。本發(fā)明中，第一金屬片4及第二金屬片7為銅片或銀片。優(yōu)選為銅片，價格低廉，導電性能好。本發(fā)明中，第一饋線2、第二饋線3選用與第一金屬片4及第二金屬片7同樣的材料制成。優(yōu)選為銅。本發(fā)明中，超材料射頻天線的加工制造，只要滿足本發(fā)明的設計原理，可以采用各種制造方式。最普通的方法是使用各類印刷電路板(PCB)的制造方法，當然，雙面覆銅的PCB制造也能滿足本發(fā)明的加工要求。除此加工方式，還可以根據(jù)實際的需要引入其它加工手段，比如RFID (RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別技術,俗稱電子標簽)中所使用的導電銀漿油墨加工方式、各類可形變器件的柔性PCB加工、鐵片天線的加工方式以及鐵片與PCB組合的加工方式。其中，鐵片與PCB組合加工方式是指利用PCB的精確加工來完成超材料射頻天線微槽結(jié)構(gòu)的加工，用鐵片來完成其它輔助部分。另外，還可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法來加工。其中蝕刻是較優(yōu)的制造工藝，其步驟是在設計好合適的微槽結(jié)構(gòu)的拓撲圖案后，通過蝕刻設備，利用溶劑與金屬的化學反應去除掉輻射金屬片上預設微槽結(jié)構(gòu)圖案的金屬部分。另外本發(fā)明還提供一種射頻識別系統(tǒng)，包括閱讀器以及應答器，所述應答器為上述的SIM卡。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多 形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種SIM卡，包括信號感應和接收模塊、SIM卡主控模塊、射頻收發(fā)模塊，其特征在于還包括超材料射頻天線，所述SM卡主控模塊處理所述信號感應和接收模塊接收到的信號，所述SIM卡主控模塊的指令和數(shù)據(jù)通過所述射頻收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換后通過所述超材料射頻天線發(fā)送出去，所述射頻收發(fā)模塊還通過所述超材料射頻天線接收外部設備的指令和數(shù)據(jù)并交由所述SIM卡主控模塊處理；所述超材料射頻天線包括介質(zhì)基板、附著在介質(zhì)基板相對兩表面的第一金屬片及第ニ金屬片，圍繞第一金屬片設置有第一饋線，圍繞第二金屬片設置有第二饋線，所述第一饋線及第ニ饋線通過耦合方式分別饋入所述第一金屬片及第ニ金屬片，所述第一金屬片及第ニ金屬片上分別形成有第一微槽結(jié)構(gòu)及第ニ微槽結(jié)構(gòu)，所述第一饋線與第二饋線電連接。
2.如權(quán)利要求I所述的SIM卡，其特征在于所述SIM卡還包括卡基板，所述信號感應和接收模塊、所述SIM卡主控模塊、所述射頻收發(fā)模塊和所述超材料射頻天線均一體封裝于所述卡基板內(nèi)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的SIM卡，其特征在于所述第一微槽結(jié)構(gòu)包括互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式螺旋線結(jié)構(gòu)、開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式彎折線結(jié)構(gòu)以及通過前面幾種結(jié)構(gòu)衍生、復合、組合或組陣得到的微槽結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求I或2所述的SIM卡，其特征在于所述第二微槽結(jié)構(gòu)包括互補式開ロ諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式螺旋線結(jié)構(gòu)、開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開ロ螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式彎折線結(jié)構(gòu)以及通過前面幾種結(jié)構(gòu)衍生、復合、組合或組陣得到的微槽結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求I所述的SM卡，其特征在于所述第一金屬片與第一饋線之間通過容性耦合方式饋電，所述第二金屬片與第二饋線之間通過容性耦合方式饋電。
6.如權(quán)利要求I所述的SM卡，其特征在于所述第一微槽結(jié)構(gòu)及第ニ微槽結(jié)構(gòu)通過蝕刻、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻分別形成于所述第一金屬片及所述第二金屬片上。
7.如權(quán)利要求I所述的SM卡，其特征在于所述第一饋線與所述第二饋線通過金屬化通孔電連接。
8.如權(quán)利要求I所述的SIM卡，其特征在于所述SIM卡還包括接ロ模塊，所述接ロ模塊與所述SIM卡主控模塊電連接使得所述SIM卡通過所述接ロ模塊與移動終端交換數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要去8所述的SM卡，其特征在于所述移動終端使用GSM、CDMA、3G或4G通信網(wǎng)絡的手機。
10.ー種射頻識別系統(tǒng)，包括閱讀器以及應答器，其特征在于所述應答器為權(quán)利要求I至9任意一項所述的SIM卡。
全文摘要
本發(fā)明公開一種SIM卡及其射頻識別系統(tǒng)，包括信號感應和接收模塊、SIM卡主控模塊、射頻收發(fā)模塊，還包括超材料射頻天線；所述超材料射頻天線包括介質(zhì)基板、附著在介質(zhì)基板相對兩表面的第一金屬片及第二金屬片，圍繞第一金屬片設置有第一饋線，圍繞第二金屬片設置有第二饋線，所述第一饋線及第二饋線通過耦合方式分別饋入所述第一金屬片及第二金屬片，所述第一金屬片及第二金屬片上分別形成有第一微槽結(jié)構(gòu)及第二微槽結(jié)構(gòu)，所述第一饋線與第二饋線電連接。本發(fā)明將超材料射頻天線應用于射頻SIM卡中，由于超材料射頻天線尺寸不受限于電磁波波長且不需要額外配置阻抗匹配網(wǎng)絡，使得SIM卡上更易集成該天線，且該天線在SIM卡工作頻段依然保持優(yōu)良的性能和小型的尺寸。
文檔編號G06K19/077GK102799929SQ201110172890
公開日2012年11月28日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司