支付终端、微型无源支付设备、支付系统及其工作方法与流程

本发明涉及金融交易支付终端领域，尤其是涉及一种支付终端、微型无源支付设备，还设置由上述支付终端与微型无源支付设备构成的支付系统，以及这种支付系统所实现的工作方法。

背景技术：

随着智能支付设备的发展，人们越来越多使用各种智能支付方式进行支付，例如，人们喜欢使用各种电子设备的应用程序进行支付，在支付时，用户往往只需要打开相应的应用程序，并且对二维码进行扫描，输入需要支付的金额后，即可以在身份验证后完成支付。由于智能支付具有支付方便、不需要找零等优点，越来越受到人们的欢迎。

然而，由于目前的智能支付都是基于智能电子设备实现的，例如在智能手机、平板电脑上安装特定的应用程序，使用该应用程序执行支付操作。另外，人们现在也希望使用各种具有支付功能的卡进行支付，例如使用具有闪付功能的借记卡、信用卡进行支付，或者使用具有支付功能的可穿戴设备，如手环等进行支付。现在智能可穿戴设备以及各种卡类均设置有天线，使用天线与支付终端的天线进行非接触式的通信，从而完成支付操作。

通常，支付卡类以及智能可穿戴设备内设置有一个ic芯片，ic芯片具有一个微型的cpu，并且设置有一个天线，当支付卡类以及智能可穿戴设备靠近支付终端时，通过天线接收支付终端发出的无线信号，由天线切割磁力线并感应形成感应电流，通过该感应电流向ic芯片提供电源，以激活ic芯片。

但是，目前市面上的智能穿戴类产品或微型非接支付产品，如果天线有效面积小于4平方厘米，靠近支付终端的天线时，由于天线的有效面积过小而导致产生的磁力线不足，往往导致产生的感应电流过小而不能激活ic芯片，不能满足ic芯片的正常工作需求。然而，由于现在的智能可穿戴设备的尺寸很小，天线的设计也受限于可穿戴设备本身的尺寸和设计，往往需要在可穿戴设备内增加功放电路和电池，以向ic芯片供电。

但是，在可穿戴设备上设置电池和功放电路将使得可穿戴设备的设计异常复杂，同时还必须要求可穿戴设备具有充电功能，也就是要设置充电接口。这样，可穿戴设备的体积很难进一步减小，且在遇到内部电路故障、元器件老化或电池寿命耗尽时，整个有源支付的可穿戴设备就面临无法使用的情况。

技术实现要素：

为了解决上述的问题，本发明的第一目的是提供一种可以实现支付设备小型化的支付终端。

本发明的第二目的是提供一种体积小且满足可穿戴设备小型化要求的微型无源支付设备。

本发明的第三目的是提供一种具有上述支付终端以及微型无源支付设备的支付系统。

本发明的第四目的是提供一种使用上述支付系统的无源支付方法。

为实现上述的第一目的，本发明提供的支付终端具有壳体，壳体内设置有读卡器，其中，支付终端靠近壳体的表面处设置有感应天线，感应天线包括第一天线以及第二天线，第一天线的面积大于第二天线的面积；第一天线与读卡器的读卡器天线耦合，第一天线与读卡器天线以第一频率进行通信，第一天线与第二天线电连接，且第二天线发出的射频信号的第二频率高于所述第一频率，第二天线与微型无源支付设备的耦合微天线以第二频率进行通信。

由上述方案可见，在支付终端壳体表面处设置有感应天线，且感应天线包含一个面积较大的第一天线和一个面积较小的第二天线，第二天线的射频信号的频率比第一天线的射频信号的频率更高，这样可以让第二天线的发射频率与微型无源支付设备上的耦合微天线的发射信号是一个相匹配的频率值，使得微型无源支付设备进入第二天线的射频范围时能很好地工作而不受第一天线的信号的干扰。

此外，由于微型无源支付设备的ic芯片非接接口与该耦合微天线直接连接，因此当微型无源支付设备靠近读卡器天线的区域时，与早已经在射频场的感应天线发生二次耦合，产生的感应电流激活ic芯片并且实现ic芯片的工作，完成支付交易和信息交互功能。由于第二天线的射频信号频率更高，且面积较小，因此耦合微天线可以感应出较大的感应电流以满足ic芯片的工作。

一个优选的方案是，感应天线设置在壳体的内表面或者设置在壳体的外表面处。

由此可见，感应天线设置在整个支付终端的表面处，能够避免感应天线的信号被其他器件遮挡，有利于微型无源支付终端的耦合微天线接收感应天线发出的信号。

为实现上述的第二目的，本发明提供的微型无源支付设备包括外壳，外壳内设置有ic芯片，其中，外壳内还设置有与ic芯片电连接的耦合微天线，耦合微天线接收支付终端的感应天线发送的信号，并且耦合微天线以第二频率与感应天线进行通信，耦合微天线接收感应天线的信号后形成感应电流并输出至ic芯片。

由上述方案可见，微型无源支付设备的耦合微天线接收到支付终端的感应天线发出的信号后，将产生感应电流并且向ic芯片供电，这样可以激活ic芯片工作。由于支付终端的感应天线的第二天线发出频率较高的第二频率的信号，因此耦合微天线可以接收到更加高频的无线信号并且形成感应电流，耦合微天线的面积可以做的很小，从而满足可传递设备小型化的要求。

一个优选的方案是，耦合微天线的面积为0.5平方厘米至2平方厘米之间。

由此可见，将耦合微天线的面积做的非常小，可以确保微型无源支付设备的体积做的很小，进而减小可穿戴设备的体积。

为实现上的第三目的，本发明提供的支付系统包括支付终端以及与支付终端通信的微型无源支付设备，支付终端具有壳体，壳体内设置有读卡器，其中，支付终端靠近壳体的表面处设置有感应天线，感应天线包括第一天线以及第二天线，第一天线的面积大于第二天线的面积；第一天线与读卡器的读卡器天线耦合，第一天线与读卡器天线以第一频率进行通信，第一天线与第二天线电连接，且第二天线发出的射频信号的第二频率高于所述第一频率，第二天线与微型无源支付设备的耦合微天线以第二频率进行通信；微型无源支付设备具有外壳，外壳内设置有ic芯片以及与ic芯片电连接的耦合微天线，耦合微天线接收感应天线发送的信号，并且耦合微天线以第二频率与感应天线进行通信，耦合微天线接收感应天线的信号后形成感应电流并输出至ic芯片。

为实现上的第四目的，本发明提供的支付方法包括支付终端的读卡器的读卡器天线与感应天线耦合并且向感应天线发送信号，感应天线包括第一天线以及第二天线，第一天线的面积大于第二天线的面积，且第一天线与读卡器天线以第一频率进行通信；第一天线与第二天线电连接，且第二天线发出的射频信号的第二频率高于所述第一频率；微型无源支付设备靠近支付终端时，第二天线与微型无源支付设备的耦合微天线耦合，并以第二频率与耦合微天线进行通信；耦合微天线接收感应天线的信号后形成感应电流并输出至ic芯片，ic芯片发出的信号依次通过耦合微天线、第二天线、第一天线后被读卡器接收。

由上述方案可见，在支付终端壳体表面处设置有感应天线，第二天线的射频信号的频率比第一天线的射频信号的频率更高，这样可以让第二天线的发射频率与微型无源支付设备上的耦合微天线的发射信号是一个相匹配的频率值，使得微型无源支付设备进入第二天线的射频范围时能很好地工作而不受第一天线的信号的干扰。

当微型无源支付设备的耦合微天线接收到支付终端的感应天线发出的信号后，将产生感应电流并且向ic芯片供电，且耦合微天线的射频信号频率较高，因此可以产生较大的感应电流以激活ic芯片工作。由于支付终端的感应天线的第二天线发出频率较高的第二频率的信号，因此耦合微天线可以接收到更加高频的无线信号并且形成足够的感应电流，耦合微天线的面积可以做的很小，从而满足可传递设备小型化的要求。

附图说明

图1是本发明支付系统实施例的结构示意框图。

图2是本发明支付终端实施例中感应天线的结构示意图。

图3是本发明微型无源支付设备实施例中ic芯片与耦合微天线的结构示意图。

图4是本发明支付方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的支付终端可以是带有天线的pos机或者其他能够执行收款功能的机器，并且该支付终端是非接触式的支付终端，可以通过无线通信的方式与支付设备进行通信。本发明的微型无源支付设备可以是体积很小的无源支付设备，如可穿戴式支付设备或者微型智能卡，这些微型无源支付设备上设置体积很小的天线，用于实现与支付终端的无线通信。本发明的支付系统包括上述的支付终端以及微型无源支付设备，本发明的支付方法是应用在上述的支付系统上，用于实现上述的支付系统的非接触式支付方法。

参见图1，本实施例的支付系统包括支付终端10以及微型无源支付设备20，支付终端10以及微型无源支付设备20均设有天线以实现无线通信。例如，支付终端10上设置读卡器11以及感应天线13，其中感应天线13用于与微型无源支付设备20进行无线通信。本实施例中，读卡器11用于读取微型无源支付设备20中ic芯片21的数据，并且与后台的服务器进行数据交换，从而完成支付操作。并且，在读卡器11内设置有读卡器天线12，本实施例中，读卡器天线12发射的无线信号的频率为第一频率，如13.56m赫兹。

优选的，支付终端10是一个带有非接触式功能的pos机，如支付终端10设置一个壳体，读卡器11设置在壳体内，且支付终端10可以通过有线或者无线的方式与收款方的后台服务器进行通信，如核实支付卡或者微型无源支付设备20的身份信息、核实交易金额等。

感应天线13可以是中继天线，设置在支付终端10靠近壳体的表面处理，例如，粘贴在壳体的内表面或者设置在壳体的外表面上，优选的，在支付终端10的壳体上预留专用的天线位置，感应天线13粘接在天线位置内。如图2所示，感应天线13通过蚀刻或丝网印刷导电油墨制作而成，且感应天线13的小尺寸大不受标准智能卡的尺寸大小的限制，而是可以根据读卡器的尺寸大小设计，例如比读卡器11的尺寸稍大，以达到最佳的感应效果。

当感应天线13设置在壳体的内表面时，可以使用一层粘贴片将感应天线13粘贴在壳体的内表面上，因此感应天线13是贴合在壳体内表面与粘贴片之间。为了避免壳体对感应天线13发射的信号屏蔽，支付终端10的壳体可以使用塑料等材料制成，而不应该使用金属等能够屏蔽无线信号的材料制成。

当感应天线13设置在壳体的外表面时，可以将感应天线13设计成多种不同的形状或者图片并且贴在支付终端10的外表面上，以增加支付终端10的美观和可视感，同时也可以标明微型无源支付设备20最佳的通信区域。

如图2所示的，感应天线13包括有第一天线16以及第二天线17，其中第一天线16的面积大于第二天线17的面积，即第一天线16的线圈外径较大，而第二天线17的线圈的外径较小。本实施例中，第一天线16发射的无线信号的频率也是13.56m赫兹，也就是第一天线16的射频信号的频率与读卡器天线12的射频信号的频率基本一致，都是第一频率，因此感应天线13的第一线圈16能够与读卡器天线12进行耦合并且进行数据交换。并且，在读卡器天线12所在的平面上，第一天线16的投影至少与读卡器天线12部分重合，以便于第一天线16接收读卡器天线12发出的射频信号，从而在第一天线16上感应形成感应电流，由此实现第一次耦合。

第二天线17与第一天线16电连接，并且第一天线16接收读卡器天线12发出的射频信号后形成感应电流，感应电流流向第二天线17上。由于第二天线17的面积较小，且第二天线17的线圈匝数较多，且相邻的两圈线圈之间的间隙较小。优选的，第二线圈17的线圈匝数大于第一线圈16的线圈匝数，且第二线圈17的相邻的两圈线圈之间的间隙小于第一线圈16的相邻的两圈线圈之间的间隙。因此第二线圈17发射的射频信号的频率较高，即第二天线17发出的射频信号的频率高于第一频率，也就是第二天线17的射频信号的频率高于第一天线16与读卡器天线12进行通信的频率，优选的，第二天线17发射的射频信号的频率在20m赫兹以上。

微型无源支付设备20具有一个外壳，例如微型无源支付设备20是一个可穿戴设备，如智能手环，则该智能手环设置有外壳，在外壳内设置有一个ic芯片21以及耦合微天线22，参见图3，ic芯片21是一个体积很小的智能芯片，且ic芯片21内设置有cpu以及存储器，该cpu可以对存储器所存储的数据进行加密处理，以避免存储器所存储的数据被非法读取或者篡改。存储器用于存储用户数据，如用户的身份信息、账户信息等，其中账户信息还包括该账户的号码、账户余额等数据。

耦合微天线22也是设置在外壳内，并且耦合微天线22的面积非常小，可以设置成0.5平方厘米至2平方厘米之间，优选的，耦合微天线22的面积只有1平方厘米。这样，耦合微天线22可以紧密的环绕在ic芯片21外，使得ic芯片21以及耦合微天线22的面积只有1平方厘米到2平方厘米左右。

优选的，耦合微天线22的线圈匝数较多，且相邻的两圈线圈之间的间隙很小，耦合微天线22的线圈匝数、相邻的两圈线圈之间的间隙可以与第二天线17的线圈匝数、相邻的两圈线圈之间的间隙相同或者大致相同。

本实施例中，ic芯片21可以为纯接触条带，可以采用定制的纯非接条带，这样可以使得ic芯片以及耦合微天线22构成的模块体积更小。在制作微型无源支付设备20时，可以将ic芯片21的非接接口和微型耦合天线22直接电连接，再将ic芯片21和微型耦合天线22集成到外壳内。

这样，ic芯片21以及耦合微天线22封装在微型无源支付设备20的外壳后，整个微型无源支付设备20的尺寸可以做到很小，满足可穿戴设备对体积越来越小的要求。应用本发明的微型无源支付设备20，可以制作成智能手环、戒指、项链或者手链的吊坠、耳环等产品，甚至可以是美甲等体积小、厚度超薄的产品上。

下面结合图4介绍应用上述的支付系统进行支付的方法。首先，支付终端上的读卡器天线向感应天线发出射频信号，即执行步骤s1。由于感应天线的第一天线与读卡器天线的射频信号具有相同的射频频率，因此第一天线将接收到读卡器天线所发送的射频信号，并且由此感应形成感应电流。由于第一天线与第二天线电连接，因此第二天线上也有电流流经。

由于第二天线的线圈匝数较多，且相邻两圈线圈之间的间隙较小，因此第二天线发射的射频信号的频率较高，例如超过20m赫兹，因此，第二天线所发出的无线射频信号的频率是高于第一频率的第二频率。

用户执行支付操作时，将微型无源支付设备靠近支付终端，即执行步骤s2。由于微型无源支付设备靠近支付终端时，耦合微天线在第二天线发射的射频信号的磁场范围内，因此在耦合微天线上感应生成感应电流并且向ic芯片供电，即执行步骤s3。实际上，微型无源支付设备只要靠近支付终端的读卡器天线所在的区域，即可以与早已经贴在支付终端壳体上的感应天线实现第二次耦合，从而形成感应电流，并且激活ic芯片工作。

最后，执行步骤s4，微型无源支付终端上的ic芯片依次通过耦合微天线、第二天线以及第一天线与读卡器天线进行信号传输，从而将ic芯片上的数据发送至读卡器。并且，支付终端上的读卡器也可以向ic芯片发送数据，从而读取存储在ic芯片上的数据，如读取身份信息、账户信息等，并且将所读取的信息发送至后台服务器，在后台服务器通过身份验证后进行支付操作。

由于第一天线的射频信号的频率与第二天线的射频信号的频率不相同，这样，当第二天线与耦合微天线进行通信时，并不会受到第一天线发出的射频信号的干扰。

本发明的方案中，读卡器与ic芯片之间的通信需要多个天线发生两次耦合，第一次耦合是读卡器天线与第一天线之间的耦合，且第一天线与读卡器天线之间的通信是使用第一频率进行的，第二次耦合是耦合微天线与第二天线之间的耦合，且耦合微天线与第二天线之间的通信是使用第二频率进行的。

可见，应用本发明的方案，可以让微型无源支付设备的体积做得很小，可以将ic芯片集成到几乎所有微小的智能产品设备上，同时又使得微小的智能产品不需要带有信号放大的电路和电源，也不需要对设备进行定期充电，增加了设备生产的良品率，降低了生产成本，同时又能增加微型无源支付设备自身的使用寿命。

此外，粘贴在支付终端的壳体上的感应天线再受到通常标准卡片尺寸大小的限制，通过调整感应天线和微型无源支付设备的耦合微天线的设计相关参数，可以使得微型无源支付设备获得很好的感应效果，给用户带来良好使用体验。

当然，上述实施例仅仅是本发明优选的实施方式，实际应用时，本发明还有更多的改变，例如，感应天线具体形状的改变、微型无源支付设备具体产品的改变等，这样的改变也能实现本发明的目的。