专利名称：用于由非接触型收发信机系统所发送的电磁信号的调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁信号发射天线，该天线位于非接触型收发信机系统中的读卡器，并且被设计成向便携式非接触型对象发射电磁信号，特别是涉及一种用于由非接触型收发信机系统所发送的各种电磁信号的调制器。
背景技术：
介于一个非接触型对象以及一个非接触型收发信机系统之间的信息交换通常由介于被安装在该非接触型对象之中的第一天线以及位于非接触型收发信机系统之中的第二天线之间的远距离电磁耦合来完成。而且，在该对象上，安装了一个电子模块，其特征在于第一天线被连接到一个电子芯片，它在其他众多元件中，含有一个射频(RF)部分，一个微处理器和/或一个存储器，其中存储着准备提供给非接触型收发信机系统的信息，还有为编辑待发送的信息、以及为处理已接收的信息所需的各项逻辑功能。
非接触型对象，它可能是一张门票或者具有信用卡格式的卡片，是一种在各个领域中越来越普遍使用的系统。例如，在交通部门，可自由使用的非接触型车票以及非接触型智能卡已经被开发出来，作为供临时的和长期的用户使用的一种支付手段。对电子钱包来说，情况也是如此。许多公司也已经开发出针对使用非接触型智能卡的全体员工的识别装置。
目前，介于非接触型收发信机系统(通常被称为读卡器)与各种非接触型智能卡之间的数据传输均遵循各项ISO标准。在最广泛的推广应用中，ISO标准14443涉及介于智能卡以及读卡器之间经由无线电的双向数据传输。此项标准覆盖了两项传输协议，它们被称为类型“ A”传输协议以及类型“B”传输协议。这两项非接触型数据传输协议，A和B，不同之处在于，一方面，介于读卡器与卡之间，另一方面，介于卡与读卡器之间的射频(RF)通信所使用的调制类型。在这里，只讨论从读卡器向卡发送的信号。
在从读卡器到卡的数据传输方向中，协议B提供了对应于所发送信号或者由所发送数据的电磁载波的10％的调幅度的振幅调制，而在协议A中，由所发送的数据对电磁载波进行100％的调幅度的振幅调制。在两种情况下，在第一时间间隔t1内，所发送的周期性的电磁载波的振幅都被默认为最大，然后，在第二时间间隔内，对第一种情况来说，它等于在调制过程中的最大振幅的大约82％，而对第二种情况来说，它等于在调制过程中的最大振幅的0％。
目前，越来越多的标准要求非接触型读卡器同时兼容于两种传输协议类型，A和B。对这两种协议来说，标准化的电磁载波频率是共同的，并且通常等于13.56MHz。
对读卡器来说，主要的性能标准之一就是电磁辐射场的范围，它必须尽可能地大。因此，各制造商均致力于采取提高电源电压以外的方法，来拓展他们的传输系统的范围。然而范围的拓展不应出现这样的风险，即，当卡靠近读卡器时，卡会发生饱和或损坏。
满足此项性能标准的因素之一就是使用具有高的过电压比的各种天线。在谐振频率上，出现在电感(电磁载波的一个来源)两端的电压有效值基本上等于在该电路两端的电压的Q倍；Q为过电压因数。这样一来，天线的过电压比越高，其辐射场的范围就越大。
为了得到所发送信号的100％的振幅调制，目前普遍使用的方法包括，在对应于根据协议A的场的截止时间内，在该电路两端关断电压源，以便停止电磁载波的发射。
实际上，虽然显著地增加了天线的驱动电路的阻抗，但是，关断发生器会使电压降低到零。由于在电路中所积累的负载，这将使天线继续发射(电磁波)，这又导致在一段比截止时间更长的时间内，发射一段阻尼的电磁载波振荡。其结果是，在信号截止期间，向卡辐射的(电磁)场的振幅不为零，并且由该天线发射的电磁场不对应于电磁载波的100％的振幅调制；这发生在比理论上的截止时间为短的一段时间内，其振幅小于或等于辐射信号的最大振幅的5％。
因而，使用具有高的过电压比的天线兼容于B型读卡器。对这样的读卡器来说，由于它的调幅度只有10％，所以电磁载波总是存在的，同时，它勉强地兼容于A型读卡器。再有，用一个具有高的过电压比的天线所获得的小的阻尼效果仅对调幅度为10％的波形产生轻微的影响。
为了使用兼容于两种读卡器类型的天线，第一种解决方案包括使用具有降低了的过电压比同时具有兼容于标准A的要求的阻尼的天线，虽然这样做在满足标准B的性能特性方面有所牺牲。
第二种解决方案包括使用具有双极型晶体三极管的线性放大器，它使得由天线发射的信号受到阻尼，因此，在截止时间内，辐射场(的强度)为零。这种解决方案能获得预期的阻尼，但是以牺牲输出为代价。虽然需要大的极化电流，但是该电路具有恒定的输出阻抗。这种电路的实现比较复杂。
第三种解决方案包括，使用场效应晶体三极管用于切换，以便降低损耗，同时不牺牲B型读卡器的范围。使用这样的晶体三极管使该电路在“打开”和“闭合”两个位置之间进行切换，并且当电路被持续地打开时，通过增加所呈现的阻抗来获得最大的辐射场，但在类型A协议的情况下，在波形方面会有所牺牲。
发明内容
这就是为什么本发明的第一目标是提供一种装置，它使得在发送类型A协议信号的过程中，在最高性能状态下，从读卡器的天线向非接触型智能卡发送电磁载波。
本发明的第二目标就是提供一种装置，它使得在发送类型A和类型B协议信号的过程中，在最高性能状态下，从读卡器的天线向非接触型智能卡发送电磁载波。
因此，本发明的用途涉及在一个非接触型收发信机系统中使用通往一个非接触型对象的电磁波辐射的数据传输设备，所发送的各数据比特对应于第一时间间隔与第二截止时间间隔的交替，在上述第一时间间隔内，按照预定的载频来发射电磁波，而在上述第二截止时间间隔内，在按照预定的载频来发射电磁波的过程中，将出现一段截止。本设备包括产生装置，它在第二截止时间间隔内，用于产生其频率高于基波频率的电磁波，由此导致天线的辐射场的衰减大于一个预定的数值。
通过下面的结合诸附图的说明，将使本发明的各种用途、目标和特性变得更为明显，在诸附图中图1表示根据协议A发射的电磁场的包络，通过使载波频率(的发射)截止来获得，图2表示根据本发明而发射的电磁场的包络，图3表示天线的辐射场相对于所接收的信号频率的幅度曲线，图4是根据本发明的装置的各项功能的一份方框图。
具体实施例方式按照遵循当前标准的两个数据传输协议类型A和B，从读卡器通过射频(RF)信号向智能卡发送数据。A类协议按照100％的调幅度对读卡器发送的电磁波进行调制。该周期性载频波的幅度在初始时间间隔内为最大值并且恒定不变，而在第二时间间隔内其值为零。B类协议按照10％的调幅度对读卡器发送的电磁波进行调制。该周期性载频波的幅度在初始时间间隔内为最大值并且恒定不变，而在第二时间间隔内其幅度为最大幅度的10％。按照实际标准，电磁载波的频率通常为13.56MHz，这也是在本文献中选择该值作为参考值的原因。但是，电磁载波的频率也可以取不同的值，这并没有超出本发明的范围。
根据A类数据传输协议，通过截止13.56MHz的传输频率，使得电磁载波在时间间隔t内被截止。
图1表示读卡器的天线所辐射的电磁场的包络。当载频的频率为13.56MHz时，辐射产生的电磁场10是最强的。当该频率被截止时，辐射产生的电磁场按照曲线12逐渐减小，直至时间间隔t结束时达到最小值，但该最小值不为零。时间间隔t结束后，载波的频率重新回到13.56MHz，辐射产生的电磁场幅度也按照曲线14逐渐增加，直至达到最大值10。在这种情况下，对载波进行100％的调幅度的调制，将不能达到令人满意的效果。当获得辐射电磁场幅度的最小值(现行标准通常要求小于最大幅度的5％)时，就能在时间间隔t的某一时段中得到这种调制。当曲线12所表示的载波频率被截止时，辐射电磁场的减弱并不明显，在实现100％的调幅度方面，尚不足以获得一个令人满意的波形。
图2表示由根据本发明的装置的读卡器天线所辐射的电磁场的包络。当载波频率为13.56MHz时，辐射电磁场20是最强的。为了在时间t得到载波幅度的截止，向天线发送的信号频率将变为时间t内的谐振频率的两倍。因此，天线接收到一个频率为27.12MHz的信号，由于该频率处于天线的带宽以外，所以天线不产生辐射电磁场。事实上，在频率转换期间得到的辐射电磁场，沿着一条很快衰减的曲线22迅速减弱，直至在一个重要的时间t’，它达到一个可忽略的数值为止。当电磁载波的频率为13.56MHz时，天线辐射的电磁场24将增强，直至到达最大值20为止。这时所得到的波形在实现100％的调幅度方面是令人满意的。只要所发射的信号频率处于天线的带宽之外，并且高于被截止的基频的频率，就能得到这样的结果。
图3示出了天线辐射产生的电磁场相对于该天线所接收的信号的频率之间的关系。该电磁场在谐振频率fR处为最强。对低于或等于频率f1的频率来说，其辐射电磁场的幅度将小于在谐振频率fR处的电磁场幅度的5％。同样，f2代表的也是这样一个频率，高于这个频率，辐射电磁场的幅度将小于在谐振频率上电磁场幅度的5％。在截止期间所产生的频率上，能满意地得到符合协议A的可变的电磁场截止，天线的辐射场的幅度必须小于辐射场的最大幅度的5％。在截止期间所产生的频率必须能导致辐射电磁场的衰减等于一个预定的数值，该数值最好是等于30dB。在截止期间所产生的频率要么小于f1并且不等于0，要么大于f2。在一个优选实施例中，它大于或等于fR的两倍。根据本发明的优选实施例，在截止期间所产生的频率等于谐振频率的两倍，也就是27.120MHz。
图4以方框图形式表示的电子装置代表本发明的一个优选实施例，其中，数据信号42控制双投开关48。(开关的)第一位置对应于频率为27.120MHz的信号，它是在截止期间由时钟44提供的。(开关的)第二位置对应于频率为13.56MHz的标准频率的信号，它是由分频器46产生的。上述装置被纳入到可编程逻辑电路40之中，该逻辑电路40的输出信号50通过两个输入端被施加到功率开关级，输入端52对应于可编程逻辑电路40的输出信号，而另一个输入端54所对应的信号则是被转换开关53倒相后的同一输出信号。功率开关级56含有两个场效应晶体三极管，分别与输入端52和54相连接，并且打算切换到从两个输入端其中之一所接收的频率，当一个晶体三极管被“打开”时，另一个晶体三极管则被“闭合”。来自功率开关级的两路输出信号先通过两个电阻58和60，然后经过只允许基频信号通过的低通滤波器62进行滤波。在滤波器62的输出端，这两路信号被天线64发送到非接触型卡。
权利要求
1.在一个通往非接触型对象的非接触型收发信机系统中使用电磁波辐射的一个传输装置，所发送的各数据比特对应于一个第一时间间隔以及一个第二截止时间间隔的交替，在上述第一时间间隔内，按照一个预定的载频来发送电磁波，在第二截止时间间隔内，在按照一个预定的载频来发送电磁波的过程中，出现一段截止，其特征在于，它包括产生装置，用于在第二截止时间间隔内，产生电磁波，其频率高于被截止的基频，由此导致天线的辐射场的衰减大于一个预定的数值。
2.根据权利要求1所述的数据传输装置，其中，在截止期间产生的所述频率上的辐射场的衰减小于或等于30dB。
3.根据权利要求2所述的数据传输装置，其中，在截止期间产生的所述频率处于频率范围f1-f2以外，所对应的天线辐射场的幅度大于或等于在所述预定的载频上的辐射场的幅度的5％。
4.根据权利要求3所述的数据传输装置，其中，在截止期间产生的所述频率等于所述预定的载频的两倍。
5.根据权利要求4所述的数据传输装置包括可编程逻辑电路(40)，它在一个初始的时间间隔以内，提供处于所述预定的载频上的第一信号，并且在一个第二时间间隔以内，提供一个第二信号，其频率为所述预定的载频的两倍，由数据信号(42)来控制所述第一信号与所述第二信号之间的切换。
6.根据权利要求5所述的数据传输装置，其中，所述预定的载频等于13.56MHz。
7.根据权利要求6所述的数据传输装置，其中，所述可编程逻辑电路(40)包括一个工作于27.12MHz的时钟(44)，以及一个分频器(46)，后者提供所述预定的载频(13.56MHz)，由所述时钟提供所述倍频(27.12MHz)。
8.根据权利要求7所述的数据传输装置，包括一个功率开关级(56)，其特征在于，由所述可编程逻辑电路(40)的两路输出对两个场效应晶体三极管进行控制，使得当所述晶体三极管其中之一被“打开”时，另一个晶体三极管被“闭合”。
9.根据前述各项权利要求中任何一项所述的数据传输装置，其中，所发送的数据符合根据类型A协议的数据传输标准ISO 14443，其中，通过所发射的电磁场的截止来产生各数据比特。
全文摘要
本发明涉及一种装置，它在一个非接触型发送/接收系统中借助于电磁波辐射，用于向一个非接触型对象发送数据。所发送的各数据比特对应于一个第一时间间隔以及一个第二截止时间间隔的交替，在上述第一时间间隔内，按照一个预定的载频来发送电磁波，而在第二截止时间间隔内，按照一个预定的载频来发送的电磁波则被截止。根据本发明，在所述第二截止时间间隔内，产生装置(40，42，44，46，48)被用来产生频率为预定载频的两倍的电磁波，由此，使天线所辐射的(电磁)场发生衰减，所述衰减大于一个预定数值，例如30dB。
文档编号H04B5/02GK1483182SQ02803128
公开日2004年3月17日 申请日期2002年9月13日 优先权日2001年9月14日
发明者奥利弗·帕拉奥尔特, 奥利弗 帕拉奥尔特 申请人:Ask股份有限公司