专利名称：读取器线圈天线以及采用这种天线的非接触型卡识别系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种读取器线圈天线以及一种使用该天线的非接触型卡识别系统，更具体地说，涉及一种可以形成磁场，发射工作频率，并接受来自非接触型卡的频率以便解码非接触型卡的数据的改进的读取器天线，以及一种使用该天线的非接触型卡识别系统。
背景技术：
具有由摩擦而识别的磁条部分的接触型磁卡以及通过在磁场空间内的频率发射/接收数据的非接触型卡已经被广泛用作进行付费的装置。磁卡的示例为信用卡和预付费电话卡，而非接触型卡的示例为预付费交通卡和非接触型地铁信用卡。
图1为示出传统的非接触型卡识别系统的方块图，参照图1，传统非接触型卡识别系统10包括天线系统16、卡读取器18以及控制单元20。
卡读取器18产生一电流以探测非接触型卡14，并通过天线系统16发射由该电流形成的磁场。
非接触型卡14由被发射的磁场手动地给电池充电，并向天线系统16发射包含内部存储的数据的信号。
在天线系统16中接收到的信号通过卡读取器18输出到控制单元20。
控制单元20内接收的数据与控制单元20中所存储的主安全信息相比较，以确定卡的标识，并通过天线系统16发射出去。
图2是示出传统的读取器线圈天线的透视图。如其中所示，传统的读取器线圈天线包括驱动环形天线22、双环形天线32、34、以及非导磁材料26。
在此，双环形天线32、34在交叠型的交叠单元36中彼此相连。另外，非导磁材料26包括铝、银、铜、黄铜或金，以通过相对涡流提供屏蔽而感应驱动环形天线22的磁场。用于驱动非接触型卡14的驱动电流施加到连接至卡读取器18的端子28、30上。由于所施加的电流而在驱动环形天线22中产生磁场。在此，通过驱动环形天线22而在双环形天线32、34中产生感应电流。感应电流具有偏离流过驱动环形天线22的电流方向180°的相差。
双环形天线32、34粘附于非导磁材料26的表面上。于是，在定位非接触型卡14处的天线系统16前表面产生磁场，而在天线系统16的后表面感应并吸收该磁场。
在上述的读取器线圈天线中，驱动环形天线22和双环形天线32、34具有相对的电流方向。从而难于增加读取距离，而该读取距离为天线系统16和非接触型卡14之间的数据识别距离。此外，非导磁材料26感应并吸收磁场，从而减弱磁场强度，结果，该读取距离由于磁场进一步缩短。
发明内容
于是，本发明的目的是提供一种读取器线圈天线，其可以由于内部磁场的强度而增大读取非接触型卡的读取距离，并且提供了一种利用该天线的非接触型卡识别系统。
在本发明的一个方面中，非接触型卡识别系统的读取器线圈天线包括形成预定环形并通过接收电流而形成磁场的外部线圈、以及至少一个设置在外部线圈的环形内部的内部线圈，其通过接收电流而在外部线圈的磁场方向上产生相长干涉。
在本发明另一方面中，利用读取器线圈天线的非接触型卡识别系统包括由于所施加的信号在相同方向上流动而产生磁场的读取器线圈天线；用于通过读取器线圈天线发射工作信号并将来自于非接触型卡的输入信号解码的卡读取器；以及用于根据被解码的信号确定非接触型卡的标识的控制单元。
根据本发明，线圈中心部分的感应区由于读取器线圈天线被提供有相同方向的电流而予以增大。另外，磁场的强度通过将非导磁材料插入到内部线圈中而在靠近线圈中心部分附近增强。结果，增大了感应区，改善了通信的可靠性，并减小了死区。
随着参照以下的详细描述，同时与附图相关联地考虑，本发明变得更好理解，本发明的更全面的理解以及伴随其的多种优点将更容易明白，在附图中，相同的附图标记标识相同或相似的元件；其中图1是示出传统非接触型卡识别系统的方块图；图2是示出图1中读取器线圈天线的透视图；图3是示出根据本发明第一实施例的读取器线圈天线的俯视图；图4是示出图3中的读取器线圈天线的横截面图；图5是示出根据本发明第二实施例的读取器线圈天线的横截面图；图6是示出根据本发明第三实施例的读取器线圈天线的横截面图；图7是示出根据本发明第四实施例的读取器线圈天线的横截面图；图8是表示基于图3和图7中的线圈直径的磁场强度的曲线；以及图9是示出利用图3中的读取器线圈天线的非接触型卡识别系统的方块图。
具体实施例方式
现在，将参照附图描述根据本发明的读取器线圈天线以及利用该天线的非接触型卡识别系统。
图3是示出根据本发明第一实施例的读取器线圈天线的俯视图，而图4是示出图3中读取器线圈天线的横截面图。读取器线圈天线包括用于由所施加的电流形成磁场的外部线圈120和内部线圈140。
在此，内部线圈140设置在外部线圈120内侧。外部线圈120和内部线圈140合并成一个线圈。另外，外部线圈120和内部线圈140非连接到作为信号输入/输出路径的端子160、180上。端子160、180中的一条引线用作输入引线，而另一条引线用作接地线。在这个实施例中，连接到外部线圈120的外部端子160用作信号的输入引线，而连接到内部线圈140的内部端子180用作接地引线。
外部线圈120和内部线圈140安装在印刷电路板50上以防止移动。
当驱动电流施加到外部端子160上时，相同方向的电流流过外部线圈120和内部线圈140。于是，磁场在线圈附近产生。在此，在单一的方向上并且在由内部线圈140所围绕的空间内形成磁场，这就增强了垂直方向上(相对于其上安装线圈的印刷电路板50的表面)的磁场强度。
外部线圈120与内部线圈140分隔开越远，在内部线圈140内增大的磁场强度更大。然而，当外部线圈120和内部线圈140之间的间隔达到预定值时，即，内部线圈140的直径过分小时，内部线圈140的磁场强度减弱。
优选地是，线圈120、140由镀有铜的薄膜制成，且其厚度为几十微米。
外部线圈120和内部线圈140之间的间隔优选地为通过试验所确定的最佳距离。一般地，线圈120、140的直径范围为从30μm到40μm，而外部线圈120和内部线圈140之间的间隔的范围为从20到30mm。由外部线圈120形成的内部线圈的平均直径范围为从55到65mm。
优选地是，当线圈120、140的外径为35μm，外部线圈120和内部线圈140之间的间隔为25mm，且外部线圈120所形成的环形的直径为58.5mm时，在内部线圈140中的垂直方向上获得最大的磁场强度。
图5是示出根据本发明第二实施例的读取器线圈天线的横截面图。在此，与第一实施例相同的元件被提供以相同的附图标记。读取器线圈天线包括外部线圈120、第一内部线圈140和第二内部线圈150。当采用两个内部线圈140、150时，在第二内部线圈150内产生的磁场比第一实施例的内部线圈140中产生的磁场更强。因此，可以提供多个内部线圈，如图5所示。
图6是示出根据本发明第三实施例的读取器线圈天线的横截面图。在这个读取器线圈天线中，由非导磁性材料构成的磁感应层220设置在粘附线圈120、140的印刷电路板50的后表面上。非导磁性材料不导电，并且在位于磁场空间内时具有磁性。
根据本发明，磁场存在于印刷电路板50的后表面上。磁感应层220促使后表面上磁场的方向指向印刷电路板50。在这个实施例中，被感应的磁场与线圈方向的磁场结合，以产生相长现象。从而，有可能由同样施加到线圈上的电流而增大感应区，并减小磁场向印刷电路板50后表面的泄漏。
磁场的感应取决于磁感应层220的厚度。优选地是，当印刷电路板50的厚度范围为从0.3到0.9mm时，磁感应层220的厚度范围为从1到3mm。
另外，磁感应层220可以丝网印刷到印刷电路板50的后表面上。
图7是示出根据本发明第四实施例的读取器线圈天线的横截面图。本发明第三和第四实施例都使用相同的附图标记。在印刷电路板50上由内部线圈140形成的内部区域内形成一个沟槽210。磁感应层220a相应地插入到沟槽210中，并粘附在印刷电路板50的后表面上。
粘附到印刷电路板50后表面上的磁感应层220与本发明第三实施例中的一样地工作。
从内部线圈140插入到内部区域230中的磁感应层220a形成磁场，该磁场是在与由粘附到印刷电路板50后表面上的磁感应层220所感应的磁场相同方向上感应，即线圈面的垂直方向，并保持穿过非接触型卡的垂直磁通量最大。因此，在内部线圈140内垂直磁通量增大，从而增强内部磁场的强度。另外，磁感应层220a可以涂覆到印刷电路板50的表面上，而替代形成所述沟槽210。
此外，相应地插入到印刷电路板50的沟槽中的磁感应层220a的厚度与印刷电路板50的厚度几乎相同。
图8是表示基于由图3和图7所示实施例而产生的磁场的强度。参照图8，细线100标识由图3所示实施例产生的磁场的强度，而粗线200标识由图7所示实施例产生的磁场的强度。
在细线100中，中央部分的磁场的强度小于线圈位置的磁场强度。在粗线200中，在线圈位置内磁场强度基本相同，而磁感应层220a所插入的中央部分有所变化。如图所示，磁场强度在线圈中央部分由于磁感应层220a的作用而增大。
图9是示出利用图3所示读取器线圈天线110的非接触型卡识别系统的方块图。非接触型卡识别系统包括读取器线圈天线110、卡读取器330和控制单元350。优选地是，非接触型卡识别系统还包括用于控制读取器线圈天线110和可读取器330的输入/输出信号的匹配电路。
附图标记410表示由读取器线圈天线110形成的感应区，而430标识非接触型卡。
卡读取器330通过读取器线圈天线110发射包含功率和信号的工作频率。在该示例中，工作频率为13.56MHz。
从卡读取器330通过匹配电路310输出的工作频率在读取器线圈天线110中产生磁场。此时，该磁场由于相消干涉而在线圈120、140之间较弱，但由于相长干涉而在线圈120、140附近较强。从而，由相同的工作频率形成的感应区增强。
由于所发出的磁场而在非接触型卡430内累积感应电动势，并然后与所存储的信息一同发射到读取器线圈天线110。
所接收到的信号通过匹配电路310输入到卡读取器330中。卡读取器330读取、放大、滤波并解码数据。控制单元350根据解码的信号而确定标识。
根据本发明，线圈中央部分的感应区由于设置有相同(或单独)方向的电流的读取器线圈天线的作用而增大。另外，非导磁性材料粘附到印刷电路板的后表面上，并从而在其上不产生磁场。因此，有可能控制磁场在非希望方向上泄漏。此外，如图7所示，通过从内部线圈将非导磁性材料插入，而磁场的强度在靠近线圈中央部分处增大。结果，该系统的感应区增大、通信可靠性改善，并且死区的尺寸减小。
如上所示及所述的线圈形成为圆形，但也可以形成为其他形状，以将相同方向的电流施加到外部线圈和内部线圈。
此外，在如上所示及所述的实施例中，外部线圈和内部线圈具有相同的中央部分、或共同的中心点。然而，应指出的是，只要内部线圈定位在外部线圈内侧，外部线圈和内部线圈可以具有不同的中央部分、或中心点。
另外，在上述实施例中，线圈安装到印刷电路板上。然而，如果线圈位置和电流方向按照本发明形成并利用，也可以不需要印刷电路板。
虽然已经描述了本发明优选实施例，应理解的是，本发明不应限于这些优选实施例，而在如此后限定的本发明的精髓和范围内，本领域技术人员可以作出各种变化和改进。
权利要求
1.一种非接触型卡识别系统的读取器线圈天线，包括形成预定环形，并通过接收电流而形成磁场的外部线圈；以及至少一个设置在外部线圈的环形内侧的内部线圈，其中，所述至少一个内部线圈在由外部线圈形成的磁场方向上产生相长干涉。
2.如权利要求1所述的读取器线圈天线，其特征在于，具有至少两个内部线圈，并且，内部线圈在自所述外部线圈向内的方向上依次设置。
3.如权利要求2所述的读取器线圈天线，其特征在于，使用一个内部线圈。
4.如权利要求1所述的读取器线圈天线，其特征在于，相同方向的电流施加到所述外部线圈和所述至少一个内部线圈二者上。
5.如权利要求1所述的读取器线圈天线，其特征在于，外部线圈和内部线圈合并为一个线圈。
6.如权利要求1所述的读取器线圈天线，其特征在于，外部线圈和内部线圈形成为圆环。
7.如权利要求6所述的读取器线圈天线，其特征在于，外部线圈和内部线圈同心地对齐。
8.如权利要求1所述的读取器线圈天线，其特征在于，外部线圈和内部线圈由铜制成，并且厚度为30到40μm，并且，外部线圈和内部线圈之间的间隔为20到30mm。
9.如权利要求8所述的读取器线圈天线，其特征在于，由外部线圈形成的环形的直径为55到65mm。
10.如权利要求1所述的读取器线圈天线，其特征在于，外部线圈和内部线圈安装在印刷电路板上。
11.如权利要求10所述的读取器线圈天线，其特征在于，印刷电路板的一侧包括涂覆有非导磁性材料的磁感应层。
12.如权利要求11所述的读取器线圈天线，其特征在于，磁感应层设置在内部线圈所形成的环形的内部区域上。
13.如权利要求12所述的读取器线圈天线，其特征在于，在印刷电路板内部区域内形成沟槽，而磁感应层相应地插入到所述沟槽中。
14.如权利要求13所述的读取器线圈天线，其特征在于，形成在印刷电路板上的沟槽具有与所述内部区域的形状相对应的形状。
15.一种利用读取器线圈天线的非接触型卡识别系统，包括读取器线圈天线，其通过被施加而在单独方向上流动的信号而形成磁场；卡读取器，其通过读取器线圈天线发射工作信号，并将来自非接触型卡的输入信号解码；以及控制单元，其根据被解码的信号确定非接触型卡的标识。
16.如权利要求15所述的系统，还包括设置在卡读取器和读取器线圈天线之间的匹配电路，所述匹配电路将读取器线圈天线的信号和卡读取器的信号相匹配。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述读取器线圈天线包括形成预定环形，并通过接收电流而形成磁场的外部线圈；以及至少一个设置在外部线圈的环形内侧的内部线圈，其中，所述至少一个内部线圈在由外部线圈形成的磁场方向上产生相长干涉。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，外部线圈和内部线圈合并成一个线圈。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，外部线圈和内部线圈安装在印刷电路板上。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，印刷电路板的一侧包括涂覆有非导磁性材料的磁感应层。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述内部线圈产生在所述内部线圈内侧的内部区域，而所述磁感应层设置在所述内部区域中。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，在印刷电路板内部区域形成沟槽，而磁感应层相应地插入到所述沟槽中。
全文摘要
本发明公开了一种读取器线圈天线以及利用该天线的非接触型卡识别系统,以增大卡读取器系统的感应区域。读取器线圈天线包括:用于形成预定环形并通过接收电流形成磁场的外部线圈;以及设置在外部线圈的环形内侧的至少一个内部线圈,用于在外部线圈磁场方向上产生相长干涉。本发明的卡识别系统包括由于被施加而在单独方向上流动的信号的作用而形成磁场的读取器线圈天线、用于通过读取器线圈天线发射工作信号并将来自非接触型卡的输入信号解码的卡读取器、以及用于根据被解码的信号而确定非接触型卡的标识的控制单元。
文档编号B42D15/10GK1374717SQ02103150
公开日2002年10月16日 申请日期2002年1月31日 优先权日2001年2月3日
发明者金泰昊 申请人:三星电子株式会社