专利名称：不接触收发机系统读出器天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用读出器的收发机系统，其中该读出器设计成响应由位于该读出器内的一个天线所发射的电磁信号检测由其持有人在该读出器的前方展示的携带式不接触体发射的电磁信号，并且本发明尤其涉及一种不接触收发机系统的读出器天线。
不接触体和读出器之间的信息交换通常是通过存放在该不接触体内的第一天线和位于该读出器内的第二天线之间的远程电磁耦合实现的。此外，该物体装备着一个电子组件，其特征在于该第一天线和一个固态片状器件或芯片连接，除其它元件外后者含有一个射频(RF)部件、一个存储要提供给该阅读器的信息的存储器以及编译要发送的信息并且处理接收到的信息的各种逻辑功能元件。
在诸如公共交通网内的受控进入区的现场里，实际上存在二类用户固定用户和偶然用户。对于第一类用户，ISO格式不接触灵巧卡是最佳解决办法，因为其在长的时间阶段上按乘行总次数分配卡的成本价格，从而对用户而言价格总是保持低的。但是对于由偶然用户组成的第二类用户，由于他们需要为单次行程购买一个卡，该卡的成本价格相对于一次乘行的成本变成是过高的。
在ISO格式卡的同时还存在构成法国9908802号专利申请的主题的携带式车票，这些车票比ISO卡小，并且还可以一次性使用，而ISO格式卡不是一次性使用。当然，它们较小的规格减小了票上天线的表面面积，这要求这些车票具有比ISO格式卡大的操作能量。
因于读出器需要既和ISO格式卡又要和一次性车票一起运行，当放在它的前面的不接触体是一次性车票时，由所述读出器提供的能量必须足够大。由数匝组成的传统读出器天线对于ISO格式卡大小的不接触体可以是充足的，但对于车票大小的不接触体是不充足的。
该问题的一种解决办法可包括通过添加一个包括数匝的小环路以在该天线内引入高的场，其中被设计成尽可能高地提高该小环路的区段中发射的磁场的法向分量。愦憾的是，在一次性车票情况下，这种天线会出现人机控制混乱，因为它只在该小回路的区段中正确工作。另外，该小回路在读出器内建立的磁场的法向分量相位上和该天线的这些匝所建立的场相反，当ISO格式卡对着该小回路时，这会造成明显的操作无效。
另外，例如在EP0,776,200专利或US4,922,261专利的现有技术中所说明的读出器不处理该问题；替代地这些读出器处理读出器的发射天线和接收天线之间的耦合造成的问题，即在二个匝组缠绕上通过以相反的方向设置二个天线中的一个以建立相位相反从而使与另一个天线的互感为零。遗憾的是，该办法不能解决上述问题，因为读出器中产生的磁场完全是不均匀的。
本发明的另一个目的是在不接触识别或进入系统中提供一种读出器天线，其中该系统在该读出器的整个表面上提供不那么均匀的磁场。
从而本发明的用途是一种进入受控进入区的识别或进入系统中的读出器天线，该进入系统包括一个设计成检测来自诸如ISO型卡或一次性车票的携带式不接触体的电磁响应信号的读出器，其中当该携带体的持有人在该读出器的前面展示该携带体时，位于该携带体内的一个天线响应接收到该读出器天线发射的电磁信号发射电磁响应信号。该天线包括n个串联的匝组，其中每个匝组k-1具有一个小于匝组k中的匝数Nk的匝数Nk-1，k从2变化到n，匝组k-1离匝组k的距离为大于某预定值的Dk-1，每个组中的所有匝按相同方向缠绕。
从下面连带着附图的说明，本发明的用途、目的和特征变为更加清楚，附图是图1图式地表示以数匝为特征的传统读出器天线，并且带有对该天线的不同位置处的磁场法向分量的值的指示。在本文的剩余部分中，措词“磁场”指的是垂直于天线平面的磁场分量，图2表示依据本发明的由二个匝组构成的读出器天线，图3表示依据本发明的以三个匝组为特征的这些匝的垂直线股的位置，图4是一条曲线，表示任何离其中循环着电流的无限长金属线的距离为x的点处的磁场值，图5A、5B和5C是曲线，分别表示由外匝组生成的磁场、由内匝组生成的磁场以及合成的磁场，图6表示由具有单组周边匝的读出器天线生成的磁场，图7表示由具有满足本发明的条件的数个匝组的读出器天线生成的磁场，图8表示由具有数个不满足本发明的条件的匝组的读出器天线生成的磁场。
具体实施例方式
如图1中所示，以多个匝12、14、16为特征的传统天线10生成一个随它位于何处而变化的磁场。按这种方式，在这些匝内的区段中该值为正，而在这些匝的外面场是负的。在二个匝之间的中点并且如果由其它部分的各匝造成的磁场是忽略不计的(由于其随距离逆向下降而是弱的)，因为匝线股造成的正磁场和另一个匝线股造成的绝对值相同的负磁场，组合磁场为零。
在生成由该天线发射的电磁信号上，不定磁场是主要问题。在其前面展示携带体的读出器的表面一般为方形(或矩形)，每一边为15cm至20cm。如果该天线过于位于该表面的中心，在这些匝在外面存在一个磁场为负的区段。然而，如果该天线的各匝位于该读出器表面的周边，在该读出器的整个表面上(天线内)磁场为正，尽管离这些匝越远会和距离成反比地更大地减小磁场，在该表面的中心处存在一个盲区。如果在该盲区的前面展示携带体，该携带体不能接收足够的能量。另外，由明显地增加匝线以便加强磁场所构成的解决办法是不适用的。因为增加这些匝占据的表面面积同时也会增加其中磁场为零的区段的数量。
从而本发明提出的解决办法由使用这样的天线构成，该天线由n个串联的匝组组成，每个匝组k(其中k从1变化到n-1)包含在组k+1内，并且组k中的外匝的端头和组k+1中的内匝的端头连接。组k中的匝数小于组k+1中的匝数。最后，按相同的方向，例如从组1到组n逆时针地，缠绕所有匝组中的各个匝。
图2中示出二个组形式下的实施例例子，其中第一匝组20包括二个矩形匝而第二组22包括4个离第一组的距离为D的矩形匝。
如果我们研究显示三个相继的匝组40、42、44的左侧垂直线股的图3，匝组40生成的磁场在其外面，即组40的左面，是负的。但是，出现环绕匝组40的匝组42能在这些匝内并且尤其在组40和组42之间的空隙中生成正磁场。
一般地说，由其中循环着电流I的lm宽的金属线感应的磁场具有由图4中所示的曲线表示的值。在该导线的中央处磁场为零。若横坐标的原点位于该线的中间，磁场然后迅速增加并按下式达到一个相对不变的值H1=K1.I2πlm]]>对于0＜x≤lm然后，按下式作为横坐标的反函数H的值减小H2=K2.I2πx]]>对于x＞lm
从而由N匝的组产生的磁场的值为H＝0对于x＝0H=K1.NI2πlm]]>对于0＜x≤lmH=K2NI2πx]]>对于x＞lm回到图3，每个匝组40或42在由这个组隔开的空间中生成的磁场的值可以分别用图5A和5B中示出的曲线，其中横坐标的原点取成位于匝组42的中点。请注意匝组42内(图5A)产生的场(H1)是正的，而匝组40的外面(图5B)产生的场(-H2)是负的。
组40和42之间的空间中的合成场的值(HR)则是图5A和5B中示出的场的代数和。在图5C中示出的该场的值则为HR＝H1-H2可以看出，该合成场的值先是正的，接着从离匝组42的距离D’1开始是负的。如果D1和D’1(从D’1开始合成场为负)之间的差不非常明显并且远小于一次性车票上的天线的最小尺寸，则为无关紧要，因为该车票接收到的场的平均值保持为正并且必然大于保证车票工作所需的最小值。但是，有可能通过把隔开二个匝组的距离D1选择成等于D’1以便该区段减小成0，从而提供一个在二个匝组之间的空间内全是为正的场。为了达到这一点，负场-H2的最大绝对值必须小于或等于正场+H1的最小绝对值；这近似为K1.=N1I2πlm1≤K2N2I2πD1]]>或者K1.N1.D1.≤K2.N2.lm1
作为初始逼近，若容许二个系数K1和K2相等，可得到N1.D1≤N2.lm1lm1必须小于D1，可看出通过对N1和N2选择适当的值以使N2N1≥D1lm1]]>或者，更一般地，在二个相继的匝组k和k-1之间(其中k从2变化到n)使NkNk-1≥Dk-1lm(k-1)]]>可使该不等式为真。
应注意在这些匝内由匝组42生成的正场添加到由匝组40生成的正场上，尽管由于远离匝组42时场变弱增加的值变小。类似地，匝组44环绕着匝组42。在这二个匝组之间的区段中匝组44在这些匝之内生成的正磁场补偿匝组42生成的负磁场(以及匝组40生成的负磁场)，如果存在足够的匝这可允许在该区段中建立正磁场或者至少建立正的平均场。请注意在匝组42之内匝组44生成的正磁场添加到匝组42生成的正场上并且还在匝组40之内添加到匝组40生成的正场上，但随距离逐渐加大场逐渐变弱。
可以在天线支承上递归地设置n个匝数不断增加的匝组以便覆盖读出器的整个天线表面。但是，存在一个定义天线中匝组的数量n的参数其为匝组之间的距离，即第一组和第二组之间的D1，第二组和第三组之间的D2，并且依次类推，最后是组n-1和n之间的Dn-1。距离D1(组40和42之间)或者D2(组42和44之间)必须是最佳的。为了避免前面参照图1提及的中点周围的磁场积累，它必须不是太小。但是，该距离必须不是太大，以便正磁场足够高从而补偿前一个匝组在其匝的外面建立的负磁场。
存在一个同时决定依据本发明的天线的结构的决定参数。实际上一次性车票必须在读出器的所有点上并且尤其当它位于生成为零的场的某匝组上时接收正的平均场。车票天线的最小边从而必须大于图3中示出的每个匝组的宽度，并且车票46上的天线48的宽度必须大于最宽的匝组44的总宽度。由于越接近该天线的周边每个匝组增加它的匝数，从而强制从一个匝组到另一个更大的匝组时必须减小匝的金属宽度以便该匝组的宽度总是小于车票上的天线的最小尺寸。从而，除了施加到图2中示出的例子的下述不等式之外N2N1≥D1lm1]]>N3N2≥D2lm2]]>还必须使下面的不等式为真lm1＞lm2＞lm3在总要遵守上面提及的各不等式的同时，很清楚，越增加一个外匝组的匝数，例如N3，还可以更大地增加该匝组离开其最近的内匝组的距离，例如D2。
应注意每个匝组内分隔二个匝的距离d应该尽可能的小，即为匝加工上准许的最小距离。更一般地，距离d在幅值上小于距离D。换言之，距离D和距离d之间的比必须大于预定的优选值。结果是，若匝间宽度具有给定值d，则意味着距离D必须大于某预定值。
由于上面说明的相继的匝组，可以为读出器获得用于卡的以及用于一次性车票的足够高的场。此外，这种结构还允许在读出器的整个表面上得到相对均匀的场，该场不超出可施加到不接触体的标准的预定场值。通过下面在图5、6和7中示出的三个例子对此作出示范，其中横坐标的原点位于读出器的中心，并且作出如下设想-一次性车票的特征为尺寸为2cm×2cm的方形天线，-读出器的尺寸为20cm×20cm，-为卡生成的最小场是0.8A/m，-用于一次性车票的最小场是2A/m，-不必超出的场值为7.5A/m，-各匝中的电流为50mA。
1.在图6中示出的第一情况下，读出器的特征是一个简单天线，该天线由该读出器周边上的4个同心匝构成，匝的金属宽度为1mm并且匝间距离为1mm。注意最大场为周边处的15A/m，从而其大于允许的阈值。但是，该读出器中心附近的场仅为0.8A/m，从而其对于卡读出器足够高不过对于一次性车票读出器不是足够高。
2.在图7中示出的第二情况下，依据本发明读出器的天线由三个匝组构成-尺寸为6cm×6cm的2匝的第一组，金属宽度为0.3cm并且匝间宽度为0.1mm，--尺寸为17cm×17cm的4匝的第二组，其中金属宽度为0.3cm并且匝间宽度为0.1mm，-尺寸为20cm×20cm的6匝的第三组，其中金属宽度为1mm并且匝间宽度为0.1mm，可以注意到最小场为2A/m，从而对于读一次性车票或者卡是足够高的，并且最大场为7.5A/m，其等于限制阈值。
3.在图8中示出的第三情况下，读出器的天线类似于第二情况中的天线，但第三匝组除外，第三匝组的金属宽度等于0.3cm而不是1mm。
可以注意到在第二匝组和第三匝组之间的空间中场变成为负；这是由于在比第二匝组具有更多的匝的第三匝组中没有减小金属宽度而造成。
权利要求
1.一种用于受控进入区的识别或进入系统中的天线，该系统包括一个设计成检测来自诸如ISO型卡或一次性车票的不接触携带体的电磁响应信号的读出器，其中当该携带体的持有人在所述读出器的前面展示所述携带体时，位于该携带体内的一个天线响应接收到所述读出体天线发射的电磁信号，发射所述电磁响应信号；所述天线特征在于其包括n个串联排列的匝组(20、22、24)，其中每个匝组k-1具有的匝数Nk-1小于匝组k中的匝数Nk，k从2变化到n，并且匝组k-1离匝组k的距离为大于某预定值的Dk-1，按相同方向缠绕所有组中的各个匝。
2.依据权利要求1的读出器天线，其中匝组的所述数量n对应于足够的匝组数量，从而该天线覆盖在其前面展示所述携带体的所述读出器的整个表面。
3.依据权利要求2读出器天线，其特征在于三个匝组(40、42、44)。
4.依据权利要求1、2或3的读出器天线，其中位于所述携带体内的天线的所有外廓尺寸大于构成任何所述匝组的匝的宽度。
5.依据权利要求1至4中任一权利要求的读出器天线，其中二个相继匝组k-1和k，k从2变化到n，之间的下述不等式为真NkNk-1≥Dk-1lm(k-1)]]>式中lm(k-1)是构成匝组k-1的金属线的宽度。
6.依据权利要求1至5中任一权利要求的读出器天线，其中对于任何范围从2到n的k值比值Dk-1/d大于一预定值，d为二个相邻匝之间的距离的预先规定值。
7.依据上述任一权利要求的读出器天线，其中所述读出器的尺寸为20cm×20cm并且所述一次性车票包括一个尺寸为2cm×2cm的天线(48)。
全文摘要
一种受控进入区的识别或进入系统内的读出器系统，该系统包括一个设计成检测来自诸如ISO型卡或一次性车票(46)的不接触携带体的电磁响应信号的读出器，其中当该携带体的持有人在该读出体的前面展示该携带体时响应接收到该读出体天线发射的电磁信号位于该携带体内的一个天线(48)发射所述电磁响应信号。该天线包括几个串联排列的匝组(20、22、24)，其中每个匝组k－1具有的匝数N
文档编号G06K7/00GK1425210SQ0180834
公开日2003年6月18日 申请日期2001年4月20日 优先权日2000年4月21日
发明者塞巴斯蒂安·莫兰德 申请人:Ask股份有限公司