专利名称：一种非接触式天线、天线组和智能卡的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种非接触式天线、天线组和智能卡。
背景技术：
智能卡又称IC卡，一般有两种接触式IC卡和非接触式IC卡。其中，接触式IC 卡是通过机械触点获取能量和进行数据交换的，而非接触式IC卡又称为射频卡，是通过天 线线圈感应获取能量和进行数据交换的。而目前随着智能IC卡应用的不断深入，双界面智 能卡受到了广泛的关注。双界面智能卡不仅具有传统的接触界面，还可以如同其他非接触 式IC卡一样通过天线进行无线射频通信。双界面智能卡由于具有两个工作界面，特别是其 非接触应用方式，使用方便、快捷，所以应用更加广泛，特别是将其应用于手机等嵌入式设 备实现移动支付、身份认证等，这些应用将给人们的生活带来便利。无论在非接触式IC卡还是双界面智能卡中，在非接触式工作界面上，天线作为射 频前端，起着获取能量和进行数据交换的重要作用，是进行信息通信的不可或缺的核心纽
带O目前，非接触式及双界面智能卡一般采用单面FPC(柔性电路板)线圈天线，例如 应用于手机的插入式双界面智能卡。但单面FPC线圈天线的天线尺寸较大，通信距离较近。 而随着非接触式及双界面智能卡的应用领域的不断扩展，天线的小型化要求越来越强烈， 目前的单面FPC线圈天线已经不能满足要求。一般来讲，减小了天线的尺寸，通信距离也会 减小。因此，在保证通信距离的前提下，减小天线尺寸是一个需要解决的问题。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于，提供一种非接触式天线，增大了通信距离，减小了天 线的尺寸。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种非接触式天线，包括电感线圈，所述电感线圈为至少两层叠加的线圈，每相邻 层的所述线圈之间设有绝缘介质层，每相邻层的所述线圈穿过绝缘介质层馈电连接。采用上述技术方案后，本实用新型非接触式天线由于采用了多层线圈叠加的方式 增大了线圈包围磁场的有效面积，进而得到较大的感应电动势，从而达到了增大通信距离、 减小天线尺寸的目的。本实用新型的另一主要目的在于，提供一种非接触式天线组，增大了通信距离、减 小了天线的尺寸。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为 一种非接触式天线组，包括至少两个天线，所述天线包括电感线圈，所述至少两个 天线中的至少一个天线的所述电感线圈为为至少两层叠加的线圈，每相邻层的所述线圈之 间设有绝缘介质层，每相邻层的所述线圈穿过绝缘介质层馈电连接。 采用上述技术方案后，本实用新型非接触式天线组由于包括多层叠加的线圈，增大了线圈包围磁场的有效面积，进而得到较大的感应电动势，从而达到增大通信距离、减小 天线尺寸的目的。本实用新型的又一主要目的在于，提供一种非接触式智能卡，增大了通信距离、减 小了天线的尺寸。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种非接触式智能卡，包括智能卡本体，所述智能卡本体连接有天线装置，所述天 线装置包括电感线圈，所述天线装置中的至少一个所述电感线圈为至少两层叠加的线圈， 每相邻层的所述线圈之间设有绝缘介质层，每相邻层的所述线圈穿过绝缘介质层馈电连接。采用上述技术方案后，本实用新型智能卡的天线由于包括多层叠加的线圈，增大 了线圈包围磁场的有效面积，进而得到较大的感应电动势，从而达到提高通信距离、减小天 线尺寸的目的。
图1为本实用新型非接触式天线实施例剖视示意图；图2为本实用新型实施例一的剖视示意图；图3为本实用新型实施例一的又一示意图；图4为本实用新型实施例二的终端接收天线的剖视示意图；图5为图4所示的终端接受天线的又一示意图；图6为本实用新型实施例二的外部接收天线示意图；图7为本实用新型实施例二的应用示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施方式做进一步详细说明。为了增大通信距离、减小天线尺寸，本实用新型实施例提供了一种非接触式天线、 天线组和智能卡。基于电感耦合的射频识别系统通信和能量传输的耦合中介是空间磁场，耦合磁场 在天线线圈之间构成闭合回路，线圈对总磁通量贡献如下式 式中，B为磁通量密度，A为线圈所包围的面积，N为线圈匝数。由感应定律的一般形式 式中，U为感应电动势，t为时间。由上两式可以看出，在磁通量密度B不变以及不增大天线匝数N的情况下，为了得 到高的感应电动势，可以增大线圈所包围的有效面积A。基于此，本实用新型提供的一种非 接触式天线、天线组和智能卡的技术方案的基本思想在于，通过增大天线线圈的有效面积 A，使得感应磁通量Ψ增大，得到较大的感应电动势u，从而达到减小天线尺寸、增大通信距 离的目的。[0033]本实用新型实施例提供的一种非接触式天线，包括电感线圈1，如图1所示，所述电感线圈1为至少两层叠加的线圈，每相邻层的线圈1之间设有绝缘介质层3，每相邻层的 线圈1穿过绝缘介质层馈电连接。应用时，电感线圈1置于磁场中，在磁通密度B相等的情况下，由于电感线圈1为 多层叠加的方式，增大了线圈包围磁场的有效面积A，使得感应磁通量Ψ增大，从而得到较 大的感应电动势u，为终端设备提供电源以及信息交互，使得天线的读写距离(即通信距 离)增大、相应的天线尺寸减小。其中，每相邻层的线圈1穿过绝缘介质层馈电连接具体的实现方式可为位于上 层的线圈1的一个抽头穿过绝缘介质层3绕制或蚀刻等方式形成下层的线圈1，实现馈电连 接；也可以通过过孔将分别绕制或蚀刻形成的上下层的线圈1的两个抽头连接起来实现馈 电连接。最上层的线圈1剩余的一个抽头和最下层的线圈1剩余的一个抽头作为电感线圈 1的引脚，引出触点同使用终端相连。这两个抽头可以位于天线的最上层和最下层，但可根 据使用需要，通过过孔连接，使两个抽头位于天线的同一层。其中，每层的线圈1绕制方式为连续绕制，电流走向为一致，即每层线圈1的电流 流向均为顺时针或者均为逆时针；相邻层的线圈1相对布线位置可以为上下垂直对应一致 布线，也可以为上下错开布线；各层的线圈1的绕制匝数可以为相同，也可以为不同，视具 体使用情况而定；每层线圈1的形状可以为矩形、圆形或者其他形状，每层线圈的形状可以 一致，也可以不一致，视具体使用情况而定。其中，本实用新型实施例提供的非接触式天线可以为PCB(印刷电路板)线圈天 线，也可以为FCP线圈天线；本实用新型实施例提供的非接触式天线可以与使用终端直接 相连，也可以通过二级或者多级耦合后再与使用终端相连。其中，绝缘介质层3可由不同的制作工艺及材料制成。进一步地，本实用新型实施例提供的非接触式天线，还包括电容2，电容2与电感 线圈并联。通过电容2的调谐，可使本实用新型非接触式天线达到最佳的谐振频率，得到最 佳的品质因数，使耦合效率达到最大。优选地，电容2为印制平行板电容，印制平行板电容不会增大天线的尺寸。进一步地，本实用新型实施例提供的非接触式天线通常具有贴敷面，在应用过程 中，根据实际情况及连接要求，通过贴敷面贴附在其他设备上，所述贴敷面上设有吸波材料 层。当本实用新型非接触式天线贴敷在对电磁有干扰的物体上时，吸波材料层减小了外界 对天线的电磁干扰，提高了天线的通信距离和通信质量。需要指出的是，线圈1的线宽、线距、线厚以及上下层电感线圈相距的距离等参数 可以根据实际使用情况调节，以满足使用要求。可以通过修改本实用新型天线的几何参数 以及电容值等方式，调节天线线圈的电感值和电容值以得到需要的最佳的匹配。为了使本领域的技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面通过具体实施 例并结合附图进行详细描述。实施例一参见图2和图3，本实施例提供的非接触式天线为FCP线圈天线，包括电感线圈，电 感线圈为3层叠加的线圈1，包括上层线圈17、中间层线圈18和下层线圈19，且每层线圈1 之间包括绝缘介质层3，即FCP层；线圈17的一个抽头穿过绝缘介质层3与线圈18馈电连接，线圈18的一个抽头穿过绝缘介质层3与线圈19馈电连接。三层线圈可以有效的增大 有效面积A，使得同等状况下，得到更大的感应电动势u，增大了通信距离。其中，如图3所示，从位于上层线圈17和下层线圈19，作为天线引脚的抽头引出触 点15，作为本实施例的非接触式天线与射频识别系统的芯片电路或终端的连接触点。本实 施例的非接触式天线经连接柄16，通过连接触点15与芯片电路或终端相连，为芯片电路或 终端提供能量或信号。另外，三层的线圈1均为矩形，垂直对应布线，匝数一致，并连续饶制，感应电流方
向一致。而且，本实施例还包括与电感线圈并联的由上层板21和下层板22构成的印制平 行板电容2。其中，上层板21同上层线圈17的抽头电连接，下层板22同下层线圈19的抽 头电连接。通过平行板电容2的调谐，使得天线的谐振频率达到所需的频率，以保证天线工 作在最佳状态。相应地，本实用新型实施例还提供了一种非接触式天线组，包括至少两个天线，所 述天线包括电感线圈1，所述至少两个天线中的至少一个天线的所述电感线圈1为至少两 层叠加的线圈，每相邻层的线圈1之间设有绝缘介质层3，每相邻层的线圈1穿过绝缘介质 层3馈电连接。本实用新型非接触式天线组由于包括多层叠加的线圈，增大了天线线圈包围磁场 的有效面积，进而得到较大的感应电动势，从而达到增大通信距离、减小天线尺寸的目的。其中，所述至少两个天线中的至少一个天线可采用上述本实用新型实施例提供的 非接触式天线，前面已经进行了详细说明，这里不再赘述。进一步地，所述至少两个天线中相连接的两个天线之间的连接为直接馈电连接或 耦合连接。进一步地，所述至少两个天线中的至少一个天线的所述电感线圈并联有电容，通 过电容的调谐，可使本实用新型非接触式天线组达到最佳的谐振频率，得到最佳的品质因 数，使耦合效率达到最大。优选地，所述电容为印制平行板电容，印制平行板电容不会增大天线的尺寸。进一步的，所述至少两个天线中的至少一个天线通常具有贴敷面，在应用过程中， 根据实际情况及连接要求，通过贴敷面贴附在其他设备上，所述贴敷面上设有吸波材料层。 当天线贴敷在对电磁有干扰的物体上时，吸波材料层减小了外界对天线的电磁干扰，提高 了天线的通信距离和通信质量。下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型天线组进行详细描述。实施例二参见图4至图7，本实施例天线组为二级耦合的天线组，包括天线11、天线12、天线 13三个天线，三个天线均为本实用新型实施例提供的非接触式天线，为FCP线圈天线，采用 双层叠加的电感线圈。由于本实施例的天线组中采用了多层叠加的线圈，使得线圈包围磁 场的有效面积A有所增大，在同等条件下，使得产生的感应电动势增大，进而提高了天线组 的读写距离。图4和图5为天线11的示意图，如图所示，天线11的电感线圈为双层叠加的线 圈，包括上层电感线圈113和下层电感线圈114，线圈113位于FCP板的上层，线圈114位于FCP板的下层，线圈113与线圈114之间是FCP层，线圈113的一个抽头穿过FCP层与线圈114馈电连接。其中，每层的线圈1为矩形，采用上下层错位布线。天线11还包括用于调谐的与电感线圈并联的由上层板21和下层板22构成的印 制平行板电容2。上层板21同上层线圈113的作为天线引脚的抽头电连接，下层板22同下 层线圈114的作为天线引脚的抽头电连接。另外，天线11从上层线圈113和下层线圈114 的作为天线引脚的抽头引出触点111和触点112，作为天线11与射频识别系统的芯片电路 或终端的连接触点，经终端连接柄115与终端相连。图6为天线12和天线13的示意图，如图所示，天线12和天线13的电感线圈均为 双层叠加的线圈，每层线圈1之间为FCP层，其中每层的线圈1为矩形，采用上下层错位布 线。天线12和天线13的结构与天线11基本相同，可参见图4和图5所示的结构。其中天 线12的电感线圈包括上层线圈121和电感线圈122，线圈121与线圈122之间是FCP层，线 圈121穿过FCP层与线圈122馈电连接。天线13包括上层线圈131和下层线圈132，线圈 131与线圈132之间是FCP层，线圈131穿过FCP层与线圈132馈电连接。天线12和天线 13通过连接柄14直接馈电连接。另外，天线13还并联了用于调谐的与电感线圈并联的由 上层板21和下层板22构成的印制平行板电容2。图7为本实施例的应用示意图，本实施例中，本实施例天线组的应用环境为手机 终端设备4。参见图7，其中，天线12和天线13直接馈电连接，作为外部接收天线。天线11 作为终端接受天线，与天线12耦合连接。应用时，外部接收天线的接收天线13置于外部磁场中，由变化的磁场在电感线圈 上产生感应电动势ul。天线13将得到的感应电动势ul，由直接馈电方式，给外部接收天线 的发射天线12直接供电。由于天线13产生的感应电动势，使得天线12的电感线圈产生变 化的磁场。终端接收天线11，感应由外部接收天线的发射天线12产生的磁场，产生感应电动 势u2。经终端连接柄115，通过连接触点111和112，与智能卡的非接触触点61、62相连馈 电，为智能卡6提供电源以及信息交互。这里要注意的是，如图7所示，本实施例的天线组实用环境为手机终端设备4，电 池5以及终端设备本体43均对天线的磁场产生干扰。为了使本实施例的非接触式天线组 可以更好的工作，在终端接收天线11与终端设备本体43的贴附面，贴敷了吸波材料；在外 部接收天线的接收天线13与电池5的贴附面，贴敷了吸波材料；在外部接收天线的发射天 线12与电池5的贴附面，贴敷了吸波材料，很好的避免了电池5以及终端设备本体43对天 线组的磁场干扰。此外，本实用新型实施例还提供了一种非接触式智能卡，包括智能卡本体，所述智 能卡本体连接有天线装置，所述天线装置包括电感线圈，其中，所述天线装置中的至少一个 所述电感线圈为至少两层叠加的线圈，每相邻层的线圈1之间设有绝缘介质层3，每相邻层 的线圈1穿过绝缘介质层3馈电连接。本实用新型智能卡的天线由于包括多层叠加的线圈，增大了线圈包围磁场的有效 面积，进而得到较大的感应电动势，从而达到提高通信距离、减小天线尺寸的目的。其中，所述天线装置可为单个天线或天线组。本实用新型智能卡的天线可采用本实用新型实施例提供的非接触式天线和天线组，前面已经进行了详细说明，这里不再赘述。可以理解的是，本实用新型非接触式智能卡 是指具有非接触工作界面的智能卡。 以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替 换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要 求的保护范围为准。
权利要求一种非接触式天线，包括电感线圈，其特征在于所述电感线圈为至少两层叠加的线圈，每相邻层的所述线圈之间设有绝缘介质层，每相邻层的所述线圈穿过绝缘介质层馈电连接。
2.根据权利要求1所述的非接触式天线，其特征在于 还包括电容，所述电容与所述电感线圈并联。
3.根据权利要求2所述的非接触式天线，其特征在于 所述电容为印制平行板电容。
4.根据权利要求1所述的非接触式天线，其特征在于所述非接触式天线具有贴敷面， 所述贴敷面上设有吸波材料层。
5.一种非接触式天线组，包括至少两个天线，所述天线包括电感线圈，其特征在于 所述至少两个天线中的至少一个天线的所述电感线圈为至少两层叠加的线圈，每相邻层的所述线圈之间设有绝缘介质层，每相邻层的所述线圈穿过绝缘介质层馈电连接。
6.根据权利要求5所述的非接触式天线组，其特征在于所述至少两个天线中相连接的两个天线之间的连接为直接馈电连接或耦合连接。
7.根据权利要求5所述的非接触式天线组，其特征在于所述至少两个天线中的至少一个天线的所述电感线圈并联有电容。
8.根据权利要求7所述的非接触式天线组，其特征在于 所述电容为印制平行板电容。
9.根据权利要求5所述的非接触式天线组，其特征在于所述至少两个天线中的至少一个天线具有贴敷面，所述贴敷面上设有吸波材料层。
10.一种非接触式智能卡，包括智能卡本体，所述智能卡本体连接有天线装置，所述天 线装置包括电感线圈，其特征在于所述天线装置中的至少一个所述电感线圈为至少两层叠加的线圈，每相邻层的所述线 圈之间设有绝缘介质层，每相邻层的所述线圈穿过绝缘介质层馈电连接。
11.根据权利要求10所述的非接触式智能卡，其特征在于所述天线装置为单个天线 或天线组。
专利摘要本实用新型公开了一种非接触式天线、天线组和智能卡，涉及通信技术领域，为增大通信距离、减小天线尺寸而设计。本实用新型公开的非接触式天线包括电感线圈，所述电感线圈为至少两层叠加的线圈，每相邻层的所述线圈之间设有绝缘介质层，每相邻层的所述线圈穿过绝缘介质层馈电连接。本实用新型还公开了一种非接触式天线组和智能卡。本实用新型可用于射频识别系统中。
文档编号G06K19/07GK201590479SQ20092027814
公开日2010年9月22日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者严光文, 王喆, 王晓虎 申请人:北京握奇数据系统有限公司