专利名称：一种能至少屏蔽一张非接触智能卡或rfid标签的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁屏蔽套，尤其涉及一种能至少屏蔽一张非接触智能卡 或RFID标签的方法和装置，防止智能卡或芯片与无线接受器(读卡器)之间发生 数据交换。
背景技术：
非接触智能卡能在所带芯片内存储较大容量的数据。与磁卡和接触式智能 卡不同的是，非接触智能卡可以通过磁场，无线射频，红外线，或光的方式与 读卡器进行数据交换，而无须物理上与读卡器接触。读卡器和卡片之间转移能 量和数据是依靠电磁感应耦合这种技术。电信号的交换是基于一个松散耦合的 变压器。为了转移这些能量和数据，终端(读卡器)内的线圈会产生一个高强 频率的磁场。当非接触卡片靠近该终端(读卡器)时，读卡器的部分磁场通过 卡片内的线圈(一般也称天线)，由此使卡片线圈产生感应电压。非接触卡片技术的使用使得信息交换更加方便快捷。但由于非接触信息转 移的特性，未经许可的接收器可能会将卡片上的信息窃取。此外，如果卡片被 通上能量，数据开始传输，卡片携带者不会知晓卡片被不授权地阅读和传播信 息。这样的信息窃取无论携卡人在哪里都可能发生的。目前，加密技术和通讯 协议被用来保护卡片信息和信号的完整性，但再加上一个物理保护层会更有益。比智能卡中使用的芯片制造简单一些的是一种无线射频标识芯片(RFID)。这类芯片有几种外型以用于不同的应用场合，如物流追踪和商务。这些芯片中 的信息也同样能够在拥有者不知情或者未经同意的情况下被远程访问。鉴于上述原因，保护那些使用RFID技术的卡片，标签和其他各种装置，防 止它们的信息被窃取有重大意义。目前， 一些用于RFID和非接触智能卡的屏蔽 装置的主要构成都是一个封套，将需保护装置全部封闭(法拉第箱)。该封套为 导电物质，如金属，来阻止无线信号离开或者进入该保护套。例如，Cord Technologies公司研制了一个叫"智能屏蔽"的产品能够完全包住智能卡，它 由一种含镍量很高的合金制成，能够将非接触卡与外界磁场完全屏蔽。类似的， 美国于2000年颁发给Petsinger的6， 121, 544号专利描述的是一个能充分包裹 住非接触智能卡的卡套，该卡套采用了一片足够厚的屏蔽磁场的材料作成，它 能将磁场强度减少到不足以驱动智能卡的程度。目前，有为磁条卡设计的屏蔽磁场的卡套，但目的仅限于保护磁条上存储 的数据，使之不受外界散置磁场(如电视机和扬声器等)的干扰和损坏。此类 例子，请参看美国1987年授予Goto的4， 647， 714号专利权或1994年授予Godry 和Westfield的5， 288， 942号专利权。与此类似的还有保护芯片不受静电场效 应但仍能接受磁场的屏蔽套。此类例子请参见美国1994年授予Roes的 5， 360， 941号专利号。以上两类屏蔽卡套不能控制何时允许智能卡或标签与读 卡器之间发生数据交换，何时不允许。发明内容RFID根据电磁耦合原理在13.56兆赫的频率下工作。首先，读卡器的线圈 通过磁场的高速变化(磁通)，在卡片线圈上引起感应电势，驱动RFID芯片。此RFID芯片能调节与卡片线圈串联的电阻阻值大小。这个调整通过读卡器线圈 内磁通变化与读卡器连接起来。读卡器线圈和卡片线圈的耦合用参数M表示， 称为两者间的互感系数。本发明是通过减小互感系数达到屏蔽的效果。在低频条件下，当电磁辐射的波长(13.56兆赫下 1=22米)远大于结构(0. l米)，屏蔽效应就可以分解成两部分高磁导率屏蔽(一 和涡电流屏蔽。在非法拉第笼结构中，第一种屏蔽是不存在的。高磁导率材料制成的薄板不能屏蔽与该面垂直的磁场。而对靠电感耦合的RFID器件来述，与接收线圈平 行(也就是与高磁导率材料平面平行)的磁场是无关的，因为由此在RFID线圈 内磁场引起的电动势是零。为了理解涡电流屏蔽的作用，我们可以用一个简化的几何模型，如图l所 示。为了更清楚的用图示表明磁场的作用，带屏蔽的RFID系统可以用三个线圈 来表示读卡器线圈(1)，屏蔽线圈(2)和卡片线圈(3)。如图2所示，首先， 读卡器线圈(1)中的电流产生磁场(4)。该磁场强度的变化使得屏蔽线圈(2) (其电阻值远小于卡片线圈的电阻值)产生感应电流。该屏蔽电流又产生感应 磁场(5)，此感应磁场与读卡器电流产生的磁场相抵消。卡片线圈(3)的感应 电压因此远小于没有屏蔽线圈时产生的感应电压。为使屏蔽功能奏效，屏蔽线圈和卡片线圈的间距应该尽量小，屏蔽电阻的 阻值也应该低以产生足够的感应电流来抵消原有的磁通。我们可以从电路公式 推算出屏蔽线圈的电阻，该阻值应小于4nfL，这里L是该屏蔽套的自感系数。本发明还起到一个次级屏蔽作用。屏蔽套能的存在改变了卡片线圈的自感 系数，因此改变RFID芯片/线圈整体的谐振系数，导致减弱对RFID芯片传输的能量。我们发现，对于感应耦合RFID系统来述，屏蔽套并不需要覆盖所要保护的 装置每一面，即法拉第笼式。屏蔽套的一面也无须全部覆盖。事实上，任何形 状的屏蔽套只要能产生闭路电流也许就能足够起到屏蔽RFID的效果。唯一的必 要条件是屏蔽套产生的电动势要能产生足够的磁通来全部或部分抵消由读卡器 线圈产生的磁通。即使感应磁通十分小的话，屏蔽套也许也能生效，因为RFID 或非接触卡的线圈的自感系数因为屏蔽材料的存在而变化，这个变化量可能足 以引起电路的谐振频率的变化，并将因此改变传给芯片的电量。本发明是一种不完全覆盖智能卡或RFID标签的屏蔽套，该屏蔽套也可在屏 蔽材料面带有洞或开口。这个设计的优点在于它能允许光和机械方式接触智能 卡和RFID标签的表面和实体，甚至能接触到部分线圈。此外，由于减少了材料 的使用量，能极大的降低成本。不连续屏蔽面的另一个优点是它提供了如何和是否控制电流路径的开合的 可能性，这就使得使用者可以决定是否让RFID标签、非接触智能卡和其他RFID 器件被读取。这样，即使不将RFID产品从屏蔽套内取出也能轻松控制访问权限。 卡片只有在需要时才被读取，其余时间都处于被保护状态。屏蔽回路开关可以 用机械、电或光的方式加以控制。此外，这样的控制方式不是非要人为干涉。 例如，外界的光照在集成在RFID内的发光二极管上，就能打开电路，阻止电流 在屏蔽套中流动。卡片此时就能被读取，除非外光关掉或挡住，或将卡从屏蔽 套中取出。本屏蔽套不需要用纯金属制造，它可以是合成物或金属和绝缘材料 的夹层结构，这样的结构可以从机械、光学、化学、放射、绝缘这些方面来保 护RFID器件，或者能增加整体结构的牢度，或在其它方面增强应用性能。屏蔽 材料必须有很小的高频电阻。p/VvacumiFl、厚度达到或超过趋肤深度、整体导电性强的非铁金属是最佳的制造材料，但不是唯一的。铝是很好的实用选择， 因为除了良好的导龟性能外，大张的铝薄片很易获得，相对便宜，也有很强的 抗腐性(尤其是对氯化钠和氧气)，在和其他成分一起经过热处理后，铝合金可 以达到很好的延展性和硬度。
图1是读卡器，屏蔽套和卡片线圈的简化模型图。图2是涡流屏蔽的物理原理图。 图3、 4、 5、 6是本发明下的几种特定实施例图。
具体实施方式
本发明是使用改变读卡器和卡片之间的互感和卡片天线的自感来实现各种 不同应用的屏蔽。本发明可以用来屏蔽可遥控读取的证件卡，并使该卡在卡套 中仍能被外界可视。几种不同的屏蔽卡套已做成产品。虽然也能使用其他材料，但是铝片却是十分便宜且有效的屏蔽材料。用铝 片盖住标准智能卡的一面就能够完全地起到屏蔽效果(例如，SCM微系统公司 出售的型号SDI010， 13.56MHz读卡器)。即使卡片从套中滑出2. 5厘米，智能 卡的一边暴露在外，屏蔽套可以将标准的无屏蔽的读卡距离降低到18%。为了 防止这微弱的屏蔽效果的减弱，可以在卡套上装上机械装置将卡片固定住，这 样就能够阻止卡片从套内滑出，从而使之得到充分保护。一种具体的实现方法是将铝片或铝合金(6)夹在两片塑料(7和8)中间， 作为屏蔽套的背面。设计如图3所示。此卡套的优点是屏蔽性能好，能保护ID 卡和屏蔽材料，和成本低。不足之处是，因为多了一层塑料片，此卡套的体积 比无屏蔽功能的卡套体积大一些。另一种实现方法是直接用铝或铝合金(6)做 卡套背面。此设计如图4所示。图5是推荐的设计原理图。此图中，光线(10)被一个测光装置(1)接收，此测光装置控制通过屏蔽面(2)的电流，改变卡片线圈(3)中的感应电流减 少量，依次影响对RFID电路和电子(12)的驱动力。这个装置能够控制屏蔽套， 使得智能卡使用者不需要为读卡片而把卡片从屏蔽套中取出。这个设计让卡片 不容易在不注意时处于非屏蔽状态，在一定程度上提高了方便性和安全性。因 为此设计中卡片的表面仍可接触，光学的、机械或电学的手段都可以用来作屏 蔽开关的作用。例如，可以用电磁波来作电启动。还有其他很多电子和机械的 手段可以替代这个光学收发器/开关;对于业内的人士来述如何实现这项控制是 显而易见的。例如，使用简易的按钮开关或由微型处理器控制的三极管，以及 任何其他能暂时断开通过保护套电路的电流的器件。或者，使用者也可选用如 图3或图4所示的设计，用机械作用力通过屏蔽套的中间开口处把卡片往离开 屏蔽面的方向推出，让其暂时处于不被屏蔽状态。显然，使用锁扣也同样可以 机械地将屏蔽解除。另一种设计是图6所示，将光感装置和RFID电路或天线集成起来，直接控 制智能卡，这样就不需要的屏蔽套了。在这个设计中，RFID电子(12)中包 含了光探测(11)功能，由光的接收来决定RFID芯片是否对读卡器线圈发出的 询问信号作出反映。另一种简单的备用方法是移动光探测装置，来控制天线回 路(3)电流而不是RFID芯片。光学收发器/开关可以用很多其他的电开关或机 械开关代替。这里所述的光学方法包括从射频到紫外线的全部频率。实验证实了此屏蔽装置的效力。即使当卡片直接与读卡器接触时，该屏蔽 套也能完全阻止读卡器读取卡片。使用电方式断开电流的测试表明了图5 (使 用按钮开关)的设计确实可以对RFID卡的能否读取进行控制。
权利要求
1.一种能至少屏蔽一张非接触智能卡或RFID标签的技术，所述技术能屏蔽智能卡或RFID标签与远程收发器的信息交换。所述技术包括一种能产生闭路电流的材料，该电流能产生足够的磁通来至少抵消部分由所述远程收发器引起的磁通，所述材料有一个开口，空穴，或断开，无须大面积地罩住所述智能卡和RFID标签。
2. 如权利要求1中所述的技术，其特征在于，包含的所述材料是平面或曲 面状的片状材料，包含可导材料。
3. 如权利要求1中所述的技术，其特征在于，所述材料具有特定形状使得 外界能看到所述智能卡或RFID标签的表面或内容。
4. 如权利要求1中所述的技术，其特征在于，所述材料具有特定形状使得 外界能触碰到所述智能卡或RFID标签的表面或内容。
5. 如权利要求1中所述的技术，其特征在于，所述的开口，空穴或断开可 以用来防止所述电流在所述闭合回路中流动。
6. 如权利要求5中所述的技术，其特征在于，所述的开口，空穴或断开可 以用机械方法打开或关闭。
7. 如权利要求5中所述的技术，其特征在于，所述的开口，空穴或断开可 以用光学方法打开或关闭。
8. 如权利要求5中所述的技术，其特征在于，所述的开口，空穴或断开可 以用电子方法打开或关闭。
9. 如权利要求1中所述的技术，其特征在于，所述的开口，空穴或断开由 电路连接，使得电嫌从所述材料的一端流到另一端，或至整个材料，这样 的连接可以也可以不借助人为干涉。
10. 如权利要求1中所述的技术，其特征在于，所述的开口，空穴或断开借助或不借助人为干涉由电路连接，使得所述电流在屏蔽套中流动。
11. 如权利要求l， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9，或10中所述的技术，其 特征在于，所述智能卡或RFID标签能被固定，不会移动至某一位置而减弱 屏蔽套的效力。
12. —种靠光学控制接触式或不接触式智能卡或RFID标签的可读性的技术，其特征在于，所述的智能卡只在光控功能激活时才可以被读取。
13. —种能至少屏蔽一张非接触智能卡或RFID标签与远程收发器通讯 的装置，所述装置由以下部分组成一种允许电流在一个闭合回路中流动并感应足够的磁通的材料，该磁通能 抵消至少部分由遥控收发器产生的磁通，所述的材料有一个开口，空穴或 断开，并且不需要大面积地罩住智能卡或RFID标签所述装置将所述的材料相对非接触智能卡或RFID标签固定，使得所述材料 能产生足够的磁场，能抵消至少部分由远程收发器产生的磁通。
14. 如权利要求13中所述的装置，其特征在于，包含的所述材料是平面 或曲面状的片状材料，含有导电材料。
15. 如权利要求13中所述的装置，其特征在于，所述材料具有特定形状 使得外界能看到所述智能卡或RFID标签的表面或内容。
16. 如权利要求13中所述的装置，其特征在于，所述材料具有特定形状 使得外界能触碰到所述智能卡或RFID标签的表面或内容。
17. 如权利要求13中所述的装置，其特征在于，所述的开口，空穴或断 开可以用来防止所述电流在所述闭合回路中流动。
18. 如权利要求17中所述的装置，其特征在于，所述的开口，空穴或断 开可以用机械方法打开或关闭。
19. 如权利要求17中所述的装置，其特征在于，所述的开口，空穴或断 开可以用电子方法打开或关闭。
20. 如权利要求17中所述的装置，其特征在于，所述的开口，空穴或断 开由电路连接，使得电流从所述材料的一端流到另一端，或至整个材料。 这样的连接可以也可以不借助人为干涉。
21. 如权利要求17中所述的装置，其特征在于，所述的开口，空穴或断 开借助或不借助人为干涉由电路连接，使得所述电流在屏蔽套中流动。
22. 如权利要求13中所述的装置，其特征在于，所述智能卡或RFID标签能被固定，不会移动至某一位置而减弱屏蔽套的效力。
23. —种靠光学控制接触式或不接触式智能卡或RFID标签的可读性的 装置，其特征在于，所述的智能卡只在光控功能激活时才可以被读取。
24. 如权利要求1或13中所述的装置，其特征在于，使用者通过机械动 作或施力，来移动，偏离，变形屏蔽装置，使之离开卡片，使得智能卡能 被读。
全文摘要
本发明涉及一种电磁屏蔽套，尤其涉及一种能至少屏蔽一张非接触智能卡或RFID标签的方法和装置，防止智能卡或芯片与无线接受器(读卡器)之间发生数据交换。一种能至少屏蔽一张非接触智能卡或RFID标签的技术，所述技术能屏蔽智能卡或RFID标签与远程收发器的信息交换。所述技术包括一种能产生闭路电流的材料，该电流能产生足够的磁通来至少抵消部分由所述远程收发器引起的磁通，所述材料有一个开口，空穴，或断开，无须大面积地罩住所述智能卡和RFID标签。
文档编号H01Q1/00GK101282633SQ200710148838
公开日2008年10月8日 申请日期2007年8月30日 优先权日2007年8月30日
发明者布莱德·麦高仁, 杜燕青, 雅可夫·皮欧特·施可尼科夫 申请人:雅可夫·皮欧特·施可尼科夫;杜燕青;布莱德·麦高仁