專利名稱：不接觸收發機系統讀出器天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用讀出器的收發機系統，其中該讀出器設計成響應由位于該讀出器內的一個天線所發射的電磁信號檢測由其持有人在該讀出器的前方展示的攜帶式不接觸體發射的電磁信號，并且本發明尤其涉及一種不接觸收發機系統的讀出器天線。
不接觸體和讀出器之間的信息交換通常是通過存放在該不接觸體內的第一天線和位于該讀出器內的第二天線之間的遠程電磁耦合實現的。此外，該物體裝備著一個電子組件，其特征在于該第一天線和一個固態片狀器件或芯片連接，除其它元件外后者含有一個射頻(RF)部件、一個存儲要提供給該閱讀器的信息的存儲器以及編譯要發送的信息并且處理接收到的信息的各種邏輯功能元件。
在諸如公共交通網內的受控進入區的現場里，實際上存在二類用戶固定用戶和偶然用戶。對于第一類用戶，ISO格式不接觸靈巧卡是最佳解決辦法，因為其在長的時間階段上按乘行總次數分配卡的成本價格，從而對用戶而言價格總是保持低的。但是對于由偶然用戶組成的第二類用戶，由于他們需要為單次行程購買一個卡，該卡的成本價格相對于一次乘行的成本變成是過高的。
在ISO格式卡的同時還存在構成法國9908802號專利申請的主題的攜帶式車票，這些車票比ISO卡小，并且還可以一次性使用，而ISO格式卡不是一次性使用。當然，它們較小的規格減小了票上天線的表面面積，這要求這些車票具有比ISO格式卡大的操作能量。
因于讀出器需要既和ISO格式卡又要和一次性車票一起運行，當放在它的前面的不接觸體是一次性車票時，由所述讀出器提供的能量必須足夠大。由數匝組成的傳統讀出器天線對于ISO格式卡大小的不接觸體可以是充足的，但對于車票大小的不接觸體是不充足的。
該問題的一種解決辦法可包括通過添加一個包括數匝的小環路以在該天線內引入高的場，其中被設計成盡可能高地提高該小環路的區段中發射的磁場的法向分量。憒憾的是，在一次性車票情況下，這種天線會出現人機控制混亂，因為它只在該小回路的區段中正確工作。另外，該小回路在讀出器內建立的磁場的法向分量相位上和該天線的這些匝所建立的場相反，當ISO格式卡對著該小回路時，這會造成明顯的操作無效。
另外，例如在EP0,776,200專利或US4,922,261專利的現有技術中所說明的讀出器不處理該問題；替代地這些讀出器處理讀出器的發射天線和接收天線之間的耦合造成的問題，即在二個匝組纏繞上通過以相反的方向設置二個天線中的一個以建立相位相反從而使與另一個天線的互感為零。遺憾的是，該辦法不能解決上述問題，因為讀出器中產生的磁場完全是不均勻的。
本發明的另一個目的是在不接觸識別或進入系統中提供一種讀出器天線，其中該系統在該讀出器的整個表面上提供不那么均勻的磁場。
從而本發明的用途是一種進入受控進入區的識別或進入系統中的讀出器天線，該進入系統包括一個設計成檢測來自諸如ISO型卡或一次性車票的攜帶式不接觸體的電磁響應信號的讀出器，其中當該攜帶體的持有人在該讀出器的前面展示該攜帶體時，位于該攜帶體內的一個天線響應接收到該讀出器天線發射的電磁信號發射電磁響應信號。該天線包括n個串聯的匝組，其中每個匝組k-1具有一個小于匝組k中的匝數Nk的匝數Nk-1，k從2變化到n，匝組k-1離匝組k的距離為大于某預定值的Dk-1，每個組中的所有匝按相同方向纏繞。
從下面連帶著附圖的說明，本發明的用途、目的和特征變為更加清楚，附圖是圖1圖式地表示以數匝為特征的傳統讀出器天線，并且帶有對該天線的不同位置處的磁場法向分量的值的指示。在本文的剩余部分中，措詞“磁場”指的是垂直于天線平面的磁場分量，圖2表示依據本發明的由二個匝組構成的讀出器天線，圖3表示依據本發明的以三個匝組為特征的這些匝的垂直線股的位置，圖4是一條曲線，表示任何離其中循環著電流的無限長金屬線的距離為x的點處的磁場值，圖5A、5B和5C是曲線，分別表示由外匝組生成的磁場、由內匝組生成的磁場以及合成的磁場，圖6表示由具有單組周邊匝的讀出器天線生成的磁場，圖7表示由具有滿足本發明的條件的數個匝組的讀出器天線生成的磁場，圖8表示由具有數個不滿足本發明的條件的匝組的讀出器天線生成的磁場。
具體實施例方式
如圖1中所示，以多個匝12、14、16為特征的傳統天線10生成一個隨它位于何處而變化的磁場。按這種方式，在這些匝內的區段中該值為正，而在這些匝的外面場是負的。在二個匝之間的中點并且如果由其它部分的各匝造成的磁場是忽略不計的(由于其隨距離逆向下降而是弱的)，因為匝線股造成的正磁場和另一個匝線股造成的絕對值相同的負磁場，組合磁場為零。
在生成由該天線發射的電磁信號上，不定磁場是主要問題。在其前面展示攜帶體的讀出器的表面一般為方形(或矩形)，每一邊為15cm至20cm。如果該天線過于位于該表面的中心，在這些匝在外面存在一個磁場為負的區段。然而，如果該天線的各匝位于該讀出器表面的周邊，在該讀出器的整個表面上(天線內)磁場為正，盡管離這些匝越遠會和距離成反比地更大地減小磁場，在該表面的中心處存在一個盲區。如果在該盲區的前面展示攜帶體，該攜帶體不能接收足夠的能量。另外，由明顯地增加匝線以便加強磁場所構成的解決辦法是不適用的。因為增加這些匝占據的表面面積同時也會增加其中磁場為零的區段的數量。
從而本發明提出的解決辦法由使用這樣的天線構成，該天線由n個串聯的匝組組成，每個匝組k(其中k從1變化到n-1)包含在組k+1內，并且組k中的外匝的端頭和組k+1中的內匝的端頭連接。組k中的匝數小于組k+1中的匝數。最后，按相同的方向，例如從組1到組n逆時針地，纏繞所有匝組中的各個匝。
圖2中示出二個組形式下的實施例例子，其中第一匝組20包括二個矩形匝而第二組22包括4個離第一組的距離為D的矩形匝。
如果我們研究顯示三個相繼的匝組40、42、44的左側垂直線股的圖3，匝組40生成的磁場在其外面，即組40的左面，是負的。但是，出現環繞匝組40的匝組42能在這些匝內并且尤其在組40和組42之間的空隙中生成正磁場。
一般地說，由其中循環著電流I的lm寬的金屬線感應的磁場具有由圖4中所示的曲線表示的值。在該導線的中央處磁場為零。若橫坐標的原點位于該線的中間，磁場然后迅速增加并按下式達到一個相對不變的值H1=K1.I2πlm]]>對于0＜x≤lm然后，按下式作為橫坐標的反函數H的值減小H2=K2.I2πx]]>對于x＞lm
從而由N匝的組產生的磁場的值為H＝0對于x＝0H=K1.NI2πlm]]>對于0＜x≤lmH=K2NI2πx]]>對于x＞lm回到圖3，每個匝組40或42在由這個組隔開的空間中生成的磁場的值可以分別用圖5A和5B中示出的曲線，其中橫坐標的原點取成位于匝組42的中點。請注意匝組42內(圖5A)產生的場(H1)是正的，而匝組40的外面(圖5B)產生的場(-H2)是負的。
組40和42之間的空間中的合成場的值(HR)則是圖5A和5B中示出的場的代數和。在圖5C中示出的該場的值則為HR＝H1-H2可以看出，該合成場的值先是正的，接著從離匝組42的距離D’1開始是負的。如果D1和D’1(從D’1開始合成場為負)之間的差不非常明顯并且遠小于一次性車票上的天線的最小尺寸，則為無關緊要，因為該車票接收到的場的平均值保持為正并且必然大于保證車票工作所需的最小值。但是，有可能通過把隔開二個匝組的距離D1選擇成等于D’1以便該區段減小成0，從而提供一個在二個匝組之間的空間內全是為正的場。為了達到這一點，負場-H2的最大絕對值必須小于或等于正場+H1的最小絕對值；這近似為K1.=N1I2πlm1≤K2N2I2πD1]]>或者K1.N1.D1.≤K2.N2.lm1
作為初始逼近，若容許二個系數K1和K2相等，可得到N1.D1≤N2.lm1lm1必須小于D1，可看出通過對N1和N2選擇適當的值以使N2N1≥D1lm1]]>或者，更一般地，在二個相繼的匝組k和k-1之間(其中k從2變化到n)使NkNk-1≥Dk-1lm(k-1)]]>可使該不等式為真。
應注意在這些匝內由匝組42生成的正場添加到由匝組40生成的正場上，盡管由于遠離匝組42時場變弱增加的值變小。類似地，匝組44環繞著匝組42。在這二個匝組之間的區段中匝組44在這些匝之內生成的正磁場補償匝組42生成的負磁場(以及匝組40生成的負磁場)，如果存在足夠的匝這可允許在該區段中建立正磁場或者至少建立正的平均場。請注意在匝組42之內匝組44生成的正磁場添加到匝組42生成的正場上并且還在匝組40之內添加到匝組40生成的正場上，但隨距離逐漸加大場逐漸變弱。
可以在天線支承上遞歸地設置n個匝數不斷增加的匝組以便覆蓋讀出器的整個天線表面。但是，存在一個定義天線中匝組的數量n的參數其為匝組之間的距離，即第一組和第二組之間的D1，第二組和第三組之間的D2，并且依次類推，最后是組n-1和n之間的Dn-1。距離D1(組40和42之間)或者D2(組42和44之間)必須是最佳的。為了避免前面參照圖1提及的中點周圍的磁場積累，它必須不是太小。但是，該距離必須不是太大，以便正磁場足夠高從而補償前一個匝組在其匝的外面建立的負磁場。
存在一個同時決定依據本發明的天線的結構的決定參數。實際上一次性車票必須在讀出器的所有點上并且尤其當它位于生成為零的場的某匝組上時接收正的平均場。車票天線的最小邊從而必須大于圖3中示出的每個匝組的寬度，并且車票46上的天線48的寬度必須大于最寬的匝組44的總寬度。由于越接近該天線的周邊每個匝組增加它的匝數，從而強制從一個匝組到另一個更大的匝組時必須減小匝的金屬寬度以便該匝組的寬度總是小于車票上的天線的最小尺寸。從而，除了施加到圖2中示出的例子的下述不等式之外N2N1≥D1lm1]]>N3N2≥D2lm2]]>還必須使下面的不等式為真lm1＞lm2＞lm3在總要遵守上面提及的各不等式的同時，很清楚，越增加一個外匝組的匝數，例如N3，還可以更大地增加該匝組離開其最近的內匝組的距離，例如D2。
應注意每個匝組內分隔二個匝的距離d應該盡可能的小，即為匝加工上準許的最小距離。更一般地，距離d在幅值上小于距離D。換言之，距離D和距離d之間的比必須大于預定的優選值。結果是，若匝間寬度具有給定值d，則意味著距離D必須大于某預定值。
由于上面說明的相繼的匝組，可以為讀出器獲得用于卡的以及用于一次性車票的足夠高的場。此外，這種結構還允許在讀出器的整個表面上得到相對均勻的場，該場不超出可施加到不接觸體的標準的預定場值。通過下面在圖5、6和7中示出的三個例子對此作出示范，其中橫坐標的原點位于讀出器的中心，并且作出如下設想-一次性車票的特征為尺寸為2cm×2cm的方形天線，-讀出器的尺寸為20cm×20cm，-為卡生成的最小場是0.8A/m，-用于一次性車票的最小場是2A/m，-不必超出的場值為7.5A/m，-各匝中的電流為50mA。
1.在圖6中示出的第一情況下，讀出器的特征是一個簡單天線，該天線由該讀出器周邊上的4個同心匝構成，匝的金屬寬度為1mm并且匝間距離為1mm。注意最大場為周邊處的15A/m，從而其大于允許的閾值。但是，該讀出器中心附近的場僅為0.8A/m，從而其對于卡讀出器足夠高不過對于一次性車票讀出器不是足夠高。
2.在圖7中示出的第二情況下，依據本發明讀出器的天線由三個匝組構成-尺寸為6cm×6cm的2匝的第一組，金屬寬度為0.3cm并且匝間寬度為0.1mm，--尺寸為17cm×17cm的4匝的第二組，其中金屬寬度為0.3cm并且匝間寬度為0.1mm，-尺寸為20cm×20cm的6匝的第三組，其中金屬寬度為1mm并且匝間寬度為0.1mm，可以注意到最小場為2A/m，從而對于讀一次性車票或者卡是足夠高的，并且最大場為7.5A/m，其等于限制閾值。
3.在圖8中示出的第三情況下，讀出器的天線類似于第二情況中的天線，但第三匝組除外，第三匝組的金屬寬度等于0.3cm而不是1mm。
可以注意到在第二匝組和第三匝組之間的空間中場變成為負；這是由于在比第二匝組具有更多的匝的第三匝組中沒有減小金屬寬度而造成。
權利要求
1.一種用于受控進入區的識別或進入系統中的天線，該系統包括一個設計成檢測來自諸如ISO型卡或一次性車票的不接觸攜帶體的電磁響應信號的讀出器，其中當該攜帶體的持有人在所述讀出器的前面展示所述攜帶體時，位于該攜帶體內的一個天線響應接收到所述讀出體天線發射的電磁信號，發射所述電磁響應信號；所述天線特征在于其包括n個串聯排列的匝組(20、22、24)，其中每個匝組k-1具有的匝數Nk-1小于匝組k中的匝數Nk，k從2變化到n，并且匝組k-1離匝組k的距離為大于某預定值的Dk-1，按相同方向纏繞所有組中的各個匝。
2.依據權利要求1的讀出器天線，其中匝組的所述數量n對應于足夠的匝組數量，從而該天線覆蓋在其前面展示所述攜帶體的所述讀出器的整個表面。
3.依據權利要求2讀出器天線，其特征在于三個匝組(40、42、44)。
4.依據權利要求1、2或3的讀出器天線，其中位于所述攜帶體內的天線的所有外廓尺寸大于構成任何所述匝組的匝的寬度。
5.依據權利要求1至4中任一權利要求的讀出器天線，其中二個相繼匝組k-1和k，k從2變化到n，之間的下述不等式為真NkNk-1≥Dk-1lm(k-1)]]>式中lm(k-1)是構成匝組k-1的金屬線的寬度。
6.依據權利要求1至5中任一權利要求的讀出器天線，其中對于任何范圍從2到n的k值比值Dk-1/d大于一預定值，d為二個相鄰匝之間的距離的預先規定值。
7.依據上述任一權利要求的讀出器天線，其中所述讀出器的尺寸為20cm×20cm并且所述一次性車票包括一個尺寸為2cm×2cm的天線(48)。
全文摘要
一種受控進入區的識別或進入系統內的讀出器系統，該系統包括一個設計成檢測來自諸如ISO型卡或一次性車票(46)的不接觸攜帶體的電磁響應信號的讀出器，其中當該攜帶體的持有人在該讀出體的前面展示該攜帶體時響應接收到該讀出體天線發射的電磁信號位于該攜帶體內的一個天線(48)發射所述電磁響應信號。該天線包括幾個串聯排列的匝組(20、22、24)，其中每個匝組k－1具有的匝數N
文檔編號G06K7/00GK1425210SQ0180834
公開日2003年6月18日 申請日期2001年4月20日 優先權日2000年4月21日
發明者塞巴斯蒂安·莫蘭德 申請人:Ask股份有限公司