[发明专利]高电感耦合天线

说明书

本发明涉及的是无接触收发系统，而特别涉及的是一种高电感耦合天线，这在无接触智能卡中特别有用。

当今，无接触收发系统在许多方面都有广泛的使用。其应用之一便是无接触智能卡，这是一种在各个方面使用越来越广泛的系统，例如在运输方面，这样的卡为所有的高速公路运输公司所发展，以建议它们的用户使用这种卡并使路站的收费变得方便。这种卡还发展成付款方式，例如电子钱包的情况。多个公司还用无接触智能卡发展成对其员工的识别方法。

无接触智能卡与相应的阅读装置之间的信息交换是通过一个藏在无接触智能卡內的天线与第二个处于阅读器內的天线之间的有距离电磁耦合进行的。为了制造、存储和处理各种信息，这种卡上具有芯片，芯片中有一个存储区和一个微处理器，并与一个天线相连。这种芯片借助于插入芯片中的电容器而得到输入电容。芯片和天线一般都在一个中性的平面基板上。天线一芯片耦合的最佳运行应是非阻性的，是在当电路共振时而得到的，要遵守下式：

      LCω²＝1             (1)此中，L表示天线的电感，C是输入电容，ω是角频率，等于2πf。f是归一化频率(例如为13.56MHz)。

必须遵守这条定律就要求芯片制造商，亦称铸造商在芯片中装入电容器，以便得到足够大的电容值，这样由于使用电容而使芯片的造价大升。

无接触电子卡的发展必须包括卡中所用芯片造价的下降。为了降低芯片的成本，导致铸造商越来越减少在芯片中集成的电容数，因而使电路的电容减小，这亦可造成更小个的智能卡。

为了满足定律LCω²＝1及得到最佳的耦合，必须增加天线的电感来补偿智能的输入电容的降低，在用对铜或铝进行化学刻蚀而制成天线的情况下，天线是在塑料介质的基板上的圈的形式，通常是用增加圈数来增加电感。这种办法往往会产生多种缺陷。事实上所有的电路都有电阻，增加圈数就在实际上增加了电路的长度，这便导致电阻值的激增，这对天线的性能，因而对卡的性能大有影响。实际上卡的读取距离则大为减少。

为了减小尺寸并保持电磁通量穿过卡的有效截面，要缩小铜轨道的宽度，这产生了增加天线电阻的作用，特别是使卡的可靠性受到损害，  因为卡体在热压轧制时天线圈断裂的危险就增大了。

每个刻蚀天线的成本显著增加，这样铸造商用小输入电容得到的低价就被天线的高价所抵消。这些卡的制造和使用就不再有利可图。

本发明的目的是除去上述这些弊端，制造一种高电感天线，可以得到性能好的卡，其可靠性好，制造成本低，因而成本明显低于现在市场上的智能卡。

本发明涉及的一种耦合天线，这种天线是处在绝缘介电质所构成的平面基底中的多个圈串联而成。这种天线是由一组或多组串联安装，每组至少有一圈是处在平面基底上，这些组中至少有一组是由在垂直于基底平面方向上相叠的至少两圈串联而成，这至少两圈是用电介质墨的绝缘带隔开，这便能够得到大的电感值。

在一种理想的实施方式中，述及的耦合天线中有一个或多个串接的组，每组至少有一圈是在平面基底上的印刷墨圈，在这些组中至少有一组是由在垂直于基座平面上重叠的至少两圈印刷墨圈构成，而这至少两圈是由在基底上的印刷的电介质墨的绝缘带隔开。

本发明的另一方面便是耦合天线的制造方法，其构成是：

——在由绝缘的介电质构成的平面基底上沉积导电墨，实现一组或多组中的一圈的印刷，

——通过沉积电介质墨来在印刷了的至少一组的圈上叠印一层绝缘带，绝缘带可以覆盖述及的圈而露出天线的接头和与被相叠圈的连接区。

——通过沉积导电墨，在前述的印刷的绝缘带上重叠印上至少一组的一个圈。

当天线中有一个或多个超过两圈相叠的组时，可将本方法的第二步和第三步重复一次或多次。

这种天线及这种制造方法的好处是多方面的：

a)为了补偿可印刷的导电聚合物墨的大的本征电阻率，必须增加天线圈的横截面，这可以通过加宽圈和/或加大墨的沉积厚度来实现。在和要求相适上的基础上，在各种机械和老化(热、湿)检验后含有至少三圈的一个印刷天线的各种瞬态性能至少可以和一个蚀刻天线的性能相比较。在必须加大天线的电感以和小的內电容的芯片相适应时，增加圈数对印刷天线是有害的，因为在这三层中的电学性质退变很快。(电导率和电感减小)。本发明的方法可以克服这个技术死路，同时推荐一种可以与小电容智能相兼容的印刷天线。