CN1604492A - 信用卡类发射机应答器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种信用卡类发射机应答器，特别是提供了利用两种不同射频信号的发射机应答器识别系统。本发明直接涉及到一种无需任何能源的无源型发射机应答器。因此，本发明主要有以下优点：通过发展应用于远距离识别小型信用卡类无源型发射机应答器的高增益双极化天线，可以获得稳定的增益值，而与发射机应答器的任意方向无关；通过利用无需任何能源的小型信用卡类无源型发射机应答器提供所需的识别性能，改进的增益值比传统发射机应答器高6－9dB以确保次永久寿命期；能被应用于任何系统以识别和辨别高速运动的物体。

Description

信用卡类发射机应答器
技术领域
本发明涉及一种信用卡类发射机应答器，具体地说，涉及射频无源型发射机应答器，此发射机应答器用在ID接近卡(proximity card)、公共汽车或地铁的通行卡等等之中，和IC卡一起用于近距离确认或识别。
背景技术
此系统需要远程控制的发射机应答器，此发射机应答器配备有能由任何移动物携带的微型收发电路。具体地说，本发明提供一种无源型发射机应答器，该发射机应答器针对距离相对较远且高速行驶的目标的识别技术。
传统的发射机应答器识别系统发射单一射频以通过天线如发射机应答器标签进行检测，并且用于该系统的半导体二极管的非线性阻抗能选择性地产生高频发射信号，此信号通过再次辐射而被接收器所探测。这种识别系统存在下面的缺陷，即为确保对检测区域内发射机应答器的检测所需要的灵敏度以及各种不同条件进行响应时若发生读取错误，则使得其在实际中不能被使用。
值得重视的一点是，收发电路及其内部元件都是非线性的，除了产生基本的发射频率之外，还能产生高频信号，结果使得信号输入给接收器，即便其是不含非线性阻抗元件的发射机应答器。发射机应答器如果降低接收器的灵敏度以减小直接辐射的谐波效应，通过无源型发射机应答器元件再辐射的低能量谐波将被前者吸收，从而不会到达接收器。当然，通过对发射器和接收器的理想屏蔽，和/或采用射频滤波电路，可以使该问题最小化。然而，滤波器存在一个问题，即会导致即使是发射信号的很小的频率漂移都很容易使得再辐射的频率出现在滤波器通带之外，因而需要很精密的屏蔽能力。更进一步说，频率漂移可能来自探测区域内发射机应答器高速移动时产生的多普勒(Doppler)效应。同时，这些很容易向外发射的谐波信号引起探测区域外的发射机应答器辐射不需要的数据信息。
因而，为了完成系统的起始目的，诸如多站式波的意外反射所发射的高频能量不能够有效地实现所述系统的原始目的。
相反的，如果接收或再辐射谐波的能量不足，即系统可能对即使实际存在于检测区域的发射机应答器也不作响应。例如，当发射机应答器天线相对发射场没有被合适定向或被附近的交通工具、路上的隔离墙、收费站的拦截障碍物等造成与接受方的电磁阻碍时，就可能发生这种情况。同样地，一旦发射机应答器靠近人体或金属物体，它将偏离共振储能电路的调谐，从而导致接收器所需要的高频能量的耗散。尽管发射机应答器可以使用信号追踪电路来控制来自接收器的频率响应以补偿频率变换，但是一旦调谐储能电路工作于任何非正常频率时，发射机应答器的工作效率就会降低。
可选择地，双场系统作为一种解决该问题以限制探测区域内的高频发射的解决方法可以被采用，其中设置了非线性阻抗元件，该非线性阻抗元件作为信号混合器以在两个互相具有不同频率的发射信号之间产生和频或差频。所述双场系统使用低频静电场，该静电场形成于与高频电磁场相对设置的不连续导体和检测区域之间。两个场设置的所述非线性阻抗元件通常作为混合器产生和频或差频以再辐射到接收器。
然而，尽管在探测区域内消耗的能量对形成探测区域范围内所要求的静电场很重要，不幸的是，这样的场可能会因为围绕它的导体的存在而与发射机应答器阻断或由于金属材料制成的交通标识或周围其他金属物体而导致与发射机应答器相反。
另外，低频场在远距离时由于附近的金属物体可能会读取错误或者不能移动。
发明内容
因此，本发明是一种无源型发射机应答器识别系统，尤其是应用一种方法发射两个不同频率的射频信号的发射机应答器。这种方法从本质上避免了由于相关技术的限制与缺陷造成的一个或多个难题。
本发明的目标之一就是：使所述两个射频信号中的任一信号被音频调制并被无源型发射机应答器接收，使通过非线性阻抗混合产生的信号在与两个射频信号的和频相同的高频上进行再辐射并通过窄带宽接收器所识别。
本发明直接涉及一种无电源的无源型发射机应答器。
本发明的又一目标是提供一种包括诸如半导体IC(集成电路)等的非线性阻抗元件的无源型发射机应答器，例如，用于交通工具等移动物体的各种识别系统中的标签，该发射机应答器与一个在选定的中心频率两端移动的微带天线连接。
所述非线性阻抗元件在天线的一端将闭环区域的两侧连接，从而形成具有选定频率的二倍频率以作为其共振频率的调谐储能电路。
此外，第一个发射器产生偏移于或偏向于中心频率一侧的音频调制高频，而第二个发射器产生偏向于中心频率另一侧的高频连续波(CW)。这两个信号突然独立地转到为覆盖指定区域而设置的彼此正交的偶极天线带。所述各频率侧的具有相同频率的偶极天线带按一定的角度排列，与相反的另一侧相正交。因此，这使得在所需的检测区域内相反偏向的发射在两个频率上都能顺利进行。
无源型发射机应答器接收的两个不同频率通过非线性阻抗元件而结合。储能电路在对应于所述两个频率的和频，即中心频率二倍频的单个高频处形成共振。产生的共振频率被再辐射以供询问器确认。这由极窄带宽的接收器检测，其中在无源型发射机应答器中产生并装载的数据信息响应该和频。
经过调制的音频包含来自发射机应答器的数据信号，产生随接收信号而逐渐增多的电荷，以便与预设的参考电平相比较，从而仅在检测到的信号具有足够的强度和时间连续时以一定的间隔输出接收到的数据代码。
本发明涉及一种询问器和发射机应答器识别系统，尤其涉及一种改进的无源型识别系统，该系统采用与各种印刷绝缘微带天线相连接的非线性阻抗半导体元件，所述天线依附于诸如挡风玻璃、汽车牌照、包裹、医院里的病患者、动物、信用卡等需要进行监控和识别的物体上。该系统以数字方式储存信息。
在本发明的另一方面，用来检测存在于检测区域范围内的汽车或其他物体的系统包括一个发射器100，其用于在所述区域辐射来自发射天线110的两个具有不同频率的射频信号，各信号均被调制为某一低频；以及可选的调制到两个不同中心频率的天线210，其中在所述天线210中插入的非线性阻抗半导体电路部分220将两个射频结合，并且该系统还包含一个包括接收天线310的窄带宽接收器300，该天线310调谐数据音频并将其再辐射到结合频率、排除射频信号和谐波以检测两种频率的调制信号、接收和解调调制过的信号。
该发射的射频信号之一是经音频调制的高频f1，另一个是来自固定射频的连续波f2(未调制过的CW)。低频调制产生连续的经音频调制的射频信号，并将其限制在一个确定的频率范围内。
所述两个不同的谐波信号由绝缘偶极发射天线110发射到检测区域。如图5所示，其中之一的f2信号由工作在固定频率(例如，905MHz)的高稳定性替换振荡器111向CW振荡产生。该信号偏移中心频率大约1％。另一个信号f1是频率范围为1-25KHz的音频调制信号，其形成与载波频率偏移±5KHz的高频信号。925KHz的高频由图4所示的VCO(压控振荡器)112产生。两个频率与所选的中心频率有相同偏移，因此，这两个信号的平均中心频率与所选的中心频率相同。
所述音频调制信号f1控制定常波(stationary wave)的出现，该定常波会导致无源型发射机应答器检测区域内的盲点。
发射机应答器200包括电荷泵电路230、基底折叠的无源型偶极天线210和非线性阻抗半导体电路部分220组成。电荷泵电路230连接到空间中的纵向部分，该空间由彼此相向的闭环区域包围，以提供调谐第二谐波共振频率的储能电路。该电荷泵电路230由一个电容和一个电感组成。可选择地，非线性阻抗电路部分220由一个非线性阻抗半导体220A、一个肖特基(Schottky)二极管D和电容器C1、C2以及半导体220A中配备的电源部分组成。
如图6所示，所述窄带接收器300包括载波信号接收天线310、截断除所述发射机应答器200的共振频率产生的窄带宽信号外的所有信号的滤波器311以及解调器。在该解调器中进行信号宽度检测以与接收的经滤波的信号宽度共同比较，并且仅在超过所述预设参考电平时检测所述低频调制，并依据比较器312的比较判决结果做出响应。在这方面，“检测”表示对低频调制进行检测。该检测功能由所述窄带宽接收器300应用到交迭的数字数据信号中，以作为一种初始化预定数字流的方式，从而只要由发射机应答器200产生并由窄带宽接收器300检测的信号的强度或持续时间超过其预设下限时，该方法均能指示出无源型发射机应答器200是否存在于检测区域中。
此外，所述接收器300包括带通滤波器311以阻碍除了由接收天线接收的处于窄带宽之中并由发射机应答器共鸣电路产生的信号之外的信号，以及一系列装置，包括：局部振荡器314以产生解调所述带通滤波器311通带范围内信号的中频；多路复用器315、316；滤波器317、318；混合器319；一个放大所述中频信号的放大器320；可选择的放大器321、322用来比较和确定中频的带宽；比较器312，其仅在比较输出的宽度超出预设阈值时产生低频信号；鉴频器323，其依照比较判决输出作出响应而校正窄带宽，从而解调所述中频。上述低频信号是一种处于较窄的频率偏差限度范围内的射频信号，其形成恒定音频调制。所述窄带接收器300能通过VOC 327接受一种锁相通讯方式以调谐所述恒定音频频率，并且激活与输出相连的放大器340以使数字数据流以恒定周期运行。
作为本发明更深入方面，用于检测处于检测区域范围内的无源型发射机应答器200的系统包含存在于探测区域范围内的发送器100，此发送器产生和辐射窄带宽射频以作为由恒定低频音频调制的载波频率。响应来自发射器100频率信号的发射机应答器200能被所述的发射器100辐射，从而通过利用不同谐波以产生和再辐射载波信号。其中再辐射信号可以形成固定低频音频。接收器系统300由窄带宽滤波器311和响应输出比较电平的解调装置组成。其中滤波器311阻断由所述谐波再辐射的载波信号以产生与天线310接收的再辐射信号相对应的滤波输出。天线310接收所述的再辐射载波信号，且被其接收的信号频率并不局限于窄带频率。以及响应输出比较电平的解调装置，仅当由于超出预设阈值而使比较器312动作时，该装置允许低频信号产生并解调所述滤波输出。
对于上述情况，为了在观测开始后的最短时间内激活输出，上述的接收器系统有多种能对所述低频调制信号的观测做出响应的解调装置。窄带射频信号包含由固定音频调制的稳定载波。窄带滤波器311包含一个局部振荡器314，一个产生中频信号的混合器319和一个能发射中频信号的修正滤波器324；用于解调来自修正滤波器的信号的两个或更多的装置，所述装置通过在通带范围内探测其宽度来实现比较判决功能并放大中频信号，该解调装置对来自修正滤波器324的输出信号宽度做出响应。所述解调装置包括一个与比较判决功能相对应的钳制电路，其用于固定窄带射频鉴别装置和修正鉴别器323的输出，从而使得固定音调解调信号产生于输出。当判决值超出阈值时，比较器312实现的比较判决获得通过。
另外，所述接收系统300中的解调装置能激发恒定时间周期的数字数据流输出。依附于发射机应答器200中的存储器电路220A(半导体)确定了范围在64比特至16千比特之间的数字数据代码流。图6显示了数据探测器328，比特错误探测器342和低通滤波器342。
在上面描述的系统结构中，如图3所示，一个延伸的天线区覆盖了产生二次谐波(本发明为1830KHz)的非线性阻抗电路部分220和电荷泵电路230，该延伸天线区相对于所选中心频率(此情况下为915KHz)大约为λ/4。电路部分220由半导体220A的电容器与闭合环路区域的电感决定，该闭合环路区域与天线210、电路部分220相邻。
图3用图说明了发射线Z的500欧姆阻抗，以及经过高频整流的直流电流I1，I2。短路二极管D将f1，f2供给的整流电流提供给半导体220A的电源部分，以实现混合正(+)频率、加倍正(+)数据、增加发送整流电流给接收器的处理等功能。半导体220A利用所述短路探测二极管D形成的电荷泵f1(调制)与f2的能量来加载数据。
更重要的是，利用两种频率的运作方式能减少发射频率的频移效应，并在发射机应答器再辐射反向散射的附带的高频信号时在效率方面增加系统带宽。特别地，由发射机应答器天线210调谐的频率能出现于两个发射频率之间的任何位置而不会过多降低所述发射机应答器的效率。因而，在与非调谐相关的问题被减小到最小程度的同时，毋须制造高精度的天线。在这一点上，由于邻近发射机的任何物体造成的绝缘负载效应，发射机应答器200的公共调谐点偏极化于两种频率的低端。例如，如果它被重新向下调谐于发射机应答器200的所述天线的选定中心频率，则对于任何比它低的发射频率而言，它将增加发射机应答器的效率。由于希望得到的混合操作是通过10倍或更高于高频能量而进行的，，因而整个混合器受该条件的影响并不严重。通过上面描述的方式，发送器的漂移效应得以最小化。换句话说，与单一频率系统中再辐射的谐波不同，该处发射器的频移并没有增加，并且在一种频率的漂移可被另一个发送器的相反频率飘移抵消。
发射机应答器200的再辐射信号具有足够的强度和频率稳定性，从而与相应的接收器中的避免冲突软件协作可以避免双重识别错误，并为接收器提供最大的灵敏度和最小的带宽。该再辐射信号经过非常窄的带通滤波器以拦截发射频率使其进入接收圆极化天线310；接收到的信号再经过常规解调技术放大以产生调制数据音频。总体上说，可以使用音频(如2KHz)调制射频载波，以将来自稳定的局部振荡器314的信号(如1808.5KHz)施加到接收输入信号的无源型混合器，从而使得通过所述接收器的天线310滤波和放大的信号在混合器319输出处产生优选的中频(如21.5KHz)。混合器319输出的中频被放大器320放大，随后，让它通过确定预探测带宽的窄的带通滤波器324(如30KHz)及修正鉴别器323以进行鉴别；然后被钳制电路325钳制，直到它的强度足以产生超过参考电平的AGC探测器326的电压(电位)，该参考电平为决定系统灵敏度而设置。紧接着，通过打开钳制电路325，VCO327被应用于PLL(Pulse Lock Loop，脉冲锁相环)/数据音频探测电路(由VCO327和自由慢行探测电路313(Free ambledetection circuit)组成)，此电路有与数据音频相同的自由运行频率，并能在诸如±10％的窄频率范围内获得稳定数据音频。一旦该环获取数据音频，矩形探测器将从CPU获取数字信息并转向锁相状态以输出接收到的发射机应答器数据信息，此信息具有足以被储存的连续能力。
本发明的其它的优点、目的和特征部分地由以下的描述说明，并部分地可以由该领域普通技术人员通过检验下述部分而理解或通过实施本发明而了解。
通过本发明的书面描述和权利要求以及附图所示结构，本发明目标和优点可以实现和达成。
附图说明
在附图中：
图1示出了本发明询问器与发射机应答器总体构造的示意性的结构图。
图2示出了在所述询问器中辐射两种不同射频频率、以及在所述发射机应答器中再辐射附加频率的机理的原理图。
图3a示出了本发明中发射机应答器运作的示意性的结构图。
图3b示出了本发明中非线性阻抗半导体电路部分的结构图。
图4示出了具有图1所示调制音频并具有其中部分相应功能的发送器的信号流的流程图。图5示出了具有图1所示连续波并具有其中部分相应功能的可选发送器的信号流的流程图。图6示出了具有图1所示调制数据并具有其中部分相应功能的接收器的信号流的流程图。图7a示出了传统信用卡外观的前视图和标准视图。
图7b示出了图7a所示信用卡的侧视图。
图8a示出了本发明中的置于信用卡内的高增益天线设计的平面结构图。
图8b示出了本发明中的远程识别信用卡制造过程的剖视图。
图9示出了本发明中高增益天线的结构示意图。
图10示出了可选原理天线的结构示意图。
图11示出了本发明中天线结构部分的剖视图。
图12示出了相应于天线各方向的比较图。
图13示出了根据本发明的远程RFID内置信用卡的自动收费站系统的示意性结构图。
图14a、14b、14c示出了配备了根据本发明如图13中的RFID信用卡的交通工具的示意图。
图15a示出了根据本发明的射频信号流方向以及在所述收费站结构中的识别区域的平面视图。
图15b示出了如图15a中的前视图[主要部件的编号说明]
10：信用卡
11：磁条
31：卡夹
32：卡支架
33：卡袋
40：询问器
41：识别处理计算机
42：管理和控制计算机
43：中枢计算机
45：牌照号码摄像系统(视频系统)
46：财政信息计算机网络(VAN)
100：发送器
110：发射天线
200：发射机应答器
210：绝缘包裹的偶极天线(金属天线)
211：偶极共振天线
212：隙缝天线
213：数据隙缝天线
220：非线性阻抗半导体电路
230：电荷泵电路
300：窄带宽
310：接收天线
311：滤波器
313：自由慢行探测电路
314：局部振荡器
319：混合器
323：修正鉴别器
325：钳制电路
328：数据探测器
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明具体实施方式进行说明。
实施例1
在作为本发明具体实施方式中，信用卡类发射机应答器配备了采用射频进行远距离识别的射频远程识别系统(RFID)。
特别的是，该系统最大限度地利用了微带天线的开放区域，并通过适当地安置两个隙缝天线与两个偶极天线、匹配与接收波的二次谐波相应的共振点，实现了最大的辐射效率。该系统能在卡片大小的范围内最大限度地接收辐射自询问器的波束能量，从而其消除了传统系统的低效率问题，传统系统利用具有相同的发射/接收频率的反向散射作为载波。该系统最大的特点是：它包含通过相互正交安置两个隙缝共振天线而形成的双极化天线，从而持续管理依赖于天线方向的所接收到的能量，并确保远程识别性能。
这种系统通常分为无源型发射机应答器系统和半无源和/或有源型发射机应答器系统。无源型系统接收来自审查器的信号，将信号中的高频转换成DC电源以运行逻辑半导体和储存器半导体、调制发射内部信息到反向散射；半无源和/或有源型系统将发射机应答器部分的标签处的可选择电源用作储存器半导体的工作能量。
总体上说，这种发射机应答器系统被广泛使用于诸如公共汽车或地铁的通行卡、ID接近卡、停车场、内置电池的汽车控制系统、动物看护系统、库存管理系统等各种近距离应用，并且应用需求不断增长。可以使用多种类型的天线。例如：在一定邻近距离应用的小标签型天线，用于低频的线圈型环状天线，以及在高频处理中，天线是微型带状或偶极天线型，具有-3-+3dBi的增益范围，并在极化端使用线性天线。
高频无源型发射/接收系统通过反向散射方式识别个体身份，该系统具有一约束，即：它的识别距离上限不超过大约5米，尽管它具有可用于各种应用中的优点，因而该无源型系统存在不足并存在诸如识别范围减小、识别率降低等局限性。
为了将此系统应用于高速运动物体，可以利用具有内置电池或可选择电源的有源型或半有源型发射/接收系统以识别高速运动物体或远距离物体，例如负责射频通讯部分的OBU(板载单元，On Board Unit)。
上述有源型或OBU型在与发射/接收系统的小型化(尺寸减小)相关的应用中受到了限制；并且在有源元件老化时无法保证持久性；特别是尽管通过利用时钟电池系统尺寸可以减小，但由于电池寿命直接受识别距离和使用次数的影响，影响电池持久性和稳定性以及缩短电池寿命的问题依然存在。
另外，有内置电池的系统是不可能植入任何信用卡的。更进一步地说，因为配备电池的发射/接收系统中的天线是线性型而使用垂直极化，其增益变化依赖于发射机应答器与询问器间的相对方向而显著增加，从而引起识别距离减小这另一难题。
本发明试图解决上面提到的这些不足。
本发明的一个目的就是提供一个系统，该系统最大限度地利用了微带天线的开放区域，并通过适当地安置两个隙缝天线与两个偶极天线、匹配与接收波的二次谐波相对应的共振点，实现了最大的辐射效率。该系统能在卡片尺寸大小的范围内最大限度地接收辐射自询问器的波束能量，从而其消除了传统系统的低效率问题，传统系统利用具有相同的发射/接收频率的反向散射作为载波。该系统最大的特点是：它包含通过相互正交安置两个隙缝共振天线而形成的双极化天线，从而持续管理依赖于天线方向的所接收到的能量，并确保远程识别性能。
因此，本发明的特点在于所述天线通过如下方式设计和制造：采用PVC材料覆盖铜铝合金薄板的双面，并在PVC覆盖的板上设置微带和隙缝共振电路，从而制造出信用卡类产品。
实际上，关于发射机应答器卡的天线的设计和制造方面，它包含由锥形隙缝天线、偶极天线、集成电路结合而成的金属天线。这样的目的有以下几点：其中包括将两个锥形隙缝天线彼此相互正交安置以形成与操作、放置信用卡的自动定向相应的双极化；加宽开放区域使其足以与信用卡的尺寸匹配，从而最大程度增加所接收的高频能量；定位两个偶极天线以增加发射增益；将铜薄板的双面厚度制成0.1mm或更小以与覆盖铜板的PVC材料的介电常数相匹配，从而可以接受信用卡出厂时压印标识的信息。
如上面提到的那样，本发明涉及一种用来识别物体的无源型发射机应答器。其工作机理是：从询问器发送信号，将接收到的高频信号转变成DC电源以激发逻辑半导体与储存器半导体，从而调制内部信息并将信息发送给反向散射。
图7a显示的传统信用卡尺寸为85.6±0.12mm(A)×53.98±0.55mm(B)，并包含一个最小尺寸为5.54mm(C)，最大尺寸为15.82mm(D)的磁条。本发明的无源型发射机应答器被插入如图8a所示厚度为0.76±0.08mm(E)的信用卡10中。在这点上，该发射机应答器的绝缘包裹的偶极天线210(金属材料制成)应该在其假想的接触表面直接面向磁条11，并放置于信用卡10的较低部分以允许在隙缝的开放端产生足够量的电磁波束。
此外，发射机应答器的非线性阻抗半导体电路部分(集成电路：IC)如图8b所示信用卡10的侧视图。它跟如图8a所示的薄板状天线210一起，被安置在PVC材料制成的卡中，离卡边缘距离在最小值0.14mm与最大值0.19mm之间，这样，它防止了信用卡10的字母压印效应。
可选择地，图9和图10显示了置入信用卡10中的天线结构。无源型发射机应答器200的电源由询问器(未显示)射频带宽供应，并被用来激发半导体电路部分220。发射机应答器200通过天线210及其他非线性元件阻抗调制消耗该能量以发射响应信号。该发射机应答器200由天线210、至少一个半导体电路部分220组成。天线210的结构、特性是由物理和/或化学属性，或封装发射机应答器的材料的作用需求频率决定。
换句话说，如图9、图10所示，400MHz-25GHz的高频射频ID发射机应答器内置于信用卡10中，使之成为通用的信用卡，并且能方便的应用于各种系统，收费站或道路费用征收系统、加油站结算系统、停车场收费管理系统等诸如此类的不需连接选择性的通讯设备的系统。
400MHz-25GHz高频RFID中可用的薄板状隙缝结构的隙缝天线212、偶极结构的天线211以及位于隙缝中央部分的电路部分220，均配备在PVC材料内位于卡10和/或各种ID接近卡的较宽一端，与磁条11相对，如图8a，8b所示。
图11显示置入信用卡10中的天线。该天线是由薄铜板或其它类似传导材料制成，它用来构造在其中心处相当于1/4波长的隙缝天线212，还能形成喇叭状锥形隙缝天线213。
除此之外，如图9所示，为了增加发射增益、减小或从本质上消除天线定向问题，两个隙缝天线212按直角安置以形成双极化并构建两个偶极共振天线211。
上述构造的，例如，915KHz或2.45GHz发射机应答器优选包含一个线性偶极子或被包裹的偶极子，以吸收大量的能量、提供电源并响应半导体电路220。
天线210是上述超高频RFID发射机应答器的一个重要部件。当发射机应答器运行于高频时(400MHz-25GHz)，最重要的属性是天线的定向及带宽。它通常依赖于半波长或半波长倍数的偶极天线的增益。
通用微型带状偶极天线有非常低的辐射阻抗，从而导致低效率，这使其不适合于信用卡，尽管通过利用相对较厚的板这一点能被克服掉。
因而，本发明的一个实施例是一个与远程RFID发射机应答器金属天线210相适的内置于信用卡中的锥形隙缝天线。
上述金属天线210是完全扁平的、并具有端扫描方向图。它提供准确定向、高带宽。实际中它通过薄板制备，有良好的辐射方向图和辐射增益，并通过TMO表面波减少功能性损失。
所述锥形隙缝天线213是隙缝宽度逐渐扩大的喇叭型天线，它辐射平行于天线端的电磁波。
因为上述天线213的结构相似于隙缝线，所以其接触区域位于微型带状线上。
因此，因为天线很容易与任何连接线、任何适应电路整合，它最好是被用作远程识别高频发射/接收系统的宽带宽天线元件。
根据适用于微型带状天线的增益计算公式，天线的接收功率正比于区域面积。
如图12所示定向比较图，通过安置两个隙缝天线212彼此相互正交，可以克服定向问题。在其两个末端包含有两个偶极天线211以完成共振电路，从而获得最大增益。
实施例2
在本发明又一具体的实施例中，用于行驶车辆的电子费用征收系统，诸如道路通行费收费系统(下文述为“收费系统”)等，使用例1中所述的远程RFID内置信用卡(下文述为“RFID信用卡”)。
图13显示了应用RFID信用卡10的收费系统体系的示意图。该收费系统包括：用于直接识别不需要任何汽车装载装置而只需放置在行驶汽车内的RFID信用卡的询问器40；探测汽车并将其分类的探测器44；拍摄非法通过汽车的车牌号码的视频系统45；以及识别通过收费站的汽车的RFID信用卡的识别控制计算机。系统还包括一台已知的收费管理计算机42以接收识别计算机41发送的数据，一台中枢计算机43和一个财政信息计算机网络(VAN)46。
为了表示付费意向，使用者可以将RFID信用卡10插入或置于卡支架32上、并将它放于汽车的仪表盘(如图14b所示)，在车内后视镜后面安装由PVC材料制成的卡夹31(如图14a所示)，或将信用卡插入由透明树脂材料制成的卡袋33中。
此外，所述RFID询问器40在其上部中心部分被安置于距地面4.5m的水平面上，视频系统45的摄像机45a位于同一水平面但比它靠后20m。在交叉路口，为了将相互干扰降至最低，两者在信号方向上互相相反安置。
本发明的这种结构能随着询问器40的询问而发射信号；当配置RFID卡10的车辆进入信号区域时，通过信号能量而工作的RFID信用卡10对卡内部数字和已进入的汽车信息进行编码并响应所述信号；通过询问器40读取由RFID信用卡10发射的卡内部数字和信息，然后将读取信息送到计算机41。计算机41接收由探测器44发送的汽车类型相关信息以对汽车类型作探测和分类，计算相应汽车的费用，经由已知的管理计算机42和中枢计算机43传送所识别的信用卡信息，向对应于该卡的资本公司请求批准支付。
如果接收到来自所述资本公司的“无效”指示，则通过警示灯或其它输出装置立即将结果显示给用户。如果来自探测器44的探测结果未识别到RFID信用卡10，汽车将被归为非法通行车辆，可选择地，附加对该卡显示“无效”。
管理计算机42通过识别计算机41收集非法对应于每辆车的罚款信息并进行管理；向与管理计算机42相连的CPU查询该卡的使用批准；搜寻包括“无效”卡的数据库并将搜寻结果发送到VAN 46。中枢计算机43管理并控制罚款信息并把信息列表给所述资本公司，并通过VAN 46连接到资本公司。
为了有效地识别RFID信用卡10，将由PVC材料制成的信用卡夹31安装到车内后视镜外侧(如图14a所示)，或制作一个卡支架32并将其放置到汽车仪表盘上(如图14b所示)，从而使得在汽车前面能够很容易进行识别。还有一种做法是，由透明的树脂材料制成的卡袋33(如图14c所示)依附于汽车前玻璃上所需位置，以容纳RFID信用卡并显示付费意向。
用来识别置于行驶汽车内的RFID信用卡10的询问器40和摄像机45a是按图15a安置的。位于两条道路相反方向的识别区域是相互交叉的。如图15b所示，为了允许包括大型车辆的汽车通行以形成有效的系统，询问器40位于道路中间的平面。
作为本发明的另一具体实施例，可以理解，本发明可应用于停车场和/或加油站的包含远程RFID询问器40的自动收费系统，以直接识别汽车上的RFID信用卡10，且不应将其理解为在权利要求精神和/或范围内对本发明作限制。
本发明是作为一种克服现有技术中识别范围受限和由频率漂移引起的错误有关的问题的解决办法而发展的。所述频率漂移是由探测区域范围内高速移动的发射机应答器中发生的多普勒效应导致的。本发明也能用于诸如关卡收费系统的、远距离或近距离移动物体识别系统。
本发明有以下优点：通过发展应用于小型信用卡类无源型发射机应答器的高增益双极化天线以进行远距离识别，可以获得稳定的增益值，且与发射机应答器的任意方向无关；通过利用没有电源的小型信用卡类无源型发射机应答器而提供所需的识别性能，改进的增益比传统发射机应答器高6-9dB以确保次永久寿命期；能被应用于任何系统以识别和辨别高速移动物体。
可以理解，通过无源型发射机应答器技术的提高和依照本发明的各种应用系统的出现，本发明能被应用于各种场合：收费站收费系统、停车管理系统、允许出入管理系统、自动成员识别以及加油站管理系统等等。
特别是通过使用配置RFID功能的信用卡，本发明提供了征收收费站(或道路通行费)费用的功能，这使得交通流比先前所知的手动收费或机械收费系统更流畅更迅速而提高了大约四倍。本发明系统也有与使用以前在发达国家使用的汽车加载设备方式相同的通讯速度，但更加经济，因为它不需要大约是信用卡价格40倍的昂贵的加载设备。当然，它不需要购买汽车加载设备。
本发明的RFID信用卡能被所述资本公司用作现有信用卡的替代品，这将使得电子收费系统快速推广。因此，本发明能节约巨大的运行费用，因为它去除了以前由于在烟雾、安全问题等恶劣工作环境下使用手动收费系统而在每条道路上需要的平均3.5个劳动力。另外，如果本发明系统能迅速推广，通过减少汽车在关收费站的停留时间，可以减少额外的机会损失、存储和交通成本。
在其他应用当中，本发明能有效地应用于自动识别和付费系统，管理和收费系统，以及其它与停车场类似应用。
前述的实施例都是示例性的，并不能理解为限制本发明。本发明所述能容易地应用于其他类型的设备。本发明的描述只是为了进行解释，而不是对权利要求范围进行限制。本领域的技术人员可以很容易对本发明进行替换、修改和变化。

Claims (5)

1.一种信用卡类发射机应答器，包括400MHz-25GHz的高频RFID发射机应答器(200)，该应答器(200)由偶极天线(211)，隙缝天线(212)，和半导体电路部分(220)组成；所述RFID发射机应答器(200)装配于标准信用卡(10)中。
2.如权利要求1所述的信用卡类发射机应答器，其中该应答器包含在400MHz-25GHz高频RFID中使用的薄板状隙缝结构的天线(212)；可选择的具有偶极子RFID结构的天线(211)；以及位于隙缝中央部分的半导体电路(220)，该电路装配在信用卡(10)中较宽一侧，与磁条(11)侧相对。
3.如权利要求1所述的信用卡类发射机应答器，其中，信用卡(10)装配有由薄板状导体制成的、其中心部分为λ/4波长的隙缝天线(212)，以及一个隙缝宽度能辐射扩展到90°角的喇叭状锥形隙缝天线(213)。
4.如权利要求3所述的信用卡类发射机应答器，其中，两个隙缝天线(212)彼此相互正交安置以形成双极化，从而增加发射增益，并减少与天线定向相关的问题；并且，两个偶极天线(211)分别位于发射机应答器的两个末端部分。
5.一种信用卡类发射机应答器系统，包含：询问器(40)，能直接识别置于行驶汽车内的RFID信用卡(10)；装置(44)，用于对汽车类型进行探测和分类；视频系统(45)，用于拍摄非法通过的汽车的车牌号码；以及识别控制计算机(41)，用于识别通过关卡的汽车的RFID信用卡，其中来自识别计算机(41)的数据被发射给一台已知用来征收费用的管理计算机(42)，一台中枢计算机(43)和一个VAN(46)。
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