无锡科锐漫电子科技有限公司专项成果展示

主要功能展示

1.本项目天线不仅具备定位、唤醒和识别的功能，并且实现最高8米的感应距离，可在-40℃-120℃大跨度温度下保持产品性能的稳定，极大地拓展了RFID的应用领域。

2.接收单元（如图1）采用最先进的无骨式三维构造，是三个方向每个方向性质相同的组合体，可以代替原来3个单独的分立天线，达到减少成本，减少PCB板布局空间，增加稳定性的效果。

3.发射单元（如图2）天线外壳由增强型ABS工程塑料灌胶封装，具有防潮、防油的特点，并且能在恶劣环境下工作。内部由电容和电感串联而成，可根据用户需求决定电气数值。

4.无骨架式三维低频接收天线结构创新在于去除Z轴骨架的运用，达到了空间利用最小化最合理化的程度。三维天线三轴的绕线都位于磁芯（所述磁芯为片状磁芯）上，骨架平面控制为0.1mm，即保证整体产品高度不高于3.8mm，其中C3D11型高度不高于3.5mm，并能够满足为2.0-10.0mh的区间电感量的设计制造要求，成品率高，可操作性强。

5.凭借产品的高感应能力、高稳定性、低耗能、良好的机械性能以及卓越的配套开发能力，本项目所开发的天线已可以代替部分印刷式电子标签运用及相对的一些高频运用，集中于电子标签、高频超高频项目的拓展性运用，广泛应用于汽车PKE系统（现已拓展至定位），监狱、学校门禁系统（身份识别），物流，环保联网监控，畜牧业管理和智能电网系统等领域。

技术原理

科锐漫项目研发涉及材料学、结构学、电磁学、工业设计、机械工程等多个学科，技术层面以RFID技术原理为核心，涵盖结构原理（工装设计、注塑模构造等）、材料学（电磁兼容等）原理等多项内容。

射频识别（RFID）技术是一种非接触的自动识别技术，其基本原理（见图3）是利用射频信号和耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。最基本的RFID系统由三部分组成：

⑴标签（Tag，即射频卡）：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。

⑵天线：在标签和读取器间传递射频信号。（见图4）

⑶阅读器：读取（在读写卡中还可以写入）标签信息的设备。

对于低频发射天线多采用125kHz和134.2kHz两个频率段，一般来说转换频率段在低于135KHz的情况下，转换线圈一般都是串联于片式电容器上达到转换的频率（C2=20-220pF）。

在后续配套系统设计中，将会持续考量系统中的相关数据，如系统电流值等，这些都会对整个电路的设计产生影响。（见图5）

发射天线磁芯的设计原理及其计算原理可参照截面公式，如图6所示：

当频率小于135kHz时，首选大型发射器，它的原理特性为：此类发射器可以承受很高的能量，因为低频的原因本身消耗的能量极少，各种形状的发射接收天线版本可以随意设计，低吸收性（磁场而非电磁波）和高渗透性（非金属性材料，如水或墙体等）。中频与高频因为Powering range的变化而没有这些特性，见图8。

数据的传输方式及数据的完整性也是天线设计中的重要因素。本项目产品的主要数据传输方式是频率和编码拆分传输法（解码与组码modulator anddemodulator）（见下页图9），传输过程中的误差等情况主要由客户系统所编程序决定。

配套系统设计时，需考虑相关的国际标准并作为研发原理，ETSIEN 300 330（见图10）就是其中最重要的一个，主要集中在频率9kHz至30MHz之间。

除此以外，材料学原理，如胶水自粘线的特性原理、磁性材料的温度特性原理等，结构学原理，如工装设计、工装绕制、注塑模构造等也是重要技术原理。最后，芯片厂商如microchip等的系统解决方案原理，如microchip 的低频发射器原理、microchip 应答器（使用PIC16F639）相关原理、microchip RF 接收器/解码器原理等，也是针对不同客户研发时所需考虑的。

关键技术展示

1.三维低频接收天线骨架和磁芯的外形设计材质选用及粘结组合方式RFID发射和接收天线的设计

材质选用及黏结组合方式RFID发射和接收天线的设计中，三维接收天线关键部件的设计精度尤其重要，其中涉及材料学、电磁学、工业设计和机械工程等多门学科。天线骨架和磁芯外形设计的好坏直接影响后道工序即超细线绕制的好坏；天线材质的选用直接影响天线品质的好坏，不同材质的选用会造成一致性和绝缘性的影响，而此两点为低频发射天线品质的重要组成部分；天线的黏结组合方式直接影响产品的平面度和量产可行性。

此项目三维低频接收天线骨架设计精度偏差值为0.01mm，模具具有极高的精度；骨架平面度误差0.1mm，为SMD贴片设计；针脚突出绕线连接部位仅0.9mm。骨架采用高温耐烫电木材料，最大尺寸为15.5mm×15.5mm（不含连接针脚），和磁芯尺寸的配合保证所有产品的绕线区域保持在此范围内，不会超出上述大小。

为了防止三维接收线圈底座出现拉胶口和五金件毛刺问题，设计时需充分计算及利用matlab多次模拟确认注塑口及五金件位置，材料学计算收缩率及结构工程学模拟实验数次后可以将位置数据误差控制在0.03-0.07mm范围之内。

磁芯材质的选择为大量实验的结果，最终选定为某材质的镍锌材料。

黏结方式为单分组环氧胶点胶黏合法，经过实验论证，选择18点式气压点胶粘合。量产时通过黏胶仪器（全自动气压点胶设备）和其他设备参数进行控制。

磁芯和骨架通过自主设计的工装进行相应位置的固定，能有效防止出现偏差及平面度不良等问题。

2.三维低频接收天线的绕制方式及其工装设计

RFID发射和接收天线设计中最重要的环节是三维低频接收天线的超细线绕制方式，具体包括6个步骤，分别是：XY轴线圈的绕制方式、Z轴线圈的绕制方式、XY轴线圈绕制工装的设计与调试、Z轴线圈绕制工装的设计与调试、各轴线圈绕制所用张力的过程控制、天线与骨架的连接方式以及焊接过程控制。

此项目三维低频接收天线的超细线选用直径为0.03-0.07mm的超精漆包线（见图11）。

XY轴线圈的绕制方式基本相同，关键为XY轴之间的绝缘问题，本项目产品可达到XY轴之间为独立两个电感，减小互相间的影响。

Z轴线圈的绕制方式关键是如何达到自粘线随骨架型的独立绕制。本项目产品通过使用精密伺服电机绕线机及自主设计开发的绕制工装有效实现Z轴线圈随骨架型的独立绕制。

XY轴线圈绕制工装采用单夹式启口，能够固定X 轴绕制Y轴或固定Y轴绕制X轴。

Z轴绕线的工装为气枪式顶针设计，保证绕制时Z轴的平面度。

各轴线圈绕制所用张力的过程控制非常重要，本项目产品每一轴张力的实验次数达到20次，保证了产品张力恒定以及产品外观和感量的一致性。

超细线与骨架的连接方式以及焊接是保证产品良品率的重要环节。本项目天线超细线的绕脚为3圈向外拉线，经试验比对，此方法为防止短路的最佳方式，短路率只有0.25‰。另外两种方式的短路率分别为三圈或两圈向内拉线8.3‰、正绕掐线式7.3‰。

3.低频发射天线在不同领域及软件系统下的设计

低频发射天线的关键技术为可配套开发用于多通道应答模拟前端和集成加密外设单片系统的相关天线，多用于20kHZ、125kHz和134.2kHz三个频率段，以低频耦合方式工作。按照其唤醒、识别、定位三大主要作用可以运用于多方面系统开发（见图12，举例为：

⑴PKE系统的运用，如在东南汽车、吉利汽车的应用，其关键技术为：天线结构设计要达到汽车结构系统配套合理化，天线电气性能设计要和系统软件的融合化，天线本身需具有防水防油耐高温的特性。

⑵智能电网系统的运用，本项目所开发的天线在系统中起唤醒作用，主要用于用户端，关键点为天线接收和发射端运用的定位及和其他频段物联网技术的融合运用及补充。

⑶识别系统（智能无线射频识别、财产及身份识别、医院系统，畜牧业识别运用和计算机访问等）的运用，如监狱定位系统采用耐压灌封设计，产生的低频磁场感应对人体无害，可用于24时对犯人的不间断定位与识别。

⑷安防系统（门禁、开门机、遥感机及其互通信）的运用，如苏州大学项目，主要用于自动停车场收费和车辆管理，要求相对感应距离为10米。现项目研发进度至8 米，用于车辆和人员的出入控制及管理，系统可自动辨别车辆、人员是否有权限通过。技术关键点为低频天线功率的放大和损耗的降低，以达到和高频天线传输距离匹敌的效果。

项目创新点

1.应用创新：RFID低频天线在不同领域的应用

凭借技术独特性和新颖性，本项目所开发的天线可以代替部分印刷式电子标签运用及相对的一些高频运用，集中于电子标签、高频超高频项目的拓展性运用，可广泛应用于汽车PKE系统（现已拓展至定位），监狱、宾馆、医院、学校门禁系统（身份识别），物流，环保联网监控，畜牧业管理和智能电网系统等。以汽车PKE（无钥匙进入系统）系统应用为例，使用本项目开发的3D接收天线可以代替原来3个单独的方向不同的分立天线，达到减少成本、减少PCB板布局空间、增加稳定性的效果。（见图13）

2.技术创新：RFID低频感应元器件的整体配套设计和制造

本项目RFID低频对应元器件的整体配套设计和制造，体现为最基本的两个单元：接收单元和发射单元。

（1）接收单元。

接收单元通常由感应部分和相应的芯片组成，用来和发射单元传送数据和通讯。本项目所研发的接收单元采用最先进的无骨式三维构造，是三个方向每个方向性质相同的组合体，可以代替原来3个单独的分立天线，达到减少成本，减少PCB板布局空间，增加稳定性的效果。

我们已成功试量产15.5×15.5×3.8的三维天线，并已成功研发下一代小型化产品11.0×11.0×3.5三维天线的全套技术数据（见图14和图15）。

（2）发射单元。

发射单元根据应用领域的不同，安装的设计也不同。本项目根据不同应用领域的发射模块来相应研发发射天线。所有天线外壳都是由增强型ABS工程塑料灌胶封装，具有防潮、防油的特点，并且能在恶劣的环境下工作。外接线是两根能耐105度高温的CSA cable线，长度可根据用户的要求定制。天线内部是由电容和电感串联而成的，可根据用户需求决定电气数值。目前，已有产品在和一些系统的配合中显示出了超高的稳定性，稳定感应距离一般可以维持在2米至3.5米之间，最大感应距离可以达到8米。

3.结构创新：无骨架式三维低频接收天线

本项目三维低频接收天线为无骨式接收天线，将X、Y、Z三个方向上的低频接收天线分别组合绕制在磁芯与底座组合体上，引出线引至底座上，底座四边有绕线槽，在底座四角下部设有接线金属端子，底座四角上部设有引线槽。

该天线最大的创新在于去除Z轴骨架的运用，骨架实为SMD贴片底座，达到了空间利用最小化最合理化的程度。三维天线三轴的绕线都位于磁芯（所述磁芯为片状磁芯）上，骨架的平面的控制为0.1mm，保证整体产品高度不高于3.8mm，并能够满足为2.0-10.0mh的区间电感量的设计制造要求，成品率高，可操作性强。同类新品11.0×11.0mm接收天线的尺寸更小，高度仅为3.5mm，在低感量区间的品质角度可以和15×15mm型天线媲美。

4.工艺创新

（1）低频发射天线绝缘工艺

发射天线主要由电容与线圈串联焊接而成，两出线口为同一侧，天线体积较小，极易造成短路现象及相互干扰现象，对绝缘要求极高。本项目工艺创新为天线易短路处采用全新绝缘材料并采用三层包裹法，并更新检验步骤，加入波形查检法防止装配短路的产生。

（2）三维接收天线超细线扁平式绕制工艺。

绕制工艺的关键主要是绕线张力的控制，工装夹具的设计及伺服电机绕线机的精度保证。绕制好的X、Y 轴天线采用反贴式固定法，由气枪顶针式工装，在保持同心度一致的情况下，在4.0mm的区间范围内高速绕线。在张力合适的情况下面，可以绕制出外观良好且一致性高的产品，且产品的成品率高，保证量产需求，完全颠覆骨架式绕线后组装的工艺方式。

下页图18为三维接收天线工艺流程图，其中在线圈绕制环节，不同种类型号的天线绕制参数亦可不同。

无锡科锐漫电子科技有限公司为了保护自主研发产品知识产权，对自行研发的产品进行了专利申请，目前公司法人已申请2项国家发明专利，获4项国家实用新型专利及2项外观设计专利，如下：

（1）发明专利：三维低频接收天线及其绕制方法（201010297914.0）；

（2）发明专利：三维低频接收天线综合检测装置（201210017286.5）；

（3）实用新型专利：三维低频接受天线（ZL201020549869.9）；

（4）实用新型专利：防水低频天线（ZL201020550472.1）；

（5）实用新型专利：新能源储能电感非晶磁芯固定调节装置（ZL201020550300.4）；

（6）实用新型专利：新能源储能电感（ZL201020549988.4）；

（7）外观设计专利：防水低频天线（1）（ZL201030523572.0）；

（8）外观设计专利：低频天线（防水2）（ZL201030523566.5）。

2011年3月16日，公司通过ISO9001：2008认证，ISO14001：2004认证。

2011年6月获“江苏省民营科技型企业”称号。

2011年12月项目研发的产品“RFID射频感应天线”获得江苏省高新技术产品称号。

2012年7月建立了“无锡市RFID无线射频天线工程技术研究中心”。

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