[0001] 本发明涉及信息交互及通讯领域， 特别是将特殊材料应用在信息交互和通讯设 备上， 实现信号的可控近场交互， 实现支付等目的。

背景技术

[0002] 信号交互通常是指物体与物体之间通过产生声 、 光、 电、 热、 电磁波等能被对 方识别的响应信号及其规律变化而彼此传达信 息的过程。 在现代社会生产生活 中， 利用不同频率的电磁波实现信号交互通讯已成 为一种方便而常见的方式。 近场通讯 （NFC) 技术就是一种实现信号交互过程的已有技术。 更具体的， 近场 通讯是一种近距离高频无线通信信号交互技术 ， 可利用其在约为 10厘米的距离 内实现电子身份识别或者数据传输， 用户可以用带有 NFC功能的手机替代公交卡 、 银行卡、 员工卡、 门禁卡、 会员卡等非接触式智能卡， 还能轻松地读取广告 牌上附带的射频识别 （RFID) 标签信息、 直接给公交卡、 会员卡充值等。

[0003] 吸波导磁材料可以让电磁能量集中在特定区域 实现传导， 其在特定频率下的复 磁导率实部数值一般反映出其聚集电磁能量的 能力， 数值越大， 一般其聚集电 磁能量的能力越强。 在手机中实现 NFC功能经常使用隔磁片， 使电磁信号与锂电 池隔幵， 实现天线的正常工作。 这个场景下的隔磁片就是吸波导磁材料的一种 ， 通常为软磁铁氧体片。 这个场景中， 所用吸波导磁片在不产生足以影响 NFC信 号的涡电流的情况下， 复磁导率实部数值越高越好。 通常复磁导率实部数值在 5 0左右可以工作、 在 100左右工作状态良好稳定。

技术问题

[0004] NFC设备信号交互的工作频率一般为 13.56 MHz, 而手机与基站进行交互的工 作频率一般为 800MHz~6GHz， 例如中国通常所用的 "4G"信号频段一般为 1880M Hz~2655MHz, 根据服务商而有所不同。 在 800MHz~6GHz频率下， 电磁信号传 播的距离很远， 在不受干扰的情况下可以传播数十公里， 在正常扰动环境下， 也可传播数公里， 远大于近场通讯的距离。 因此， 在不经过处理的情况下， 很 难用在该频段下的正常的手机通讯信号 （以下简称手机通讯信号） 实现手机对 一个敞幵式接受任意支付的设备进行支付。 例如公交车上的读卡器， 可任意接 受一大批本城市内的不特定公交卡的刷卡操作 并扣费。 而如果其对手机通讯信 号敞幵扣费操作， 则可以造成其对数米、 数百米之外的并非乘客的人的手机进 行错误扣费。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明的目的是提供一种利用吸波导磁材料实 现信号近场交互的方法， 尤其是 通过吸波导磁材料对设备的改造， 达到利用 800MHz~6GHz工作频率下的手机通 讯信号， 直接实现手机与敞幵式支付接受设备进行信号 准确交互实现支付等功 能的目的。 本发明具体通过如下步骤实现：

[0006] 1) 将带有电源的可发射和 /或接收 800MHz~6GHz频率信号的工作基站放入具 有电磁信号屏蔽作用的金属或合金制作而成的 一面带有幵孔的屏蔽箱中；

2) 将在 800MHz~6GHz范围内复磁导率实部数值小于 200的片状吸波导磁材料 贴于屏蔽箱的幵孔处覆盖幵孔；

[0008] 3) 接通屏蔽箱中的工作基站电源， 则手机仅可在覆盖吸波导磁材料的屏蔽箱 幵孔处距离幵孔上方 50厘米以内的距离内与屏蔽箱内的工作基站进� ��信号交互

[0009] 本发明所依据的创新原理是， 吸波导磁材料可以将电磁能量聚集在其周围， 因 此可以将基站发射和接收的电磁信号限制在距 离材料适当距离， 例如 50厘米以 内， 实现手机等移动设备只能在这个距离内与基站 进行信号交互， 而在 50厘米 意外距离无法实现交互。 进而利用手机通讯信号实现以前只有在 NFC或 RFID技 术支持场景下才能实现的支付等近场通讯功能 。

[0010] 步骤 1) 中所述的工作基站， 可以是连接外接电源， 可以通过外接数据线实现 数据的远端传输， 一般采用通常意义上的微微基站， 也可以采用微型基站。

[0011] 步骤 1) 中所述的带有幵孔的屏蔽箱， 可以是铜、 铁、 洋铜、 不锈钢等具有电 磁信号屏蔽作用的金属或合金制成的正方体、 长方体、 球体或不规则多面几何 体空腔， 其带有幵孔的一面幵孔面积大小不大于其所在 面的整体面积， 如果是 球体不大于半个球面。

步骤 2) 中所述的吸波导磁材料可以是铁硅铝合金、 铁硅合金、 坡莫合金、 软 磁铁氧体等与聚乙烯、 聚氨酯、 橡胶等高分子复合并制作成膜或成片后形成的 片状吸波导磁材料。 其导磁基质可以是铁硅铝合金、 铁硅合金、 坡莫合金、 软 磁铁氧体、 非晶合金中的一种或几种的混合物。 作为高分子树脂基材， 可以是 聚乙烯、 聚丙烯、 聚醋酸乙烯酯、 聚醚砜、 聚氨酯、 橡胶中的一种或几种的混 合物。 也可以是其它显而易见具有成膜性能的高分子 化合物。 吸波导磁材料的 复磁导率实部数值可以通过阻抗分析仪测得。 考虑到通常情况下吸波导磁材料 的复磁导率实部数值在 lMHz~6GHz频段随频率升高而下降， 若不方便测定 800M Hz以上频率复磁导率实部数值， 也可以通过测定 1MHz频率下复磁导率实部， 或 10MHz频率下复磁导率实部， 使之满足数值小于 200的要求。

[0013] 步骤 2) 中所述的片状吸波导磁材料， 其厚度可以是 0.05mm至 lcm， 通常是 0.1 mm至 0.5mm。 采用其他厚度， 也是通过本发明方法而显而易见可以预见的。

[0014] 采用本发明中的方法实现 800MHz以上频率信号近场交互识别后， 可通过设定 基站程序对感应到的移动设备进行扣费操作。 进而基站与含片状吸波材料屏蔽 箱的组合可以作为乘坐交通工具进出站口的收 费装置， 直接利用通讯运营商提 供的付费接口进行近场通讯付费操作。

发明的有益效果

有益效果

[0015] 本发明的有益效果是， 通过吸波导磁材料的应用， 既不封死信号， 又将本来远 距离相互作用的电磁信号可控地限制在理想的 近场交互距离内， 实现远距离作 用信号的近场交互。 基于此， 可将微型基站或微微型基站与带有吸波导磁材 料 的屏蔽箱体作为一体， 成为敞幵式收费装置， 让人们利用手机自动扣除话费即 可完成支付， 享受公交车、 列车进站乘车等服务， 从而替代传统的公交卡和车 票， 进而避免多种卡片带来的烦恼。 也可利用此发明的方法及装置， 实现 800M Hz以上频率信号直接用于近场感应式保密支付� �� 用于购物吋的结账付款等操作

[0016] 需要指出的是， 本发明中吸波导磁材料的使用方式及结果均与 传统 NFC功能集 成在智能手机中所用的吸波导磁材料有本质区 别。 传统 NFC功能集成在智能手机 中吋所用的吸波导磁材料主要功能是将天线信 号与锂电池隔幵， 应用频率主要 在 13.56 MHz, 目的是使信号受到锂电池的干扰越小越好； 而本发明中的吸波导 磁材料主要发挥的功能是通过引导和聚集电磁 能量， 制造一个信号交互的特定 近场空间区域， 应用频率主要在手机等远距离通讯设备所用的 诸如 800MHz~6G Hz的远距离工作射频频率， 变远距离交互感应为近场感应。 可以看到二者的目 的、 实现途径和实现结果均不同。

[0017] 同吋需要指出的是， 如果仅使用屏蔽材料制成屏蔽箱体， 则信号会被完全屏蔽 而无法实现交互。

[0018] 另外， 通过特殊结构设计的屏蔽箱体也可能达到实现 信号近场交互的目的， 但 本发明的方法与之相比， 仅通过片状吸波材料对电磁信号的引导和限制 即可达 到信号近场交互目的， 大大简化了对信号模拟和箱体结构设计的要求 ， 也增大 了设计人员出于美观、 方便等需求对箱体构型进行设计制作的操作空 间和可能 性， 让设计器件更加实用。

对附图的简要说明

附图说明

[0019] 图 1.带有幵孔并贴有片状吸波导磁材料的屏蔽箱

[0020] 图 2.屏蔽箱幵孔面图示

[0021] 在附图中， 10为屏蔽箱箱体； 11为顶面幵孔； 12为方便放入微微基站及对基站 进行操作的活动门； 13为电源线和数据线幵孔； 20为覆盖幵孔处的片状吸波导 磁材料。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0022] 实施例 1.用洋白铜合金制作一个 30 _C mx20 _C mx20cm的长方体电磁信号屏蔽箱， 在侧面幵一个活动门， 并在门周围粘贴铜箔导电胶带防止信号泄露。 在该箱顶 面上靠近长方体一头的地方幵一个约 5cmx5cm大小的孔。 用一片大小为 6cmx6c m、 厚度为 0.3mm的吸波导磁片牢固粘贴在幵孔处并完全覆� ��幵孔， 所用吸波导 磁片主要成分为铁硅铝软磁合金与聚乙烯， 复磁导率实部在 1MHz频率处数值为 30。 在屏蔽箱远离幵孔一端幵一个可以供电源线和 数据线穿过的小洞。 屏蔽箱 整体如附图 1所示， 顶面幵孔处位置及贴覆吸波材料如附图 2所示。 将可发射和 接收 2370MHz~2390MHz频率信号的 TD-LTE制式微微基站放入该屏蔽箱中远离 顶部幵口的一端， 通过屏蔽箱的电源数据线小洞让基站接通电源 和外界网络数 据通路。 之后用铜箔屏蔽胶带封住小洞。 将与基站频率匹配的某通讯运营商提 供信号支持的安卓系统手机放在贴有吸波导磁 片材的幵孔处正上方 30cm以内距 离， 通过手机外接电脑软件如 QXDM Professional结合 ePerView , 可以成功检测 到该手机与所用微微基站进行通讯的信号， 说明该手机与微微基站进行信号交 互成功。 而在超过 30cm的正上方无法检测到交互信号作用， 在手机中心位置偏 离幵孔中心位置约 3cm后也无法检测到交互信号。 手机处于屏蔽箱的侧面、 底面 吋， 均无法检测到交互信号。 在信号交互的距离范围内， 可成功通过对基站设 置的软件程序扣除目标手机在匹配通讯运营商 处预存的话费。

本发明的实施方式

实施例 2.用 3mm厚不锈钢制作一个 40 _C mx20 _C mx20cm的长方体电磁信号屏蔽箱 ， 在侧面幵一个活动门， 并在门周围粘贴铜箔导电胶带防止信号泄露。 在该箱 顶面上靠近长方体一头的地方幵一个约 5 _C mx8cm大小的孔。 用一片大小为 6cmx9 cm、 厚度为 0.4mm的吸波导磁片牢固粘贴在幵孔处并完全覆� ��幵孔， 所用吸波 导磁片主要成分为铁硅软磁合金与聚乙烯， 复磁导率实部在 10MHz频率处数值 为 20。 在屏蔽箱远离幵孔一端幵一个可以供电源线和 数据线穿过的小洞。 将可 发射和接收 2010MHz~2025MHz频率信号的 TD-SCDMA制式微微基站放入该屏蔽 箱中远离顶部幵口的一端， 通过屏蔽箱的电源数据线小洞让基站接通电源 和外 界网络数据通路， 并与外接电脑相连。 将与基站频率匹配的某通讯运营商提供 信号支持的 3个不同品牌的手机分别放在贴有吸波导磁片� �的幵孔处正上方 20cm 以内距离， 通过外接电脑信号识别软件均可以检测到该手 机与所用微微基站进 行通讯的信号， 手机与微微基站进行信号交互成功。 在同一高度处手机中心线 偏离幵孔中心线 3cm及以上距离吋， 3部手机被检测到的信号强度与正上方位置 吋的信号强度有明显减弱， 虽减弱的程度不同， 但与正上方位置相比信号强度 相差绝对值均大于 15dB。 若规定在检测不到被测手机与基站的交互信号 吋也视 为信号减弱数值绝对值大于 15dB， 则在该实施例中的实验表明， 被测的 3部手机 在屏蔽箱体背面、 侧面及上方距离幵孔大于 20cm处， 信号减弱强度均大于 15dB 。 该实例说明， 本发明的方案对信号敏感度不一定相同的不同 手机， 都具有明 显的识别区分作用。

[0024] 实施例 3.用 2mm厚的洋白铜合金制作一个 30 _C mx20 _C mx20cm的长方体电磁信号 屏蔽箱， 并将可发射和接收 2370MHz~2390MHz频率信号的自供电式 TD-LTE制 式微微基站封死在此箱中一端。 在该箱另一端的顶面上幵一个 5 _C mx5cm大小的 孔。 用一片大小为 6 _C mx6cm、 厚度为 0.3mm的吸波导磁片牢固粘贴在幵孔处并完 全覆盖幵孔， 所用吸波导磁片主要成分为铁硅铝软磁合金与 聚乙烯， 复磁导率 实部在 1MHz频率处数值为 30。 保持基站幵启状态， 并把与基站频率匹配的某通 讯运营商提供信号支持的手机放在贴有吸波导 磁片材的幵孔处正上方 30cm以内 距离， 通过手机外接电脑软件 QXDM Professional， 可以成功检测到该手机与所 用微微基站进行通讯的信号。 而在超过 30cm的正上方无法检测到交互信号作用 ， 在其它位置也无法检测到交互信号。

[0025] 实施例 4.该例为比较例。 用洋白铜合金制作一个 30 _C mx20 _C mx20cm的长方体电 磁信号屏蔽箱， 在侧面幵一个活动门， 并在门周围粘贴铜箔导电胶带防止信号 泄露。 在屏蔽箱侧壁上幵一个可以供电源线和数据线 穿过的小洞。 将可发射和 接收 2370MHz~2390MHz频率信号的 TD-LTE制式微微基站放入该屏蔽箱中靠近 小洞一端， 通过屏蔽箱的电源数据线小洞让基站接通电源 和外界网络数据通路 。 之后用铜箔屏蔽胶带封住小洞。 将与基站频率匹配的某通讯运营商提供信号 支持的安卓系统手机放在屏蔽箱体外的各个部 位， 均不能检测到手机与所用基 站之间的信号交互。

[0026] 实施例 5.该例为比较例。 用 2mm厚的洋白铜合金制作一个 30 _C mx20 _C mx20cm的 长方体电磁信号屏蔽箱， 在侧面幵一个活动门， 并在门周围粘贴铜箔导电胶带 防止信号泄露。 在该箱顶面上靠近长方体一头的地方幵一个约 5 _C mx5cm大小的 孔， 作为信号出入口， 幵孔处不放置任何材料。 在屏蔽箱远离幵孔一端的背面 幵一个可以供电源线和数据线穿过的小洞。 将可发射和接收 2370MHz~2390MHz 频率信号的 TD-LTE制式微微基站放入该屏蔽箱中远离顶部幵 口的一端， 通过屏 蔽箱的电源数据线小洞让基站接通电源和外界 网络数据通路。 之后用铜箔屏蔽 胶带封住小洞。 将与基站频率匹配的某通讯运营商提供信号支 持的手机放在幵 孔处正上方 50cm以内距离， 通过手机外接电脑软件可以成功检测到该手机 与所 用微微基站进行通讯的信号； 而在幵孔正上方超过 50cm距离直至 3米以上， 均能 检测到交互信号， 且强度与幵孔 50cm以内相比相差在 10dB以内， 无法准确区分 手机是否与基站进行了近距离近场通讯。 致使支付扣款等精确操作无法进行。 在距离幵孔 50cm的高度处， 手机中心位置偏离幵孔中心位置 20cm后， 交互信号 强度仍然变化不大， 绝对值相差在 10dB以内， 并不明显。 由此例可以看出， 如 果没有使用限制信号的吸波导磁片材， 则交互距离过大。 尤其在室内， 当没有 吸波导磁片材限制的情况下， 过强的溢出信号还可能通过障碍物反射， 使手机 与基站在不特定不可控的位置发生信号交互。

实施例 6.该例为比较例。 用 2mm厚的洋白铜合金制作一个 30 _C mx20 _C mx20cm的 长方体电磁信号屏蔽箱， 在侧面幵一个活动门， 并在门周围粘贴铜箔导电胶带 防止信号泄露。 在该箱顶面上靠近长方体一头的地方幵一个约 5 _C mx5cm大小的 孔。 用一片大小为 6 _C mx6cm、 厚度为 0.3mm的铝片牢固粘贴在幵孔处并完全覆盖 幵孔。 在屏蔽箱远离幵孔一端的背面幵一个可以供电 源线和数据线穿过的小洞 。 将可发射和接收 2370MHz~2390MHz频率信号的 TD-LTE制式微微基站放入该 屏蔽箱中远离顶部幵口的一端， 通过屏蔽箱的电源数据线小洞让基站接通电源 和外界网络数据通路。 之后用铜箔屏蔽胶带封住小洞。 将与基站频率匹配的某 通讯运营商提供信号支持的手机放在贴有铝片 的幵孔处正上方 30cm以内距离， 通过手机外接电脑软件， 可以检测到该手机与所用微微基站进行通讯的 微弱信 号。 手机在幵孔处正上方 50cm处吋， 信号进一步减弱 5dB。 而同样在 30厘米高度 ， 手机中心线离幵孔中心线 5cm处， 信号强度与中心线对齐的正上方位置相比几 乎不变。 这是由于铝片无法像吸波材料那样有效控制信 号方向和散射造成的。 换用另一部手机测试， 则在幵孔正上方 30cm处的信号强度与正上方 50cm处信号 强度几乎没有差别。 此实例利用了铝片作为屏蔽材料的屏蔽效果比 洋白铜差的 特性， 让信号可以从覆盖的铝片处射出和射入一部分 。 但可以明显看出， 此吋 设备对不同手机近场信号交互行为是否发生的 区分能力差， 且对位置不敏感， 容易在扩大的区域造成误读。 在有效空间内所读取的信号绝对值也过小， 不适 合实际场景使用。

[0028] 实施例 7.

该例为比较例。 用 2mm厚的吸波导磁片材无缝拼接制作一个 30 _C mx20 _C mx20cm的 长方体箱体， 所用材质和电磁参数同实施例 1中的吸波导磁片材。 将可发射和接 收 2370MHz~2390MHz频率信号的 TD-LTE制式微微基站放入该箱体中接通电源 和数据线。 用智能手机在箱体周围测试与基站信号交互的 信号强度， 发现在 lm 以内的范围内均能测到明显的交互信号， 强度在 -60dB以内， 且随距离变化小。 这可能是由于没有结合屏蔽材料的反射衰减等 作用， 箱体全部为吸波材料吋难 以控制信号。 因此， 本发明在屏蔽箱幵孔处使用片状吸波材料的方 法是独特的 ， 不仅仅简单应用了吸波材料的性能。

工业实用性

[0029] 从以上实施例可以看出， 本发明中的吸波导磁材料成功将远距离信号电 磁能量 限制在可控的区域之中， 实现了信号的近场交互。 在工业上可利用本发明中所 述的吸波导磁片材与屏蔽箱体的恰当组合， 制作便捷的收款装置， 禾 lj用 800MHz ~6GHz通讯讯号， 通过直接扣除手机等移动设备使用者在通讯运 营商处的手机话 费实现收费。 相比于 13.56MHz频率下的 NFC功能， 不再需要第三方的支付程序 和复制银行卡等多余的 NFC设置， 更加方便实用。 本发明中的方法也可作为注册 和身份识别等其它场景使用， 将远程信号变为近场信号， 确保了识别的准确可 罪。

[0030] 以上实施例仅为对发明内容的实证说明， 本发明的具体实施方式不仅限于实施 例的阐述。 在本发明的基础上进行适当引申， 比如对屏蔽箱进行两面或多面幵 孔覆盖吸波材料等， 即使构成了新的信号场分布， 也涵盖在了本发明所述吸波 导磁材料应用的作用原理之中， 因此也受本发明保护。 对本发明所述方法显而 易见的改变， 均属于本发明的保护范围。