AT14310U1 - NFC-Kopplungsantenne - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anpassungseinrichtung (10) zum Anpassen des elektromagnetischen Kommunikationsfeldes einer Readerantenne (3) eines Readers (2) an das elektromagnetische Kommunikationsfeld einer Transponderantenne (5, 8) eines insbesondere passiven Transponders (4, 7), bei der eine erste Antenne (11) vorgesehen ist, deren geometrische Form und Größe im Wesentlichen mit der geometrischen Form und Größe der Readerantenne (3) des Readers (1) übereinstimmt und bei der eine zweite Antenne (12) vorgesehen ist, deren geometrische Form und Größe im Wesentlichen mit der geometrischen Form und Größe der Transponderantenne (8) des passiven Transponders (7) übereinstimmt, wobei sich die erste Antenne (11) und die zweite Antenne (12) in Form und/oder Größe unterscheiden und zur Signalübertragung miteinander verbunden sind.

Description

Beschreibung

NFC-KOPPLUNGSANTENNE

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anpassungseinrichtung zum Anpassen des elektromagneti¬schen Kommunikationsfeldes einer Readerantenne eines Readers an das elektromagnetischeKommunikationsfeld einer Transponderantenne eines insbesondere passiven Transponders.

[0002] Das Dokument EP 1 488 375 B1 offenbart ein Mobiltelefon mit einem solchen Reader,der zum Kommunizieren mit einem passiven Transponder in einer Smart Card oder in einemTag und zum Kommunizieren mit aktiven, eine eigene Energiequelle aufweisenden anderenReadern ausgebildet ist. Eine solche Kommunikation ist beispielsweise von dem internationalenStandard IS018.092 auch unter der Bezeichnung „Near Field Communication" (NFC) bekannt.

[0003] In Mobiltelefonen der neueren Generationen wird immer häufiger Hardware eingebaut,die eine Nutzung der NFC-Technologie ermöglicht. Die Readerantenne des NFC-Readersbefindet sich in aller Regel auf der Rückseite des Gehäuses so, dass die Bedienung des Mobil¬telefons bei gleichzeitiger Nutzung des NFC-Readers möglich ist.

[0004] Aus technischen Aspekten heraus ist es sinnvoll die Readerantenne eines NFC-Readersvon der Größe her ähnlich zu dimensionieren, wie die Transponderantenne des Transponders,mit dem kommuniziert werden soll. Bei einem Größenverhältnis der beiden Antennen von nahe¬zu 1:1, ist eine Erfassung und Einkopplung des Transponders in das Kommunikationsfeld desNFC-Readers am effektivsten. Weil davon ausgegangen wird, dass innerhalb der NFC-Technologie in Verbindung mit dem Mobiltelefon häufig Transponder im Scheckkarten-Formateingesetzt werden, wurde das Antennenformat der Readerantenne bezüglich Form und Größeinnerhalb der Mobiltelefone entsprechend optimiert.

[0005] Bei den bekannten Mobiltelefonen mit NFC-Readern hat sich der Nachteil ergeben, dasskleinere Transponder mit entsprechend kleineren Antennen nicht oder nur sehr schlecht, alsoeher zufällig nach längerem Probieren, erfasst werden können. Da in zahlreichen Applikationen,wie beispielsweise Plagiatsschutz von Luxusgütern (Schmuck, Uhren, etc.), ein möglichst klei¬ner Transponder zum Einsatz kommt, kann der NFC-Reader in dem bekannten Mobiltelefon nurunzufriedenstellend für solche Applikationen genutzt werden.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine technische Möglichkeit zu schaffen,bestehende Mobiltelefone mit Readern mit einer bestimmten vorgegebenen Form und Größeder Readerantenne derart anzupassen, dass diese auch für Applikationen mit Transpondernanderer Baugröße, als für die die Readerantenne optimiert ist, genutzt werden können. Weiterssollen Mobiltelefone neuerer Generation gleich mit Readern ausgestattet werden, die für Trans¬ponder mit unterschiedlichen Baugrößen optimiert sind.

[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabestellung durch eine Anpassungseinrichtung gelöst,bei der eine erste Antenne vorgesehen ist, deren geometrische Form und Größe im Wesentli¬chen mit der geometrischen Form und Größe der Readerantenne des Readers übereinstimmt,und bei der eine zweite Antenne vorgesehen ist, deren geometrische Form und Größe im We¬sentlichen mit der geometrischen Form und Größe der Transponderantenne des passivenTransponders übereinstimmt, wobei sich die erste Antenne und die zweite Antenne in Formund/oder Größe unterscheiden und zur Signalübertragung miteinander verbunden sind.

[0008] Durch das Vorsehen der Anpassungseinrichtung ist der Vorteil erhalten, dass mit der andie Readerantenne angepassten ersten Antenne besonders viel Empfangsenergie aus demelektromagnetischen Kommunikationsfeld ausgekoppelt wird, um ein starkes Empfangssignalmit der Anpassungseinrichtung weiterverarbeiten zu können. Dieses Empfangssignal wird inweiterer Folge über die bezüglich ihrer Form und Größe an die Transponderantenne angepass¬te zweite Antenne abgegeben, wodurch mit der Transponderantenne in dem Transponderwiederum besonders viel Empfangsenergie aus dem elektromagnetischen Kommunikationsfeldder zweiten Antenne ausgekoppelt wird. Hierdurch kann die Signalqualität des in dem Trans- ponder empfangenen Informationssignals aber auch die Signalqualität des in dem Reader vondem Transponder empfangenen Informationssignals auch bei relativ großer Entfernung desReaders zum Transponder wesentlich verbessert werden.

[0009] Besonders vorteilhaft ist weiters, dass durch das Vorsehen der Anpassungseinrichtungin dem elektromagnetischen Kommunikationsfeld des Readers die Kommunikation mit einemTransponder, für den die Readerantenne angepasst ist, weiterhin gut funktioniert und mit einemanderen Transponder, für den die zweite Antenne der Anpassungseinrichtung angepasst ist,wesentlich verbessert und auch parallel möglich ist.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anpassungseinrichtungwerden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0011] Figur 1 zeigt das Schaltbild eines Systems mit einer Anpassungseinrichtung.

[0012] Figur 2 zeigt eine Schutzhülle eines Mobiltelefons mit einer Anpassungseinrichtung.

[0013] Figur 1 zeigt ein Mobiltelefon 1, von dem allerdings nur der in dem Mobiltelefon 1 vorge¬sehene Reader 2 mit der an den Reader 2 angeschlossenen Readerantenne 3 dargestellt ist.Der Reader 2 ist zum kontaktlosen Kommunizieren mit einem oder mehreren in seinem elekt¬romagnetischen Kommunikationsfeld befindlichen passiven Transpondern ausgebildet. DerReader 2 entspricht dem NFC Standard (IS019.092) und kommuniziert im HF Frequenzbereich.Eine solcher Reader könnte aber erfindungsgemäß auch zur kontaktlosen Kommunikation inanderen Frequenzbereichen (z.B. kHz und UHF) ausgebildet sein und entsprechend anderenStandards kommunizieren (z.B. IS014.443; IS015.693).

[0014] In dem Mobiltelefon 1 ist eine Applikation realisiert, mit der der Benutzer des Mobiltele¬fons 1 ein Produkt online kaufen und mit seiner Kreditkarte 4 bezahlen kann. Hierfür hält derBenutzer seine Kreditkarte 4 in das elektromagnetische Kommunikationsfeld der Readeranten¬ne 3, die in Form und Größe im Wesentlichen der Form und Größe der Transponderantenne 5der Kreditkarte 4 entspricht. Durch diese Übereinstimmung der Readerantenne 3 mit der Trans¬ponderantenne 5 ist gewährleistet, dass die Transponderantenne 5 von im Wesentlichen demgesamten elektromagnetischen Kommunikationsfeld der Readerantenne 3 durchdrungen wird,wodurch in der Transponderantenne 5 ein qualitativ hochwertiges Informationssignal gewonnenund mit dem Transponder-IC 6 weiter verarbeitet werden kann.

[0015] In dem Mobiltelefon 1 ist eine weitere Applikation realisiert, mit der in Form von Tags 7realisierte Transponder ausgelesen werden können. Tags 7 werden beispielsweise zum Plagi¬atsschutz von Luxusgütern (Schmuck, Uhren, etc.), aber auch zum Kennzeichnen von Hundenoder Rindern eingesetzt. Diese Tags 7 sind besonders klein, weshalb auch die Transponderan¬tennen 8 wesentlich kleiner und in ihrer Form oft an die Form des Tags 7 angepasst sind. Dasvon der Readerantenne 3 abgegebene elektromagnetische Kommunikationsfeld ist relativ gro߬flächig und erzeugt in sehr kleinen Transponderantennen 8 nur eine geringe Signalamplitudedes Informationssignals. Folglich steht dem Tag-IC 9, auch bei nahe an dem Mobiltelefon be¬findlichem Tag 7, nur ein qualitativ schlechtes Informationssignal zur Weiterverarbeitung zurVerfügung.

[0016] Gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 ist nunmehr eine Anpassungseinrichtung 10zum Anpassen des elektromagnetischen Kommunikationsfeldes der Readerantenne 3 desReaders 1 an das elektromagnetische Kommunikationsfeld der Transponderantenne 8 despassiven Tags 7 vorgesehen. Die Anpassungseinrichtung 10 weist eine erste Antenne 11 auf,deren geometrische Form und Größe im Wesentlichen mit der geometrischen Form und Größeder Readerantenne 3 des Readers 1 übereinstimmt. Die Anpassungseinrichtung 10 weist wei¬ters eine zweite Antenne 12 auf, deren geometrische Form und Größe im Wesentlichen mit dergeometrischen Form und Größe der Transponderantenne 8 des passiven Tags 7 überein¬stimmt. Die Readerantenne 3 und die erste Antenne 11 sind in Figur 1 nur symbolisch darge¬stellt und weisen im Wesentlichen die rechteckige Form der Transponderantenne 5 der Kredit¬karte 4 auf, da die Readerantenne 3 für die Kommunikation mit Smart Cards, wie der Kreditkar¬te 4, optimiert ist. Die Transponderantenne 8 des Tags 7 und die zweite Antenne 12 sind ge- maß diesem Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet und weisen einen im Vergleich zu derTransponderantenne 5 der Kreditkarte 4 kleinen Durchmesser auf. Die erste Antenne 11 unddie zweite Antenne 12 unterscheiden sich folglich sowohl in Form als auch in ihrer Größe.

[0017] Die Anpassungseinrichtung 10 weist weiters eine Anpassungsschaltung 13 auf, über diedie erste Antenne 11 mit der zweiten Antenne 12 verbunden ist und die zum Einstellen derResonanzfrequenzen der Antennenschwingkreise vorgesehen ist. Mittels der Anpassungsschal¬tung 13 findet eine leitungsgebundene Signalübertragung zwischen der ersten Antenne 11 undder zweiten Antenne 12 statt. Die Anpassungsschaltung 13 weist mehrere parallel geschalteteKondensatorgruppen C1.n bis C3.n auf, um die Resonanzfrequenzen der Antennenschwing¬kreise der ersten Antenne 11 und der zweiten Antenne 12 einzustellen.

[0018] Durch das Vorsehen der Anpassungseinrichtung 10 ist nunmehr der Vorteil erhalten,dass das Mobiltelefon 1 mittels des Readers 2 nicht nur mit Transpondern im Scheckkarten-Format sondern auch mit Transpondern im Tag-Format mit guter Signalübertragungsqualitätkommunizieren kann. Somit erhöht sich die Anzahl der mit dem Mobiltelefon realisierbarenApplikationen wesentlich. So könnte beispielweise mit einem Mobiltelefon mit NFC-Reader dieSeriennummer des Tags in einer möglicherweise gefälschten Tasche überprüft und Plagiatenauf die Spur gekommen werden ohne, dass hierfür spezielle Reader vorgesehen sein müssten.Ebenso könnte mit dem Mobiltelefon mit NFC-Reader die Seriennummer des Tags an demEingang eines historischen Gebäudes ausgelesen werden, um nähere Informationen über dasGebäude auf dem Mobiltelefon angezeigt zu bekommen, ohne, dass hierfür spezielle Readervorgesehen sein müssten.

[0019] Eine solche Anpassungseinrichtung ist ein rein passives Bauteil und könnte beispiels¬weise auf einer selbstklebenden Folie vorgesehen sein. Die Folie könnte vom Benutzer desMobiltelefons 1 an die passende Stelle der Rückwand des Gehäuses geklebt werden, wobei dieerste Antenne 11 möglichst in Deckung mit der Readerantenne 3 im Mobiltelefon 1 liegen soll,um eine gute Durchdringung der ersten Antenne 1 mit dem elektromagnetischen Kommunikati¬onsfeld der Readerantenne 3 zu erreichen. Hierdurch kann jedes Mobiltelefon mit einer an einebestimmte Applikation angepassten Readerantenne 3 durch einfaches Aufkleben der geeigne¬ten selbstklebenden Folie für weitere Applikationen vorbereitet werden.

[0020] Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass durch das Vorsehen der Anpas¬sungseinrichtung 10 von der zweiten Antenne 12 so viel Energie in die Transponderantenne 8eingekoppelt wird, dass auch Transponder 7 ausgelesen und beschrieben werden können, diean übertragungstechnisch problematischen Stellen, wie metallischen Oberflächen, angebrachtsind. Es ist sogar möglich, einen in ein Metall eingelassenen Tag auszulesen, was mit her¬kömmlichen NFC Readern nicht möglich wäre. Hierdurch ergibt sich ein weites Feld neuermöglicher NFC Applikationen.

[0021] In Figur 2 ist eine nachrüstbare Schutzhülle 14 für das Mobiltelefon 1 dargestellt, in derdie Anpassungseinrichtung 10 an der für das jeweilige Modell des Mobiltelefons 1 passendenStelle vorgesehen ist. Die Anpassungseinrichtung kann in dem Kunststoff der Schutzhülle ein¬gegossen oder mittels Klebefolie eingeklebt vorgesehen sein.

[0022] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wäre die zweite Antenne der Anpassungs¬einrichtung über eine lösbare Verbindung mit der Anpassungsschaltung und somit auch mit derersten Antenne verbunden. Hierdurch ist erreicht, dass die zweite Antenne zur Anpassung derAnpassungseinrichtung an unterschiedliche Formen und/oder Größen von Transponderanten¬nen ausgewechselt werden kann. Es kann sein, dass beim Austausch der zweiten Antenneauch die Anpassungsschaltung ausgetauscht werden muss. Vorteilhafterweise können regelba¬re Kondensatoren in der Anpassungsschaltung zum Einsatz kommen so, dass der Austauschder Anpassungsschaltung entfällt und beim Austausch der zweiten Antenne nur eine Einstel¬lung der regelbaren Kondensatoren erfolgt.

[0023] Grundsätzlich kann die zweite Antenne 12 überall an dem Mobiltelefon vorgesehen sein,also beispielsweise auf der Rückwand, an einer Ecke und auch vorne. Gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel sind zumindest zwei oder mehr zweite Antennen 12 vorgesehen, die sichin Form und/oder Größe unterscheiden und über die das elektromagnetische Kommunikations¬feld der Readerantenne an zumindest zwei unterschiedliche Transponderantennen parallelangepasst wird. Um eine besonders gute Qualität der Kommunikation zu erreichen, könnte einTransponder für eine bestimmte Applikation an die passende Stelle der Anpassungseinrichtungbzw. der Rückwand des Mobiltelefons gehalten werden, die durch die Stelle gegeben ist, an derdie zweite Antenne mit im Wesentlichen derselben Form und Größe vorgesehen ist.

[0024] Diese Stelle könnte an der Klebefolie der Anpassungseinrichtung für den Benutzermarkiert sein.

[0025] Zum Auslesen von Transpondern, die Transponderantennen mit unterschiedlicher Formund Größe aufweisen, werden somit folgende Verfahrensschritte durchgeführt. Die zu übertra¬genden Informationen werden von der Readerantenne 3 an die erste Antenne 11 der Anpas¬sungseinrichtung 10 kontaktlos übertragen, wobei die Readerantenne 3 und die erste Antenne11 im Wesentlichen die gleiche geometrische Form und Größe aufweisen. Anschließend wer¬den die von der ersten Antenne 11 empfangenen Informationen leitungsgebunden über dieAnpassungsschaltung 13 an die zweite Antenne 12 der Anpassungseinrichtung 10 übertragen.Bei einem letzten Verfahrensschritt werden die Informationen von der zweiten Antenne 12 derAnpassungseinrichtung 10 an die Transponderantenne 8 kontaktlos übertragen, wobei dieTransponderantenne 8 und die zweite Antenne 12 im Wesentlichen die gleiche geometrischeForm und Größe aufweisen und sich die erste Antenne 11 und die zweite Antenne 12 in Formund/oder Größe unterscheiden.

[0026] Es kann erwähnt werden, dass erste Antennen und zweite Antennen auch an weitereandere Formen, wie beispielsweise oval, dreieckig oder linear, von Readerantennen undTransponderantennen angepasst vorgesehen sein könnten.

[0027] Es kann erwähnt werden, dass die Anpassungseinrichtung auch zum Anpassen deselektromagnetischen Kommunikationsfeldes eines aktiven Transponders und eines anderenReaders verwendet werden kann, welche Kommunikationsarten beispielweise gemäß dem NFCStandard vorgesehen sind.

[0028] Es kann erwähnt werden, dass eine vorstehend beschriebene Anpassungseinrichtungauch in oder an anderen elektronischen Geräten vorgesehen sein kann, die einen Readeraufweisen. Auch wäre es möglich bei neuen Geräten die Anpassungseinrichtung gleich imGehäuse des Readers oder des Mobiltelefons vorzusehen.

[0029] Es kann erwähnt werden, dass als im Wesentlichen mit der gleichen Form und Größe indiesem Zusammenhang gemeint ist, dass die Antennen nicht mehr als 30% und insbesonderenicht mehr als 10% beziehungsweise 5% voneinander abweichen.

[0030] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zweite Antenne inForm einer Verlängerung, wie beispielsweise einem flexiblen Stab oder Schlauch, ausgebildet.Mit dieser Verlängerung wären sogar Transponder mit dem Reader des Mobiltelefons ausles¬bar, die in Löchern versenkt angeordnet sind. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn es sichum ein Loch in einem metallischen Gegenstand handelt.

Claims (9)

1. Ansprüche 1. Mobiltelefon (1), mit einem Reader (2) mit einer Readerantenne (3) zum Aufbau eines elektromagnetischenKommunikationsfeldes, und einer Anpassungseinrichtung (10) zum Anpassen des elektromagnetischen Kommunikati¬onsfeldes der Readerantenne (3) des Readers (2) an das elektromagnetische Kommunika¬tionsfeld einer Transponderantenne (5, 8) eines insbesondere passiven Transponders (4,7), wobei in der Anpassungseinrichtung (1) eine erste Antenne (11) vorgesehen ist, deren ge¬ometrische Form und Größe im Wesentlichen mit der geometrischen Form und Größe derReaderantenne (3) des Readers (2) übereinstimmt, und eine zweite Antenne (12) vorgese¬hen ist, deren geometrische Form und Größe im Wesentlichen mit der geometrischen Formund Größe der Transponderantenne (8) des passiven Transponders (7) übereinstimmt,wobei sich die erste Antenne (11) und die zweite Antenne (12) in Form und/oder Größe un¬terscheiden und zur Signalübertragung miteinander verbunden sind, undwobei die erste Antenne (11) der Readerantenne (3) zugewandt ist und die zweite Antenne (12) in ihrer Größe kleiner als die erste Antenne (11) ausgebildet ist.
2. 2. Mobiltelefon gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antenne (11)im Wesentlichen rechteckförmig in der Größe einer Scheckkarte ausgebildet ist.
3. 3. Mobiltelefon gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diezweite Antenne (12) im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist.
4. 4. Mobiltelefon gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dasseine zumindest ein kapazitives Element (C1.n bis C3.n) aufweisende Anpassungsschal¬tung (13) vorgesehen ist, über die die erste Antenne (11) mit der zweiten Antenne (12) ver¬bunden ist und die zum Einstellen der Resonanzfrequenzen der Antennenschwingkreisevorgesehen ist.
5. 5. Mobiltelefon gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieAnpassungseinrichtung (10) als passives Bauteil in einer bevorzugt selbstklebenden Folievorgesehen ist, welche auf das Mobiltelefon geklebt ist.
6. 6. Mobiltelefon gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieAnpassungseinrichtung (10) als Schutzhülle (14) des Mobiltelefons (1) ausgebildet ist, inder die erste Antenne (11) im Wesentlichen an der Position vorgesehen ist, an der in demMobiltelefon (1) die Readerantenne (3) des Readers (2) vorgesehen ist.
7. 7. Mobiltelefon gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diezweite Antenne (12) über eine lösbare Verbindung mit der ersten Antenne (11) verbundenist, um ein Auswechseln der zweiten Antenne (12) zur Anpassung der Anpassungseinrich¬tung (10) an unterschiedliche Formen und/oder Größen von Transponderantennen (5, 8)zu ermöglichen.
8. 8. Mobiltelefon gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dasszumindest zwei zweite Antennen vorgesehen sind, die sich in Form und/oder Größe unter¬scheiden und über die das elektromagnetische Kommunikationsfeld der Readerantenne (3)an zumindest zwei unterschiedliche Transponderantennen (8) parallel angepasst wird.
9. 9. Mobiltelefon gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diezweite Antenne (12) in Form einer Verlängerung, bevorzugt eines flexiblen Stabes oderSchlauchs, ausgebildet ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen