AT511115A1 - Antennenanordnung zur elektromagnetischen nahbereichskommunikation - Google Patents

Antennenanordnung zur elektromagnetischen nahbereichskommunikation Download PDF

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AT511115A1 ATA235/2011A AT2352011A AT511115A1 AT 511115 A1 AT511115 A1 AT 511115A1 AT 2352011 A AT2352011 A AT 2352011A AT 511115 A1 AT511115 A1 AT 511115A1
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Abstract

Für mobile, persönliche Geräte, wie etwa Mobiltelefone, Smartphones, PDAs oder E-Reader vorgesehene Antennenanordnung zur elektromagnetischen Nahbereichskommunikation über RFID, NFC oder ähnliche Standards, mit einer Innenantenne (1 bzw. 9), einer berührungslos mit der Innenantenne (1 bzw. 9) kommunizierenden Zwischenantenne (2) und einer mit der Zwischenantenne (2) verbundenen, nach außen kommunizierenden Außenantenne (3). Die Zwischenantenne (2) und die Außenantenne (3) sind an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen eines vorzugsweise auswechselbaren Akkus (4) aufgebracht oder integriert, wobei die Zwischenantenne (2) bei in das mobile Gerät eingesetztem Akku im Kommunikationsbereich der Innenantenne (1) angeordnet ist.

Description

N0011271/Wp 0\ Ί\
* · * *
Swiss Technical Electronics (STE) Holding AG
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine ftir mobile, persönliche Geräte, wie etwa Mobiltelefone, Smartphones, PDAs oder E-Rcadcr vorgesehene Antenncnanordnung zur elektromagnetischen Nahbereichskommunikation über RF1D, NFC oder ähnliche Standards, mit einer Innenantenne, einer bcrührungslos init der Innenantenne kommunizierenden Zwischenantenne und einer mit der Zwischenantenne verbundenen, nach außen kommunizierenden Außenantenne.
Antennenanordnungen dieser Art sind beispielsweise aus der WO 2007/080214 Al bekannt und erlauben bei räumlich begrenzten Innenantennen eine Reichweitenerhöhung ftir die elektromagnetische Nahbereichskommunikation. Die Reichweite ist in erster Line abhängig von den Abmessungen der Antenne, da die lnduktionsleislung einer kleineren Antenne relativ gering ist. In Fällen, wo die Innenantenne in einen in das mobile Gerät eingesetzten Chip, wie etwa ein SMS-Modul, integriert ist, kann mit der Antennenanordnung der WO 2007/080214 Al eine Verstärkung der Reichweite erzielt werden, da über die (verhältnismäßig große) Außenantenne von dem für die elektromagnetische
Nahbereichskommunikation vorgesehenen elektromagnetischen Feld eine große Energiemenge aufgenommen und über die Zwischenantenne berührungsfrei an die kleine Innenantenne weitergegeben werden kann. Ein Nachteil des Standes der Technik ist die aufwändige Integration der Zwischen- und Außenantenne in das Gehäuse des mobilen Geräts, wobei die optimale Anordnung der Zwischenantenne in unmittelbarer Nähe der Innenantenne (z.B. direkt bei der SIM-Karte) oftmals nicht einfach zu erreichen ist. da andere Bauteile, wie etwa der Akku oder die Chip-Kontaktstellen, diesen Bereich beanspruchen.
Diese und andere Nachteile des Standes der Technik werden durch eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher die Zwischenantenne und die Außenantenne an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen eines vorzugsweise auswechselbaren Akkus aufgebracht oder integriert sind, wobei die Zwischenantenne bei in das mobile Gerät eingesetztem Akku im Kommunikationsbereich der Innenantenne angeordnel ist. Dadurch lässt sich eine optimale Leistungsverstärkung bei minimalem Aufwand realisieren. Eine Modifikation von Gehäuseteilen oder von anderen Bestandteilen -1 - N0011271/Wp
des mobilen Geräts wird vermieden. Auch der Akku kann im Wesentlichen bauglcich bleiben, da er nur an seiner Außenseite durch eine flache Antennenanordnungen ergänzt wird. ln vorteilhafter Weise kann dabei die Innenantenne in eine in eine Aufnahme des mobilen, persönlichen Geräts einsleekbare Chipkarte, z.B. eine SIM-Karte, integriert sein. 5 Die Eigenschaften der elektromagnetischen Nahbereichskommunikation, beispielsweise die RFID-Kennung, sind somit Geräteunabhängig und mit der Chipkarte verknüpft.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Innenantenne Bestandteil der Kontaktanordnung der Chipkartc ist. Dadurch ist eine kostengünstige Herstellung der Innenantenne gewährleistet. 10 ln einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Innenantenne an der zur Zwlschenantenne hin gewandten Fläche der Chipkarte angeordnet sein. Dadurch lässt sich der Abstand zwischen der Zwischen- und der Innenantenne minimieren.
Weiters kann in vorteilhafter Weise parallel zur Außenantenne eine berührungslos mit dieser kommunizierende, verstärkende Gehäuseantenne angeordnet sein. Dadurch wird die 15 erzielbare Kommunikationsreichweite weiters erhöht, da die gesamte Außenfläche des Gehäuses für die Antenne verwendet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die Zwischenantenne und die Außenantenne und deren Verbindungsleitungen in ein auf den Akku aufgebrachtes Etikett integriert sein. Dies minimiert die Herstellungskosten, da 20 herkömmliche Akkus verwendet werden können, bei denen nur ein anderes Etikett verwendet wird.
Dabei kann, in vorteilhafter Weise das Etikett ein absorptions-hemmendes Material, z.B. Ferrit, aufweisen. Dadurch werden Induktion absorbierende Akku-Öestandteile abgeschirmt. 25 ln vorteilhafter Weise kann an einer Außenseite des Gehäuses eines die erfindungsgemäße Antennenanordnung aufweisenden mobilen, persönlichen Geräts, gegebenenfalls auf einem Aufkleber, eine optischen Identifikation vorgesehen sein. Die optische Identifikation ermöglicht eine optische Überprüfung der über die elektromagnetische Nahbereichskommunikation übertragenen Daten und erweitert somit die Funktionalität und 30 verstärkt die Sicherheit der Nahbereichskommunikation.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des mobilen, persönlichen Geräts kann vorsehen, dass die optische Identifikation ein Abbild, persönliche Daten, persönliche Merkmale, biometrischc Merkmale, eine Identifikationsnummer, eine Adresse und/oder eine -2- N0011271/Wp
Telefonnummer des Benutzers beinhaltet. Dadurch lässt sich die Zuordnung der RFID-Daten zu einer bestimmten Person überprüfen, wodurch ein Missbrauch verhindert werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die optische Identifikation eine Lasergravur sein. Dadurch lässt sich für die optische Identifikation eine hohe Fälschungssicherheit erreichen.
Besondere Merkmale der Erfindung werden nunmehr anhand einer beispielhaften Ausführungsform mit Bezugnahme auf die beigelugte Zeichnung detailliert erläutert, wobei Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Antennenanordnung zeigt.
Der in Fig. I gezeigte Querschnitt ist stark schematisiert und erläutert die Anordnung und das Zusammenwirken der einzelnen Elemente der Erfindung, wobei die gezeigten Größenverhältnisse nicht der tatsächlichen Ausführungsform der Erfindung entsprechen müssen. Je nach Bauart des mobilen Geräts, in das die Antennenanordnung eingebaut wird, kann die jeweilige Ausgestaltung stark variieren, wobei ein Fachmann anhand dieser Beschreibung die Erfindung an verschiedene mobile Geräte, wie etwa unterschiedliche bestehende oder neu gestaltete Mobiltelefonc, anpassen kann, ohne dabei erfinderisch tätig werden zu müssen.
In weiterer Folge wird das mobile Gerät im Zusammenhang mit dieser Beschreibung der Einfachheit halber auch als ein Mobiltelcfon bezeichnet, wobei die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und auch mit anderen mobilen Geräten, wie etwa einem Smartphone, einem Funkgerät, einem Tablct-PC. oder einem ähnlichen Gerät vorteilhaft verwendet werden kann.
Der in Fig. 1 gezeigte Akku 4 nimmt aufgrund seiner Größe meist einen wesentlichen Teil des im Gerätegehäuse eines Mobiltelefons verfügbaren Raums ein. Da der Akku 4 meist eine geringere Lebensdauer aufweist, als das Mobile Gerät selber, ist er in der Regel auswechselbar ausgeführt. Beispielsweise wird der Akku 4 bei vielen Geräten in eine Aufnahme an der Geräterückseite eingelegt, die von einem Gehäuscdeckel 13 verschlossen wird. Die Verbindung zwischen dem Akku 4 und den restlichen Elektronikkomponenten 11 des mobilen Geräts werden dabei im Allgemeinen über Berührungskontakte hergestellt.
So wie bei der dargestcllten Ausführung ist bei den meisten Mobiltelefonen unterhalb des Akkus 4 eine Aufnahme für eine Chipkarte 8, insbesondere eine SIM-Karte, vorgesehen. Auf der Chipkarte 8 sind unter Anderem alle personen- bzw. vertragsbezogenen Daten gespeichert, die dem jeweiligen Netzbetreiber eine Zuordnung und Verrechnung der Kommunikationsdienste ermöglichen. Dadurch ist es, wie allgemein bekannt, möglich. -3- N0011271/Wp # » · · #s »* verschiedene Mobiltclefone bzw. mobile Geräte mit der gleichen Chipkartc zu nutzen, bzw. einfach auf ein anderes Gerät umzusteigen. Hs ist lediglich erforderlich, die SIM-Karte aus dem alten Gerät zu entnehmen, und in das neue Gerät einzusetzen. Die Erfindung ist nicht nur auf SIM-Karten beschränkt, sondern kann mit allen Chipkarten umgesetzt werden, die eine 5 entsprechende Funktionalität bieten. Beispielsweise könnte die Chipkarte eine mit einer RFID-Antenne versehene Speicherkarte wie etwa eine Mikro-SD-Karte sein, auf der alle relevanten personen- bzw. vertragsbezogenen Daten und gegebenenfalls auf dem mobilen Gerät lauffähige Programme (z.B. Kryptographieprogramme) gespeichert sind.
In die Chipkarte 8 ist eine Innenantenne 1 für eine elektromagnetische 10 Nahbereichskommunikation integriert, die auch ohne eigene Stromversorgung verwendet werden kann. Solche Antennen sind als RFID-Antenncn bekannt, wobei auch andere Standards, wie etwa NFC oder ähnliches zur Anwendung kommen können. Die Innenantenne kann dabei in die Kontaktanordnung der Chipkarte integriert sein, wie dies bereits im Stand der Technik bekannt ist. Dabei werden von der SIM-Karte nicht genutzte freie Kontakte mit 15 der RFID-Antenne verbunden bzw. auf Antennengröße vergrößert ausgebildet. Die Kontakte sind im Inneren der Karte mit einem Elektronikchip verbunden, auf dem das RFID-Applet (getrennt von der Funktionalität der SIM-Karte) läuft.
Die Kontaktanordnung der Chipkartc 8 berührt bei ordnungsgemäß ins Gerät eingesetzter Chipkartc 8 entsprechende Kontakte 12 des mobilen Geräts, über die eine 20 Verbindung mit den restlichen Elektronikkomponenten 11 des mobilen Geräts hergestellt wird, Dadurch ergibt sich (wie aus Fig. 1 ersichtlich) in der Regel eine Anordnung, bei der die RFID-Antenne (Innenantenne 1) der Chipkarte 8 zwischen den Elektronikkomponcnten 11 des mobilen Geräts auf der einen Seite und der Chipkarte 8, dem Akku 4 und dem Gchäusedeckel 13 auf der anderen Seite eingebaut ist und durch diese elektromagnetisch 25 abgeschirmt ist. Dies bewirkt eine Verkürzung der Antennenreichweite, was unerwünscht ist. Überdies ist der Platz auf der Chipkartc 8 räumlich sehr beschränkt, sodass nur eine verhältnismäßig kleine RFID-Antenne vorgesehen werden kann, w;as sich wiederum nachteilig auf deren Reichweite auswirkt. Bekanntermaßen ist die erzielbare Reichweite einer RFID-Antenne direkt proportional zur flächenmäßigen Ausdehnung der Antenne. 30 Die Größe der Antenne kann maximal bis auf die Größe der Chipkartc 8 ausgedehnt werden, wobei auch eine weitere Innenantenne 9 vorgesehen sein kann, die sich auf der den Kontakten 12 gegenüberliegenden Seite der Chipkalte befinden kann. Auch diese Antenne 9 -4- N0011271/Wp • * · « * · ·· (die erfindungsgemäß nicht zwingend vorgesehen sein muss) ist jedoch in ihrer Größe auf die Abmessungen der Chipkarte 8 beschränkt.
Um die Reichweite der Antenne(n) zu vergrößern, ist erfindungsgemäß an der der Chipkarte 8 zugewandten Seitenfläche des Akkus 4 eine Zwischenantenne 2 vorgesehen, die 5 im Wesentlichen parallel zur Innenantenne 1 bzw. 2 angeordnet ist, und mit dieser berührungslos kommuniziert. Die Zwischenantennc 2 ist über Verbindungsleitungen 5 mit einer Außenantenne 3 verbunden, die an der nach außen hin gerichteten Seiten fläche des Akkus 4 angeordnet ist. Diese Außenantenne 3 kann sich somit im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Akkuaußenseite erstrecken und dadurch auch ein schwächeres RFID-10 Signal empfangen und an die Innenantenne weitergeben. Das Prinzip dieser Antennenverstärkung ist dem Fachmann aus dein Stand der Technik bekannt und ist beispielsweise in der WO 2007/080214 ausführlich beschrieben.
Die Zwischenantenne 2 und die Außenantenne 3 sind in ein Etikett 6 integriert, dass auf den Akku 4 aufgeklebt ist. Die Dicke des Etiketts 6 ist in Fig. 1 übertrieben dargestellt. 15 Tatsächlich unterscheidet sich die Dicke des Etiketts 6 mit den darin angeordneten Antennen 2 und 3 nur unwesentlich oder gar nicht von den herkömmlicherweise für die Umhüllung von Akkus verwendeten Etiketten. Somit erfordert die Umsetzung der Erfindung beim Design der entsprechenden Geräte keine aufwändige Berücksichtigung. Auch kann die Erfindung bei bestehenden Geräten vorteilhaft verwendet werden, indem einfach der alte Akku durch einen 20 neuen ausgetauscht oder auch durch ein entsprechendes Etikett 6 ergänzt wird.
Vorteilhaft ist weiters, dass die Außenantenne 3 direkt unterhalb des Gehäusedeckels 13 angeordnet ist, der die Antenne nur unwesentlich abschirmt. Die Elektronikkomponcnten 11 und der Akku 4 behindern die RFID-Kommunikalion nur in geringem Maß. Zusätzlich kann, um Induktion absorbierende Bestandteile des Akkus abzuschirmen, im Etikett 6 25 absorptionshemmende Materialien, wie etwa Ferrit, vorgesehen sein.
In der Dargestellten Ausfiihrungsform ist in dem Gehäusedeckel 13 eine weitere Antenne, die Gehäuseantennc 10, angeordnet. Die Gehäuseantenne 10 ist von der Außenantenne 3 galvanisch getrennt und kommuniziert mit dieser herührungslos. Dadurch lässt sich die für die Reichweite der Antennenanordnung maßgebliche Antennenflächc weiter 30 vergrößern. Die Gehäuseantenne 10 kann dabei entweder in den Gehauscdeckel 13 integriert oder auch auf die Außen- oder Innenseite desselben beispielsweise mittels eines Etiketts aufgebracht sein. -5-
N00ll271/Wp Für sicherheitsrclevantc Anwendungen, wie etwa bei Bezahlfunktionalitäten oder Eintrittskontrollsystemen. bei denen eine Identifizierung des Inhabers des mobilen Geräts berührungsfrei über das RFID-Applet der Chipkarte erfolgt, kann die Sicherheit erheblich gesteigert werden, indem am Gehäuse des mobilen Geräts eine optische Identifikation angebracht wird. Die optische Identifikation kann ein einfaches Etikett sein, auf dem ein Abbild, persönliche Daten, persönliche Merkmale, biometrische Merkmale, eine Identifikationsnummer, eine Adresse und/oder eine Telefonnummer des Benutzers aufgedruckt ist. Die optische Identifikation erlaubt es, den Inhaber des mobilen Geräts, der sich über die RFID-Funktionalität ausweist, nochmals zu prüfen, um einen Missbrauch durch Dritte zu verhindern. Um eine Fälschung des Etiketts zu erschweren, kann das Etikett mit falschungssicheren Merkmalen, wie etwa einer Lasergravur, versehen sein. Oftmals ist es dabei ausreichend, wenn die Fälschung der optischen Identifikation nur verhältnismäßig kurz verzögert wird, da der Verlust etwa eines Mobiltelefons meist sehr schnell auffällt, und die entsprechenden Auswcisfunktionalitäten gesperrt werden können, bevor das gefälschte Etikett hergcstellt und ein Missbrauch möglich ist.
Alternativ kann die optische Identifikation ohne einem Etikett direkt auf dem Gehäuse des mobilen Geräts, vorzugsweise auf dem Gehäusedeckel des mobilen Geräts, beispielsweise mittels einer (Laser-(Gravur vorgesehen sein.
Innenantenne (1, 9) Zwischenantenne (2) Außenantenne (3)
Akku (4)
Verbindungsleitungen (5) Etikett (6) optischen Identifikation (7) Chipkarte (8) Gehäuseantenne (10) Eleklronikkomponcnten 11 Kontakte 12 Gehäusedeckel 13 f m o, ANKaDERON): 11 Fai/ 2011
PATEN/jMitfALT DIPL. ING^pER ΠΖΕ -6-

Claims (11)

  1. ‘ N0011271/Wp • · · · i • · + ♦ * • · « « 4 • a a · t - i-—A* ** .. i , r3L_ * * · • 1 «·*«. * · a:: : Swiss Technical Electronics (STE) Holding AG Ansprüche 1. Für mobile, persönliche Geräte, wie etwa Mobiltelefone, Smartphones, PDAs oder E-Reader vorgesehene Antennenanordnung zur elektromagnetischen Nahbereichskommunikation über RFID, NFC oder ähnliche Standards, mit einer Innenantenne (1 bzw. 9), einer bcrührungslos mit der Innenantenne (1 bzw. 9) kommunizierenden Zwischenantenne (2) und einer mit der Zwischenantenne (2) verbundenen, nach außen kommunizierenden Außenantenne (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenantenne (2) und die Außenantenne (3) an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen eines vorzugsweise auswechselbaren Akkus (4) aufgebracht oder integriert sind, wobei die Zwischenantenne (2) bei in das mobile Gerät eingesetztem Akku im Kommunikationsbereich der Innenantenne (1) angeordnet ist.
  2. 2. Anlennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenantenne (1) in eine in eine Aufnahme des mobilen, persönlichen Geräts einsteckbarc Chipkarte (8), z.B. eine SIM-Karte, integriert ist.
  3. 3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenantenne (1) Bestandteil der Kontaktanordnung der Chipkarte (8) ist.
  4. 4. Antennenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenantenne (9) an der zur Zwischenantenne (2) hin gewandten Fläche der Chipkarte (8) angeordnet ist.
  5. 5. Antennenanordnung nach einem der Anspüchc 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Außenantenne (3) eine berührungslos mit dieser kommunizierende, verstärkende Gehäuseantenne (10) angeordnet ist.
  6. 6. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenantenne (2) und die Außenantenne (3) und deren Vcrbindungsleitungen (5) in ein auf den Akku (4) aufgebrachtes Etikett (6) integriert sind. - 7 -
    • N0Ü11271/Wp
  7. 7. Antennenanordnung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, dass das Etikett (6) ein absorptions-hemmendes Material. z.B. Ferrit, aufweist.
  8. 8. Mobiles, persönliches Gerät mit einer Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenseite des Gehäuses, gegebenenfalls auf einem Aufkleber, eine optischen Identifikation (7) vorgesehen ist.
  9. 9. Mobiles, persönliches Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die 10 optische Identifikation (7) ein Abbild, persönliche Daten, persönliche Merkmale, biometrische Merkmale, eine Identifikationsnummer, eine Adresse und/oder eine Telefonnummer des Benutzers beinhaltet,
  10. 10. Mobiles, persönliches Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, 15 dass die optische Identifikation (7) eine Lasergravur ist. FÜR D. At *i 'htüctco, {/(.
  11. 11 FEff/2011 PATENT/ä/vALf DIPL ING-jHETER ITZF -8-
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