CN104919654B - 非静态磁场发射器、其在系统中的连接及数据调制方法 - Google Patents

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Abstract

发射器旨在在小型的构造空间中提供非接触式通信信道(特别为RFID/NFC)。发射器具有长方形的、至少部分的铁素体磁芯(1)，磁芯(1)由至少具有两个螺纹(2)的导线(4)缠绕，螺纹(2)一个接一个地紧密放置在磁芯(1)上，并且一个螺纹(2)的有效宽度w对应于圆形磁芯(1)横截面中的磁芯(1)的半径，或者对应于其他形状的磁芯(1)的等效半径，其中具有+‑75％的偏差。线圈的导线(4)是扁平的，或者线圈包括形成多级螺纹的、相互平行的数个导线(41至41N)。发射器可置于可移除存储卡(5)中和/或PCB板(10)上和/或SIM卡(9)上和/或电池(11)上。发射器使用电磁波发生器对传输数据进行调制，在对传输数据进行调制时使用的频率与接收器的频率不同，这些频率的差值对应于副载波频率。

Description

非静态磁场发射器、其在系统中的连接及数据调制方法
技术领域
本发明涉及一种非静态磁场发射器，其在具有较小可用构建高度的扁平载体、特别是可移除存储卡(例如，microSD卡或SIM卡)的表面上形成小型天线替代物。该天线特别地用于在移动电话或也在不同电子装置的PCB板上产生附加的非接触式NFC/RFID通信信道。该方案主要针对通过移动通信装置实施的支付应用。然而，原则上，根据本发明的新类型的发射器、其布置和调制方法也可用于其他应用和装置，特别地，在没有足够的空间来扩展天线的情况下，以及在天线被应用于各种环境时被在不同环境特性方面具有不同结构及属性的相邻元件屏蔽的情况下。
背景技术
直接放置于旨在插入到移动通信装置的插槽中的可移除卡上的天线被下述公开专利文件公开：例如，DE 10252348 A1，WO 03/043101 A3。这些公开文件描述了在卡上使用天线的一般可能性，但是，在可移除卡被移动通信装置(特别是，移动电话)的相邻件屏蔽的情况下，这些公开文件并没有包含足够的天线详细说明。
特定描述的NFC天线在表面上呈导线环状，而在小尺寸的情况下，利用全部可用空间。当将该NFC天线放置在相对较小的区域时，将天线构形为具有圆角的内接矩形的螺旋线圈，圆角通常沿着可用区域的外轮廓。这种配置已产生了非常典型的NFC天线形状。
因此，用于NFC和RFID传输的天线基本上是扁平的，其中，环形绕组围绕可用区域的边缘，如根据下述专利的：DE102008005795、CN102074788、US2009314842、CN101577740、CN201590480、CN201215827、CN201515004、CN201830251、JP2010102531、JP2011193349、KR20100056159、KR100693204、WO2010143849、JP2004005494、JP2006304184、JP2005033461、JP2010051012。当在可移除存储卡上实施该天线时，以自然方式利用扁平卡特性并且天线通过最大区域的可用部分上的环形绕组发展，举例来说，例如WO2012019694、DE102010052127、DE102004029984、CN101964073。然而，可用表面上的框形天线方案并没有产生期望的结果，并且，不同申请人从而使用其他元件(例如，肋、层及类似物)来补偿天线。这些方案增加了结构难度并且不会导致可靠通信信道的产生。目前，已知的是小型天线方案(例如，US 2007/0194913 A1)，其解决了减小天线尺寸以及减小其与基板之间的连接的问题，但是这类申请并未解决不同天线屏蔽的问题。在具有很少可用空间的区域中应用现有的NFC天线的知识没有产生期望的结果，而低于一定水平的小型化不会线性地改变得到的天线属性。
公开的Logomotion的专利申请描述了天线配置和特定的可移除存储卡层，其目的是为了预设发射和接收天线特性以允许即使在不同屏蔽卡插槽处也产生可靠的通信频道。该定义的技术任务导致多个技术方案的产生，其仅对某些移动电话产生满意结果，然后进一步的研发朝着屏蔽区域之外的移动电话的机身上的较大的、附加天线的产生进行。例如标签形式的这些附加天线(CN201590480 U)可以与卡上的基本天线非接触式链接，但是，其仍保持该配置的小通用性，并且该应用的复杂性对一般使用者来说也是不利的。
直接放置于可移除卡上的天线具有非常有限的尺寸选项。移动电话具有用于微型SD格式的卡的插槽，这显著地限制了可以直接放置在卡上的天线的尺寸。当将可移除卡放置在屏蔽非常大的插槽中(例如，移动电话的电池下方)时，卡上的天线的传输状况变得非常糟糕。使用整流层、箔具有有限的特定效应，并且当设定移动电话的各种结构时通用性较差。基础理论和技术公开认为：在小的厚度和可用空间的情况下，RFID或NFC天线应形成为片状天线，例如，2010年Klaus Finkenzeller的RFID手册中的图2.11、图2.15、图12.7、图12.9、图12.11、图12.13。根据相同参考文献(第4.1.1.2章，Optimal Antenna Diameter/Physical Principles of RFID Systems)，如果传输天线的半径对应于所需的天线范围的平方根，则最佳。
非接触式通信标准ISO 14443表征了利用频率为13.56MHz的载波信号进行A或B调制的条件。在发射器中将传输的数据调制到副载波频率，并且将该副载波频率与基本载波信号组合。结果是频率与在接收器中通过从接收到的频谱分离出载波信号而检测到的传输数据叠加。
因为在移动电话中更常使用金属组件和外壳，所以，即使在移动电话的设计中已经预见到NFC元件或类似的通信元件的情况下，也可以出现构造及NFC天线放置的问题。期望这样一种方案：其确保来自可通过围绕移动电话金属元件(例如，电池或金属外壳)而屏蔽的移动电话的PCB板、SIM卡或可移除存储卡上的元件的传输信号的高吞吐量。
发明内容
作为天线使用的非静态磁场发射器显著消除了提到的缺点，特别地，天线在电子装置(例如，移动电话)的扁平基板上，其中，根据本发明的发射器的本质在于下述事实：发射器具有长方形的至少部分的铁素体磁芯，磁芯由至少具有两个螺纹的导线缠绕，螺纹一个接一个地紧密放置，并且一个螺纹的有效宽度w对应于具有+-75％的偏差的磁芯横截面的半径。在其他有效磁芯横截面中，一个螺纹的宽度对应于具有+-75％的偏差的等效半径。
一个螺纹的有效宽度w与磁芯半径或等效磁芯半径的比率为0.25至1.75、优选地为0.5至1.5、特别优选地为0.85至1.15，该比率不仅代表尺寸比率。如在本发明的发射器中所呈现出的，仅与紧密的导线绕组相关的尺寸关系观测示出数个物理模式的协同相互作用。在提出的间隔的范围中，从导线的不同部分和单个线圈产生磁场的交互作用，而不形成旋涡场，由此磁芯中的磁场得以放大并且其不会沿着线圈泄露到磁芯的终端端部的外面。提出的一个螺纹的有效宽度与磁芯半径的比率还没有成为发射器或天线中的观测参数。在现有的具有磁芯的天线中，一个螺纹的有效宽度w是磁芯的半径的不超过0.001至0.1倍。根据本发明，对发射器有利的是接近1的比率，即，w＝D/2，其中，D是磁芯直径或者等效磁芯直径。
发射器用作传统电磁天线的替代物，而在非接触式NFC或RFID耦合的另一侧，由标准NFC或RFID接收装置接收和发射信号。发射器具有产生强烈并均匀的磁场的任务。在microSD卡或SIM卡(用户识别模块)上使用发射器的情况下，磁芯的横截面将较小(例如，磁芯高度的参数)，小于1mm。在microSD卡上使用发射器的情况下，磁芯长度比磁芯横截面是小参数的超过7倍。磁芯长度通常不超过15mm。在namoSIM卡上使用发射器的情况下，发射器的厚度小于0.65mm且其长度不超过12mm。发射器将特别地用于产生附加的非接触式通信信道。本发明的发射器还产生电场，然而，在接收装置侧，这不是信号载体；其仅是没有对穿过主机装置的屏蔽作出很大贡献的次场组件。对于磁芯厚度小于1mm的小型化天线，出现的问题不能仅通过按比例的设置已知的常规较大天线结构的尺寸来解决。首先，与根据2010年的Klaus Finkenzeller的RFID手册中的增加天线范围的一般要求相反，螺纹的直径将会显著的减小，基于该事实，根据本发明，平行于载体表面的轴的螺纹的使用变得显而易见。
磁芯在纵向方向上为长方形，以便磁芯端部在表面的可用空间内放置的彼此相距最远。磁芯可弯曲，但是直棒磁芯可获得最好的结果，这样当磁场线在发射器的外部的密闭时，路径最长，从而具有从屏蔽空间中泄露出作用。磁芯的铁素体应具有预设的相对磁导率，使得发射器的电感为从600nH至1200nH，优选地接近750nH。考虑到原则，铁素体磁芯可具有从30至300的范围的磁导率。将根据最大允许的磁饱和以及磁芯截面尺寸选项的技术可能性来设置磁芯的磁导率。铁素体应表示放大磁场特性和属性的任何材料。
重要的是，螺纹应该一个接一个的紧密缠绕以防止磁场从磁芯发射到磁芯端部的外面。螺纹导线形成磁芯的屏蔽。相邻螺纹的导线防止产生相邻导线之间的导线的涡旋磁场。实质上，相邻螺纹之间仅存在导线绝缘厚度形式的间隙。一组金属线圈产生引导磁场流的磁芯屏蔽罩盖。
为了达到条件，当磁场甚至透过主机装置的屏蔽元件之间的微小间隙从发射器泄露时，磁芯中的磁场需要尽可能均匀并且同时在小的磁芯横截面处具有最大强度。均匀性的要求涉及到我们发现：在小尺寸的发射器，磁芯中不均匀的磁场强度显示出很大的损耗。我们要求高磁场强度是为了实现磁场在整个环境中的高穿透性。
当一个螺纹的有效宽度w对应于磁芯的圆形横截面的磁芯半径时，这种配置可以最好的满足上述两个要求。一个螺纹的有效宽度w是螺纹导线反映磁芯长度的参数。导线可以具有不同的横截面，从而一个螺纹的有效宽度w可以与实际导线宽度不同。在大多数普通的情况下，当螺纹导线为环形或者为简单的扁平形状但不交错时，螺纹的有效宽度w实际上将等于导线宽度。当使用扁平导线以使一个螺纹的部分导线由相邻导线的边缘覆盖，将认为有效导线宽度为不具有边缘的宽度，所述边缘已经覆盖相邻导线。基本上，其将是导线宽度的一部分，扁平导线中的该部分将与磁芯接触。在密集、紧密的线圈中，一个螺纹导线的有效宽度w将与螺距相同。
将有效宽度w与磁芯的半径或磁芯的等效半径相匹配的要求应理解为，有效宽度w实质上等于磁芯半径。在磁芯的全部横截面参数都较小时，即使小的技术偏差也可导致背离规则，而此时仍然要达到有益的效果，或者至少实现原理的充分有用的效应。当螺纹的有效宽度w为磁芯的半径或者磁芯的有效半径的0.6至1.4倍的范围中时，满足尺寸关系条件从而是需要考虑的情形。当半径处于0.6至1.4的范围时，磁功率的最大损耗为10％。即使相对大的比率范围(0.25至1.75)实现了足够强大和有利的结果，而现有技术包括有效宽度和磁芯半径的不同级别的比率(小于0.001至0.1)。
关于尺寸关系，当磁场从小型磁芯的小横截面区域密集地发射时，我们制作了具有磁力枪效应的发射器
术语非圆形横截面的等效半径表示以下半径：如果环与特定的非圆形横截面的横截面形状具有相同的面积，则该环应该具有的半径。因此，非圆形横截面的等效半径是跨过板的等效半径。例如，对于边长为“a”的磁芯的呈精确正方形的横截面来说，等效半径为re＝a/√π。对于具有参数“a”、“b”而不具有圆化边缘的矩形截面来说，等效半径为re＝√(a.b/π)。磁芯可以具有正方形、矩形、圆形或椭圆形横截面，或者可以由提到的形状组合形成。磁芯最常见的形状被设计为利用空间，通常磁芯将具有圆形横截面形状、或椭圆形形状、或者横截面至少部分为矩形的形状，特别是正方形或长方形，优选地具有弯曲角。
为了简单，以下述方式制作发射器：宽度为w的导线沿着磁芯的整个长度I缠绕并且具有N＝I/w个螺纹。电源U具有内部阻抗Z。如图1所示，发射器Ls具有串联的损耗电阻Rs并且通过调整部件C1//C2连接到电源U，以在工作频率f上对发射器Ls进行完美的调适。图1示出了由串联电路Ls+Rs或并联的Lp//Rp形成的变换，其中，Rp＝(1+Q2)Rs并且
假设谐振电路的品质因数为Q＞＞1，则关系可以简化为下述模式：L＝Ls以及Rp＝Q2Rs。
弥补损失的电源功率则为如果Rs小于实部Re(Z)，则可以调整电感Ls。在该情况下，流过电感Ls的电流IL为：
发射器中间的磁场则为：
其中，N为螺纹的数量。关系式将被进一步的编辑为：
其中，R1N是一个螺纹上的绕组的标准损耗并且其具有下述特性：
R1N＝a.e-b.w+r
图2随后示出了Rs与线圈宽度w除以磁芯直径的函数关系。图2标记出了对应于比率w/D＝0.5的点C。最大线圈宽度为wmax＝2πD。在较大宽度处，将发生导线的互相重叠。曲线图的剩余部分涵盖了从N＝2.5个螺纹至N＝55个螺纹的区域。
图3中的曲线图示出了发射器中心的磁场强度的函数关系。在如果w＝0.5D的情况下，即，当螺纹的有效宽度w对应于发射器的磁芯的半径时，磁场的值最大(曲线图中点A)。点B的左侧(非常细的导线宽度)是阻抗Rs大于内部阻抗Re(Z)，并且电源不能将需要的功率传送到负载，这导致磁场强度的显著下降。点B也是受关注的，这是因为电容C2＝0，如图4所示，将产生的谐振电路简化为串联谐振电路。然而，该简化电路并不提供最大磁功率。因为宽度为w的线圈增加，与发射器的磁芯的轴形成更大的角度，所以点A右边的磁场降低。
基于毕奥-萨伐尔定律(Biot-Savart law)，将向量Hx加起来作为电流IL和向量r的向量积，在我们的方案中，该向量r为发射器磁芯的轴。其求得绕组(螺距为w)的整个曲线x的积分
因此，该发现显示，在非常宽的线圈中，角度α藉以系数cos α强力地影响磁场强度。相反，在点A的左边，角度α的影响可以忽略，但如图2所示的开始显示出Rs的显著损耗。因为值w＝D/2，损耗Rs开始显著增加(点C)。该曲线图显示最佳发射器电感约为L＝750nH。在给定发射器参数的情况下，需要选择使得当w＝D/2时电感恰为L＝750nH的磁导率μ。
当使用传统圆形横截面的单级缠绕导线时，会发生导线的弯曲半径的问题，这是因为导线的有效宽度w现在等于导线的直径，实质上应等于磁芯(例如，圆形磁芯)的半径。通常将可允许的最小导线弯曲确定为大于弯曲半径的两倍。如果我们仅具有1毫米的构造高度来放置发射器，则磁芯的最大高度将小于半毫米，这产生了将相对较厚的导线缠绕到易破裂并且小的磁芯上的技术问题和复杂度。根据本发明，绕组问题由有效宽度和磁芯半径的比率引起，这是因为与磁芯相比，导线应该相对较宽且从而较厚。
为了更好地利用空间的可用高度并仍遵循本发明的基本规则(即，螺纹的有效宽度w和磁芯半径的尺寸关系)，已经发明了包含使用扁平导线的方案。缠绕到磁芯之后的扁平导线的宽度对应于磁芯的半径。扁平导线可容易地缠绕到磁芯上，并且在横截面高度中，其并不占据很多空间。给定空间则可能更好的用于发射器的磁芯。扁平导线仍具有足够低的电阻。扁平导线将具有超过导线高度或导线厚度两倍的宽度。
另外，发明了在有利的配置中，扁平导线可由至少两个相邻的绕接导线的系统所取代，但这两个相邻的绕接导线仍一起只产生一个螺纹。这些导线仍然电连接。例如，如果我们想要取代原始纵横比1∶3的扁平导线，则我们使用如同三级螺纹的、一个接一个缠绕的圆形横截面均匀的三个导线替代该扁平导线。如果我们取代原始横截面1∶8的扁平导线，则我们使用如同机械术语中的八级螺纹的、一个接一个缠绕的圆形横截面均匀的八个导线替代该扁平导线。一个多级螺纹中的导线将不必彼此之间绝缘，这是因为这些导线将具有电连结的线圈端部，但是由于技术简单，相同的绝缘导线可用于特定螺纹的全部导线。在其他配置中，只有一个螺纹的边缘导线可以电绝缘，置于内部的导线不需要具有绝缘物。
获得将从远端的磁芯端部发射的均匀的高强度磁场的努力导致多个对立要求。使用尽可能少的螺纹是可取的，但是随着螺纹数量的减少，这些螺纹屏蔽的磁芯的长度也减少，随着螺纹数量的减少，信号发射所需的电流负载也增加，然而，电流强度受到主机装置元件的限制。使用扁平导线或使用保持平行的多级的一个螺纹导线，可彻底消除该要求的矛盾冲突。
小尺寸发射器可置于移动通信装置内部的PCB板上，或可置于可移除存储卡的主体内，或可置于SIM卡上，或可置于电池上，或可置于以上的组合中。
将根据本发明的发射器直接用于移动通信装置(特别是，移动电话)的PCB板上，发射器具有的优点特别是发射器用作小尺寸天线，并且几乎可以将其放置在PCB板的任何地方。迄今为止，NFC天线特别为新型移动电话模型而设计，而天线环绕包围PCB板上或PCB板周围的较大表面区域。迄今为止，多个移动电话模型的制造商不得不使用多个类型的NFC天线。当使用本发明的发射器时，即使当直接用于PCB板上时，使用小型发射器是足够的。
在可移除存储卡上使用发射器的情况下，这种卡被设计为插入到移动通信装置的扩展插槽中。在该情况下，以这种方式放置可移除存储卡基板上的发射器，以使得天线磁芯的轴被定向为显著的平行于可移除存储卡的本体的表面，并且发射器位于接触界面区域之外的可移除存储卡的主体的边缘部分。如果发射器沿着边缘定位，该边缘与具有可移除存储卡的接触界面区域的边缘相对，则是有利的。
有利的是，磁芯长度在绕组轴向上是磁芯参数，当在卡的可能尺寸内磁芯的长度尽可能的长时，这使得最长的磁场线及很少的一部分磁场流闭合在短路径中。当将发射器置于可移除卡的主体中时，磁芯的高度将高达1mm，宽度达5mm且长度达15mm。在接触区域外的有利方向中，磁芯将具有高度达0.7mm、宽度达1mm且长度达11mm的矩形横截面。
在SIM卡上使用发射器的情况下，有较大的可用空间来放置发射器。SIM卡大于microSD卡并且在芯片外的接触区域不具有电子部件的这种高穿透性。发射器可以以不同位置和旋度置于SIM卡上。当将发射器置于microSIM卡或nanoSIM卡上时，与普通SIM卡相比，空间选项更加有限。对于已经发明的本方案的这种发射器定位来说，当可移除式卡上的发射器与放大器(增强器)协作时，所述放大器置于插槽中或插槽的紧邻区域中，卡插入到插槽中。然后，可以在较大空间或较大区域，例如，空间或可移除式卡本身上的发射器表面构建放大元件。术语放大元件还包括不增加磁场的能级的元件，但是发射器的发射流例如仅指向性地引导或均匀化。
放大元件可呈铁磁体或铁素体箔或板的形式，可呈谐振电路或类似物的形式。原则上，放大元件不要求用于连接插槽与基板(例如，用于电源或类似物的基板)的新的附加接触件将是合适的。然后，可以设计新的插槽以在不改变周围环境(PCB板、固定器及类似物)的设计的情况下改进其功能。
提到的插槽中的发射器和放大元件的配置将可良好的用于制造实践，这是因为插槽是外部供应部件、外部制造子系统，在设计之后已在主机装置中为其保留了适当空间。在未修改的空间中，我们可以稍后放置补充有放大元件的插槽。当发射器位于可移除式元件(例如，卡、插口、电池)中，并且放大元件置于发射器的磁场范围中的插槽、连接器、可移除盖时，可以更一般的使用移除式卡上的发射器和位于主机装置中的放大元件之间的协作的原理。
当在移动电话的电池(蓄电池)中使用发射器时，发射器的磁芯的更多放置选项及旋度是可用的。原则上，可以将不同位置处的具有不同的相互定向的多个发射器置于电池中。可以根据给定移动电话中的连续传输的结果选择特定发射器的启动。
根据本发明的磁场发射器发射的信号由标准接收装置在给定的频带中接收。例如，如果发射器指定用于移动电话和POS终端机读卡器之间的NFC传输，则移动电话侧的天线将表现为具有铁素体磁芯的磁场发射器的形式，但将定位POS终端机上的NFC读卡器侧的共用接收天线。与现有标准装置的保持一致是重要的，以便不需要改变在POS终端机侧上广泛散布的硬件。除了移动电话的现有扩充插槽之外，仅通过插入可移除式存储卡(特别是microSD格式)或通过插入新的SIM卡或新电池，移动电话侧就会发生硬件改变。移动通信装置的扩充插槽是用于卡的插槽，其不影响装置的基本通信功能，然后，特别地但不排他地，插槽用于microSD格式的可移除式存储卡。
从技术观点来说，如果磁芯由位于非导电基板上的铁素体棒形成，则是优选的。非导电基板的宽度将对应于磁芯的宽度，并且其长度至少等于磁芯的长度。螺纹导线缠绕跨过铁素体棒并且也跨过非导电基板，因此，导线线圈机械地支撑具有非导电基板的磁芯。非导电基板可在两个端部都具有连接垫，所述连接垫连接线圈导线并且将天线与可移除式存储卡的主体相连。在连接垫上，多级线圈导线彼此连接并且这些发射器接触件还与主机装置的导电电路互连。
根据本发明的发射器产生的磁场具有穿透移动通信装置的空间结构中的小间隙的能力。例如，卡和卡插槽之间的扁平间隙以及电池外壳和邻近的移动电话的主体之间的扁平间隙足以允许磁场穿透出移动电话主体。发射器发射出的磁场将在由共用天线(例如，以POS终端机的形式)接收的通信信道的对侧。实际上，发射器将主要位于具有不利的金属盖配置的移动电话内部。磁场线通过盖之间的小间隙穿透出来，从而进入到NFC读卡器所位于的空间中。盖基本上总是可拆卸的，通常能够移除盖下方的电池，产生这些零件之间的间隙。其足以确保高强度的磁场从根据本发明的发射器穿透出。
可以通过调整线圈导线的位置和参数以使得线圈本身具有足够的能力，或者所有线圈导线的整个系统具有足够能力，所述足够能力可能包括电磁环境连接，实现发射器的谐振特性。
可以以在不同的周围环境的影响下适当调谐发射器的方式设计发射器。如果发射器位于靠近导电材料的位置，则发射器的电感降低。该特征用于根据发射器所处的周围环境自动控制发射功率。这将增加应用发射器的通用性，当分配发射器时不需要考虑不同类型移动电话的影响。当发射器位于金属盖中时，发射器将被调谐到例如15MHz的谐振。在环境影响下，天线电感是稳定的，降低至1μH。然而，如果将其放置在外壳外部，则电感将增加至1.3μH且谐振将移动至12MHz。因为发射器发射具有14.4MHz的频率的功率，所以在谐振接近于该值时精确的发射最大功率，这是因为其内部电阻当时为最小。然而，如果将发射器放置在塑料盖的下方，谐振就将向下移动至12MHz并且14.4MHz频率处的内部电阻将增加。发射器将处于优选的配置设计和构建中，以使得在不利的可能屏蔽中(例如，全覆盖)，将频率和/或电感和/或内部电阻预设为最大发射功率。然后，在相同的输入能量的情况下，与环境有关的屏蔽的降低将减少发射功率，这是因为邻近的屏蔽元件影响发射器的频率和/或电感和/或内部电阻。简单地说，对于通过发射器进行的传输来说，尽管没有金属零件会引起发射功率的降低，我们仍将有意地使用围绕的金属零件，但是对发射器进行设置，以使得即使零屏蔽，发射器的发射功率也超过标准NFC或RFID装置接收的最小性能。
根据本发明的磁场发射器将原则上应当用于从可移除式记存储卡的主体或SIM卡的主体，从PSB板或电池传输信号。在反向通信中，当在可移除式存储卡上接收信号时，通常，这不存在地磁场强度的问题，然而，在该方向上，传输天线没有尺寸限制。原则上，特别地，不需要优化朝向发射器的路径，该发射器将作为接收天线。在其他配置中，可以给发射器补充传统线圈、用于接收朝向可移除式卡的信号的分离的NFC天线。
当最大可允许的电流负载基于标准卡接口时，来自输出驱动器的最大有效电流可在0.1Arms至0.2Arms的范围中。输出驱动器是功率放大器输出级的一部分。线圈导线中的电流不超过值0.8Arms。该设置中的输出驱动器和microSD卡上的电源的输出电阻可以小于10Ohm。具体阻抗值可根据电压、电流及功率的预设比率而改变。
当减小磁芯的横截面时，我们试图获得磁芯中的最高可能的磁场强度。这引起对磁芯材料的要求增加。增加铁素体磁芯心效率的合适方法是尽可能的将频带集中到最窄频谱。频谱设计仍然在很大程度上根据标准的调制原理而定，基本上，通过非接触式通信标准来确定，根据非接触式通信标准，将传输数据调制与基本、载波信号组合的副载波频率。当可以将频谱调谐至单一频率时，根据本发明的发射器已经显示出特别有利于新的调制原理。无论副载波频率如何，发射器都被精密地调谐至发射频率。因此，频谱可以具有锐峰。
发射器和接收器连接到变压器，接收器以第一频率传输载波信号，在发射器侧，对数据进行调制并将其传输到接收器，接收器解析信号，所述信号表现为第一频率的载波信号和经过调制的副载波频率的形式，所述副载波频率具有相对于载波频率的第二频率的数据。在接收器中，从天线的输出端上的信号分离出所述载波信号，并对传输数据进行解调。从发射器到接收器的数据传输中的新调制的主题特别地表示，所述接收器的频率与发射器的频率不同，并且所述频率的差值对应于所述副载波频率。通过组合传输的载波信号和所述发射器发射的调制数据，产生在所述接收器侧接收并解调的信号，其中，在接收器天线检测并接收该组合。该频率差值不是由不精确引起的，而是特意的和有意义的。频率的差值处于副载波频率的范围中，将接收器预设为使用该副载波频率。
当在转发器中使用变压器接线时，不是必须要主动传输频率信号；如果转发器天线的电感电路在需要的频率上短路，则这是足够的。可以在接收器天线的输出端上测量转发器侧上的这些变化。
以使得甚至不需要改变在接收器侧上的接收信号的估计方法，也不需要改变接收器的连接(配置)方式选择发射器的发射频率的变化，而不是接收器载波频率的变化。可以将发射频率的变化预设为载波频率值的两侧，这意味着发射频率可以低于或高于接收器的载波频率值。
由于较小的相互距离，所以在由具有互感的接收器的天线和发射器形成的天线系统中制作了变压器接线。在数据传输期间，接收器将其载波频率发送到天线，发射器将具有不同频率的调制信号发送到它的天线，并且随后在交互天线系统中组合不同频率的信号。
在接收器中对从接收器的天线输出的信号进行解析。接收器的天线上的该输出具有相同特性，就像当使用负载调制时，发射器利用副载波信号调制在载波频率上传输。然后，通过频率组合的结果，在接收器中转发信号载波，并且得到的结果对应于调制的副载波信号，即使发射器实际上并没有使用副载波信号。即使实际上传输的数据被直接调制到发射器的发射频率，也可以通过对该信号的解调来接收传输的数据。对接收器的这种类型的配置不会改变数据处理方法，该配置是重要因素，这是因为其能够使用具有新型发射器的现有的接收器。反向数据流可以与迄今为止的数据流相同。
假设如本发明所描述的接收器在其与接收器的天线的互感之外传输其信号，则传输的信号将不对应于使用的副载波频率，这是因为发射器不传输该信号，并且将期望标准信号结构的接收器将不能估计这种类型的信号。仅当产生互感时，才会发生合并不同频率的物理效应。故意地将这些频率之间的差值设置到期望的副载波频率的范围。接收器以相同的方式对接收到的信号进行处理，如同在现有的方案中的处理一样。本发明的突出贡献在于，其不要求在现有接收器侧作出改变。例如，发射器将位于移动电话中。在实现无现金支付期间，具有在存储卡上的发射器的移动电话靠近接收器，所述接收器位于POS终端机读卡器内。在卡中产生信号，并利用不同于载波频率的频率进行调制，其中，接收器产生的频率作为载波频率。组合来自接收器的信号和来自发射器的信号，并且形成组合信号形式的信号，该信号在接收器中表现为符合现有结构的信号。接收器、读卡器然后利用现有的常见方法对合并、组合信号进行处理。
如果通过发射器的频率信号相位的变化(或)直接对传输的数据进行调制，则是有利的。如果在发射器中进行调制时，发射频率的相位在调制期间，在每个基本时间单元-etu改变一次，则是足够的。通过这种方式，相位改变较少的次数就是足够的，这种情况降低了在发射器侧对调制管理的要求并且还降低了噪声。
所描述的方法能够在发射器和接收器之间的变压器接线中操作，该方法的优点主要表现为，在弱变压器接线中，变压器接线系数k＝0.2-0.001。
从使用现有接收器的角度来看，如果载波信号fr具有13.56MHz±7kHz频率，则是合适的。信号载波频率与发射器频率之间的差值完全由载波频率形成，优选地，通过对应于847kHz的载波频率的1/16形成。从硬件的角度来看，频率之间的关系是有利的，可以使用现有的用于频率划分的电子元件，并且从与现有标准一致的角度来看也是有利的。发射器产生的频率ft的值将为13.56MHz+847kHz＝14.4075MHz，并且具有±7kHz的相同容限。
在接收器侧上检测到的信号对应于载波频率的共同负载调制期间的情况。然而，在提出的方案和方法中，将必须在副载波信号的每个半波改变天线负载-这是在载波频率为13.56MHz的情况，将大约每0.6μs改变天线负载。在根据本发明的方案和方法中，如果仅每1et作出改变，即，大约每9.3μs作出改变，则是足够的。较小的带宽变化产生较少的噪声，其中，噪声功率值＝10.log(16)＝12dB。
根据本发明的数据传输方法能够将发射器的天线调谐为窄传输频率，而不需要考虑针对副载波频率的天线的发射特性。实际上，发射器不使用副载波频率；副载波频率仅在频率干扰期间存在。接收器期望接收到副载波频率；在根据ISO14443的配置中，接收器的天线输出端上的副载波信号的缺失将阻止发生任何类型的通信。
所描述的方法将发现发射器位于移动通信装置上或者位于移动通信装置中，优选地，位于卡上的传输期间的广泛应用，所述卡(以可移除的方式)置于移动通信装置的插槽中(SD卡、microSD卡、SIM卡、microSIM卡、nanoSIM卡)。在该情况下，实际上不可能增加变压器的接线系数，并且改进传输特性是本发明所描述的方法的主要优点。将如本发明中所描述的发射器调谐至对应于发射频率的窄频率特性。在反向数据过程中，使用不同的频率，其在发射器/转发器侧不产生任何传输困难，这是因为读卡器以相当高的能量并且甚至以较高的频谱传输。例如，读卡器可以为POS终端机的通信元件。
为了实现根据本发明的发射器的调制方法，连接(配置)可以包括发射器、调制元件、解调元件和电磁波发生器，所述电磁波发生器具有的频率不同于接收器的频率。在连接中使用电磁波发生器对于接收器和发射器天线电感的变压器接线中来说并不常见，这是因为迄今为止在传输器侧已经使用了负载调制。在我们的连接中，发生器将是电磁波的振荡器并且传输数据连接至振荡器的输入端。
因为即使再反向数据流期间发射器也应能够工作，所以发射器的解调元件将连接到朝向传感器电阻的电感的分支。为了消除解调变元件入口处的电压峰值，解调元件将通过电感器连接。该分支减小了张力并且改进了阻抗电路。可通过接收到的电磁场确保对发射器的电路的供电，在这种情况下，可将发射器视为无源元件；然而，也可以通过其自身的电源确保供电。根据本发明的方案，发射器实现在移动电话的存储卡中，在这种情况下，可通过卡的接口为发射器供电。
本文提到的频率是经过适当的设置的并且对应于现有的规范和标准，但是，设置可以将描述的频率组合的方法应用到完全不同的频率值，这是因为频率组合器中的副载波信号的产生通常基于波的有效表现。
根据本发明的卡上的发射器在不同移动通信装置的插槽中，甚至在位于电池下方的插槽中都具有极佳的传输性能。测量已经显示，具有根据本发明的发射器的可移除式存储卡的移动电话能够产生可靠的NFC通信信道，而移动电话至NFC读卡器的定向性的方向则不作限制。不同移动电话结构对额外产生的非接触式信道的可靠性影响得以抑制。
描述的发射器的连接和数据传输调制方法甚至可以用于其他传输方案中，例如，从传感器开始的电流隔离的数据传输，从移动、振荡元件及类似物开始的数据传输期间。根据本发明的连接(配置)和方法能够最佳化用于家庭设备、电器、医学、汽车技术及类似物的数据传输中的传输系统。本发明简化了在发射器部分上的信号的调制，其减少了噪声并且允许对发射器进行非常精密和有效的调谐。
即使当变压器接线为弱时，这些效果结合发射器的新结构配置(一个螺纹的有效宽度与发射器磁芯半径的比率)也协同的改进了传输特性，这是确保甚至从屏蔽的周围环境进行的数据传输的质量的先决条件。
附图说明
通过图1至26进一步解释了本发明。所使用的各个部件的显示比例和比率可以不对应于例子中所描述的，并且不应将比例和比率解释为使保护的范围变窄。
图1示意性地描述了串联LR电路到并联电路的转换。
图2包括依赖于导线宽度和磁芯直径的比例的发射器的线圈的损耗的曲线图。
图3是表示在依赖于绕组宽度和磁芯直径的比例的发射器中心处的磁场大小的曲线图。
图4是串联谐振电路，其简化了在根据图3的曲线图的点B处产生的谐振电路。
图5是具有扁平导线横截面的发射器的轴测图。示出导线线圈之间的间隙以增加清晰度，实际上，绕组一个接一个地紧密布置。
图6是磁芯的横截面以及在单个磁芯的扁平导线。再次，在线圈彼此之间以及在线圈和磁芯之间示出了间隙以增加清晰度，实际上，绕组一个接一个地紧密布置，并且恰好在磁芯上没有间隙。
图7描述了具有重叠边缘的扁平导线的横截面区域。在线圈彼此之间以及在线圈和磁芯之间示出了间隙以增加清晰度，实际上，绕组一个接一个地紧密布置，并且恰好在磁芯上没有间隙。
图8示出了具有多级导线线圈的磁芯的横截面，其中，所有一个螺纹级的导线相同并且是绝缘的。在图8至图13中在相邻螺纹的边缘导线之间描绘了间隙以增加清晰度，实际上，绕组不会出现间隙。图中的间隙是为了将导线与一个螺纹组区分开来。
图9描述了具有多级导线线圈的磁芯的横截面，其中，一个线圈中只有边缘导线是绝缘的。一个线圈中的置于一组内部的导线是非绝缘的。
图10示出了具有圆形横截面的磁芯上的线圈中的线距。在图中，为了清楚起见，只示出了一个导线41，其他导线只在横截面中示出。螺距是圆形磁芯的直径的一半。
图11表示半个发射器的视图，其中，所述线圈包括扁平非绝缘导线，圆形横截面的绝缘导线沿着所述扁平非绝缘导线的边沿缠绕。
图12是在具有非导电基板的磁芯的端部的发射器的线圈的端部的视图，所述非导电基板焊接在可移动存储卡基板上。
图13示出了连接垫上的一个螺纹导线互连的细节，连接垫制造在非导电基板的底部上。
图14描述了位于微型SD格式的可移除存储卡上的发射器位置的例子。
图15是当发射器置于可移除存储卡上并且其插入到具有金属外壳的移动电话中时，侧面透视中的磁场发射图。水平面中的发射图示出了磁场从金属盖中的窄缝中穿透出的作用，从而使得磁场线封闭。
图16包括NFC传输区域中的4个天线频率设置的例子。实线标记的是共振曲线。共振曲线的顶部表示天线谐振频率fR，并且可以与发射频率f1和接收频率f2一致，或者可以仅形成曲线的顶部，其表征可用频带。发射频率f1以虚线表示。接收频率f2以点划线表示。y轴示出了天线的输入电流。
图17示出了发射器的阻抗参数。
图18描述了当发射器阻抗根据环境变化时，发射器功率的自动调谐。曲线“a”表示发射器置于塑料外壳的系统的内部电阻，曲线“b”应用于发射器置于金属外壳内的系统。
图19至图22示出了发射器位于卡的主体的不同位置的SIM卡。
图23描述了直接位于移动电话PCB板上的发射器的位置。
图24示出了在移动电话电池主体中的发射器的位置。
图25和图26描述了miniSIM卡和nanoSIM卡的插槽。插槽设有放大元件，并且被示为正从主机装置中取出。
具体实施方式
例子1
在根据图1、图2、图3、图4、图8、图12、图13、图14、图15至图18的例子中，描述了具有矩形横截面的铁素体磁芯1的发射器的结构。磁芯1的长度为9mm，横截面为0.8mm x0.6mm。宽度为0.8mm、厚度为0.04mm的非导电基板6附加到磁芯1。在磁芯1上并且还跨过非导电基板6的是由恰好一个接一个放置的铜绝缘导线构成的、21个缠绕的螺纹2。一个螺纹2由6个直径为0.05mm的平行导线4构成。这将取代尺寸为0.3mm x 0.05mm的一个螺纹2的扁平导体。
在非导电基板6上的端部处的是两个连接垫7，在连接垫7上的是导电链接的6个导线41、42、43、44、45、46。在最后的螺纹2之后的磁芯1的端部处的导线41、42、43、44、45、46彼此分开以产生容纳超声波焊接机的尖端的较大空间。超声波地向下接合导线41、42、43、44、45、46，将其焊接到接触垫7。
同时，连接垫7链接到接触件，利用该接触件将整个发射器的主体焊接到基板，在该例子中，焊接到微型SD格式的可移除存储卡5的基板。可移除存储卡5上的发射器位于与具有卡接触件的区域相对的位置，在该例子中，优选地，恰位于卡的厚度较小的地方以有助于较容易地将卡从插槽12移除。
横截面为0.8mm x 0.6mm的磁芯1的等效半径为0.391mm。这是面积为0.48mm2的圆形磁芯的半径，该圆形磁芯的0.48mm2面积与具有0.8mm x 0.6mm的参数的矩形磁芯的横截面面积相同。每9mm的长度具有21个螺纹，一个螺纹2的有效宽度w约为0.428mm。等效半径和有效宽度之间的比率为1∶1.095，因此，一个螺纹的有效宽度w对应于约1.1倍的等效半径。
与扁平导线相比，6个平行导线4的优点还在于高频率上的更好的导电性。由于深度的集肤效应：ρ＝17μm/14MHz，所以6个圆形导线的导电表面是具有相同尺寸的扁平导线的π/2倍，从而导致损耗较低。该例子的发射器在14.4MHz的频率处的电感为L＝1.3μH并且在13dBm的功率负载中的品质为Q＝21。
天线阵列包括天线激励器(驱动器)、具有磁场发射器的串并联谐振系统和具有高效益的低噪声放大器(限幅器)。驱动器被设计为桥接(H桥)，其在桥供应电压Vcc＝2.7V时具有小于4欧姆的输出电阻Rout。由于MOSFET晶体管的切换时间小于1ns的事实，需要通过电容C3对较高的切换谐波产物(harmonic product)进行滤波。桥H+和桥H-的切换信号彼此异相2.2ns，以防止同时切换两个受控分支并且从而防止电源Vcc对地短路。
通过描述的结构，我们获得在磁芯1的铁素体棒的端部处水平发射的“磁力枪”的效应。如本发明所定义的磁力枪原理为：磁场线在早于其端部处时不能离开磁芯1的铁素体棒，这是因为具有相互较近的绕组的导线4的导电材料是不能渗透的。并且因为磁场线必须总是彼此封闭，所以，磁场线能够离开发射器的唯一地方就是磁芯1的端部。然而，实际上，不可能产生使导线4之间不存在空气间隙的绕组，所以部分磁场线穿透导线4。在图15中观察到，置于金属屏蔽物内的发射器的极好的发射特性。
发射器位于具有金属盖的移动电话的内部。这在图15中可视为屏蔽盖3，即，磁场流屏障。磁场线从盖之间的小间隙出来，即，到达放置NFC读取器的区域。
由于不同的后台定位，发射器会解谐，并且在发射器位于紧邻导电材料的位置时，发射器电感降低至1μH。该属性用于基于发射器位于的环境自动控制发射功率。只有当发射器位于金属外壳中时(环境影响使天线电感降低到1μH)，才将发射器调为谐振15MHZ。金属外壳表示屏蔽盖3。然而，如果放置在外壳外部，则电感增加到1.3μH并且谐振移动到12MHz。因为发射器功率以14.4MHz频率发射，所以当谐振接近于该值时精确地发射最大功率，这是因为其内部电阻当时为最小，约为20欧姆。然而，如果发射器放置在塑料盖的下方，则谐振下移到12MHz并且具有14.4MHz频率的内部电阻提高至50欧姆。因为这种配置，我们得出以下结论：置于金属盖下方的发射器发射最大功率，而在将放射器置于塑料盖下方的情况下，发射功率自动下降，从而确保在这种情况下，接收装置(POS终端机)不被供以太高信号。图18示出了当阻抗根据环境变化时发射器功率的这种自动协调。
例子2
在该例子中，如图5和图6所示，使用扁平绝缘导线4，该扁平绝缘导线4的横截面高度约对应于导线4的横截面宽度的八分之一。扁平导线4可用在磁芯1的椭圆形横截面中，其在小尺寸和小半径的矩形磁芯1环绕，当导线4缠绕到磁芯1上时不存在损坏或破坏该导线4的危险。在另一个构造的例子中，可以通过金属层的气相沉积或者将导电路径涂布到表面上的其他类似技术，在磁芯1上产生导线4。在磁芯1上，可产生至少等于导线4的厚度的、起到螺纹2之间的分离间隙作用的遮罩。这种情况下的遮罩呈螺旋铅条的形状，该螺旋铅条具有形成螺纹间绝缘物8的宽度。接着，对金属层施加作用力以形成扁平的、宽线圈。通过对导线4的边缘上潜在地施加绝缘物，并随后重复地施加将与螺纹间间隙重叠的导电层条带，可出现限制磁芯1端部的磁场泄漏的扁平导线4边缘的配件。
例子3
在该例子中，如图5和图7所示的是扁平绝缘导线4，其引导跨过相邻螺纹2的边缘以形成防止磁场在螺纹之间穿透的螺纹重叠。然而，仍然存在磁场从厚度为导线4的绝缘物8的厚度的两倍的间隙泄露的可能性。
例子4
在该例子中，如图9和图10所示，使用了非绝缘导线42、43、44、45、46和绝缘导线41及47的组合。一个螺纹2由7个导线4构成，其中给定螺纹的两个边缘导线41和47具有绝缘物8以避免在紧密绕组处发生螺纹间短路。非绝缘导线42、43、44、45、46置于群组内部。因为它们不具有绝缘物8，所以将减少形成导致磁场泄漏的间隙，并且这些导线42、43、44、45、46不需要电互连。因此，只有导线41、42、46和47输出至连接垫7。
例子5
在该例子中，根据图11，为了产生单个螺纹2，使用一个扁平非绝缘导线42和具有典型圆形横截面的两个绝缘导线41、43的组合。该组合产生如同具有较小厚度的合适、可用的扁平导线一样简单的、不具有任何绝缘物的发射器。边界导线41和43形成螺纹间的绝缘物，并且位于连接垫7上，彼此导电链接并且还与扁平导线42链接。
例子6
在该例子中，磁芯1呈铁素体棒的形式，其具有直径为0.8mm的圆形界面并且长度为7mm。发射器具有17个螺纹2，螺纹2的有效宽度w为0.41mm。螺纹2的有效宽度与磁芯1的半径比率为1.025。选择磁芯1的磁导率以使得在给定发射器的尺寸和绕组的情况下电感为L＝750nH。
在该例子中，具有放置于可移除存储卡5上的发射器，该发射器还包含支付卡功能并且用于该支付卡和POS终端机之间的通信，在该例子中，使用了利用两种不同频率的数据传输方法。POS终端机包括非接触式支付卡读卡器。支付卡必须接近读卡器的工作范围以便建立通信连接。将包含通信元件的支付卡置于插槽12中的移动存储卡5中会使支付卡上的通信元件完全接近于读卡器的工作范围的中心的可能性退化。同时，最初将移动电话插槽12设计为插入普通存储卡5。插槽12的部分主体由金属形状的壳体制成，所以插槽12对于通信元件来说存在不利的屏蔽。根据本发明，通信元件包含发射器，并且在该例子中，其直接置于微型SD卡上。卡5的格式不限制本发明的范围，将来可以使用任何格式。存储卡5及对应的插槽12的持续小型化使卡5上的通信元件的有效放置的可能性退化；然而，本文描述的方案解决了该问题。通信元件使用NFC平台。在真实环境中以及在使用者以正常方式手持移动电话的情况下，变压器的连接系数为：k＝0.2-0.001。
在该例子中，传输数据的内容和结构可以不同，在支付进程的通信和认证期间必要的数据将会被处理。移动电话的拥有者为其装置配备存储卡5，所述存储卡5配备有非晶态磁场发射器。这样，他扩展了他的移动电话的功能。在优选的配置中，在存储卡5上还将有对应于本专利申请人的不同发明的支付卡。重要的是：移动电话与存储卡5的连接将显示给POS终端机，并且POS终端机的支付卡读卡器作为标准非接触式卡。因此，传输数据的结构将与支付中的标准一致。所提到的方案的优点是移动电话用户接口的方便可用性。
发射器包含产生14.4075MHz±7kHz的频率的电磁波的电磁波发生器。该频率比接收器的频率高847kHz。接收器的频率为标准的13.56MHz±7kHz。频率之间的差值是接收器的载波频率的1/16。重要的是：当数据在到现在为止还没有使用的变压器接线上传输时，连接发生器是否连接并且是否是活跃的以为发射器供能。在现有方案中的发生器存在于发射器中的情况下，发生器没有被设计为变压器接线中的活跃行为，这是因为，由于发射频率相同所以不需要这样设计。发生器连接到谐振电路，谐振电路的输出连接到天线。
来自存储卡5上的发射器的数据通过发射器的变压器接线和接收器天线的电感M传输到POS终端机读卡器中的接收器中。在发射器侧将数据调制到信号上，并且接收器传输载波信号。基本上，发射器与接收器之间的距离将以cm为单位，移动电话的机身将接触读卡器，在实体意义上传输将会是非接触式的。发射器甚至可以在工作范围中移动，不过其速度将低于1m/s。
发射器发送频率为14.4075MHz±7kHz的信号，接收器的载波信号为13.56MHz±7kHz。频率之间的差值具有对应于副载波频率大小的值，根据ISO 14443推导出该值为载波频率的1/16。
在接收器和发射器的天线阵列中，组合不同频率的信号，并且在天线输出端的接收器中，信号以载波频率和具有数据的经过调制的副载波频率的连接的形式出现。载波信号从在接收器中产生的信号组合中分离。尽管发射器从来没有物理地传输副载波信号，但是分离出来的信号为副载波信号。从副载波信号中解调出传输数据。解调元件、谐振电路及接收器的发生器与现有技术方案具有相同的配置和功能。
在该例子中，基本时间单位etu对应于一个比特的时间间隔，即对应于传输一个数据单元所需的时间。在从发射器到接收器的数据流向中，etu被定义为：1etu＝8/ft，其中，一个ft是发射器传输的调制信号的频率。基本传输速度是106kbit/s。在对来自发射器的信号进行调制期间，如果相位在每1etu改变一次(约每9.3μs一次)，因此与现有的负载调制相比，变化频率小16倍，这是足够的。较小的带宽产生12dB的较少的噪声。通过发射器的频率信号相位的变化直接对传输的信号进行调制，其中或。该调制信号也可称为发射器的载波信号，然而，因为发射器不产生副载波频率，因而该频率仅称为发射器的信号频率。
将发射器精细地调谐至发射频率14.4075MHz，其具有FFT曲线的窄且高的路线。在不考虑针对副载波频率847kHz的传输的发射特性的情况下，调谐发射器。假使该天线甚至应该传输副载波频率，则辐射特性将对可靠传输来说是不够的。在根据本发明的方案中，准确的在FFT曲线的峰值，即14.4075MHz频率上实现传输数据的信号辐射是重要的。
在该例子中，确保甚至从POS终端机读卡器到移动电话中的存储卡5的反向数据流是必要的。发射器包含解调元件，所述解调元件优选地通过电感器连接到朝向传感器电阻的天线电感的分支。电感器的使用降低了解调变元件入口上的电压峰值。由于该分支及电感器，可以将解调元件的规格标记为较小电压。在该数据流向中，etu被定义为1etu＝128/fr，其中，fr是接收器的载波频率。
例子7
呈具有有角的横截面的铁素体棒形式的铁素体磁芯1涂覆有形成导线4的导电层。首先，在磁芯1上放置有将会使螺纹2分开的螺旋引导遮罩。然后，对磁芯1涂覆金属层，其中，由于分离遮罩，产生的线圈具有期望数目的螺纹2。由遮罩产生的间隙表示螺纹间的绝缘物。在磁芯1的侧面上涂覆的金属层的端部形成连接垫7，然后，连接垫7将整个发射器元件附接至基板。
在该例子中(但也可以涉及其他例子)，发射器位于移动电话的PCB板10上。电话的外壳具有金属部件，该外壳表示屏蔽盖3。由于使用根据本发明的发射器，实质上，发射器可置于PCB板10上的任何空闲空间，并且不存在弱磁场穿透移动电话的机身的问题。
例子8
如图23所示，将发射器制造为与图1至7的类似。移动电话制造商以下述方式设计新模型：当设计PCB板10时，不受已知类型的NFC天线的要求的限制。不同类型和模型的移动电话配有直接置于PCB板10上的一种类型的发射器类型。
例子9
发射器位于SIM卡9中。根据图19至22所示，发射器的磁芯1有不同的方式，其中，朝向和位置均不同。
例子10
如图24所示的发射器，其置于移动电话的电池11的主体中。基本上，其为充电蓄电池11，然而，通常将其称为电池11。考虑到磁芯1的小厚度，将发射器置于塑料电池11外壳的最后层下方的共用电池11的表面上。
例子11
如图26所示，nanoSIM卡9的插槽12具有金属片形状的固持件。插槽12包括呈铁素体箔形式的放大元件13。nanoSIM卡9具有位于卡的卡主体边缘上的发射器。
工业应用性
工业应用性是显而易见的。根据本发明，可以工业化的重复生产，并且使用非静态磁场发射器作为天线，其直接置于可移除存储卡上，发射率高并且尺寸小。一种新型的发射器调制极大地减少了噪声并且允许增加发射器的磁芯中的磁场强度。
相关符号列表
1-磁芯
2-螺纹
3-磁场流屏障
4-导线
41、42、43、44、45、46、47-4N-一个螺纹中的导线/一个螺纹导线
5-可移除存储卡
6-非导电基板
7-连接垫
8-导线绝缘物
9-SIM卡
10-PCB板
11-蓄电池/电池
12-插槽
13-放大元件
w-螺纹的有效宽度
PCB-印制电路板 RFID-射频识别
NFC-近场通信 SD-安全数字
POS-销售点 SIM-用户标识模块
…

Claims (48)

1.一种非静态磁场发射器，其能够作为扁平载体上的小型天线，其中，所述发射器具有磁导率高于1的长方形磁芯(1)，磁芯(1)至少部分为铁素体，具有至少两个螺纹(2)的导线(4)缠绕在所述磁芯(1)上，并且其中，所述发射器形成用于产生非接触式NFC或RFID通信信道的元件，其中，所述发射器发射的信号由标准NFC或RFID接收设备接收，其特征在于，
螺纹(2)以一层或者最多以两层置于所述磁芯(1)上，
所述螺纹(2)一个接一个地紧密置于所述磁芯(1)上，以将从所述磁芯(1)发射的磁场限制在其端部外，
一个螺纹(2)的有效宽度w对应于所述磁芯(1)的圆形横截面处的所述磁芯(1)的半径的0.25至1.75倍，或者对应于其他非圆形横截面磁芯(1)形状的等效半径的0.25至1.75倍，
在相邻螺纹不交错的情况下，一个螺纹的有效宽度w是螺纹的宽度，以及在相邻螺纹交错的情况下，一个螺纹的有效宽度w是螺纹的宽度减去其重叠的边缘，
术语“非圆形横截面的等效半径”表示以下半径：如果环与特定的非圆形横截面的横截面形状具有相同的面积，则环应该具有的半径。
2.根据权利要求1所述的非静态磁场发射器，其特征在于，一个螺纹(2)的有效宽度w对应于所述磁芯(1)的圆形横截面处的所述磁芯(1)的半径的0.85至1.15倍，或者对应于其他磁芯(1)形状的等效半径的0.85至1.15倍。
3.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)的横截面的较小参数小于1mm，所述磁芯(1)的长度是所述磁芯(1)的横截面的较小参数的不止7倍。
4.根据权利要求1所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)的横截面为圆形或椭圆形，或至少部分为矩形，或者具有通过组合这些形状形成的截面。
5.根据权利要求1所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)的横截面至少部分为正方形或长方形。
6.根据权利要求5所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)的横截面具有弯曲角。
7.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)为直棒形状。
8.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)的高度高达1mm，宽度宽达5mm，并且长度长达15mm。
9.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)的高度高达1mm，宽度宽达5mm，并且长度长达11mm。
10.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)的高度高达1mm，宽度宽达1mm，并且长度长达15mm。
11.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)的高度高达0.6mm，宽度宽达5mm，并且长度长达15mm。
12.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，线圈导线(4)是扁平的。
13.根据权利要求12所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述线圈导线(4)的横截面的宽度超过所述导线(4)的高度两倍。
14.根据权利要求12所述的非静态磁场发射器，其特征在于，扁平导线(4)沿着边缘与相邻的螺纹导线(4)重叠，其中，所述重叠处设置有绝缘物(8)。
15.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，线圈包括形成多级螺纹(2)的多个平行导线(41至4N)，一个螺纹(2)的这些导线(41至4N)电互连。
16.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，线圈包括形成多级螺纹(2)的多个平行导线(41至4N)，一个螺纹(2)的这些导线(41至4N)在磁芯(1)的侧面上连接。
17.根据权利要求15所述的非静态磁场发射器，其特征在于，多级导线(41至4N)在被引导并且附接至连接垫(7)的线圈的端部，其中，所述导线(4)彼此分开。
18.根据权利要求15所述的非静态磁场发射器，其特征在于，在一个螺纹(2)的至少4个多级导线(41至4N)中，只有一个螺纹(2)的边缘导线在表面上电绝缘。
19.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，通过将金属涂层涂覆到具有螺纹(2)之间的间隙的磁芯(1)的表面上，形成所述导线(4)。
20.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，选择所述磁芯(1)的磁导率，以使得在给定的导线(4)线圈，所述发射器达到600nH至1200nH的电感。
21.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，选择所述磁芯(1)的磁导率，以使得在给定的导线(4)线圈，所述发射器达到750nH的电感。
22.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，将发射器调谐至发射频率，以便当将所述发射器置于靠近磁场流屏障(3)时，所述发射器的谐振频率接近所述发射频率，其中，靠近屏障(3)降低了发射器电感，并且其中，在消除屏障(3)效应之后，所述发射器电感增加，内部电阻增加并且所述谐振频率降低并离开所述发射频率。
23.根据权利要求22所述的非静态磁场发射器，其特征在于，磁场流屏障(3)是屏蔽盖。
24.根据权利要求22所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述非静态磁场发射器置于特定环境中，在最不利的屏蔽中，将所述频率和/或电感和/或内部电阻预设为最大发射功率，其中，由于环境的屏蔽元件影响所述发射器的频率和/或电感和/或内部电阻，屏蔽度受其与环境关系影响的降低使相同输入能量时的发射功率降低，而当在零屏蔽时，所述发射器的发射功率超过通过标准NFC或RFID接收的最小功率。
25.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)由置于非导电基板(6)上的铁素体棒形成，所述非导电基板(6)的宽度对应于所述磁芯(1)的宽度，所述非导电基板(6)的长度等于或大于所述磁芯(1)的长度，螺纹(2)的导线(4)机械地缠绕跨过铁素体棒并且还跨过非导电基板(6)，由此，导线(4)的线圈将所述磁芯(1)与所述非导电基板(6)连接，所述非导电基板(6)沿着所述磁芯(1)的一侧具有连接垫(7)，以连接所述线圈的导线(4)和将所述发射器与主机装置的主体连接。
26.根据权利要求25所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述非导电基板(6)由厚度小于所述磁芯(1)的高度的1/8的介电材料制成。
27.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述螺纹(2)的线圈由接地的导电屏蔽盖覆盖。
28.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述发射器置于可移除存储卡(5)的基板上。
29.根据权利要求28所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述发射器的磁芯(1)的轴被定向为显著地平行于所述可移除存储卡(5)的表面，并且所述发射器置于所述可移除存储卡(5)的边缘，位于所述可移除存储卡(5)的接触界面的区域之外。
30.根据权利要求25所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述发射器置于所述主机装置的PCB板(10)上。
31.根据权利要求25所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述发射器置于移动通信装置的PCB板(10)上。
32.根据权利要求31所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述磁芯(1)的轴被定向为主要平行于所述移动通信装置的主体的外表面。
33.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述发射器置于SIM卡(9)上。
34.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述发射器置于SIM、miniSIM、microSIM或nanoSIM格式的SIM(9)卡上。
35.根据权利要求1或2所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述发射器置于移动电话的可移除电池(11)的主体内。
36.根据权利要求25所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述发射器位于所述主机装置的可移除元件上，在所述发射器的电磁场范围中，将放大元件(13)增加到所述发射器，所述放大元件(13)稳定地置于所述主机装置中。
37.根据权利要求36所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述放大元件(13)位于适合可移除元件的插槽(12)或连接器中。
38.根据权利要求36所述的非静态磁场发射器，其特征在于，所述放大元件(13)是铁素体箔、或者铁素体板、或者谐振电路。
39.一种利用共有的变压器连接将数据从发射器传递到接收器的系统中的、根据权利要求1至38中的任意一项所述的非静态磁场发射器的连接方法，其中，所述接收器包括发生器、天线、解调元件，所述发射器与调制元件、电磁波发生器连接，并且其中，所述接收器适于以第一频率将载波信号传输到所述发射器，所述接收器适于接收在其天线输出端上的信号，其中，所述信号表现为第一频率的载波信号和经过调制的副载波信号的形式，所述副载波信号具有以第二频率传输的数据，并且所述接收器适于从其天线的输出端上的信号分离出所述载波信号，并对所述传输数据进行解调，其特征在于，连接至所述发射器的电磁波发生器适于以与所述接收器的频率不同的频率提供能量，这些频率之间的差值对应于副载波频率，以便通过组合所述接收器传输的所述载波信号和所述发射器发射的调制数据，产生在所述接收器侧接收并解调的信号。
40.根据权利要求39所述的非静态磁场发射器的连接方法，其特征在于，在不考虑针对所述接收器期望的所述副载波的发射特性的情况下，将所述发射器精细地调谐至发射频率。
41.根据权利要求39或40所述的非静态磁场发射器的连接方法，其特征在于，所述解调元件连接到朝向传感器电阻的天线电感的分支。
42.根据权利要求39或40所述的非静态磁场发射器的连接方法，其特征在于，所述解调元件通过电感器连接到朝向传感器电阻的天线电感的分支。
43.一种根据权利要求1至38中的任意一项所述的非静态磁场发射器的传输中的数据调制方法，在数据从所述发射器传递到接收器中，所述发射器和所述接收器通过天线连接到变压器，所述接收器以第一频率传输载波信号，在所述发射器侧，调制数据并发送到接收器，所述接收器接收天线输出端上的信号，而所述信号表现为第一频率的载波信号和经过调制的副载波信号的形式，所述副载波信号具有相对于载波频率的第二频率的传输数据，在接收器中，从天线的输出端上的信号分离出所述载波信号，并对传输数据进行解调，其特征在于，所述接收器的频率与发射器的频率不同，并且所述频率的差值对应于副载波频率，而通过组合传输的载波信号和所述发射器发射的调制数据，产生在所述接收器侧接收并解调的信号。
44.根据权利要求43所述的非静态磁场发射器的传输中的数据调制方法，其特征在于，通过改变它们的接收器频率信号的相位，对传输数据进行调制。
45.根据权利要求43所述的非静态磁场发射器的传输中的数据调制方法，其特征在于，通过改变它们的接收器频率信号的相位或对传输数据进行调制。
46.根据权利要求44所述的非静态磁场发射器的传输中的数据调制方法，其特征在于，每基本时间单位(etu)，改变一次发射频率的相位，而etu对应于一个比特间隔。
47.根据权利要求43至46中的任意一项所述的非静态磁场发射器的传输中的数据调制方法，其特征在于，所述接收器的载波信号的频率为13.56MHz±7kHz，所述接收器的信号载波频率和所述发射器的频率之间的差值完全由所述载波频率形成。
48.根据权利要求47所述的非静态磁场发射器的传输中的数据调制方法，其特征在于，所述接收器的信号载波频率和所述发射器的频率之间的差值完全由所述载波频率的1/16形成。
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