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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung bestehend aus einem mobilen Kommunikationsendgerät und
zumindest einem RFID-Transponder gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Zunehmend
werden berührungslose Identifikationssysteme, beispielsweise
für die Zutrittskontrolle oder Zeiterfassung eingesetzt,
deren Datenübertragung im Wesentlichen auf der RFID Technologie
basiert. Das Kürzel RFID steht hierbei für „Radio-Frequency-Identifikation"
und bezeichnet eine Identifikation mittels Radiowellen bzw. elektromagnetischer
Wellen. Derartige RFID-Systeme finden beispielsweise im Automobilsektor
Anwendung, und zwar ermöglichen diese das ferngesteuerte Öffnen und
Absperren eines Fahrzeuges.
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Klassische
RFID-System bestehen aus einem stationären oder mobilen
RFID-Lesegerät und einem RFID-Transponder, welcher aus
einem mit einer Antenneanordnung zusammenwirkenden RFID-Chip besteht.
Das RFID-Lesegerät umfasst ebenfalls eine Antennenanordnung, über
welche ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird. Wird der RFID-Transponder
in das elektromagnetische Feld des RFID-Lesegerätes gebracht,
entsteht eine induktive Signalkopplung zwischen den aus Leiterschleifen
gebildeten Antennenanordnungen des RFID-Lesegerätes bzw.
des RFID-Transponders. Durch Dämpfungsmodulation des vom
RFID-Lesegerät erzeugten elektromagnetischen Feldes wird
zumindest eine unidirektionale Übertragung von Daten bzw. Identifikationsinformationen
vom RFID-Transponder an das RFID-Lesegerät realisiert.
Derartige RFID-Systeme arbeiten beispielsweise bei einer Frequenz
von 125 kHz bis 13.56 MHz.
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RFID-Transponder
dieser Art können als so genannte „smart labels"
ausgebildet sein, bei denen beispielsweise die Antenneanordnung
und der RFID-Chip auf einer selbstklebenden Folie aufgeklebt sind,
wobei diese ggf. mit einer Schutzschicht aus Kunststoff überzogen
sein können. Hierbei ist der RFID-Transponder als passive
Einheit ausgebildet, d. h. die zum Betrieb des RFID-Transponders
erforderliche Energie wird dem elektromagnetischen Feld des RFID-Lesegerätes
entnommen.
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Die
Anwendung von vorzugsweise passiven RFID-Transpondern auf Oberflächen
aus Kunststoff ist üblicherweise problemlos. Der Betrieb
derartiger RFID-Transponder in unmittelbarer Nähe von elektrisch
und/oder magnetisch leitfähigen Materialien, insbesondere
leitfähigen Oberflächen mit zumindest einem merklichen
Metallanteil werden bedingt durch den magnetischen Wechselfluss
in dem elektrisch und/oder magnetisch leitfähigen Material
Wirbelströme induziert, wodurch das erzeugte elektromagnetische
Feld an der Oberfläche des jeweiligen Objekts so stark
gedämpft wird, dass die Datenübertragung des auf
der Oberfläche befindlichen RFID-Transponders behindert
wird, und zwar derart stark, dass keine verwertbaren Daten durch
das RFID-Lesegerät mehr empfangen werden können.
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Die
Abschirmung derartiger hochfrequenter Felder stellt in der Technik
ein Problem dar, das im Falle der RFID-Technik aufgrund der Geometrie
der in unmittelbarer Nähe zur leiten Schicht angeordneten
Antennenstruktur bestimmt ist. Dieses Problem kann dadurch gelöst
werden, dass hochpermeable Materialien, wie beispielsweise Ferrite
oder spezielle Legierungen zwischen die aus einer Leiterschleife gebildeten
Antennenanordnung und der Metalloberfläche angeordnet und
geeignet orientiert werden, um die induzierten Wirbelströme
weitgehend auszuschalten. Hierfür werden zur Abschirmung
beispielsweise Ferritfolien verwendet.
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Aus
der
DE 101 49 126
A1 sind beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung einer
derartigen Abschirmung für einen RFID-Transponder sowie
ein zugehöriger Transponder bekannt, wobei der RFID-Transponder
zumindest eine Antennenstruktur und einen RFID-Chip aufweist. Die
durch eine Leiterschleife gebildete Antennenstruktur besitzt eine räumliche
Ausdehnung. Die Abschirmung besteht hierbei aus einer auf einem
Substrat aufgebrachten ferromagnetischen Partikeln, die an die räumliche Ausdehnung
der Antennenstruktur angepaßt sind und die gegenüber
einem magnetischen Gleichfeld derart ausgerichtet sind, dass die
ferromagnetischen Partikel nach einem Befestigen des Substrats an dem
RFID-Transponder parallel zu einem in der Antennenstruktur des Transponders
induzierten, magnetischen Feldes stehen.
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Aus
der
DE 102 08 478
A1 ist beispielsweise eine auf der RFID-Technologie basierende
Eingabeeinrichtung bekannt, welche in einem Kommunikationsgerät
wie beispielsweise einem Mobilfunkgerät oder einem kleinen
tragbaren Computer sowie einem Personal Digital Assistent integriert
sein kann. Hierbei verfügt die Eingabeeinrichtung über
eine Sensorleiterplatte, auf welcher eine Erregerspule und zumindest
eine Sensorspule vorgesehen sind, welche mit einer Steuereinrichtung
verbunden sind. Nachteilig ist eine derartige Eingabeeinrichtung
technisch aufwendig ausgebildet und weist einen enormen Platzbedarf
auf.
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Ausgehend
vom bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Anordnung bestehend aus einem mobilen Kommunikationsendgerät
und zumindest einem RFID-Transponder zu schaffen, bei der die Möglichkeit
des Betriebes eines RFID-Transponders in einem eine Metallumgebung
aufweisenden mobilen Kommunikationsgerät besteht und bei
der die durch induzierte Wirbelströme bedingten Störungen
der Datenübertragung deutlich reduziert sind. Die Aufgabe
wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches
1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
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Der
wesentliche Aspekt der erfindungsgemäßen Anordnung
ist darin zu sehen, dass der RFID-Transponder zumindest eine Folien-
oder Substratschicht aufweist, auf dessen Oberseite der RFID-Chip
und die Antennenstruktur und auf dessen Unterseite zumindest eine
Abschirmschicht angeordnet sind, wobei die zumindest Abschirmschicht
durch eine Anordnung einer Vielzahl von hochpermeablen Partikeln
im Bereich der räumlichen Ausdehnung der Antennenstruktur
gebildet ist und der RFID-Transponder über den zumindest
einen Abschirmschicht direkt oder indirekt mit der Akkumulatoreinheit
in Verbindung steht. Besonders vorteilhaft ist durch das Vorsehen
der Abschirmschicht der störungsfreie Betrieb eines vorzugsweise
passiven RFID-Transponders innerhalb des „Batteriefaches"
eines mobilen Kommunikationsgerätes möglich, wodurch
sich eine Vielzahl neuer Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten
ergeben. Beispielsweise kann eine Zuordnung des RFID-Transponders
zu einer SIM-Karte eines Mobiltelefons erfolgen, so dass der im
RFID-Chip hinterlegte Code zum Inbetriebnahme der SIM-Karte erforderlich
ist oder dass auf dem RFID-Chip Zahlungsmittel in Form von Währungseinheiten
hinterlegt sind, die zur automatisierten Zahlung Verwendung finden.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den weiteren
Ansprüchen zu entnehmen. Nachstehend wird die Erfindung
an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Anordnung bestehend aus einem mobilen Kommunikationsendgerät
mit einem RFID-Transponder und einem zugeordneten RFID-Lesegerät,
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2a–c mehrere schematische Schnittdarstellungen
durch das den RFID-Transponder aufnehmende mobile Kommunikationsendgerät
entlang der Linie I-I,
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3 eine
Draufsicht auf die Oberseite des RFID-Transponders,
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4 eine
Draufsicht auf die Unterseite des RFID-Transponders und
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5 einen
Schnitt durch das Gehäuse einer zur Energieversorgung des
mobilen Kommunikationsendgerätes vorgesehenen Akkumulatoreinheit mit
integriertem RFID-Transponder.
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In 1 ist
in einem schematischen Blockschaltbild beispielhaft eine Anordnung
bestehend aus einem mobilen Kommunikationsendgerät 1,
einem mobilen RFID-Transponder 2 und einem RFID-Lesegerät 3 dargestellt,
wobei das RFID-Lesegerät 3 beispielsweise räumlich
getrennt vom dem mobilen Kommunikationsendgerät 1 bzw.
mobilen RFID-Transponder 2 angeordnet ist.
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Das
mobile Kommunikationsendgerät 1 kann beispielsweise
ein Mobilfunkgerät bzw. Mobiltelefon, ein tragbarer Computer,
ein mobiles Navigationssystem oder ein PDA („Personal Digital
Assistent") sein.
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Der
mobile RFID-Transponder 2 und das RFID-Lesegerät 3 bilden
ein berührungsloses RFID-System aus, über welches
die Übertragung von Daten bzw. Informationen zumindest
von dem mobilen RFID-Transponder 2 zu dem RFID-Lesegerät 3 mittels
einer induktiven Signalkopplung möglich ist.
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Hierzu
weist das RFID-Lesegerät 3 eine Steuereinheit 3.1 und
eine Antennenanordnung 3.2 auf, über welche ein
elektromagnetisches Feld 4 erzeugbar ist. Die Antennenanordnung 3.2 besteht
beispielsweise aus einer Leiterschleife, welche abhängig
von der verwendeten Betriebsfrequenz eine UHF-Antenne oder eine
HF-Antenne ausbildet.
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Der
RFID-Transponder 2 ist hierbei vorzugsweise als passive
Einheit realisiert, d. h. dieser besitzt keine eigene Spannungsversorgung
und bezieht die für den Betrieb erforderliche elektrische
Energie aus dem durch das RFID-Lesegerät 3 bereitgestellten
elektromagnetischen Feld 4.
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Das
mobile Kommunikationsendgerät 1 weist ein vorzugsweise
aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse 1.1 auf,
welches über eine mittels eines Deckels (nicht in den Figuren
dargestellt) verschließbare Ausnehmung 1.2 zur
Aufnahme einer vorzugsweise auswechselbaren Akkumulatoreinheit 5 verfügt. Üblicherweise
ist in dieser Ausnehmung 1.2 ebenfalls eine Haltevorrichtung
zur Aufnahme einer SIM-Karte („Subscriber Identity Module") 6 vorgesehen,
die häufig unterhalb der Akkumulatoreinheit 5 sich
befindet.
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Der
RFID-Transponder 2 ist hierbei in der zur Aufnahme der
Akkumulatoreinheit 5 vorgesehenen Ausnehmung 1.2 angeordnet,
und zwar wird dieser beispielsweise zwischen der Akkumulatoreinheit 5 und
dem Gehäuse 1.1 durch Einlegen der Akkumulatoreinheit 5 in
die Ausnehmung 1.2 eingeklemmt. Auch kann der RFID-Transponder 2 mit
der bereits im mobilen Kommunikationsendgerät 1 befindlichen
Akkumulatoreinheit 5 direkt oder indirekt verbunden werden,
wobei anschließend die Ausnehmung 1.2 mittels
des Deckels verschlossen wird und somit der RFID-Transponder 2 im
mobilen Kommunikationsendgerät 1 verschlossen
aufbewahrt wird. Auch kann im Gehäuse 5.1 der
Akkumulatoreinheit 5 eine Ausnehmung 5.2 zur Aufnahme
des RFID-Transponders 2 vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft
wird durch die Ausbildung des RFID-Transponders 2 als auswechselbares
RFID-Transponder-Modul eine Verwendung des RFID-Transponders 2 in
unterschiedlichen mobilen Kommunikationsendgeräten 1 möglich.
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In
den 2a bis c ist beispielsweise jeweils ein Schnitt
durch das mobile Kommunikationsendgerät 1 entlang
der Linie I-I dargestellt. Hierbei sind beispielhaft die beschriebenen
Anordnungsmöglichkeiten des mobilen RFID-Transponders 2 innerhalb
der Ausnehmung 1.2 dargestellt. Darüber hinaus
kann im Bodenbereich der Ausnehmung 1.2 ebenfalls eine Haltevorrichtung
zur Aufnahme und/oder Befestigung des mobilen RFID-Transponders 2 vorgesehen sein
(nicht in den Figuren dargestellt).
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In 3 ist
beispielhaft eine Draufsicht auf die Oberseite 2' eines
mobilen RFID-Transponder 2 gezeigt. Der RFID-Transponder 2 weist
hierbei zumindest eine dünne Folien- oder Substratschicht 2.1 auf,
auf der ein RFID-Chip 2.2 und zumindest eine mit diesem
verbundene Antennenstruktur 2.3 aufgebracht sind. Die Substratschicht 2.1 dient
als Trägerschicht, auf der beispielsweise eine elektrisch
leitende Metallfolie aus Alu oder Kupfer aufgebracht bzw. auflaminiert
wird. Die Antennenstruktur 2.3 wird dann üblicherweise
dadurch erzeugt, dass aus der Metallfolie aus Alu oder Kupfer mittels
Beschichtung mit einem lichtempfindlichem Fotolack und anschließender
Belichtung und Behandlung in einem Ätzbad die jeweilige
Antennenstruktur 2.3 gebildet wird. Die die Antennenstruktur 2.3 wiedergebenden
Leiterschleifen werden anschließend mit dem auf der Substratschicht 2.1 aufgebrachten
RFID-Chip 2.2 verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform
kann die den RFID-Chip 2.2 und die Antennenstruktur 2.3 aufweisende
Oberseite 2' mittels einer weiteren Kunststoff- oder Lackschicht 2.11' vor
Umwelteinflüssen geschützt werden.
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Auf
der Unterseite 2'' des RFID-Transponder 2, beispielsweise
der Folien- oder Substratschicht 2.1 ist eine Abschirmschicht 2.4 vorgesehen,
welche durch eine Anordnung einer Vielzahl von hochpermeablen Partikeln 2.5 im
Bereich der räumlichen Ausdehnung der Antennenstruktur 2.3 gebildet
ist. Hierbei sind die hochpermeablen Partikel 2.5 beispielsweise
in Bezug auf ein in der Antennenstruktur 2.3 induzierbares
elektromagnetisches Feld 4 parallel ausgerichtet. Hierdurch
werden die durch den magnetischen Wechselfluss der im elektromagnetischen
Feld 4 befindlichen elektrisch und/oder magnetisch leitfähigen
Elemente der Akkumulatoreinheit 5 induzierten Wirbelströme
effektiv abgeschirmt und somit eine ungewollte Dämpfung
des elektromagnetische Feldes 4 im Bereich der Oberfläche
der Akkumulatoreinheit 5 vermieden. Hierzu steht der mobile
RFID-Transponder 2 jeweils über die Abschirmschicht 2.4 direkt
oder indirekt mit der Akkumulatoreinheit 5 in Verbindung.
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Die
in 4 dargestellte Abschirmschicht 2.4 weist
zumindest zwei Abschirmabschnitte 2.4', 2.4'' auf,
welche jeweils einem unterschiedlichen räumlichen Ausdehnungsabschnitt 2.3', 2.3'' der
Antennenstruktur zugeordnet sind.
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Die
beiden Abschirmabschnitte 2.4', 2.4'' können
auch als jeweils eine geschlossene hochpermeable Schicht realisiert
sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwischen
den hochpermeablen Partikeln 2.5 und/oder zwischen den
beiden Abschirmabschnitte 2.4', 2.4'' jeweils
Freiräume ausgebildet, die wie Luftspalte wirken.
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Alternativ
oder zusätzlich kann die Abschirmschicht 2.4 bzw.
die Anordnung der Vielzahl von hochpermeablen Partikeln 2.5 auf
einer weiteren Substratschicht oder Folienschicht 2.1'
erfolgen, welche mit der Substratschicht 2.1 verbunden
den RFID-Transponder 2 bildet.
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Die
weitere Substratschicht oder Folienschicht 2.1' kann auf
der der Anordnung der Vielzahl von hochpermeablen Partikeln 2.5 gegenüberliegenden
Oberfläche eine Selbstklebeschicht aufweisen, mittels der
der mobile RFID-Transponder 2 innerhalb der Ausnehmung 1.2 mit
dem Gehäuse 1.1 oder mit der Oberfläche
der Akkumulatoreinheit 5 zumindest teilweise verklebt wird.
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In 5 ist
beispielhaft ein schematischer Schnitt durch das Gehäuse 5.1 der
Akkumulatoreinheit 5 dargestellt. In die Ausnehmung 5.1 ist
der mobile RFID-Transponder 2 eingesetzt, und zwar derart, dass
die Oberfläche des RFID-Transponders 2 in etwa
bündig mit der Oberfläche des Gehäuses 5.1 der
Akkumulatoreinheit 5 angeordnet ist. Zum Schutz gegen mechanische
Beschädigung weist der RFID-Transponder 2 an der
Oberseite 2' eine Kunststoff- bzw. Lackschicht 2.1'' auf.
An der Unterseite 2'' des RFID-Transponder 2 bzw.
der Substratschicht 2.1 schließt sich die auf
einer weiteren Substratschicht oder Folienschicht 2.1'
aufgebrachte Abschirmschicht 2.4 an, die unmittelbar mit
dem Gehäuse 5.1 der Akkumulatoreinheit 5 in
Verbindung steht. Hierbei ist die volle Funktionsfähigkeit
des mobilen RFID-Transponders 2 trotz der unmittelbaren
Nähe zu den leitfähigen Bestandteilen der Akkumulatoreinheit 5 aufgrund
der Abschirmschicht 2.4 gewährleistet.
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In
einer bevorzugten, jedoch in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform
weist das mobile Kommunikationsendgerät 1 ein
integriertes RFID-Lesegerät auf, welches mit der Steuereinheit des
mobilen Kommunikationsendgerätes 1 verbindbar
ist. Hierbei können beispielsweise durch das mobile Kommunikationsendgerät 1 selbst
im RFID-Transponder 2 hinterlegte Daten bzw. Informationen
ausgelesen werden, und zwar durch zumindest periodische Aktivierung
des integrierten RFID-Lesegerätes.
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Beispielsweise
können im RFID-Transponder die PIN und/oder PUK eines Mobilfunkteilnehmers
gespeichert sein, so dass diese beim Einschalten des mobilen Kommunikationsendgerätes 1 automatisch
ausgelesen werden können. Ebenso können weitere
Sicherheitscodes gespeichert werden, die zur Gewährung
des Zugriffes auf das mobile Kommunikationsendgerät 1 oder
zur Inbetriebnahme bestimmter Kommunikationsdienste erforderlich
sind. Auch können für die Inanspruchnahme von
Webdiensten erforderliche Passwörter automatisch aus dem
RFID-Transponder 2 gelesen werden. Insbesondere ist eine
Zuordnung eines mobilen RFID-Transponders 2 zu zumindest
einer SIM-Karte 6 möglich.
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Wird
der RFID-Transponder 2 zur Speicherung von Zahlungsmittel
in Form von Währungseinheiten verwendet, so kann beispielsweise
mittels des im mobilen Kommunikationsendgerät 1 integrierten RFID-Transponders 2 ein
Zahlungsvorgang automatisiert durchgeführt werden, ggf.
auch über eine durch das mobile Kommunikationsendgerät 1 aufgebaute Datenverbindung.
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Die
Antennenstruktur 2.3 kann beispielsweise eine Spiralform,
Rechteckform oder dergl. aufweisen. Beispielsweise bildet die Antennenstruktur 2.3 die
Form eines Dipols (UHF-Antenne) oder eine Induktionsschleife (HF-Antenne)
aus.
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Die
Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel
beschrieben. Es versteht sich das zahlreiche Modifikationen und
Abwandlung des Erfindungsgegenstandes möglich sind, ohne
das hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
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- 1
- Kommunikationsendgerät
- 1.1
- Gehäuse
- 1.2
- Ausnehmung
- 2
- RFID-Transponder
- 2'
- Oberseite
- 2''
- Unterseite
- 2.1
- Folien-
oder Substratschicht
- 2.1'
- weitere
Folien- oder Substratschicht
- 2.1''
- Kunststoff-
oder Lackschicht
- 2.2
- RFID-Chip
- 2.3
- Antennenstruktur
- 2.3',
2.3''
- Ausdehnungsabschnitte
- 2.4
- Abschirmschicht
- 2.4',
2.4''
- Abschirmabschnitte
- 2.5
- hochpermeable
Partikel
- 3
- RFID-Lesegerät
- 3.1
- Steuereinheit
- 3.2
- Antennenanordnung
- 4
- elektromagnetisches
Feld
- 5
- Akkumulatoreinheit
- 5.1
- Gehäuse
- 5.2
- Ausnehmung
- 6
- SIM-Karte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10149126
A1 [0007]
- - DE 10208478 A1 [0008]