DE102008059453A1 - Transpondereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transpondereinrichtung (10) mit einer Antennenanordnung und einem Chip (13), die auf einem Antennensubstrat (11) angeordnet sind, wobei die Antennenanordnung zumindest eine erste, als Schleifenantenne (16) ausgebildete Antenneneinheit umfasst, die über Leiterenden eines zur Ausbildung der Schleifenantenne verwendeten Antennenleiters (17) mit Kontaktflächen (14, 15) des Chips elektrisch leitend verbunden ist, und wobei die Antennenanordnung neben der ersten Antenneneinheit zumindest eine weitere Antenneneinheit umfasst, die als Dipolantenne (19) ausgebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transpondereinrichtung mit einer Antennenanordnung und einem Chip, die auf einem Antennensubstrat angeordnet sind, wobei die Antennenanordnung zumindest eine erste, als Schleifenantenne ausgebildete Antenneneinheit umfasst, die über Leiterenden eines zur Ausbildung der Schleifenantenne verwendeten Antennenleiters mit Kontaktflächen des Chips elektrisch leitend verbunden ist.
  • Transpondereinrichtungen der eingangs genannten Art sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise werden derartige Transpondereinrichtungen als Tag ausgeführt, um mit zu kennzeichnenden Objekten verbunden zu werden, oder auch im Kartenformat verwendet, wo sie beispielsweise in der Ausführung als „Chipkarte” bei Authentifizierungssystemen, insbesondere im Zusammenhang mit Zugangs- oder Nutzungsberechtigungen, Verwendung finden.
  • Die bekannten Transpondereinrichtungen der eingangs genannten Art sind in der jeweiligen Ausführung auf den jeweils genutzten Frequenzbereich der Datenübertragung zwischen dem Chip der Transpondereinrichtung und einer Leseeinrichtung ausgelegt. Dabei haben sich in der Praxis im Wesentlichen der Hochfrequenzbereich mit einer Standardisierung der Übertragungsfrequenz auf 13,56 MHz und der UHF-Bereich durchgesetzt. Die entsprechenden Transpondereinrichtungen sind daher, je nach dem welcher Frequenzbereich genutzt wird, mit einer Schleifenantenne oder einer Dipolantenne versehen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transpondereinrichtung vorzuschlagen, die sowohl im Hochfrequenzbereich als auch im UHF-Bereich einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Transpondereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Transpondereinrichtung weist die auf dem Antennensubstrat angeordnete Antennenanordnung neben der ersten, als Schleifenantenne ausgebildeten Antenneneinheit zumindest eine weitere Antenneneinheit auf, die als Dipolantenne ausgebildet ist.
  • Die erfindungsgemäße Transpondereinrichtung kann somit sowohl im Hochfrequenzbereich als auch im UHF-Bereich eingesetzt werden, ohne dass eine Mehrzahl von Transpondereinrichtungen, die jeweils den unterschiedlichen Frequenzbereichen zugeordnet sind, bereitgehalten werden müsste.
  • Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Dipolantenne zwei jeweils aus einem Antennenleiter gebildete Leiterstränge aufweist, deren Enden mit Kontaktflächen des Chips elektrisch leitend verbundenen sind, ist sowohl die Schleifenantenne als auch die Dipolantenne elektrisch leitend mit den Kontaktflächen des Chips verbunden, so dass eine Datenübertragung im UHF-Bereich zwischen einem Lesegerät und dem Chip direkt über die im UHF-Bereich arbeitende Dipolantenne erfolgen kann, ohne dass die Schleifenantenne als Signalübertragungselement benötigt wird. Damit ist es beispielsweise auch möglich, die Schleifenantenne parallel bzw. simultan mit der Dipolantenne zur Datenübertragung zu nutzen, so dass eine Übertragung von unterschiedlichen Daten in den unterschiedlichen Frequenzbereichen gleichzeitig möglich ist.
  • Wenn die Dipolantenne zwei jeweils aus einem Antennenleiter gebildete Leiterstränge aufweist, deren Enden über einen Verbindungsbereich elektrisch leitend miteinander verbunden sind, kann die Datenübertragung zwischen dem Lesegerät und dem Chip über die Dipolantenne erfolgen, wobei zwischen der Dipolantenne und der Schleifenantenne eine induktive Kopplung genutzt wird.
  • In einer besonderen Ausführungsform können der Antennenleiter der ersten Antenneneinheit und die Antennenleiter der zweiten Antenneneinheit elektrisch leitend miteinander verbunden sein, so dass die Dipolantenne als Empfangs- bzw. Sendeantenne genutzt wird und die Schleifenantenne bei einer Datenübertragung im UHF-Bereich im Wesentlichen als elektrischer Leiter zur Verbindung mit der Dipolantenne dient.
  • Besonders vorteilhaft kann eine derartige elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Antennenleiter der Schleifenantenne und den Antennenleitern der Dipolantenne über einen als gemeinsames Leiterteilstück ausgebildeten Verbindungsbereich des Antennenleiters der Schleifenantenne und zumindest eines der Antennenleiter der Dipolantenne realisiert werden. Somit kann eine zusammenhängend kontinuierlich ausgebildete Antenneneinheit einerseits als Hochfrequenzantenne und andererseits auch als UHF-Antenne genutzt werden, wobei ein Teilstück der Antennenanordnung sowohl zur Realisierung der Schleifenantenne als auch zur Realisierung der Dipolantenne dient.
  • Wenn die Dipolantenne mit ihren Leitersträngen ein Antennenfeld definiert und die Schleifenantenne innerhalb des Antennenfeldes angeordnet ist, ist es möglich, die Ränder des Antennensubstrats in ihrer gesamten Länge zur Ausbildung der Leiterstränge zu nutzen.
  • Wenn gemäß einer alternativen Ausführungsform die Dipolantenne mit ihren Leitersträngen ein Antennenfeld definiert und die Schleifenantenne außerhalb des Antennenfeldes angeordnet ist, ist es möglich, die Ränder des Antennensubstrats in ihrer gesamten Länge zur Ausbildung der Schleifenantenne zu nutzen, so dass sowohl zur Anordnung einer großen Windungslänge bzw. einer großen Windungsanzahl vorteilhaft der umlaufende Randbereich der Oberfläche des Antennensubstrats genutzt werden kann.
  • Besonders deutlich wird dieser Vorteil, wenn der Antennenleiter der Schleifenantenne so auf dem Antennensubstrat angeordnet ist, dass er den Umfang eines Antennenfeldes definiert und die Dipolantenne innerhalb des Antennenfeldes angeordnet ist.
  • Insbesondere zur Frequenzabstimmung der Dipolantenne kann es vorteilhaft sein, wenn die Antennenleiter der Dipolantenne unterschiedliche Leiterstrukturen aufweisen.
  • Obwohl die Leiterstrukturen der Dipolantenne und der Schleifenantenne identisch sein können, können bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Antennenleiter der Dipolantenne und der Antennenleiter der Schleifenantenne durch unterschiedliche Leiterstrukturen gebildet sein, so dass die Ausbildung der jeweiligen Leiterstrukturen in besonderer Weise an die Platzverhältnisse auf der Substratoberfläche des Antennensubstrats angepasst werden kann, oder auch, um den originären Antennenfunktionen der Dipolantenne bzw. der Schleifenantenne weitere, beispielsweise mechanische, Funktionen zu überlagern. Daher kann es sich auch als vorteilhaft erweisen, wenn die Dipolantenne durch eine Einbettung bzw. Verlegung eines Antennendrahtes in die Oberfläche des Substrats gebildet ist.
  • Beispielsweise kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Schleifenantenne einen auf die Oberfläche des Substrats – insbesondere durch Einbettung – aufgebrachten Drahtleiter als Antennenleiter aufweist und die Dipolantenne eine durch eine Metallisierung der Oberfläche des Substrats ausgebildete Leiterstruktur als Antennenleiter aufweist. Abgesehen davon, dass die als Drahtleiterantenne ausgeführte Schleifenantenne eine besonders hohe Leistung aufweist, kann der Drahtleiter neben seiner Antennenfunktion auch noch eine das Antennensubstrat mechanisch stützende Tragfunktion erfüllen. Darüber hinaus erweist sich eine als Drahtleiter ausgebildete Schleifenantenne auch hinsichtlich dynamischer Wechselbeanspruchungen, die beim Gebrauch einer Chipkarte auftreten können, als besonders widerstandsfähig. Damit kann eine beispielsweise im äußeren Randbereich umlaufend ausgebildete Drahtleiterantenne einen stabilisierenden Schutz für eine im Innenbereich der Drahtleiterantenne vermittels einer Metallisierung der Substratoberfläche ausgebildete Dipolantenne bieten.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Transpondereinrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Transpondereinrichtung in einer ersten Ausführungsform;
  • 2 eine Transpondereinrichtung in einer zweiten Ausführungsform;
  • 3 eine Transpondereinrichtung in einer dritten Ausführungsform;
  • 4 eine Transpondereinrichtung in einer vierten Ausführungsform;
  • 5 eine Transpondereinrichtung in einer fünften Ausführungsform;
  • 6 eine Transpondereinrichtung in einer sechsten Ausführungsform.
  • 1 zeigt eine Transpondereinrichtung 10 mit einem auf einem Antennensubstrat 11 angeordneten Chipmodul 12, das im vorliegenden Fall einen Chip 13 umfasst, der über Chipanschlussflächen 14, 15 mit einer Schleifenantenne 16 elektrisch leitend verbunden ist. Im Falle des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Schleifenantenne 16 durch einen Antennenleiter 17 gebildet, der in einfacher Windungsanzahl die Chipanschlussflächen 14 und 15 des Chipmoduls miteinander verbindet.
  • Außer der Schleifenantenne 16 befindet sich auf einer Substratoberfläche 18 des Antennensubstrats 11 eine Dipolantenne 19, die zwei in einem Verbindungsbereich 20 ineinander übergehende Leiterstränge 21 und 22 aufweist. Die Leiterstränge 21 und 22 sind jeweils mäanderförmig ausgebildet und erstrecken sich einschließlich des Verbindungsbereichs 20 längs eines Längsrandes 23 bzw. eines Querrandes 24 des Antennensubstrats 11.
  • Im Falle des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Transpondereinrichtung 10 sind der Antennenleiter 17 der Schleifenantenne 16 und ein die Dipolantenne 19 auf der Substratoberfläche 18 ausbildender Antennenleiter 25 identisch ausgebildet. Sowohl der Antennenleiter 17 als auch der Antennenleiter 25 sind durch eine durch Abscheidung auf der Substratoberfläche 18 ausgebildete Metallisierungsstruktur gebildet. Genauso wäre es jedoch möglich, den Antennenleiter 17 sowie den Antennenleiter 25 als Drahtleiter auszubilden, der durch Verlegung auf die Substratoberfläche 18 aufgebracht wird.
  • Bei der in 1 dargestellten Transpondereinrichtung 10 ist ein Koppelabschnitt 26 der Schleifenantenne 16 im Wesentlichen parallel zum Verbindungsbereich 20 der Dipolantenne 19 angeordnet. Dabei ist die zwischen dem Koppelabschnitt 26 und dem Verbindungsbereich 20 gebildete Überdeckungslänge L sowie ein zwischen dem Koppelabschnitt 26 und dem Verbindungsbereich 20 ausgebildeter Koppelabstand A so gewählt, dass eine gewünschte induktive Kopplung zwischen der Dipolantenne 19 und der Schleifenantenne 16 möglich ist.
  • Wie aus 1 weiterhin zu ersehen ist, spannt die Dipolantenne 19 mit ihren bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel längs des Längsrandes 23 bzw. des Querrandes 24 verlaufenden Leitersträngen 21, 22 ein Antennenfeld 49 auf, in dem sich die Schleifenantenne 16 befindet.
  • 2 zeigt eine Transpondereinrichtung 27, die übereinstimmend mit der in 1 dargestellten Transpondereinrichtung 10 ein Chipmodul 12 aufweist, das über Chipanschlussflächen 14, 15 mit einer Schleifenantenne 46 kontaktiert ist.
  • Abweichend von der Transpondereinrichtung 10 weist die Transpondereinrichtung 27 eine Dipolantenne 28 auf, deren Leiterstränge 29, 30 jeweils von einem Antennenleiter 31 gebildet sind, der in Übereinstimmung mit einem Antennenleiter 47 der Schleifenantenne 46 mit den Chipanschlussflächen 14, 15 des Chipmoduls 12 elektrisch leitend kontaktiert ist.
  • Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Transpondereinrichtung 27 sind die Leiterstränge 29, 30 der Dipolantenne 28 über einen Verbindungsbereich 32 miteinander verbunden, der gleichzeitig die Chipanschlussflächen 14, 15 elektrisch leitend miteinander verbindet. Weiterhin sind bei der Transpondereinrichtung 27 sowohl der Antennenleiter 31 der Dipolantenne 28 als auch der Antennenleiter 47 der Schleifenantenne 46 übereinstimmend als Drahtleiter ausgebildet. Abweichend hiervon können die Antennenleiter auch durch eine durch Metallisierung der Substratoberfläche entstandene Leiterbahnstruktur gebildet sein.
  • Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schleifenantenne 46 außerhalb eines durch die Leiterstränge 29, 30 der Dipolantenne 28 definierten Antennenfeldes 58 angeordnet.
  • 3 zeigt eine Transpondereinrichtung 33, die auf der Substratoberfläche 18 des Antennensubstrats 11 ein Chipmodul 12 aufweist, dessen Chipanschlussflächen 14, 15 mit einem Antennenleiter 17 verbunden sind, der eine Schleifenantenne 34 bildet. Die Schleifenantenne 34 weist einen Verbindungsbereich 48 auf, der gleichzeitig die elektrisch leitende Verbindung zwischen Leitersträngen 35, 36 einer Dipolantenne 37 bildet. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leiterstränge 35, 36 aus einem mäanderartig auf der Substratoberfläche 18 als Drahtleiter ausgebildeten Antennenleiter 38 gebildet. Abweichend von der dargestellten Ausführungsform der Transpondereinrichtung 33 ist es auch möglich, den die Leiterstränge 35, 36 bildenden Antennenleiter 38 im Unterschied zu dem als Drahtleiter ausgebildeten Antennenleiter 17 der Schleifenantenne 16 durch eine durch Metallisierung der Substratoberfläche 18 ausgebildete Leiterbahnstruktur zu bilden.
  • 4 zeigt eine Transpondereinrichtung 39, die im Wesentlichen übereinstimmend mit der in 2 dargestellten Transpondereinrichtung 27 ausgebildet ist, mit dem Unterschied, dass anstatt der Dipolantenne 28 eine Dipolantenne 40 vorgesehen ist mit Leitersträngen 41, 42, die aus unterschiedlichen Antennenleitern 43, 44 gebildet sind. Im vorliegenden Fall ist der Antennenleiter 43 aus einem Drahtleiter gebildet, der auf der Substratoberfläche 18 des Antennensubstrats 11 verlegt ist, und der Antennenleiter 44, der den Leiterstrang 42 bildet, ist durch eine durch Abscheidung einer Metallisierung auf die Substratoberfläche 18 ausgebildete Leiterbahnstruktur gebildet. Übereinstimmend mit der Dipolantenne 28 der Transpondereinrichtung 27 (2) sind die Leiterstränge 41, 42 der Dipolantenne 40 über einen Verbindungsbereich 32 miteinander verbunden, der wie der Antennenleiter 43 durch einen Drahtleiter gebildet ist.
  • 5 zeigt eine Transpondereinrichtung 45 mit einer längs eines Umfangsrandes 50 des Substrats 11 verlaufenden Schleifenantenne 51, die eine Mehrzahl von Antennenwindungen aufweist, die im vorliegenden Fall aus einem als Drahtleiter ausgebildeten Antennenleiter 52 gebildet sind. In einem durch die Schleifenantenne 51 definierten Antennenfeld 53 ist eine Dipolantenne 54 angeordnet, deren Leiterstränge 55, 56 ebenso wie Leiterenden des Antennenleiters 52 der Schleifenantenne 51 elektrisch leitend mit den Chipanschlussflächen 14, 15 des Chipmoduls 12 verbunden sind.
  • 6 zeigt eine Transpondereinrichtung 57 mit einer Dipolantenne 58 und einer Schleifenantenne 59, die jeweils elektrisch leitend mit den Chipanschlussflächen 14, 15 des Chipmoduls 12 verbunden sind. Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Transpondereinrichtung 27 weist die Dipolantenne 58 zwei Leiterstränge 60, 61 auf, die nicht serpentinenartig verlaufen, sondern sich im Wesentlichen geradlinig erstrecken. Die Dipolantenne 58 kann durch Einbettung eines Antennendrahtes oder durch eine strukturierte Metallisierung der Oberfläche ausgebildet sein.

Claims (11)

  1. Transpondereinrichtung (10, 27, 33, 39, 45) mit einer Antennenanordnung und einem Chip (13), die auf einem Antennensubstrat (11) angeordnet sind, wobei die Antennenanordnung zumindest eine erste, als Schleifenantenne (16, 34, 46, 51) ausgebildete Antenneneinheit umfasst, die über Leiterenden eines zur Ausbildung der Schleifenantenne verwendeten Antennenleiters (17, 47, 57) mit Kontaktflächen (14, 15) des Chips elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung neben der ersten Antenneneinheit zumindest eine weitere Antenneneinheit umfasst, die als Dipolantenne (19, 28, 37, 40, 54) ausgebildet ist.
  2. Transpondereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolantenne (19, 28, 37, 40, 54) zwei jeweils aus einem Antennenleiter (25, 31, 38, 43, 44) gebildete Leiterstränge (21, 22, 29, 30, 35, 36, 41, 42, 55, 56) aufweist, deren Enden mit den Kontaktflächen (14, 15) des Chips (13) elektrisch leitend verbunden sind.
  3. Transpondereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolantenne (19, 28, 37, 40) zwei jeweils aus einem Antennenleiter 25, 31, 38, 43, 44) gebildete Leiterstränge (21, 22, 29, 30, 35, 36, 41, 42) aufweist, deren Enden über einen Verbindungsbereich (20, 32, 48) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  4. Transpondereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenleiter (47, 57, 52) der Schleifenantenne (34, 46, 51) und die Antennenleiter (31, 38, 43, 44) der Dipolantenne (28, 37, 40, 54) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  5. Transpondereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenleiter (57) der Schleifenantenne (34) und die Antennenleiter (38) der Dipolantenne (37) über einen als gemeinsames Leiterteilstück ausgebildeten Verbindungsbereich (48) des Antennenleiters der Schleifenantenne und zumindest eines der Antennenleiter der Dipolantenne elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  6. Transpondereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolantenne (19) mit ihren Leitersträngen (21, 22) ein Antennenfeld (49) definiert und die Schleifenantenne (16) innerhalb des Antennenfeldes angeordnet ist.
  7. Transpondereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolantenne (28) mit ihren Leitersträngen (29, 30) ein Antennenfeld (58) definiert und die Schleifenantenne (46) außerhalb des Antennenfeldes angeordnet ist.
  8. Transpondereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenleiter (52) der Schleifenantenne (51) den Umfang eines Antennenfeldes (53) definiert und die Dipolantenne (54) innerhalb des Antennenfeldes angeordnet ist.
  9. Transpondereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenleiter (43, 44) der Dipolantenne (40) unterschiedliche Leiterstrukturen aufweisen.
  10. Transpondereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenleiter (57) der Dipolantenne (54) und der Antennenleiter (52) der Schleifenantenne (51) unterschiedliche Leiterstrukturen aufweisen.
  11. Transpondereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenantenne (51) einen auf die Oberfläche (18) des Substrats (11) aufgebrachten Drahtleiter als Antennenleiter (52) und die Dipolantenne (54) eine durch eine Metallisierung der Oberfläche des Substrats ausgebildete Leiterstruktur als Antennenleiter (57) aufweist.
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