DE102012109359A1

DE102012109359A1 - Booster-Antenne für eine Chip-Anordnung, Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung und Chip-Anordnung

Info

Publication number: DE102012109359A1
Application number: DE201210109359
Authority: DE
Inventors: Walther Pachler; Gerald Holweg; Günther Hofer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2014-04-03
Also published as: US20140158775A1; CN103715523B; FR2996333B1; FR2996333A1; CN103715523A; US9070979B2

Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Booster-Antenne (304) für eine Chip-Anordnung (300) bereitgestellt, wobei die Booster-Antenne (304) aufweisen kann: einen ersten elektrischen Schaltkreis (402), der einen ersten Resonanzkreis mit einer ersten Phasenresonanz bildet; und einen zweiten elektrischen Schaltkreis (404), der einen zweiten Resonanzkreis mit einer zweiten Betragsresonanz bildet; wobei der erste elektrische Schaltkreis (402) und der zweite elektrische Schaltkreis (404) miteinander gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Booster-Antenne für eine Chip-Anordnung, eine Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung, und eine Chip-Anordnung.
Bei einer herkömmlichen Chipkarte, welche beispielsweise im elektronischen Zahlungsverkehr weite Verbreitung findet, erfolgt die Kommunikation zwischen dem sich auf der Chipkarte befindlichen Chip und einem Lesegerät kontaktbasiert, d. h. über zur Außenseite der Chipkarte hin freiliegende Chipkartenkontakte.
Dazu ist jedoch die Chipkarte bei Gebrauch stets zu vereinzeln werden und in ein entsprechendes Lesegerät einzuführen, was ein Benutzer als störend empfinden kann. Eine Erweiterung, welche dieses Problem löst, bietet so genanntem Dual-Interface (Doppel-Schnittstelle) Chipkarten, bei welchen der Chip zusätzlich zu der üblichen kontaktbasierten Schnittstelle auch mittels einer kontaktlosen Schnittstelle kommunizieren kann. Die kontaktlose Schnittstelle auf der Chipkarte kann eine Chipkartenantenne aufweisen, welche in der Chipkarte enthalten ist und mit dem Chip verbunden ist. Die Chipkartenantenne und der Chip können gemeinsam auf einem Chipkartenmodul angeordnet sein, wobei dann eine solche miniaturisierte Form der Chipkartenantenne als eine Chipkartenmodulantenne bezeichnet werden kann. Die gemeinsame Anordnung der Spule und des Chips auf einem Chipkartenmodul wird auch als CoM (Coil on Module – Spule auf Modul) bezeichnet. Unabhängig von der Art der Chipkartenantenne ist zwischen dieser und dem Chipkartenmodul bzw. dem Chip eine galvanische Verbindung ausgebildet.
Bei einem elektronischen Zahlungssystem wird beispielsweise ein Funktionsabstand von bis zu 4 cm zwischen dem Chip und der Leseeinheit gefordert. Die Erfüllung dieser Sollvorgabe kann sich jedoch als problematisch herausstellen, da auf der kleinen Fläche, welche auf dem Chipkartenmodul zur Verfügung steht, unter Umständen keine genügend große Chipkartenmodulantenne angeordnet werden kann, so dass eine drahtlose Kommunikation in dem geforderten Abstand erfolgen kann. Um die Leistungsfähigkeit der kontaktlosen Kommunikation zu verbessern, kann zusätzlich eine so genannte Verstärker-Antenne (auch Booster-Antenne genannt) in eine Chipkarte eingebaut werden und mit dem Chipkartenmodul bzw. der auf dem Chipkartenmodul angeordneten Chipkartenmodulantenne induktiv gekoppelt werden. Ebenfalls kann eine solche Booster-Antenne mit dem CoM einer reinen Kontaktlos-Chipkarte zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der kontaktlosen Kommunikation induktiv gekoppelt werden. Die Booster-Antenne kann auf einer gesonderten Schicht bereitgestellt sein und in der Chipkarte enthalten sein. Die gesonderte Schicht, welche die Booster-Antenne enthält, kann bei der Chipkartenherstellung beispielsweise in diese einlaminiert werden oder sein. Im Wesentlichen wird durch die Booster-Antenne die mögliche Lese- bzw. Schreibdistanz zwischen einen Schreib- bzw. Lesegerät und dem Chipkartenmodul erhöht.
1 zeigt eine Kontaktlos-Chipkarte 100 mit einem Chipkartenkörper 102, einer darin integrierten (beispielsweise einlaminierten) Booster-Antenne 104 und einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung (beispielsweise auch bezeichnet als Coil-on-Module, CoM) 106, wobei die Booster-Antenne 104 teilweise die Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung 106 umgibt.
Die Booster-Antenne 104 wird von einer großen ringförmigen Leiterschleife 108 gebildet, wobei ein kleiner Teil der Leiterschleife zu einer kleinen Leiterschleife 110 ausgebildet ist, die die Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung 106, beispielsweise ein Coil-on-Module 106, welches innerhalb eines Randbereichs der großen Leiterschleife 108 angeordnet ist, teilweise umschließt.
2 zeigt ein zugehöriges (vereinfachte) Ersatzschaltbild 200, welches veranschaulicht, dass es sich bei der herkömmlichen Booster-Antenne 104 um einen einfachen Serienresonanzkreis 202 handelt. Dieser besteht aus einer Induktivität 204 der großen Leiterschleife 108 (L_groß), einer Kapazität 206 der großen Leiterschleife 108 (C_groß), einem ohmschen Widerstand 208 der großen Leiterschleife 108 (R_groß), und einer Induktivität 210 der kleinen Leiterschleife 110 (L_klein). Über die Induktivität 204 der großen Leiterschleife 108 (L_groß) findet eine erste induktive Kopplung (mit entsprechendem Kopplungsfaktor k) 212 zu einem Lesegerät (Reader) (in 2 nicht dargestellt) statt; Über die Induktivität 210 der kleinen Leiterschleife 110 (L_klein) findet eine zweite induktive Kopplung (k) 214 zu der Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung 106, beispielsweise einer On-Chip-Antenna (OCA) oder einem Chip-on-Module (CoM), statt.
Bei einer herkömmlichen Booster-Antenne handelt es sich üblicherweise um einen simplen Serienresonanzkreis. Hierbei wird eine große Leiterschleife zum induktiven Einkoppeln von Energie verwendet. Um einen Boostereffekt (Verstärkereffekt) zu erzielen, wird ein kleiner Teil dieser Leiterschleife zu einer weiteren, kleinen Leiterschleife ausgebildet, die ein CoM umschließt. Durch die geometrische Annäherung von der kleinen Leiterschleife und dem CoM wird eine gute Kopplung zwischen diesen Komponenten erzielt. Je näher und ähnlicher die kleine Leiterschleife der Booster-Antenne und die Antenne des CoM zueinander sind, desto besser ist deren Kopplungsfaktor.
Eine Booster-Antenne dieser Art ist jedoch kompliziert in der Herstellung und schwer zu verifizieren. Darüber hinaus spielen Parametrisierung der so genannte Last-Effekt (Loading-effect) eine große Rolle im Designprozess.
Das Beschreiben und Auslesen von sehr kleinen CoM's erfordert aber selbst bei Verwendung einer herkömmlichen Booster-Antenne hohe Feldstärken und/oder geringe Abstände zwischen den Schreib-/Lesegerät und dem Chipkartenmodul.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Booster-Antenne für eine Chip-Anordnung, beispielsweise eine Chipkarte bereitgestellt. Die Booster-Antenne kann aufweisen: einen ersten elektrischen Schaltkreis, der einen ersten Resonanzkreis mit einer Phasenresonanz bildet; und einen zweiten elektrischen Schaltkreis, der einen zweiten Resonanzkreis mit einer Phasenresonanz und/oder Betragsresonanz bildet; wobei der erste elektrische Schaltkreis und der zweite elektrische Schaltkreis miteinander gekoppelt sind.
Die Chip-Anordnung kann eine beliebige Anordnung sein, die einen Chip aufweist, beispielsweise eine tragbare Anordnung mit einem Chip. Die Booster-Antenne kann beispielsweise mit auf einem flexiblen Träger angeordnet sein, beispielsweise auf einem Textil-Träger, beispielsweise auf einem Pflaster (beispielsweise ein Heftpflaster).
Durch entsprechende Dimensionierung und Auslegung der einzelnen Komponenten des ersten elektrischen Schaltkreises und/oder des zweiten elektrischen Schaltkreises ergibt sich eine Vielzahl möglicher Anwendungsfälle. Sowohl der erste, als auch der zweite Resonanzkreis lassen sich durch entsprechende Dimensionierung der Schaltungskomponenten sehr einfach auf eine bestimmte Phasenresonanz oder Betragsresonanz einstellen. Durch den getrennten Aufbau wird zusätzlich die Parametrisierung und Verifikation der Booster-Antenne erheblich vereinfacht.
In einer Ausgestaltung können der erste elektrische Schaltkreis und der zweite elektrische Schaltkreis derart eingerichtet sein, dass die erste Phasenresonanz und die zweite Betragsresonanz identisch sind. Die jeweiligen Resonanzen der Schaltkreise können aber auch unterschiedlich bemessen sein.
Dadurch, dass der erste elektrische Schaltkreis und der zweite elektrische Schaltkreis miteinander gekoppelt sind, ist es beispielsweise möglich, den ersten elektrischen Schaltkreis von außen, beispielweise durch induktive oder kapazitive Kopplung, in Schwingung zu versetzen, wodurch der zweite elektrische Schaltkreis, bedingt durch die Kopplung zu dem ersten elektrischen Schaltkreis ebenfalls zu einer Schwingung angeregt werden kann.
So ist es beispielsweise möglich, die Bemessung und Dimensionierung der Komponenten der Schaltkreise so vorzunehmen, dass es möglich ist, mit einem äußeren, schwachen elektromagnetischen Feld den ersten Schwingkreis (anders ausgedrückt den ersten Resonanzkreis) in Schwingung zu versetzen, beispielsweise in Phasenresonanz oder Betragsresonanz zu versetzen. Letzteres hätte zur Folge, dass der Betrag der Impedanz des ersten Serienresonanzkreises minimal und der in dem ersten Resonanzkreis induzierte Strom maximal werden würde. Durch die Kopplung des ersten Schaltkreises mit dem zweiten Schaltkreis kann Letzterer ebenfalls angeregt werden. Wird der zweite Schwingkreis beispielsweiße als Parallelresonanzkreis ausgeführt, kommt es innerhalb des Kreises zu einer Stromerhöhung. Diese Ströme in den Zweigen des Parallelresonanzkreises können entsprechend der Güte des Kreises sehr viel größer als der Anregungsstrom sein.
Dadurch wird zusätzlich zum herkömmlichen geometrischen Boostereffekt auch noch eine elektromagnetische Eigenschaft ausgenutzt, die zu einem elektrischen Boostereffekt führt.
Verschiedene Ausführungsbeispiele ermöglichen durch den getrennten Aufbau zweier Resonanzkreise (beispielsweise ein Serienresonanzkreis und ein Parallelresonanzkreis), die beispielsweise dieselbe Phasenresonanz und/oder Betragsresonanz aufweisen, dass sich bei entsprechender Güte des Parallelresonanzkreises in weiterer Folge eine Strommaximierung ergibt, die zu einem verstärkten Magnetfeld einer Koppelstruktur beispielsweise zu einer Kontaktlos-Chip-Anordnung, beispielsweise zu einem Kontaktlos-Chipkartenmodul (Spule auf Modul, Coil on Module, CoM) und damit zu einer verbesserten Kommunikation führt.
In verschiedenen Ausgestaltungen kann zwischen einer zweiten Spule eines zweiten Schaltkreises eine induktive Kopplung zu einer Kontaktlos-Chip-Anordnung, beispielsweise zu einem Chipkartenmodul, beispielsweise einem CoM bestehen. Mit der oben beschriebenen Strommaximierung in dem zweiten Resonanzkreis kann in der Koppelstruktur zu einer Kontaktlos-Chip-Anordnung, beispielsweise zu einem Chipkartenmodul, beispielsweise einem CoM, das Magnetfeld proportional verstärkt und damit eine bessere Kommunikation ermöglicht werden.
In noch einer Ausgestaltung können der erste elektrische Schaltkreis und der zweite elektrische Schaltkreis derart eingerichtet sind, dass die erste Phasenresonanz (und/oder die erste Phasenresonanz) und/oder die zweite Phasenresonanz (und/oder die zweite Betragsresonanz) ungefähr 13,56 MHz betragen/beträgt.
In noch einer Ausgestaltung kann der zweite Resonanzkreis, ein Parallelresonanzkreis sein.
In verschiedenen Ausgestaltungen können der erste Resonanzkreis und der zweite Resonanzkreis zueinander seriell geschaltet sein, wobei der erste Resonanzkreis beispielsweise ein Serienschwingkreis und der zweite Resonanzkreis beispielsweise ein Parallelresonanzkreis ist. Beispielsweise können aber auch sowohl der erste Resonanzkreis als auch der zweite Resonanzkreis ein Serienschwingkreis oder ein Parallelschwingkreis sein.
In noch einer Ausgestaltung der zweite elektrische Schaltkreis eine induktive Koppelstruktur aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann der erste elektrische Schaltkreis eine Serienschaltung einer ersten Induktivität, einer ersten Kapazität und eines ersten ohmschen Widerstandes aufweisen oder aus einer solchen bestehen.
In noch einer Ausgestaltung kann der zweite elektrische Schaltkreis eine Parallelschaltung einer zweiten Kapazität, und einer Serienschaltung aufweisen oder aus einer solchen bestehen, wobei die Serienschaltung einen zweiten ohmschen Widerstand und eine zweite Induktivität aufweisen kann oder aus diesen bestehen kann.
In noch einer Ausgestaltung kann die Serienschaltung der ersten Induktivität, des ersten ohmschen Widerstandes und der ersten Kapazität zu der zweiten Kapazität seriell geschaltet sein.
In noch einer Ausgestaltung können der erste Resonanzkreis und der zweite Resonanzkreis so eingerichtet sein, dass ein erster Strom in dem ersten Resonanzkreis in dem zweiten Resonanzkreis bezüglich des ersten Stroms einen erhöhten zweiten Strom bewirkt.
In noch einer Ausgestaltung kann der erste ohmsche Widerstand von dem ohmschen Widerstand der ersten Induktivität gebildet werden.
In noch einer Ausgestaltung kann der zweite ohmsche Widerstand von dem ohmschen Widerstand der zweiten Induktivität gebildet werden.
In noch einer Ausgestaltung kann die erste Induktivität als Leiterschleife eingerichtet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Induktivität als Leiterschleife eingerichtet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die erste Induktivität als Spule eingerichtet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Induktivität als Spule eingerichtet sein.
In nach einer Ausgestaltung kann die erste Kapazität als Plattenkondensator eingerichtet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Kapazität als Plattenkondensator eingerichtet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann der Plattenkondensator von zwei zueinander parallel verlaufenden Leiterbahnen gebildet werden.
In nach einer Ausgestaltung können die zueinander parallel verlaufenden Leiterbahnen zu einer ebenen Spirale geformt sein.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Kontaktlos-Chip-Anordnung, beispielsweise eine Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung bereitgestellt, die eine Booster-Antenne aufweisen kann, wie sie oben beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird. Ferner kann die Kontaktlos-Chip-Anordnung, beispielsweise die Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung ein Kontaktlos-Chipmodul, beispielsweise ein Kontaktlos-Chipkartenmodul aufweisen. Das Kontaktlos-Chipmodul, beispielsweise das Kontaktlos-Chipkartenmodul, kann aufweisen einen Chip; und eine Spule, die mit dem Chip elektrisch gekoppelt ist; wobei die Booster-Antenne mit der Spule des Kontaktlos-Chipmoduls, beispielsweise des Kontaktlos-Chipkartenmoduls induktiv gekoppelt ist mittels mindestens eines induktiven Kopplungsbereichs der Booster-Antenne.
Der Chip kann eine beliebige elektronische Schaltung aufweisen, aufweisend Logik- und/oder Speicherkomponenten.
In einer Ausgestaltung bildet zumindest ein Teil der zweiten elektrischen Schaltung der Booster-Antenne einen induktiven Kopplungsbereich zur Kopplung mit einer Antenne eines Chipmoduls, beispielsweise eines Chipkartenmoduls. Der induktive Kopplungsbereich kann beispielsweise durch die Ausformung einer Leiterschleife oder einer Spule erfolgen. Beispielsweise kann die Form der Leiterschleife oder der Spule des induktiven Kopplungsbereichs der Booster-Antenne der Form der Antenne des Kontaktlos-Chipmoduls, beispielsweise des Kontaktlos-Chipkartenmoduls, entsprechen oder ihr angenähert sein. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass auch die Dimensionen, anders ausgedrückt die Größenabmessungen der Leiterschleife oder der Spule des induktiven Kopplungsbereichs der Booster-Antenne der Form der Antenne des Kontaktlos-Chipmoduls, beispielsweise des Kontaktlos-Chipkartenmoduls, entsprechen oder ihr zumindest angenähert sind. Eine Verbesserung der Kopplung zwischen Booster-Antenne und Kontaktlos-Chipmodul, beispielsweise Kontaktlos-Chipkartenmodul, kann zudem erreicht werden, wenn die Leiterschleife oder die Spule des induktiven Kopplungsbereiches der Booster-Antenne die Antenne des Kontaktlos-Chipmoduls, beispielsweise des Kontaktlos-Chipkartenmoduls, eng umschließt oder deckungsgleich über oder unterhalb von ihr angeordnet ist, so dass ein von der Spule oder der Leiterschleife erzeugtes Magnetfeld die Spule des Kontaktlos-Chipmoduls, beispielsweise des Kontaktlos-Chipkartenmoduls möglichst gut durchsetzt.
In einer Ausgestaltung kann die Booster-Antenne mindestens einen weiteren Kopplungsbereich aufweisen zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät.
In noch einer Ausgestaltung kann das Kontaktlos-Chipmodul, beispielsweise Kontaktlos-Chipkartenmodul, ein Modul mit integrierter Spule (Spule-auf-Modul, Coil-On-Module (CoM)) oder ein Modul mit integrierter Antenne (Auf-dem-Chip-Antenne, On-Chip Antenna (OCA)) sein.
In noch einer Ausgestaltung kann das Kontaktlos-Chipmodul mit integrierter Spule (Spule-auf-Modul, Coil-On-Module (CoM)) oder ein Modul mit integrierter Antenne (Auf-dem-Chip-Antenne, On-Chip Antenna (OCA)) einen vorgebbaren, beispielsweise vordefinierten, bestimmten Abstand zum Koppelelement der Boosterantenne aufweisen.
In nach einer Ausgestaltung kann sich das Kontaktlos-Chipmodul mit integrierter Spule (Spule-auf-Modul, Coil-On-Module (CoM)) oder ein Modul mit integrierter Antenne (Auf-dem-Chip-Antenne, On-Chip Antenna (OCA)) in einer anderen Materie befinden. (beispielsweiße in einen Muskel oder im Körper implantiert sein).
In noch einer Ausgestaltung kann der erste elektrische Schaltkreis einen Kopplungsbereich zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät bilden.
In noch einer Ausgestaltung kann der induktive Kopplungsbereich Teil des zweiten elektrischen Schaltkreises sein; wobei der induktive Kopplungsbereich im Wesentlichen deckungsgleich zu dem Kontaktlos-Chipmodul, beispielsweise dem Kontaktlos-Chipkartenmodul angeordnet sein kann.
In noch einer Ausgestaltung kann der induktive Kopplungsbereich von einer Leiterschleife gebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann der induktive Kopplungsbereich von einer Spule gebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann der Kopplungsbereich zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät von einer Leiterschleife gebildet sein.
Die Größe der Leiterschleife bzw. der Spule kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen durch die äußeren Abmessungen eines Trägersubstrates, also beispielsweise der Chip-Anordnung, beispielsweise der Chipkarte, selbst, begrenzt werden. Um eine möglichst große vom elektromagnetischen Wechselfeld durchsetzte Fläche zu erhalten, kann die Form der Leiterschleife bzw. Spule der Form des Substrates bzw. der Chip-Anordnung, beispielsweise der Chipkarte angeglichen werden. Ferner können hinsichtlich der Ausgestaltung der Form und Größe der Leiterschleife bzw. Spule Normen wie beispielsweise ISO 7816 berücksichtig werden, die Bereiche definieren, die für die Beschriftungen Einprägungen oder ähnlichem auf den Karten von elektrischen Komponenten wie Leiterbahnen freizuhalten sind.
In noch einer Ausgestaltung kann der Kopplungsbereich zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät von einer Spule gebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die Wicklungsrichtung der Spulen gleichsinnig sein.
In nach einer Ausgestaltung kann der Kopplungsbereich zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät von einem Dipol gebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann der induktive Kopplungsbereich der Booster-Antenne zum Koppeln mit einem Chip vollständig innerhalb des weiteren Kopplungsbereichs zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät angeordnet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann der induktive Kopplungsbereich der Booster-Antenne zum Koppeln mit einem Chip vollständig außerhalb des weiteren Kopplungsbereichs zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät angeordnet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann das Kontaktlos-Chipmodul, beispielsweise das Kontaktlos-Chipkartenmodul, ferner Chip-Anordnung-Kontakte, beispielsweise Chipkartenkontakte, aufweisen, welche eingerichtet sind, eine kontaktbasierte Chip-Anordnung-Schnittstelle, beispielsweise Chipkartenschnittstelle, bereitzustellen.
Somit kann in nach einer Ausgestaltung die Kontaktlos-Chip-Anordnung, beispielsweise Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung, als eine Dual-Interface-Kontaktlos-Chip-Anordnung, beispielsweise als eine Dual-Interface-Chipkartenmodul-Anordnung eingerichtet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Chip-Anordnung, beispielsweise eine Chipkarte bereitgestellt, die eine Kontaktlos-Chipmodul-Anordnung, beispielsweise eine Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung, aufweisen kann, wie sie oben beschrieben wurde oder wie sie im Folgenden noch beschrieben wird.
In noch einer Ausgestaltung kann der mindestens eine induktive Kopplungsbereich der Booster-Antenne in einem Eckbereich der Booster-Antenne angeordnet sein.
Durch entsprechend räumlich nahe Anordnung zueinander kann der Boostereffekt mit dem Boostereffekt gemäß verschiedenen Ausführungsformen kombiniert und somit die Lese- bzw. Schreibdistanz erheblich erhöht werden
Eine Folge kann sein, dass der stark erhöhte Strom durch die Induktivität des zweiten Resonanzkreises lokal, also im Bereich der Induktivität des zweiten Resonanzkreises, ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldstärke weitaus höher ist, als die der Sende- bzw. Empfangseinrichtung in den übrigen Bereichen der Booster-Antenne. Über dieses Magnetfeld erfolgt wiederum eine Kopplung zu einem Coil-on Module (CoM) oder zu einer On-Chip-Antenna (OCA).
Somit sind mit der Booster-Antenne gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen Datenübertragungen zwischen einem Chipmodul, beispielsweise einem Chipkartenmodul und einem Schreib-/Lesegerät über Distanzen möglich, bei denen aufgrund der Abschwächung des vom Schreib-/Lesegerät ausgesandten elektromagnetischen Wechselfeld und einer damit einhergegangen schlechten Kopplung bislang keine Datenübertrag möglich war.
Darüber hinaus können mit der Booster-Antenne gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen auch Chipmoule, beispielsweise Chipkartenmodule, beispielsweise CoM's und OCA's mit besonders kleinen Abmessungen, das heißt mit ebenfalls besonders kleiner Spule bzw. Antenne ausgelesen werden, da diese für eine ausreichende Kopplung bauartbedingt höhere Feldstärken benötigen.
Anschaulich kann es somit in verschiedenen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass sowohl der erste Resonanzkreis als auch der zweite Resonanzkreis dieselbe Resonanzfrequenz besitzen und beide miteinander gekoppelt sind. Das bedeutet, dass im Falle einer Anregung des ersten Resonanzkreises, beispielsweise durch einen Schreib-/Lesegerät, dieser den zweiten Resonanzkreis anregt.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann zusätzlich zu dem geometrischen Boostereffekt (große Spule auf kleine Spule) zusätzlich eine Strommaximierung der kleinen Koppelstruktur erzielt werden (anschaulich ein zusätzlicher Boostereffekt), wodurch sich in der Koppelstruktur das Magnetfeld verstärkt und eine bessere Kommunikation ermöglicht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Chipkarte mit einer herkömmlichen Booster-Antenne;
2 ein elektrisches Ersatzschaltbild der herkömmlichen Booster-Antenne;
3 eine Chipkarte mit einer Booster-Antenne gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4 eine Booster-Antenne gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
5 ein reales Ersatzschaltbild der Booster-Antenne gemäß 4;
6 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild der Booster-Antenne gemäß 4;
7A und 7B die zugehörigen Ortskurven sowie den Verlauf des Betrags (in einem Betragsdiagramm) des in 6 dargestellten Schaltkreises;
8 das Verhältnis der Ströme die im zweiten Schaltkreis fließen zum Strom der im ersten Schaltkreis induziert wird, bei einer entsprechenden Güte des zweiten Resonanzkreises (in einem Stromdiagram);
9A bis 9O Booster-Antennen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
10 ein zusätzliches Einsatzgebiet einer Boosterantenne.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
3 zeigt eine Chipkarte 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass auch wenn verschiedene Ausführungsbeispiele anhand einer Chipkarte erläutert werden, alternative Ausführungsbeispiele auch in anderen Anwendungsbereichen vorgesehen sein können. So kann beispielsweise die Booster-Antenne auch auf einem anderen Träger angeordnet sein, beispielsweise einem flexiblen Träger, beispielsweise einem Textil-Träger (beispielsweise einem Pflaster, beispielsweise einem Heftpflaster). Das Chipmodul muss auch nicht unbedingt als ein Chipkartenmodul implementiert sein, sondern kann beispielsweise ein Chipmodul sein, dass beispielsweise unter die Haut eines Lebewesens implantiert sein kann.
Die Chipkarte 300 weist einen Chipkartenkörper 302 auf sowie eine Booster-Antenne 304 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wie sie im Folgenden noch näher erläutert werden. Ferner weist die Chipkarte 300 ein Kontaktlos-Chipkartenmodul 306 auf, beispielsweise eine On-Chip-Antenna (OCA) oder ein Chip-on-Module (CoM).
Das Kontaktlos-Chipkartenmodul 306 kann einen Chip sowie eine Spule aufweisen, die mit dem Chip elektrisch gekoppelt ist, beispielsweise mittels einer Leiterbahn. Die Booster-Antenne 304 kann mit der Spule des Kontaktlos-Chipkartenmoduls 306 (auch bezeichnet als Kontaktlos-Chipkartenmodul) induktiv gekoppelt sein mittels mindestens eines induktiven Kopplungsbereichs der Booster-Antenne 304, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Ferner kann die Booster-Antenne 304 mindestens einen weiteren Kopplungsbereich aufweisen zum induktiven Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät.
Die Chipkarte 300 und damit auch die Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung als eine reine kontaktlose Chipkartenmodul-Anordnung eingerichtet sein. Alternativ kann die Chipkarte 300 und damit auch die Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung zusätzlich eine kontaktbasierte Chipkartenschnittstelle, beispielsweise in Form von Chipkartenkontakten (beispielsweise gemäß ISO 7816), aufweisen und somit als eine Dual-Interface-Chipkartenmodul-Anordnung eingerichtet sein.
Die Booster-Antenne 304 kann einen ersten elektrischen Schaltkreis 308 aufweisen, der einen ersten Resonanzkreis mit einer ersten Phasenresonanz bildet sowie einen zweiten elektrischen Schaltkreis 310, der einen zweiten Resonanzkreis mit einer zweiten Betragsresonanz bildet. Der erste elektrische Schaltkreis 308 und der zweite elektrische Schaltkreis 310 sind miteinander, beispielsweise elektrisch, gekoppelt.
4 zeigt die Booster-Antenne 304, 400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Gemäß diesen Ausführungsbeispielen weist der erste elektrische Schaltkreis 308
Die Booster-Antenne 400 weist im Wesentlichen zwei Leiterschleifen 402, 404 auf, eine große Leiterschleife 402 und eine kleine Leiterschleife 404. Die kleine Leiterschleife 404 umschließt das CoM 306 bzw. OCA 306. Die große Leiterschleife 402 ist mit ihren Enden mit den Enden der kleinen Leiterschleife 404 elektrisch leitend verbunden und umschließt teilweise die kleine Leiterschleife 404. Zu den Enden beider Leiterschleifen 402, 404 ist ein zweiter Kondensator 406, der Teil des zweiten elektrischen Schaltkreises 310 ist, parallel geschaltet. Ferner weist die große Leiterschleife 402 in ihrem linken Bereich einen in Serie geschalteten ersten Kondensator 408 auf.
Somit weist die Booster-Antenne 400 einen getrennten Aufbau zweier Resonanzkreise (einen Serienresonanzkreis (gebildet von dem ersten elektrischen Schaltkreis 308) und einen Parallelresonanzkreis (gebildet von dem zweiten elektrischen Schaltkreis 310)) auf, welche dieselbe Phasenresonanz und Betragsresonanz aufweisen können. Wird der zweite Schwingkreis beispielsweiße als Parallelresonanzkreis ausgeführt, kommt es innerhalb des Kreises zu einer Stromerhöhung. Diese Ströme in den Zweigen des Parallelresonanzkreises können entsprechend der Güte des Kreises sehr viel größer als der Eingangsstrom sein. Einfach ausgedrückt versorgt der Serienresonanzkreis (auch bezeichnet als Serienschwingkreis), in dem der Strom induziert wird, den Parallelresonanzkreis (auch bezeichnet als Parallelschwingkreis), in dem es dann zu einer erneuten Stromüberhöhung kommt. Diese Stromüberhöhung kann proportional zu der Güte des jeweiligen Parallelschwingkreises sein.
5 zeigt ein reales Ersatzschaltbild 500 der Booster-Antenne 400 gemäß 4.
Weiterhin ist in 5 eine Schreib-/Lesevorrichtung 502 dargestellt, die induktiv mit der Chipkarte 300 gekoppelt ist (mittels einer ersten induktiven Kopplung 520) und damit mittels der Booster-Antenne 304, 400, wiederum induktiv, mit dem Kontaktlos-Chipkartenmodul 306 (mittels einer zweiten induktiven Kopplung 522) gekoppelt ist.
Das reale Ersatzschaltbild 500 der Booster-Antenne 400 gemäß 4 weist eine (auf der Kopplungsseite zu der Schreib-/Lesevorrichtung 502) eine erste Induktivität (L_groß) 504, einen ersten Kondensator (C_groß) 506, einen ersten ohmschen Widerstand (R_groß) 508 und eine (vernachlässigbare) erste parasitäre Kapazität (C_{groß_para}) 510 der großen Leiterschleife auf, sowie eine zweite Induktivität (L_klein) 512, einen zweiten Kondensator (C_klein) 514, einen zweiten ohmschen Widerstand (R_klein) 516 und eine (vernachlässigbare) zweite parasitäre Kapazität (C_{klein_para}) 518 der kleinen Leiterschleife auf.
Durch vernachlässigen der parasitären Anteile erhält man das in 6 gezeigte, vereinfachte Ersatzschaltbild 600.
Das vereinfachte Ersatzschaltbild 600 weist nur noch die erste Induktivität (L_groß) 504, den ersten Kondensator (C_groß) 506, den ersten ohmschen Widerstand (R_groß) 508 der großen Leiterschleife auf, sowie die zweite Induktivität (L_klein) 512, den zweiten Kondensator (C_klein) 514, und den zweiten ohmschen Widerstand (R_klein) 516 der kleinen Leiterschleife auf.
Wie dem vereinfachten Ersatzschaltbild 600 zu entnehmen ist, bilden die Komponenten der großen Leiterschleife einen Serienresonanzkreis (anders ausgedrückt den ersten elektrischen Schaltkreis 402) und die die Komponenten der kleinen Leiterschleife einen Parallelresonanzkreis (anders ausgedrückt den zweiten elektrischen Schaltkreis 404); der Serienresonanzkreis 402 ist dabei zu der Kapazität des Parallelresonanzkreises 404 seriell geschaltet. Über die erste Induktivität 504 der großen Leiterschleife erfolgt die erste induktive Kopplung (k) 520 zu dem Schreib- und/oder Lesegerät (Reader) 502; über die zweite Induktivität 512 der kleinen Leiterschleife erfolgt die Kopplung zu dem CoM bzw. der OCA, allgemein dem Kontaktlos-Chipkartenmodul 306.
Die Phasenresonanzen der Schwingkreise 402, 404 können mit folgenden Formeln ermittelt:
Im vorliegenden Fall können die beiden Resonanzkreise 402, 404 derart dimensioniert sein, dass die Phasenresonanz für den Serienresonanzkreis 402 und die Betragsresonanz für den Parallelresonanzkreis 404 13,56 MHz beträgt.
7A und 7B zeigen die zugehörigen Ortskurven in einem Ortskurvendiagramm 700, sowie den Verlauf des Betrags (in einem Betragsdiagramm 701) mit unterschiedlichen Güten des zweiten Schwingkreises. Es ist zu erkennen, dass ab einer bestimmten Güte des zweiten Schwingkreises bis zu 3 Phasenresonanzen (erste Phasenresonanz 701, zweite Phasenresonanz 702 und dritte Phasenresonanz 703) des Gesamtsystems möglich sind. Dies ist auch mittels Extremstellen zweier Höcker 704 und 705 in einem Betragsdiagramm 706 veranschaulicht.
Es ist dargestellt, dass in dem zweiten Resonanzfall (erste Phasenresonanz 703 und zugehöriges Betragsminimum 705) die Impedanz nur noch den Realteil aufweist. Diese Punkte entsprechen der Betriebsfrequenz der Boosterantenne. Würde die Güte des ersten Serienschwingkreises verändert werden, verschieben sich die in dem Ortskurvendiagramm 700 dargestellten Kurven entlang der x-Achse.
8 zeigt ein Stromdiagramm 800. Hier wird das Verhältnis der Ströme 801 die im zweiten Schaltkreis fließen (IL und IC), zum Strom der im ersten Schaltkreis induziert wird, bei einer entsprechenden Güte des zweiten Resonanzkreises dargestellt.
In 8 ist verdeutlicht, dass der Strom in der Koppelstruktur der kleinen Induktivität (zweiter Schaltkreis 404) im Vergleich zu dem Strom in der großen Induktivität (erster Schaltkreis 402) deutlich erhöht ist. Der stark erhöhte Strom in der kleinen Leiterschleife ruft in weiterer Folge ein verstärktes Magnetfeld hervor, wodurch die Kopplung zu dem Kontaktlos-Chipkartenmodul 306 signifikant verbessert wird.
Je höher die Güte des zweiten Schwingkreises ist, desto weniger sind die Strommaxima 802 gegenüber der Betriebsfrequenz verschoben. Das Verhältnis von Stromüberhöhung 802 und dem Eingangsstrom entspricht in etwa der Güte des zweiten Resonanzkreises.
9A bis 9O zeigen Booster-Antennen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
9A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung, bei der die erste Induktivität des ersten Kopplungsbereichs des ersten Schaltkreises 402 und die zweite Induktivität des zweiten Kopplungsbereichs des zweiten Schaltkreises 404 der Booster-Antenne 900 jeweils als eine Leiterschleife 902, 904 (eine erste, große Leiterschleife 902 sowie eine zweite, kleine Leiterschleife 904) ausgeführt sind, wobei die zweite Leiterschleife 904 des zweiten Kopplungsbereiches exzentrisch innerhalb der ersten Leiterschleife 902 angeordnet ist. Die erste Leiterschleife 902 ist in ihrem linken Bereich unterbrochen, wobei die Enden der ersten Leiterschleife 902 an der Unterbrechungsstelle T-förmig ausgeformt sind und damit einen Plattenkondensator, nämlich den ersten Kondensator 408, bilden. Die Enden der Leiterschleifen 902, 904 im rechten Bereich der Booster-Antenne 900 sind über parallel zueinander verlaufende Leitungen, die sich über die erste Leiterschleife 902 hinaus erstrecken, miteinander elektrisch leitend verbunden; die parallel verlaufenden Leitungen bilden wiederum einen Plattenkondensator, nämlich den zweiten Kondensator 406. Die Kapazität dieses zweiten Kondensators 406 ist die Kapazität des Parallelresonanzkreises.
9B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit einer Booster-Antenne 906; diese unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Booster-Antenne gemäß 9A im Wesentlichen dadurch, dass das Chipkartenmodul 306 und beide Leiterschleifen 902, 904 konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Enden der Leiterschleifen 902, 904 sind auch hier wieder über parallel zueinander verlaufende Leitungen miteinander verbunden, diese erstrecken sich jedoch nur innerhalb der ersten Leiterschleife 902, und nicht wie im zuvor beschriebenen Beispiel über die erste Leiterschleife 902 hinaus. Aber auch hier bilden die parallel verlaufenden Leitungen einen Plattenkondensator, nämlich den zweiten Kondensator 406.
9C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit einer anderen Booster-Antenne 908; diese unterscheidet sich von der in 9A beschriebenen Booster-Antenne 900 im Wesentlichen dadurch, dass das Chipkartenmodul 306 und die dieses umgebende zweite Leiterschleife 904 weiter nach außen, anders ausgedrückt näher an den inneren Rand der ersten Leiterschleife 902 angeordnet sind. Die Enden der ersten Leiterschleife 902 und der zweiten Leiterschleife 904 sind daher direkt miteinander verbunden. Zusätzlich erstrecken sich noch zwei parallel zueinander verlaufende Leitungen (im Folgenden auch als Stichleitungen bezeichnet), die gemeinsam einen Kondensator bilden, über die zweite Leiterschleife 904 hinaus, wobei eine Stichleitung mit einem ersten Ende 910 der ersten Leiterschleife 902 und der zweiten Leiterschleife 904 verbunden ist und die zweite Stichleitung mit einem zweiten Ende 912 der ersten Leiterschleife 902 und der zweiten Leiterschleife 904 verbunden ist.
9D zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 914; diese unterscheidet sich von der in 9A beschriebenen Booster-Antenne 900 im Wesentlichen dadurch, dass die erste Leiterschleife 902 unterbrechungsfrei ist, und dass der erste Kondensator 408, der in den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen die erste Leiterschleife 902 unterbrach, an den Beginn bzw. das Ende der ersten Leiterschleife 902 verlegt ist. Das erste Ende 910 der ersten Leiterschleife 902 ist T-förmig ausgebildet und das zweite Ende der ersten Leiterschleife 902 ist mittels einer geraden Leitung direkt mit dem zweiten Ende 912 der zweiten Leiterschleife 904 verbunden. Das zweite Ende 912 der zweiten Leiterschleife 904 ist mit einer zu der Leitung, die die zweiten Enden der Leiterschleifen 902, 904 miteinander verbindet, parallel verlaufenden Stichleitung verbunden. Die Stichleitung verläuft über die erste Leiterschleife 902 hinaus und endet am rechten Ende der T-förmigen Ausbildung des ersten Endes 912 der ersten Leiterschleife 902. Die Stichleitung bildet zum Einen mit der die zweiten Leiterenden verbindenden Leitung, als auch mit dem T-förmigen Ende der ersten Leiterschleife 902 einen Plattenkondensator, nämlich den ersten Kondensator 408.
9E zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 916; diese unterscheidet sich von der in 9A beschriebenen Booster-Antenne 900 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der zweiten Leiterschleife 904 eine Spule 918 mit mehreren, beispielsweise drei (alternativ zwei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr) Windungen vorgesehen ist.
9F zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 920; diese unterscheidet sich von der in 9B beschriebenen Booster-Antenne 906 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der zweiten Leiterschleife 904 eine Spule 918 mit mehreren, beispielsweise drei (alternativ zwei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr) Windungen vorgesehen ist.
9G zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 922; diese unterscheidet sich von der in 9C beschriebenen Booster-Antenne 908 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der zweiten Leiterschleife 904 eine Spule 918 mit mehreren, beispielsweise drei (alternativ zwei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr) Windungen vorgesehen ist.
9H zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 924; diese unterscheidet sich von der in 9D beschriebenen Booster-Antenne 914 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der zweiten Leiterschleife 904 eine Spule 918 mit mehreren, beispielsweise drei (alternativ zwei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr) Windungen vorgesehen ist.
9I zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 926; diese unterscheidet sich von der in 9B beschriebenen Booster-Antenne 906 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der ersten Leiterschleife 902 eine Spule 928 mit mehreren, beispielsweise drei (alternativ zwei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr) Windungen vorgesehen ist. Auf der linken Seite der Booster-Antenne 926 ist die am weitesten innenliegende Windung der Spule 928 unterbrochen.
An der Unterbrechungsstelle sind zwei in Richtung Spulenmittelpunkt parallel zueinander verlaufende Leitungen angeordnet, die einen Plattenkondensator bilden, nämlich den ersten Kondensator 408.
9J zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 930; diese unterscheidet sich von der in 9D beschriebenen Booster-Antenne 906 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der ersten Leiterschleife 902 eine Spule 928 mit mehreren, beispielsweise drei (alternativ zwei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr) Windungen vorgesehen ist. Zudem ist das erste Ende 910 der Spule 928 nicht T-förmig ausgebildet, sondern mit einer in Richtung Mittelpunkt der Spule 928 verlaufenden Stichleitung verbunden, die parallel zur Stichleitung verläuft, die sich von dem ersten Ende 910 der zweiten Leiterschleife 904 radial in Richtung mittlere Windung der Spule 928 erstreckt. Die von dem ersten Ende 910 der Spule 928 in Richtung Spulenmittelpunkt verlaufende Stichleitung verläuft auf ihrer gesamten Erstreckung parallel zur Stichleitung, die von dem ersten Ende 910 der zweiten Leiterschleife 904 radial Richtung mittlere Windung der Spule 928 verläuft.
9K zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 932; diese unterscheidet sich von der in 9J beschriebenen Booster-Antenne 906 im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der zweiten Leiterschleife 904 ebenfalls eine weitere Spule 934 mit mehreren, beispielsweise drei (alternativ zwei, vier, fünf, sechs, sieben oder mehr) Windungen vorgesehen ist.
9L zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 936; diese unterscheidet sich von der in 9B beschriebenen Booster-Antenne dadurch, dass das erste Ende 910 der ersten Leiterschleife 902 mit dem zweiten Ende 938 der zweiten Leiterschleife 904 und das zweite Ende 912 der ersten Leiterschleife 902 mit dem ersten Ende 940 der zweiten Leiterschleife 904 verbunden ist. Dies hat den Effekt, dass die Ströme in den Leiterschleifen zueinander gleichgerichtet sind und folglich auch die die Leiterschleifen 902, 904 durchsetzenden Magnetfelder zueinander gleichgerichtet sind. Die die Enden 910, 912, 938, 940 der Leiterschleifen 902, 904 verbindenden Leitungen verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander und bilden in diesem Bereich einen Plattenkondensator. Im Bereich der Enden 910, 912 der ersten Leiterschleife 902 kreuzen sich die die Leiterschleifenenden verbindenden Leitungen.
9M zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit einer Booster-Antenne 906; diese unterscheidet sich von der beschriebenen Booster-Antenne gemäß 9A im Wesentlichen durch die Darstellung aller Komponenten. Anders als in 9A sind die beiden Leiterschleifen 902 und 904 in dieser Darstellungsform rechteckig ausgeführt. Die Boosterantenne wird hier mit Leiterbahnen in zwei unterschiedlichen Ebenen (blau und grau) gebildet. Die zwei Ebenen übereinander bilden an den stellen 408 und 406 wieder die zuvor beschriebenen Plattenkondensatoren. Die Verbindung bzw. Vias der zwei Leiterbahnenebenen miteinander sind mittels schwarzer Quadrate 940 dargestellt.
9O zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung mit noch einer anderen Booster-Antenne 936; diese unterscheidet sich von der in 9M beschriebenen Booster-Antenne dadurch, dass die zwei Leiterbahnen der Leiterschleifen 902 und 904, wie in 9L beschrieben, ausgekreuzt sind. Dies hat den Effekt, dass die Ströme in den Leiterschleifen zueinander gleichgerichtet sind und folglich auch die die Leiterschleifen 902, 904 durchsetzenden Magnetfelder zueinander gleichgerichtet sind.
Wie oben beschrieben wurde, können allgemein der erste elektrische Schaltkreis 402 und der zweite elektrische Schaltkreis 404 derart eingerichtet sind, dass die erste Phasenresonanz (d. h. die Phasenresonanz des ersten elektrischen Schaltkreises 402) und die zweite Betragsresonanz (d. h. die Betragsresonanz des zweiten elektrischen Schaltkreises 404) identisch sind. Der erste elektrische Schaltkreis 400 und der zweite elektrische Schaltkreis 404 können derart eingerichtet sein (anders ausgedrückt derart dimensioniert sein), dass die erste Phasenresonanz und/oder die zweite Betragsresonanz ungefähr 13,56 MHz betragen/beträgt.
Die Booster-Antenne gemäß verschiedenen Ausgestaltungen kann derart eingerichtet und dimensioniert sein, dass die Chipkarte in dem HF-Frequenzbereich oder in dem UHF-Frequenzbereich betrieben werden kann.
10 zeigt ein weiteres Einsatzgebiet von Boosterantennen. 10 veranschaulicht, dass sich das CoM (Coil on Module) oder OCA (On-Chip-Antenna) 306 nicht zwangsläufig in unmittelbarer Nähe des Koppelelements 404 befinden muss. Wird die Boosterantenne 400 auf ein Objekt 1003 platziert, so kann mit dem CoM (Coil on Module) oder OCA (On-Chip-Antenna) 306, vorausgesetzt das Objekt 1003 dämpft das magnetische Feld nicht vollständig, eine Kommunikation über das Magnetfeld 1002 aufgebaut werden. Somit kann eine Kommunikation mit einem Gerät, von dem ein schwaches Feld 1001 ausgeht, gewährleistet werden.
Das Modul 306 in 10 könnte auch als implantiertes Gerät ausgelegt werden, das beispielsweise mittels einer pflasterförmigen Boosterantenne 400 mit einem anderen Gerät kommuniziert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 7816 [0050]
ISO 7816 [0084]

Claims

Booster-Antenne (304) für eine Chip-Anordnung, insbesondere für eine Chipkarte (300), wobei die Booster-Antenne (304) aufweist: • einen ersten elektrischen Schaltkreis (402), der einen ersten Resonanzkreis mit einer ersten Phasenresonanz bildet; und • einen zweiten elektrischen Schaltkreis (404), der einen zweiten Resonanzkreis mit einer zweiten Betragsresonanz bildet; • wobei der erste elektrische Schaltkreis (402) und der zweite elektrische Schaltkreis (404) miteinander gekoppelt sind.
Booster-Antenne (304) gemäß Anspruch 1, wobei der erste elektrische Schaltkreis (402) und der zweite elektrische Schaltkreis (404) derart eingerichtet sind, dass die erste Phasenresonanz und die zweite Betragsresonanz identisch sind.
Booster-Antenne (304) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste elektrische Schaltkreis (402) und der zweite elektrische Schaltkreis (404) derart eingerichtet sind, dass die erste Phasenresonanz und/oder die zweite Betragsresonanz ungefähr 13,56 MHz betragen/beträgt.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite elektrische Schaltkreis (404) eine induktive Koppelstruktur aufweist.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste elektrische Schaltkreis (402) zu dem zweiten elektrischen Schaltkreis (404) seriell geschaltet ist.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Resonanzkreis und der zweite Resonanzkreis so eingerichtet sind, dass ein erster Strom in dem ersten Resonanzkreis in dem zweiten Resonanzkreis bezüglich des ersten Stroms einen erhöhten zweiten Strom bewirkt.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Resonanzkreis, ein Serienresonanzkreis ist.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zweite Resonanzkreis, ein Parallelresonanzkreis ist.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste elektrische Schaltkreis (402) eine Serienschaltung einer ersten Induktivität, einer ersten Kapazität und eines ersten ohmschen Widerstandes aufweist oder aus einer solchen besteht.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zweite elektrische Schaltkreis (404) eine Parallelschaltung einer zweiten Kapazität, und einer Serienschaltung aufweist oder aus einer solchen besteht, wobei die Serienschaltung einen zweiten ohmschen Widerstand und eine zweite Induktivität aufweist oder aus diesen besteht.
Booster-Antenne (304) gemäß Anspruch 9 und 10, wobei die Serienschaltung der ersten Induktivität, des ersten ohmschen Widerstandes und der ersten Kapazität zu der zweiten Kapazität parallel geschaltet ist.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der erste ohmsche Widerstand von dem ohmschen Widerstand der ersten Induktivität gebildet wird.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der zweite ohmsche Widerstand von dem ohmschen Widerstand der zweiten Induktivität gebildet wird.
Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend: • einen flexiblen Träger, insbesondere ein Pflaster; • wobei der erste elektrische Schaltkreis (402) und der zweite elektrische Schaltkreis (404) auf dem flexiblen Träger angeordnet ist.
Kontaktlos-Chip-Anordnung, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung, aufweisend: eine Booster-Antenne (304) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14; und ein Kontaktlos-Chipmodul, insbesondere ein Kontaktlos-Chipkartenmodul (306), das aufweist: • einen Chip; und • eine Spule, die mit dem Chip elektrisch gekoppelt ist; wobei die Booster-Antenne (304) mit der Spule des Kontaktlos-Chipmoduls, insbesondere des Kontaktlos-Chipkartenmoduls (306), induktiv gekoppelt ist mittels mindestens eines induktiven Kopplungsbereichs der Booster-Antenne (304).
Kontaktlos-Chip-Anordnung, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung gemäß Anspruch 15, wobei die Booster-Antenne (304) mindestens einen weiteren Kopplungsbereich aufweist zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät (502).
Kontaktlos-Chip-Anordnung, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung gemäß Anspruch 15, wobei der erste elektrische Schaltkreis (402) den weiteren Kopplungsbereich zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät (502) bildet.
Kontaktlos-Chip-Anordnung, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, • wobei der induktive Kopplungsbereich Teil des zweiten elektrischen Schaltkreises (404) ist; und • wobei der induktive Kopplungsbereich im Wesentlichen deckungsgleich zu dem Kontaktlos-Chipmodul, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul (306), angeordnet ist.
Kontaktlos-Chip-Anordnung, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der weitere Kopplungsbereich zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät (502) von einem Dipol gebildet ist.
Kontaktlos-Chip-Anordnung, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der induktive Kopplungsbereich der Booster-Antenne (304) zum Koppeln mit einem Chip vollständig innerhalb des weiteren Kopplungsbereichs zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät (502) angeordnet ist.
Kontaktlos-Chip-Anordnung, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der induktive Kopplungsbereich der Booster-Antenne (304) zum Koppeln mit einem Chip vollständig außerhalb des weiteren Kopplungsbereichs zum Koppeln mit einem Schreib- und/oder Lesegerät (502) angeordnet ist.
Kontaktlos-Chip-Anordnung, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei das Kontaktlos-Chipmodul, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul (306), ferner Chipkontakte, insbesondere Chipkartenkontakte aufweist, welche eingerichtet sind, eine kontaktbasierte Chip-Schnittstelle, insbesondere Chipkartenschnittstelle, bereitzustellen.
Kontaktlos-Chip-Anordnung, insbesondere Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, eingerichtet als eine Dual-Interface-Chipmodul-Anordnung, insbesondere als eine Dual-Interface-Chipkartenmodul-Anordnung.
Chip-Anordnung, insbesondere Chipkarte (300), aufweisend: eine Chipmodul-Anordnung, insbesondere eine Kontaktlos-Chipkartenmodul-Anordnung, gemäß einem der Ansprüche 15 bis 23.