DE102019105667A1

DE102019105667A1 - Booster-antenneneinrichtung

Info

Publication number: DE102019105667A1
Application number: DE102019105667.5A
Authority: DE
Inventors: Walther Pachler; Siegfried Hoffner; Stephan RAMPETZREITER; Franz Zollner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2020-09-10

Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Booster-Antenneneinrichtung beschrieben, aufweisend einen Träger mit einem inneren beschränkten Bereich gemäß ISO/IEC 14443-Standard für Klasse-1-Antennen und einem äußerem Bereich, der zwischen dem inneren beschränkten Bereich und einem Rand des Trägers liegt und einer Antennenstruktur, welche aus einer elektrisch leitfähigen Leitung mit zwei Leitungsenden (108, 109) gebildet ist, wobei die Antennenstruktur aufweist: Eine erste Induktivität, die mindestens eine Windung aufweist und die in dem äußerem Bereich angeordnet ist, eine einen Koppelbereich zu einer Coil-on-Module-Einrichtung definierende zweite Induktivität, die mindestens eine Windung aufweist und die im Wesentlichen in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist, und einen Kondensator, der teilweise in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist. Die beiden Leitungsenden der Leitung der Antennenstruktur sind innerhalb der mindestens einen Windung der ersten Induktivität angeordnet.

Description

Ausführungsbeispiele betreffen allgemein Booster-Antenneneinrichtungen.
Die Kommunikation zwischen Chipkarten, die beispielsweise für elektronische Zahlung verwendet werden, kann über eine kontaktbasierte Schnittstelle ausgeführt werden, d.h. mit Hilfe von exponierten Chipkartenkontakten. Dazu muss der Benutzer jedoch die Chipkarte in das Lesegerät einführen, was für den Benutzer lästig sein kann. Dies kann durch Einsatz von Chipkarten vermieden werden, die mittels einer kontaktlosen Schnittstelle zusätzlich oder alternativ zu der kontaktbasierten Schnittstelle mit einem Lesegerät kommunizieren können. Die kontaktlose Schnittstelle kann eine Chipkartenantenne enthalten, die in der Chipkarte enthalten ist und die mit einem Chip der Chipkarte verbunden ist. Der Chip und die Chipkartenantenne können beide auf einem Chipkartenmodul angeordnet sein. In diesem Fall kann die Chipkartenantenne als Chipkartenmodulantenne bezeichnet werden.
Bei elektronischen Zahlungssystemen ist es üblicherweise erforderlich, dass eine Kommunikation stattfinden kann, wenn der Abstand zwischen der Chipkarte und dem Lesegerät 4 cm (oder weniger) beträgt. Der Bereich, der auf dem Chipkartenmodul zur Verfügung steht, reicht möglicherweise nicht aus, um eine Chipkartenmodulantenne ausreichender Größe aufzunehmen, um eine Kommunikation in diesem Abstand zu gestatten. Zum Verbessern der Kommunikationsfähigkeiten kann eine als Booster-Antenne bezeichnete weitere Antenne enthalten sein. Die Booster-Antenne kann in einer separaten Schicht enthalten sein und kann in der Chipkarte enthalten sein.
Es ist wünschenswert, Chipkarten mit Booster-Antennen bereitzustellen, so dass Anforderungen gemäß der jeweiligen Industrienormen wie ISO/IEC 14443 erfüllt sind. Gleichzeitig sollen die breitgestellten Chipkarten kostengünstig in der Herstellung und robust sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Booster-Antenneneinrichtung bereitgestellt, aufweisend einen Träger mit einem inneren beschränkten Bereich gemäß ISO/IEC 14443-Standard für Klasse-1-Antennen und einem äußerem Bereich, der zwischen dem inneren beschränkten Bereich und einem Rand des Trägers liegt und einer Antennenstruktur, welche aus einer elektrisch leitfähigen Leitung mit zwei Leitungsenden gebildet ist, wobei die Antennenstruktur aufweist: Eine erste Induktivität, die mindestens eine Windung aufweist und die in dem äußeren Bereich angeordnet ist, eine einen Koppelbereich zu einer Coil-on-Module-Einrichtung definierende zweite Induktivität, die mindestens eine Windung aufweist und die im Wesentlichen in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist, und einen Kondensator, der teilweise in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist. Die beiden Leitungsenden der Leitung der Antennenstruktur sind innerhalb der mindestens einen Windung der ersten Induktivität angeordnet.
Die Figuren geben nicht die tatsächlichen Größenverhältnisse wieder sondern sollen dazu dienen, die Prinzipien der verschiedenen Ausführungsbeispiele zu illustrieren. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben.

1 zeigt eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
3 zeigt eine Kommunikationsanordnung mit einem Lesegerät und einer Chipkarte.
4 zeigt ein Ersatzschaltbild der Kommunikationsanordnung von 3.
5 zeigt eine Anordnung zum Herstellen einer Antennenstruktur mittels Drahteinbettung.
6 veranschaulicht die Erfordernisse für Klasse-1-Karten gemäß ISO/IEC-14443.
7 zeigt ein Beispiel einer Antennenstruktur zum Erfüllen der Erfordernisse einer Klasse-1-Karte gemäß ISO/IEC-14443.
8 zeigt eine Antennenstruktur gemäß einer Ausführungsform.
9 zeigt eine Antennenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Figuren, die Details und Ausführungsbeispiele zeigen. Diese Ausführungsbeispiele sind so detailliert beschrieben, dass der Fachmann die Erfindung ausführen kann. Andere Ausführungsformen sind auch möglich und die Ausführungsbeispiele können in struktureller, logischer und elektrischer Hinsicht geändert werden, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele schließen sich nicht notwendig gegenseitig aus sondern es können verschiedene Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, so dass neue Ausführungsformen entstehen. 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.
Zusammenfassend wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Booster-Antenneneinrichtung bereitgestellt, wie sie in 1 veranschaulicht ist.
1 zeigt eine Booster-Antenneneinrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform.
Die Booster-Antenneneinrichtung 100 weist einen Träger 101 mit einem inneren beschränkten Bereich 102 gemäß ISO/IEC 14443-Standard für Klasse-1-Antennen und einem äußerem Bereich 103, der zwischen dem inneren beschränkten Bereich und einem Rand 104 des Trägers liegt, auf.
Die Booster-Antenneneinrichtung 100 weist ferner eine Antennenstruktur auf, welche aus einer elektrisch leitfähigen Leitung mit zwei Leitungsenden 108, 109 gebildet ist, wobei die Antennenstruktur aufweist:

• eine erste Induktivität (z.B. Aufnahmeinduktivität) 105, die mindestens eine Windung aufweist und die in dem äußerem Bereich (beispielsweise in dem zulässigen Klasse-1-Bereich) angeordnet ist;
• eine einen Koppelbereich zu einer Coil-on-Module-Einrichtung definierende zweite Induktivität (z.B. Kopplungsinduktivität) 106, die mindestens eine Windung aufweist und die im Wesentlichen in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist;
• einen Kondensator 107, der teilweise in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist.

Das erste Leitungsende 108 und das zweite Leitungsende 109 der Leitung der Antennenstruktur sind innerhalb der mindestens einen Windung der ersten Induktivität 105 angeordnet.
In 1 ist gezeigt, dass der Kondensator 107 die zweite Induktivität 106 an zwei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs umgibt. Dies ist nicht erforderlich und gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Kondensator angrenzend an (nur) eine Seite der zweiten Induktivität angeordnet. Anschaulich kann der Kondensator nur eine Seite der zweiten Induktivität „streifen“, also in der Darstellung von 1 gerade neben der zweiten Induktivität 106 nach unten laufen, wie er es in der unteren Hälfte von 1 tut. Alternativ kann der Kondensator die zweite Induktivität an drei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs umgeben, wie es in 2 dargestellt ist.
2 zeigt eine Booster-Antenneneinrichtung 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Analog zu 1 weist die Booster-Antenneneinrichtung einen Träger 201 mit innerem beschränkten Bereich 202, äußerem Bereich 203 und Trägerrand 204, eine erste Induktivität 204, eine zweite Induktivität 205, einen Kondensator 207 und Leitungsenden 208, 209 auf. Der Kondensator 207 umgibt die zweite Induktivität 205 an drei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs.
3 zeigt eine Kommunikationsanordnung 300 mit einem Lesegerät 302 (auch als Leser oder Leseeinrichtung bezeichnet) und einer Chipkarte 301. Das Lesegerät enthält eine Antenne 304, die beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet ist, auf oder an dem die Chipkarte 301 platziert wird. Die Chipkarte 301 enthält ein Chipkartenmodul 306 und eine Booster-Antennenstruktur 308, 309. Das Chipkartenmodul 306 weist einen Chip (nicht gezeigt) und eine Chipkartenmodulantenne 307 auf. Das Chipkartenmodul 306 mit der Chipkartenmodulantenne 307 bildet eine Coil-on-Module-Einrichtung.
Die Chipkarte kann jeglichen Formfaktor haben. Beispielsweise kann sie eine kreditkartengroße Chipkarte sein. Sie kann aber auch ein kleineres Format haben und der Chip kann beispielsweise ein HF(Hochfrequenz)-Tag, z.B. ein RFID(Radio Frequency Identification)-Tag sein.
Die Booster-Antennenstruktur 308, 309 wirkt als Verstärker zwischen der Antenne 304 des Lesegeräts und der Chipkartenmodulantenne 307 des Chipkartenmoduls 306. Die Booster-Antennenstruktur 308, 309 weist eine große Windung 309 auf, die deutlich größer ist als die Windung der Chipkartenmodulantenne 307 und deshalb besser mit dem von der Antenne 304 des Lesegeräts 302 emittierten Magnetfeld koppeln kann. Die Booster-Antennenstruktur 308, 309 ist durch mindestens ein induktives Kopplungsgebiet 310 mit der Chipkartenmodulantenne des Chipkartenmoduls 306 gekoppelt.
Das induktive Kopplungsgebiet 310 (auch bezeichnet als Koppelbereich) ist durch eine Kopplungswicklung 308 der Booster-Antennenstruktur eingeschlossen, die das Chipkartenmodul 306 und somit die Chipkartenmodulantenne umgeben.
Die Booster-Antennenstruktur 308, 309 bildet einen seriellen Schwingkreis. Die Leitung (z.B. der Draht), der die Booster-Antennenstruktur 308, 309 bildet, kann außerdem derart angeordnet werden, dass er einen zusätzlichen seriellen Widerstand bildet, z.B. durch zusätzliche Mäanderstrukturen. Die Leitung kann auch derart angeordnet werden, dass Sie eine zusätzliche serielle Kapazität bildet.
4 zeigt ein Ersatzschaltbild 400 der Kommunikationsanordnung von 3.
Das Ersatzschaltbild 400 zeigt eine Leseeinrichtung 401 entsprechend der Leseeinrichtung 302, ein Chipkartenmodul 402 entsprechend dem Chipkartenmodul 306 und eine Antennenstruktur 403, die einer Seriellschaltung mit einer ersten Induktivität Ls₁ , einer Kapazität Cs, einer zweiten Induktivität Ls₂ und einem Widerstand Rs entspricht.
Die erste Induktivität Ls1 entspricht der großen Windung 309 aus 3. Sie dient zum Koppeln (mit Kopplungskoeffizient k₁ ) mit der Leseantenne (nicht gezeigt) des Lesers 401. Sie wird auch als Aufnahmewicklungsinduktivität (engl. pickup coil inductor) bezeichnet.
Die zweite Induktivität Ls₂ entspricht der Kopplungswicklung 308 aus 3. Sie dient zum Koppeln (mit Kopplungskoeffizient k₂ ) mit der Chipkartenmodulantenne (nicht gezeigt) des Chipkartenmoduls 402. Sie wird auch als Kopplungswicklungsinduktivität (engl. coupling coil inductor) bezeichnet.
Der Widerstand Rs symbolisiert den Widerstand der Leitung, die die Antennenstruktur bildet (z.B. eines Kupferdrahts). Wie oben erwähnt kann die Antennenstruktur Abschnitte (z.B. eine Mäanderstruktur) aufweisen, um den Widerstand zu erhöhen.
Die Kapazität Cs entspricht eines durch die Leitung gebildeten Kondensators, d.h. eines Kondensatorabschnitts der Antennenstruktur, in dem gewisse Abschnitte, beispielsweise Endabschnitte, der Leitung parallel geführt werden.
Die Antennenstruktur kann mittels verschiedener Technologien wie Drucken, Ätzen usw. realisiert werden. Die Drahteinbettungstechnologie (engl. wire embedding technology) ist eine der billigsten und effizientesten Lösungen für die Herstellung von Booster-Antennenstrukturen. Ihr größter Vorteil ist, dass für diese Technologie keine Kontaktstelle, Lötfläche oder sonstige Verbindung erforderlich ist.
5 zeigt eine Anordnung 500 zum Herstellen einer Antennenstruktur mittels Drahteinbettung.
Die Anordnung 500 dient zum Einbetten eines Drahts in ein Substrat 503, das auf einer Arbeitsfläche 504 angeordnet ist. Das Substrat 503 besteht beispielsweise aus einem Kunststoff wie PET (Polyethylenterephthalat) oder einem Polyimid.
Als Drahteinbettungsvorrichtung 501 wird ein Ultraschalldrahtführungswerkzeug, bekannt als Sonotrode, verwendet. Es weist einen Drahtzuführkanal (Kapillare) auf, der durch die Mitte des Drahtführungswerkzeugs verläuft. Das Leitungsmaterial 502 (Drahtmaterial) wird durch das Drahtführungswerkzeug 501 geführt, tritt aus der Spitze aus, und durch Anlegen von Druck und Ultraschallenergie wird der Draht 502 in das Substrat 503 getrieben, was zu einer lokalen Erwärmung des Drahts 502 und einem anschließenden Einsinken des Drahts in das Substrat 503 während der Bewegung des Drahtführungswerkzeugs 501 führt.
Bei der Herstellung von Antennenstrukturen durch Einbetten muss typischerweise berücksichtigt werden, dass die Fertigungstoleranz des Einbettgeräts (z.B. der Sonotrode) begrenzt ist. Der Einbettungsprozess soll typischerweise schnell und effizient sein und Spulenunterführungen (allgemein Drahtunterführungen) sollen dazu minimiert werden. Zur Optimierung der Einbettungsgeschwindigkeit sollen typischerweise so wenig Kurven wie möglich erzeugt werden.
Außerdem ist es wünschenswert, dass die Leitungsenden, also der Anfangs- und Endpunkt des eingebetteten Drahts in der Mitte der Karte angeordnet sind. Ansonsten sind sie am Rand der Karte zu sehen, was auch die mechanische Robustheit der Karte verringern kann, da Delaminierung auftreten kann.
Es ist jedoch nicht möglich, den Draht beliebig auf einer Chipkarte anzuordnen, da Chipkarten typischerweise bestimmten Normen genügen müssen. Für Klasse-1 (Class 1)-Chipkarten gemäß dem ISO/IEC 14443-Standard ist die Nutzung des Bereichs im Mitte der Karte für die Antennenstruktur stark eingeschränkt.
6 veranschaulicht die Erfordernisse für Klasse-1-Karten gemäß ISO/IEC-14443.
Die Antenne einer Klasse-1-PICC (Proximity Integrated Circuit Card) muss sich in einem durch ein erstes Rechteck 601 und ein zweites Rechteck 602 definierten Bereich, bezeichnet als PICC-Antennenbereich (engl. PICC antenna zone), befinden.
Das erste Rechteck (äußeres Rechteck) 601 hat eine Größe von 81mm x 49mm.
Das zweite Rechteck (inneres Rechteck) 602 hat eine Größe von 64 mm x 34mm und ist in dem ersten Rechteck 601 zentriert mit 3mm Eckradius. Der Bereich zwischen den beiden Rechtecken ist der PICC-Antennenbereich. Der Bereich innerhalb des zweiten Rechtecks 602 wird auch als innerer beschränkter Bereich (oder innerer teilweise eingeschränkter Bereich) bezeichnet. Der Bereich außerhalb des zweiten Rechtecks 602 wird auch als äußerer Bereich bezeichnet. Der Bereich außerhalb des ersten Rechtecks 601 wird auch als äußerer beschränkter Randbereich (oder äußerer teilweise eingeschränkter Randbereich) bezeichnet. Der PICC-Antennenbereich kann als zulässiger Bereich oder zulässiger Klasse-1-Bereich angesehen werden. Der äußere Bereich enthält den zulässigen Klasse-1-Bereich (und dem eventuell vorhandenen Randbereich außerhalb des ersten Rechtecks 601).
Von der Einschränkung der Klasse-1-Antenne auf den zulässigen Klasse-1-Bereich (PICC-Antennenbereich) ausgenommen ist eine maximale Fläche von 300mm² „für die Verbindung zu den Enden der Antennenwindung“.
7 zeigt ein Beispiel einer Antennenstruktur 700 zum Erfüllen der Erfordernisse einer Klasse-1-Karte gemäß ISO/IEC-14443.
Gemäß ISO/IEC-14443 ist die Antennenstruktur 700 zum Großteil zwischen einem ersten Rechteck 701 und einem zweiten Rechteck 702 angeordnet, wie sie mit Bezug auf 6 beschrieben sind. Ein Teil der Kopplungswicklung 703 befindet sich im zweiten Rechteck 702, übersteigt aber nicht die zulässigen 300mm².
Jedoch sind bei der Antennenstruktur 700 die Leitungsenden 704 (d.h. die losen Enden 704 des Drahts) am äußeren Rand der Antennenstruktur angeordnet. Obwohl bei der Antennenstruktur nur eine Drahtunterführung 705 erforderlich ist, ist deshalb die Antennenstruktur für einen Kartenherstellprozess nicht optimal. Ein Grund dafür ist, dass Leitungsenden am Rand der Karte die mechanische Robustheit der Karte verringern können, da Delaminierung auftreten kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird deshalb eine Antennenstruktur gemäß ISO/IEC 14443 bereitgestellt, bei der lediglich zwei Drahtunterführungen erforderlich sind und bei der die Leitungsenden im Inneren der Karte angeordnet sind. Die geringe Zahl von Drahtunterführungen erlaubt eine einfache Herstellung. Die Anordnung der Leitungsenden des Drahts im Inneren der Karte führt zu einer robusteren Karte, da das Hervortreten eines Endes aus der Karte bzw. eine Delaminierung am Kartenrand an einer Stelle, wo sich ein Leitungsende des Drahts befindet, dadurch vermieden wird.
8 zeigt eine Antennenstruktur 800 gemäß einer Ausführungsform.
Gemäß ISO/IEC-14443 ist die Antennenstruktur 800 zum Großteil zwischen einem ersten Rechteck 801 und einem zweiten Rechteck 802 angeordnet, wie sie mit Bezug auf 6 beschrieben sind. Ein Teil der Kopplungswicklung 803 sowie ein Teil der Kondensatorwicklung 804 befinden sich im zweiten Rechteck 802, übersteigen aber nicht die zulässigen 300mm².
Die Leitungsenden 805 des Drahts sind innerhalb der Aufnahmewicklung 806 angeordnet. Es sind zwei Drahtunterführungen 807 erforderlich, obwohl die Kondensatorwicklung im inneren Bereich der Karte beginnt (d.h. die Leitungsenden 805 nicht am Rand liegen).
Bei der Antennenstruktur umgibt der Teil der Kondensatorwicklung 804 den Kopplungsbereich, d.h. insbesondere die Kopplungswicklung 803, an drei Seiten. Dies ermöglicht eine höheres Leistungsvermögen des Gesamtsystems.
9 zeigt eine Antennenstruktur 900 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Wie bei der Ausführungsform von 8 ist die Antennenstruktur 900 gemäß ISO/IEC-14443 zum Großteil zwischen einem ersten Rechteck 901 und einem zweiten Rechteck 902 angeordnet, wie sie mit Bezug auf 6 beschrieben sind. Ein Teil der Kopplungswicklung 903 sowie ein Teil der Kondensatorwicklung 904 befinden sich im zweiten Rechteck 902, übersteigen aber nicht die zulässigen 300mm². In diesem Beispiel ist dieser Teil der Kondensatorwicklung 904 jedoch in einem größeren Abstand zu der Kopplungswicklung 903 angeordnet, d.h. es gibt einen Spalt 908 zwischen der Kopplungswicklung 903 und der Kondensatorwicklung 904. Die Breite des Spalts 908 ist derart gewählt, dass die zulässigen 300mm² nicht überstiegen werden. Die Breite des Spalts 908 kann beispielsweise maximal sein, sodass die zulässigen 300mm² gerade nicht überstiegen werden.
Wie im Beispiel von 8 sind die Leitungsenden 905 des Drahts innerhalb der Aufnahmewicklung 906 angeordnet. Es sind zwei Drahtunterführungen 907 erforderlich und der Teil der Kondensatorwicklung 904 umgibt die Kopplungswicklung 903 an drei Seiten. Dies ermöglicht eine höheres Leistungsvermögen des Gesamtsystems.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Antenne mit einem Kupferdraht verlegt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Antenne mit deinem Kupfer-Nickel- oder einer anderen leitfähigen Legierungsdraht verlegt werden. Der Draht kann in einem Ausführungsbeispiel eine Durchmesser von 50µm bis 300µm aufweisen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel den Durchmesser von 80µm, 100µm oder 112µm.
Der Mitte-Mitte-Abstand (Pitch) der in den Ausführungsbeispielen genannten Kupferdrähte kann einen Drahtdurchmesser bis zum Zehnfachen Drahtdurchmesser betragen. Der Radius der Ecken des verlegten Antennenlayouts kann 0.1mm bis zu 10mm betragen.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Koppelspule 106 eine Windungsanzahl von vier, fünf, sechs, sieben oder mehr Windungen aufweisen. Die von der Koppelspule 106 aufgespannte Fläche entspricht mindestens der Fläche des verwendeten Coil-on-Module-Moduls und verletzt nicht die Klasse-1 Definition. Die aufgespannte Fläche innerhalb der innersten Windung der Koppelspule kann 4mm² bis zu 300mm² betragen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel entspricht die aufgespannte Fläche der Koppelspule mindestens 91mm², welche der Fläche eines 6-Pin Modules entspricht.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel entspricht die aufgespannte Fläche der Koppelspule mindestens 153mm², welche der Fläche eines 8-Pin Modules entspricht.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Aufnahmewicklung 105 eine Windungsanzahl von einer, zwei, drei, vier oder mehr Windungen aufweisen. Die Aufnahmewicklung 105 umschließt in den Ausführungsbeispielen die anderen Komponenten der Antenne.
In einem Ausführungsbeispiel kann Kapazitätswicklung 107 eine Windungsanzahl von einer, zwei, drei oder mehr Windungen aufweisen. Die Kapazitätswicklung 107 befindet sich in den Ausführungsbeispielen innerhalb der anderen Antennenkomponenten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird anschaulich eine Antennenstruktur für eine Booster-Antenneneinrichtung (z.B. eine Chipkarte mit Booster-Antenne) bereitgestellt, bei der die Drahtenden innerhalb von äußeren Windungen der Antennenstruktur liegen und dennoch die Erfordernisse für eine Klasse-1-Karte gemäß ISO/IEC 14443 erfüllt sind und nur zwei Drahtunterführungen erforderlich sind.
Die Ausgestaltung gemäß 1 ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung einer robusten Chipkarte.
Der Ausdruck, dass etwas „im Wesentlichen“ in einem Bereich angeordnet ist, kann derart verstanden werden, dass es zum Großteil in dem Bereich angeordnet ist (also mehr als die Hälfte oder sogar zu mindestens 70%, 80% oder 90%).
In einer Ausführungsform, in der der Kondensator die zweite Induktivität an drei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs umgibt, kann der Teil des Kondensators, der die zweite Induktivität an drei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs umgibt, im Wesentlichen in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet sein. Der Rest des Kondensators kann im Wesentlichen außerhalb des inneren beschränkten Klasse-1-Bereichs angeordnet sein.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele angegeben.
Ausführungsbeispiel 1 ist eine Booster-Antenneneinrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist.
Ausführungsbeispiel 2 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei der innere beschränkte Bereich der Bereich im Inneren des inneren Rechtecks für Klasse-1-Antennen gemäß ISO/IEC 14443 ist.
Ausführungsbeispiel 3 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 oder 2, wobei der äußere Bereich zwischen dem inneren Rechteck für Klasse-1-Antennen gemäß ISO/IEC 14443 und dem äußeren Rechteck für Klasse-1-Antennen gemäß ISO/IEC 14443 liegt.
Ausführungsbeispiel 4 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3, wobei die Antennenstruktur aus einem Draht gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 5 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4, wobei die Antennenstruktur aus einem eingebetteten Draht gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 6 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 5, wobei die Antennenstruktur zwei Drahtunterführungen aufweist.
Ausführungsbeispiel 7 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 6, wobei die Antennenstruktur aus einem Kupferdraht gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 8 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 7, wobei die Fläche des inneren beschränkten Bereichs, in dem die zweite Induktivität und der Kondensator angeordnet sind, kleiner oder gleich 300 mm² ist.
Ausführungsbeispiel 9 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 8, wobei die erste Induktivität eine Aufnahmeinduktivität zum Koppeln mit einer Leseeinrichtung bildet.
Ausführungsbeispiel 10 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 9, wobei die erste Induktivität eine Booster-Antenne zum Koppeln mit einer Leseeinrichtung bildet.
Ausführungsbeispiel 11 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 10, wobei der Kondensator durch Endabschnitte der der beiden Leitungsenden gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 12 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 11, wobei die Endabschnitte zum Bilden des Kondensators parallel geführt sind.
Ausführungsbeispiel 13 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 12, wobei die Endabschnitte mindestens eine Windung bilden und die beiden Leitungsenden innerhalb der mindestens einen Windung der Endabschnitte angeordnet sind.
Ausführungsbeispiel 14 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 13, wobei die zweite Induktivität zum Großteil in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 15 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 14, wobei ein Teil des Kondensators, der an die zweite Induktivität angrenzt oder der die zweite Induktivität an zwei oder drei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs umgibt, im Wesentlichen in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 16 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 15, wobei ausgehend vom ersten Leitungsende die Leitung in die erste Induktivität übergeht, anschließend in die zweite Induktivität übergeht und anschließend im zweiten Leitungsende endet und wobei von den beiden Endabschnitten der Leitungsenden der Kondensator gebildet wird.
Ausführungsbeispiel 17 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 16, wobei der Kondensator die zweite Induktivität an zwei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs umgibt.
Ausführungsbeispiel 18 ist eine Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 16, wobei der Kondensator die zweite Induktivität an drei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs umgibt.
Ausführungsbeispiel 19 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Booster-Antenneneinrichtung, aufweisend:

Bereitstellen eines Trägers mit einem inneren beschränkten Bereich gemäß ISO/IEC 14443-Standard für Klasse-1-Antennen und einem äußerem Bereich, der zwischen dem inneren beschränkten Bereich und einem Rand des Trägers liegt,
Anordnen einer elektrisch leitfähigen Leitung mit zwei Leitungsenden auf dem Träger zum Ausbilden einer Antennenstruktur, derart, dass die Leitung
- • eine erste Induktivität bildet, die mindestens eine Windung aufweist und die in dem äußerem Bereich angeordnet ist;
- • eine einen Koppelbereich zu einer Coil-on-Module-Einrichtung definierende zweite Induktivität bildet, die mindestens eine Windung aufweist und die im Wesentlichen in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist; und
- • einen Kondensator bildet, der teilweise in dem inneren beschränkten Bereich angeordnet ist; und

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Chipkarte bereitgestellt mit einer Antennenstruktur, die aus einer Leitung mit zwei offenen Enden gebildet ist. Die Endabschnitte der Leitung an den offenen Enden sind parallel geführt zum Bilden einer kapazitiven Kopplung zwischen den beiden Endabschnitten, beispielsweise ohne dass andere Abschnitte der Leitung dazwischen liegen. Die Antennenstruktur weist eine äußere Windung und eine innere Windung auf, wobei die äußere Windung näher am Rand der Chipkarte liegt als die innere Windung und die Leitungsenden liegen innerhalb der äußeren Windung.
Die Endabschnitte können innerhalb der äußeren Windung liegen, z.B. zwischen der inneren Windung und der äußeren Windung. Die Endabschnitte können die innere Windung an zwei oder drei Seiten umgeben.
Obwohl die Erfindung vor allem unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte es von denjenigen, die mit dem Fachgebiet vertraut sind, verstanden werden, dass zahlreiche Änderungen bezüglich Ausgestaltung und Details daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Bereich der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen. Der Bereich der Erfindung wird daher durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Änderungen, welche unter den Wortsinn oder den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, umfasst werden.
Bezugszeichenliste

100: Booster-Antenneneinrichtung
101: Träger
102: innerer beschränkter Bereich
103: äußerer Bereich
104: Trägerrand
105: erste Induktivität
106: zweite Induktivität
107: Kondensator
108. 109: Leitungsenden
200: Booster-Antenneneinrichtung
201: Träger
202: innerer beschränkter Bereich
203: äußerer Bereich
204: Trägerrand
205: erste Induktivität
206: zweite Induktivität
207: Kondensator
208, 209: Leitungsenden
300: Kommunikationsanordnung
301: Chipkarte
302: Lesegerät
304: Leserantenne
306: Chipkartenmodul
307: Chipkartenmodulantenne
308,309: Booster-Antennenstruktur
310: Kopplungsgebiet
400: Ersatzschaltbild
401: Leseeinrichtung
402: Chipkartenmodul
403: Antennenstruktur
500: Herstellungsanordnung
501: Drahtführungswerkzeug
502: Leitungsmaterial
503: Substrat
504: Arbeitsfläche
601: erstes (inneres) Rechteck
602: zweites (äußeres) Rechteck
700: Antennenstruktur
701: erstes (inneres) Rechteck
702: zweites (äußeres) Rechteck
703: Kopplungswicklung
704: Leitungsenden
705: Drahtunterführung
800: Antennenstruktur
801: erstes (inneres) Rechteck
802: zweites (äußeres) Rechteck
803: Kopplungswicklung
804: Kondensatorwicklung
805: Leitungsenden
806: Aufnahmewicklung
807: Drahtunterführungen
900: Antennenstruktur
901: erstes (inneres) Rechteck
902: zweites (äußeres) Rechteck
903: Kopplungswicklung
904: Kondensatorwicklung
905: Leitungsenden
906: Aufnahmewicklung
907: Drahtunterführungen
908: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO/IEC 14443 [0062]

Claims

Booster-Antenneneinrichtung (100), aufweisend: einen Träger (101) mit einem inneren beschränkten Bereich (102) gemäß ISO/IEC 14443-Standard für Klasse-1-Antennen und einem äußerem Bereich (103), der zwischen dem inneren beschränkten Bereich (101) und einem Rand des Trägers (104) liegt; eine Antennenstruktur, welche aus einer elektrisch leitfähigen Leitung mit zwei Leitungsenden (108, 109) gebildet ist, wobei die Antennenstruktur aufweist: • eine erste Induktivität (105), die mindestens eine Windung aufweist und die in dem äußerem Bereich (103) angeordnet ist; • eine einen Koppelbereich zu einer Coil-on-Module-Einrichtung definierende zweite Induktivität (106), die mindestens eine Windung aufweist und die im Wesentlichen in dem inneren beschränkten Bereich (102) angeordnet ist; • einen Kondensator (107), der teilweise in dem inneren beschränkten Bereich (102) angeordnet ist; • wobei die beiden Leitungsenden (108, 109) der Antennenstruktur innerhalb der mindestens einen Windung der ersten Induktivität (105) angeordnet sind.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der innere beschränkte Bereich (102) der Bereich im Inneren des inneren Rechtecks für Klasse-1-Antennen gemäß ISO/IEC 14443 ist.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der äußere Bereich (103) zwischen dem inneren Rechteck für Klasse-1-Antennen gemäß ISO/IEC 14443 und dem äußeren Rechteck für Klasse-1-Antennen gemäß ISO/IEC 14443 liegt.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antennenstruktur aus einem Draht gebildet ist.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Antennenstruktur aus einem eingebetteten Draht gebildet ist.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Antennenstruktur zwei Drahtunterführungen aufweist.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Antennenstruktur aus einem Kupferdraht gebildet ist.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Fläche des inneren beschränkten Bereichs (102), in dem die zweite Induktivität (106) und der Kondensator (107) angeordnet sind, kleiner oder gleich 300 mm² ist.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Induktivität (105) eine Aufnahmeinduktivität zum Koppeln mit einer Leseeinrichtung bildet.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Induktivität (105) eine Booster-Antenne zum Koppeln mit einer Leseeinrichtung bildet.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Kondensator (107) durch Endabschnitte der der beiden Leitungsenden (108, 109) gebildet ist.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Endabschnitte zum Bilden des Kondensators (107) parallel geführt sind.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Endabschnitte mindestens eine Windung bilden und die beiden Leitungsenden (108, 109) innerhalb der mindestens einen Windung der Endabschnitte angeordnet sind.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die zweite Induktivität (106) zum Großteil in dem inneren beschränkten Bereich (102) angeordnet ist.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ein Teil des Kondensators (107), der an die zweite Induktivität angrenzt oder der die zweite Induktivität (106) an zwei oder drei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs (102) umgibt, im Wesentlichen in dem inneren beschränkten Bereich (102) angeordnet ist.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ausgehend vom ersten Leitungsende (108) die Leitung in die erste Induktivität (105) übergeht, anschließend in die zweite Induktivität (106) übergeht und anschließend im zweiten Leitungsende (109) endet und wobei von den beiden Endabschnitten der Leitungsenden (108, 109) der Kondensator (107) gebildet wird.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Kondensator die zweite Induktivität (106) an zwei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs (102) umgibt.
Booster-Antenneneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Kondensator die zweite Induktivität (106) an drei Seiten innerhalb des inneren beschränkten Bereichs (102) umgibt.
Verfahren zum Herstellen einer Booster-Antenneneinrichtung (100), aufweisend: Bereitstellen eines Trägers (101) mit einem inneren beschränkten Bereich (102) gemäß ISO/IEC 14443-Standard für Klasse-1-Antennen und einem äußerem Bereich (103), der zwischen dem inneren beschränkten Bereich (101) und einem Rand des Trägers (104) liegt, Anordnen einer elektrisch leitfähigen Leitung mit zwei Leitungsenden (108, 109) auf dem Träger zum Ausbilden einer Antennenstruktur, derart, dass die Leitung • eine erste Induktivität (105) bildet, die mindestens eine Windung aufweist und die in dem äußerem Bereich (103) angeordnet ist; • eine einen Koppelbereich zu einer Coil-on-Module-Einrichtung definierende zweite Induktivität (106) bildet, die mindestens eine Windung aufweist und die im Wesentlichen in dem inneren beschränkten Bereich (102) angeordnet ist; und • einen Kondensator (107) bildet, der teilweise in dem inneren beschränkten Bereich (102) angeordnet ist; und derart, dass die beiden Leitungsenden (108, 109) der Antennenstruktur innerhalb der mindestens einen Windung der ersten Induktivität (105) angeordnet sind.