DE19652324A1 - Transponder with a microwave receiving antenna - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transponder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d. h. einen Transponder mit einer Mikrowellen-Empfangsantenne.The present invention relates to a transponder according to the preamble of claim 1, d. H. a transponder with a microwave receiving antenna.
Transponder sind elektrische Einrichtungen, die in der Lage sind, selbständig mit einer Sende/Empfangsstation auf deren Veranlassung hin zu kommunizieren.Transponders are electrical devices that are capable of this are independent with a transmitting / receiving station on their Reason to communicate.
Insbesondere für relativ kurze Entfernungen (bis zu einigen Metern) zwischen Transponder und Sende/Empfangsstation ausge legte Transponder können ohne eigene Stromversorgung auskom men; die für den ordnungsgemäßen Betrieb benötigte Energie kann von der Sende/Empfangsstation erhalten werden.Especially for relatively short distances (up to a few Meters) between the transponder and the transmitting / receiving station put transponders can do without their own power supply men; the energy required for proper operation can be obtained from the sending / receiving station.
Sowohl die Energieübertragung von der Sende/Empfangsstation zum Transponder als auch die Kommunikation, d. h. der Infor mationsaustausch zwischen der Sende/Empfangsstation und dem Transponder erfolgen in der Regel drahtlos.Both the energy transmission from the transmitting / receiving station to the transponder as well as the communication, d. H. the info mation exchange between the sending / receiving station and the Transponders are usually wireless.
Hierzu können je nach Anwendung des Transponders verschieden
artige technische Effekte ausgenutzt werden:
Bei geringen Entfernungen zwischen der Sende/Empfangsstation
und dem Transponder (Entfernungen bis zu mehreren zehn Zenti
metern) können die Energieübertragung und der Informations
austausch über stationäre Felder, genauer gesagt über eine
induktive/transformatorische Nahfeld-Kopplung im Kurzwellen
bereich erfolgen.Depending on the application of the transponder, various technical effects can be used:
With short distances between the transmitting / receiving station and the transponder (distances up to several tens of centimeters), the energy transfer and the information exchange can take place via stationary fields, more precisely via an inductive / transformer near-field coupling in the shortwave range.
Bei größeren Entfernungen zwischen der Sende/Empfangsstation und dem Transponder (Entfernungen ab ungefähr 70 cm) können die Energieübertragung und der Informationsaustausch über elektromagnetische Wellen erfolgen. Ein Transponder dieser Art ist beispielsweise aus der EP 0 070 047 bekannt.With larger distances between the sending / receiving station and the transponder (distances from about 70 cm) energy transmission and information exchange about electromagnetic waves occur. A transponder of this Art is known for example from EP 0 070 047.
Der aus der genannten Druckschrift bekannte Transponder ist ein in einer kontaktlosen Chipkarte integrierter, zum Empfan gen und Versenden von Mikrowellen ausgelegter Transponder und besteht im wesentlichen aus einem Halbleiter-Chip, einer Energiegewinnungseinheit, einer Empfangsantenne und einer Sendeantenne. Da der beschriebene Transponder über keine eigene Stromversorgung verfügt, ist er inaktiv, wenn und solange keine sendende Sende/Empfangsstation in der Nähe ist. Kommt der Transponder in die Nähe einer sendenden Sende/Empfangsstation oder beginnt eine in der Nähe des Transpon ders befindliche Sende/Empfangsstation zu senden, so kann die Energiegewinnungseinheit aus den von der Sende/Empfangs station versandten und über die Empfangsantenne des Trans ponders empfangenen Mikrowellen die zum Betrieb des Trans ponders benötigte Energie extrahieren, wodurch der Trans ponder, genauer gesagt der Halbleiter-Chip desselben akti viert wird. Im aktivierten Zustand ist der Transponder in der Lage, in vorbestimmter Weise mit der Sende/Empfangsstation zu kommunizieren. Hierzu werden (parallel zur Energiegewinnung) die vom Transponder empfangenen Mikrowellen hinsichtlich der darin enthaltenen Nutzinformation ausgewertet. Ergibt sich dabei, daß von dem betreffenden Transponder eine Rückantwort erwartet wird, so versendet er diese über die Sendeantenne zur anfordernden Sende/Empfangsstation.The transponder known from the cited publication is one integrated in a contactless chip card, for receiving gen and sending of microwaves designed transponders and consists essentially of a semiconductor chip, one Power generation unit, a receiving antenna and one Transmitting antenna. Since the transponder described does not have any has its own power supply, it is inactive if and as long as there is no transmitting / receiving station nearby. If the transponder comes close to a sending / receiving station or start one near the transpon to send the located transceiver station, the Energy generation unit from that of the send / receive station sent and via the receiving antenna of the Trans ponders received microwaves that are used to operate the Trans Extract energy required by the ponders, which makes the Trans ponder, more precisely the semiconductor chip of the same act fourth. When activated, the transponder is in the Able to in a predetermined manner with the transmitting / receiving station communicate. For this purpose (parallel to energy generation) the microwaves received by the transponder with regard to evaluated useful information contained therein. Surrendered thereby that a reply from the transponder in question is expected, he sends this via the transmitting antenna to the requesting send / receive station.
Der vorstehend beschriebene, aus der EP 0 079 047 A2 bekannte Transponder ist ein Transponder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The one described above, known from EP 0 079 047 A2 Transponder is a transponder according to the generic term of Claim 1.
Derartige Transponder enthaltende Chipkarten oder sonstige Gegenstände und Systeme sind mannigfaltig einsetzbar und wer den vermutlich schon in naher Zukunft eine weite Verbreitung erlangen. Chip cards containing such transponders or other Objects and systems can be used in a variety of ways and who which will probably be widespread in the near future gain.
Nachteilig an derartigen Transpondern ist jedoch deren rela tiv komplizierter Aufbau. Insbesondere die praktische Reali sierung der Sende- und Empfangsantennen erfordert einen er heblichen technischen Aufwand.A disadvantage of such transponders, however, is their rela tivly complicated structure. In particular the practical reali sation of the transmit and receive antennas requires a he considerable technical effort.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Transponder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß dieser einen vereinfachten, aber dennoch äußerst zuverlässig funktionierenden Aufbau aufweist.The present invention is therefore based on the object the transponder according to the preamble of claim 1 to further develop such that this is a simplified, but nevertheless extremely reliable working structure.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kennzeichnen den Teil des Patentanspruchs 1 beanspruchte Merkmal gelöst.According to the invention, this object is characterized by the solved the part of claim 1 claimed feature.
Demnach weist der Transponder einen zur Modulation des Re flexionsfaktors der Mikrowellen-Empfangsantenne vorgesehenen Reflexionsfaktormodulator auf.Accordingly, the transponder has one for modulating the Re provided the flexion factor of the microwave receiving antenna Reflection factor modulator.
Bei Einstellung eines geringen Reflexionsfaktors wirkt die Mikrowellen-Empfangsantenne normal als Empfangsantenne, wo hingegen die Einstellung eines hohen Reflexionsfaktors die mehr oder weniger vollständige Reflexion der an der Empfangs antenne ankommenden Mikrowellen verursacht, wodurch die Empfangsantenne im Ergebnis wie eine Sendeantenne wirkt.If a low reflection factor is set, the Microwave receiving antenna normal than receiving antenna where on the other hand, the setting of a high reflection factor more or less complete reflection of the reception causes incoming microwaves, causing the As a result, the receiving antenna acts like a transmitting antenna.
Das Vorsehen des Reflexionsfaktormodulators ermöglicht mithin einen Verzicht auf eine separate Sendeantenne und die zur Generierung der zu versendenden Signale erforderlichen Schal tungsteile wie HF-Generatoren und dergleichen.The provision of the reflection factor modulator thus enables a waiver of a separate transmission antenna and the Generation of the signals required to be sent parts such as RF generators and the like.
Der mögliche Verzicht der genannten Komponenten ermöglicht einen vereinfachten, aber nichtsdestotrotz hervorragend funk tionierenden Transponderaufbau.The possible elimination of the components mentioned enables a simplified, but nonetheless excellent radio tioning transponder structure.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe invention is described below with reference to exemplary embodiments len explained with reference to the drawing. It demonstrate
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transponders enthaltende Chipkarte, Fig. 1 is a plan view chip card containing a one embodiment of the transponder according to the invention,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch ein in der Chipkarte gemäß Fig. 1 integriertes Chipkartenmodul entlang einer in der Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Linie, Fig. 2 is a cross-sectional view through an integrated in the smart card of FIG. 1 smart card module along a dashed line in Fig. 1 plotted line,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des in der Fig. 2 gezeigten Chipkartenmoduls im in einen Chipkartenkörper ein gesetzten Zustand, Fig. 3 is a cross-sectional view of the smart card module shown in Fig. 2 in in a chip card body, a set state,
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Verschaltung und der Reflexionsfaktormodulation einer Antenne des Transponders, Fig. 4 is a schematic view illustrating the interconnection and the reflection factor modulation of an antenna of the transponder,
Fig. 5 eine alternative Ausführungsform des Chipkarten moduls, Fig. 5 shows an alternative embodiment module of the chip card,
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform der Antenne des Transponders, und Fig. 6 shows an alternative embodiment of the antenna of the transponder, and
Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer die Antenne gemäß Fig. 6 enthaltenden Chipkarte. FIG. 7 shows a cross-sectional view of a chip card containing the antenna according to FIG. 6.
Der im folgenden näher beschriebene Transponder ist ein in einer kontaktlosen Chipkarte vorgesehener Transponder.The transponder described in more detail below is an in a transponder provided for a contactless chip card.
Es sei jedoch bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß der beschriebene Transponder nicht nur in Chipkarten, sondern - gegebenenfalls unter entsprechender Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse - grundsätzlich auch in beliebige andere Gegenstände und Systeme einbaubar ist.At this point, however, it should be pointed out that the described transponder not only in chip cards, but - if necessary with appropriate adjustment the respective relationships - in principle also in any other objects and systems can be installed.
Die Chipkarte, in welcher der beschriebene Transponder inte griert ist, möge keine eigene Stromversorgung zum Betrieb der darauf bzw. darin vorgesehenen Schaltungen aufweisen. Die zum Betrieb der besagten Schaltungen erforderliche Energie möge der elektromagnetischen Strahlung entnommen werden, die von einer Sende/Empfangsstation ausgesandt wird, um in der Nähe befindliche Chipkarten anzusprechen.The chip card in which the transponder described inte is not allowed to have its own power supply to operate the have circuits provided thereon or therein. The for Operation of said circuits may require energy the electromagnetic radiation are taken from a sending / receiving station is broadcast to nearby to address existing chip cards.
Auch hierauf besteht jedoch keine Einschränkung. Der be schriebene Transponder ist grundsätzlich auch in Gegenständen und Systemen einsetzbar, die über eine eigene Stromversorgung für die dort enthaltenen Schaltungen verfügen.However, there is no restriction to this either. The be written transponder is basically also in objects and systems can be used that have their own power supply for the circuits contained there.
Die elektromagnetische Strahlung, auf die der Transponder an sprechen soll oder anspricht, sind im betrachteten Beispiel Mikrowellen, vorzugsweise Millimeterwellen, und zwar insbe sondere im Frequenzbereich zwischen 2,45 GHz und 5,8 GHz. Der genannte Frequenzbereich wird im betrachteten Ausführungsbei spiel bevorzugt, weil die hierfür vorzusehenden Antennen von deren Abmessungen her relativ gut in Chipkarten unterbringbar sind und weil für die Verwendung dieser Frequenzen für Fern wirk-Funkanlagen kleiner Leistung, zu denen auch mit kontakt losen Chipkarten arbeitende Systeme zählen, behördliche Ge nehmigungen vorliegen.The electromagnetic radiation to which the transponder responds should speak or address, are in the example considered Microwaves, preferably millimeter waves, in particular especially in the frequency range between 2.45 GHz and 5.8 GHz. Of the named frequency range is in the considered embodiment game preferred because the antennas from the dimensions of which can be accommodated relatively well in chip cards are and because of the use of these frequencies for long distance active radio systems of low power, including those with contact systems that work without smart cards count, official Ge approvals are available.
Nichtsdestotrotz besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, mit außerhalb des genannten Frequenzbereichs liegenden Fre quenzen zu arbeiten. Bei den im folgenden näher beschriebenen Chipkarten können beispielsweise auch noch im MHz-Bereich liegende Frequenzen zum Einsatz kommen.Nevertheless, there is always the possibility with Fre outside the specified frequency range sequences to work. For those described in more detail below Chip cards can still be used in the MHz range, for example lying frequencies are used.
Der beschriebene Transponder und die Sende/Empfangsstationen, über welche dieser ansprechbar ist, mögen für sogenannte Long-Range-Systeme mit Reichweiten von mehr als 70 cm (handsfree systems) ausgelegt sein; die hierfür erforderli chen Rahmenbedingungen sind durch die Verwendung von elektro magnetischen Wellen als Energie- und Informationsträger er füllt.The transponder described and the transmitting / receiving stations, Which of these can be addressed for so-called Long-range systems with ranges of more than 70 cm (hands-free systems); the necessary for this Chen conditions are due to the use of electro magnetic waves as energy and information carriers fills.
Prinzipiell können der Transponder und die Sende/Empfangs station jedoch auch für jede beliebige andere Reichweite ausgelegt sein.In principle, the transponder and the send / receive station, however, for any other range be designed.
Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, be steht die den Transponder enthaltende Chipkarte aus einem Chipkartenkörper 4 und einem in eine entsprechende Ausnehmung desselben eingesetzten Chipkartenmodul 2.As can be seen in particular from FIGS. 1 and 3, the chip card containing the transponder consists of a chip card body 4 and a chip card module 2 inserted into a corresponding recess of the same.
Der Chipkartenkörper 4 ist mehrlagig aufgebaut; er besteht, wie insbesondere aus der Fig. 3 ersichtlich ist, aus einem plattenförmigen Unterteil 4a, einem ebenfalls plattenförmigen Oberteil 4c einer zwischen diesen angeordneten elektrisch leitenden Schicht 4b.The chip card body 4 is constructed in several layers; it consists, as can be seen in particular from FIG. 3, of a plate-shaped lower part 4 a, also a plate-shaped upper part 4 c of an electrically conductive layer 4 b arranged between them.
Das Unterteil 4a und das Oberteil 4c bestehen aus Kunststoff, vorzugsweise aus PVC oder dergleichen. Die elektrisch lei tende Schicht 4b ist eine auf dem Unterteil 4a im wesentlich ganzflächig aufgebrachte Metallschicht. Das mit der elek trisch leitenden Schicht 4b versehene Unterteil 4a und das Oberteil 4c sind beispielsweise durch Laminieren miteinander verbunden.The lower part 4 a and the upper part 4 c are made of plastic, preferably PVC or the like. The electrically conductive layer 4 b is a metal layer applied to the lower part 4 a essentially over the entire surface. The provided with the electrically conductive layer 4 b lower part 4 a and the upper part 4 c are connected to one another, for example, by lamination.
Die elektrisch leitende Schicht 4b bildet die leitende Grund ebene einer in der Chipkarte integrierten Mikrostreifen antenne.The electrically conductive layer 4 b forms the conductive base plane of a microstrip antenna integrated in the chip card.
Das Oberteil 4c weist eine Ausstanzung oder Ausfräsung auf, welche die zuvor bereits erwähnte Ausnehmung des Chipkarten körpers 4 zum Einsetzen des Chipkartenmoduls 2 bildet. The upper part 4 c has a punched-out or milled-out portion, which forms the aforementioned recess in the chip card body 4 for inserting the chip card module 2 .
Das Chipkartenmodul 2 besteht, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, im wesentlichen aus einem teilweise mit einer elektrisch leitenden Schicht versehenen, folienartig ausgebildeten Modulträger aus Kunststoff, einem auf der Beschichtungsseite aufgebrachten Halbleiter-Chip 1 und einer diesen bedeckenden Chipabdeckung 6.The chip card module 2 , as can be seen in particular from FIG. 2, essentially consists of a film-like plastic module carrier partially provided with an electrically conductive layer, a semiconductor chip 1 applied to the coating side and a chip cover 6 covering the latter.
Die elektrisch leitende Schicht ist wie in Fig. 1 gezeigt strukturiert; durch sie werden zwei Strahlungsflächen 5, eine diese verbindende Speiseleitung 3a und eine Streifenleitung 3b gebildet.The electrically conductive layer is structured as shown in FIG. 1; they form two radiation surfaces 5 , a feed line 3 a connecting these and a strip line 3 b.
Die Strahlungsflächen 5 sind planare Rechteckstrukturen, die im Zusammenwirken mit der elektrisch leitenden Schicht 4b des Chipkartenkörpers 4 je eine planare Mikrostreifenantenne bil den.The radiation surfaces 5 are planar rectangular structures, which in cooperation with the the electrically conductive layer 4 b of the chip card body 4 each show a planar microstrip antenna bil.
Mikrostreifenantennen eignen sich aufgrund deren Konstruktion und Größe hervorragend für den Einsatz in Chipkarten. Die Größe bzw. die geometrischen Abmessungen können bei in Chip karten integrierten Mikrostreifenantennen besonders gering gehalten werden, weil die zwischen den Strahlungsflächen 5 und der elektrisch leitenden Schicht 4b befindlichen Ab schnitte des Chipkartenkörpers 4 und des Chipkartenmoduls 2 als ein einen Wellenlängenverkürzungsfaktor bedingendes Di elektrikum wirken.Microstrip antennas are ideal for use in chip cards due to their design and size. The size or the geometrical dimensions can be kept particularly low in cards in chip integrated microstrip antennas, as the between the radiation surfaces 5 and the electrically conductive layer 4 b From located sections of the chip card body 4 and the smart card module 2 acting elektrikum than a wavelength shortening factor bedingendes Di .
Die Strahlungsflächen 5 und die diese verbindende Speiselei
tung 3a bilden in der Darstellung gemäß Fig. 1 ein auf dem
Kopf stehendes U. Die der Länge der U-Schenkel entsprechende
Länge der Strahlungsflächen 5 beträgt λ/2, wobei, wie vorste
hend bereits angedeutet wurde, λ nicht etwa die Wellenlänge
λ0 der elektromagnetischen Wellen, für die die Antenne aus
gelegt ist, sondern die Materialwellenlänge repräsentiert und
sich nach der Gleichung
The radiation surfaces 5 and this connecting feed line 3 a form in the illustration according to FIG. 1 an upside down U. The length of the U-leg corresponding length of the radiation surfaces 5 is λ / 2, as already indicated above was, λ is not about the wavelength λ 0 of the electromagnetic waves for which the antenna is laid out, but the material wavelength and is based on the equation
berechnet. Der seitliche Abstand der beiden Strahlungsflächen 5, genauer gesagt der Abstand der Zentren derselben beträgt für eine gleichphasige Anregung durch die empfangbare elek tromagnetische Strahlung (Mikrowellen mit der Wellenlänge λ0) vorzugsweise λ, kann aber auch anders gewählt werden.calculated. The lateral distance between the two radiation surfaces 5 , more precisely the distance between the centers thereof, is preferably λ for an in-phase excitation by the receivable elec tromagnetic radiation (microwaves with the wavelength λ 0 ), but can also be chosen differently.
Die über die Strahlungsflächen 5 empfangene Strahlungsenergie wird durch diese in elektrische Energie umgesetzt und als solche über die Speiseleitung 3a ausgekoppelt und dem Halb leiter-Chip 1 und/oder anderen Schaltungen zugeführt. Die Auskopplung erfolgt im betrachteten Beispiel hochohmig an den leerlaufenden Längsenden der Strahlungsflächen 5; die Aus kopplung kann aber auch niederohmig am Strombauch in der Mitte der Strahlungsflächen 5 erfolgen.The radiation energy received via the radiation surfaces 5 is converted into electrical energy by this and is coupled out as such via the feed line 3 a and fed to the semiconductor chip 1 and / or other circuits. In the example under consideration, the decoupling takes place with high impedance at the empty longitudinal ends of the radiation surfaces 5 ; From the coupling, however, can also be done with a low resistance at the current belly in the middle of the radiation surfaces 5 .
Durch die wie beschrieben und in den Figuren gezeigt angeord nete Speiseleitung 3a werden die jeweils auch einzeln als Antennen funktionierenden Strahlungsflächen 5 parallel zu einander geschaltet, wodurch sich die entnehmbare elektrische Energie entsprechend erhöht.Each individually functioning as antennas radiating surfaces 5 are connected in parallel to each other by the as described and shown in the figures angeord designated feeder line 3 a, whereby the removable electric power increased accordingly.
Wie insbesondere aus der Fig. 4 ersichtlich ist, werden die aus den Strahlungsflächen 5 ausgekoppelten, sich auf der Speiseleitung 3a überlagernden Antennenspannungen ungefähr in der Mitte der Speiseleitung 3a an einer Anschlußstelle 7 ab gegriffen und einer Schaltung zugeführt, in welcher sie hin sichtlich der darin enthaltenen Energie und Information ver wertet bzw. ausgewertet werden.As can be seen in particular from FIG. 4, the decoupled from the radiation surfaces 5 , overlapping on the feed line 3 a antenna voltages are gripped approximately in the middle of the feed line 3 a at a connection point 7 and fed to a circuit in which they are visible the energy and information contained therein can be utilized or evaluated.
Die dabei ablaufenden Vorgänge hängen unter anderem von der Stellung eines in der Fig. 4 gezeigten Schalters 8 ab. Die Stellung des Schalters 8 wird durch eine Auswerteschaltung 10 gesteuert, welche die von der Antenne empfangenen Signale in haltlich auswertet; im spannungslosen, also nicht betriebenen Zustand der Auswerteschaltung 10 ist der Schalter 8 geöffnet.The processes taking place depend inter alia on the position of a switch 8 shown in FIG. 4. The position of the switch 8 is controlled by an evaluation circuit 10 which evaluates the signals received by the antenna in terms of content; When the evaluation circuit 10 is in a de-energized, ie non-operated state, the switch 8 is open.
Wenn und so lange der Schalter 8 geöffnet ist, ist die der Speiseleitung 3a nachgeordnete Schaltung, welche übrigens vollständig im Chipkartenmodul 2 untergebracht ist und zumin dest teilweise Bestandteil des Halbleiter-Chips 1 sein kann, elektrisch an die dann als Empfangsantenne wirkenden Strah lungsflächen 5 und die diese verbindende Speiseleitung 3a an gepaßt; dadurch kann der Antenne maximal viel Energie ent nommen werden. Die durch ein geeignetes Strahlungsfeld in den Strahlungsflächen 5 erzeugte und von diesen über die Speise leitung 3a abgegriffene Spannung wird durch einen Gleichrich ter 9 gleichgerichtet und als Versorgungsspannung für die Schaltung gemäß Fig. 4 verwendet. Mit der Bereitstellung der Versorgungsspannung kann die Schaltung ihren Betrieb aufneh men. Dadurch wird unter anderem auch die vorstehend bereits erwähnte Auswerteschaltung 10 aktiviert.If and as long as the switch 8 is open, the downstream of the feed line 3 a circuit, which incidentally is completely accommodated in the chip card module 2 and can at least partially be part of the semiconductor chip 1 , electrically to the radiation surfaces then acting as the receiving antenna 5 and the connecting feed line 3 a fitted to; this means that a maximum of energy can be taken from the antenna. The generated by a suitable radiation field in the radiation surfaces 5 and tapped by them via the feed line 3 a voltage is rectified by a rectifier ter 9 and used as a supply voltage for the circuit shown in FIG. 4. With the provision of the supply voltage, the circuit can start operating. This also activates the evaluation circuit 10 already mentioned above.
Mit der Aktivierung der Auswerteschaltung 10 beginnt diese mit der Überwachung und Auswertung der über die Antenne empfangenen Signale. Dabei wird insbesondere festgestellt, ob die betreffende Chipkarte durch die empfangenen Signale ange sprochen ist und ob es einer Rückmeldung an die sendende Sende/Empfangsstation bedarf.When the evaluation circuit 10 is activated, it starts monitoring and evaluating the signals received via the antenna. It is determined in particular whether the chip card in question is addressed by the received signals and whether feedback to the sending transceiver station is required.
Wird durch die Auswerteschaltung 10 festgestellt, daß es einer Reaktion auf die von der Sende/Empfangsstation ver sandten Signale bedarf, so wird diese durch ein Schließen des Schalters 8 oder eine bestimmte Folge von Öffnungs- und Schließvorgängen veranlaßt.If it is determined by the evaluation circuit 10 that a reaction to the signals sent by the transmitting / receiving station is required, this is caused by a closing of the switch 8 or a certain sequence of opening and closing operations.
Durch das Schließen des Schalters 8 wird eine Verbindung von der Anschlußstelle 7 der Speiseleitung 3a zur Streifenleitung 3b, genauer gesagt einer Anschlußstelle 7 derselben herge stellt. Die Länge der Streifenleitung 3b ist so bemessen, daß sie im Zusammenwirken mit der Verbindung zur Speiseleitung 3a als λ/4-Leitung wirkt. Die Streifenleitung 3b und die Verbin dung zur Speiseleitung 3a sind leerlaufend. D.h., es werden über diese im geschlossenen Zustand des Schalters 8 keine wie auch immer gearteten elektrischen Verbraucher mit Energie versorgt; sie wirken insbesondere aufgrund deren Abmessungen auch nicht als Strahler.By closing the switch 8 , a connection from the connection point 7 of the feed line 3 a to the strip line 3 b, more precisely a connection point 7 thereof, is provided. The length of the strip line 3 b is such that it acts in cooperation with the connection to the feed line 3 a as a λ / 4 line. The strip line 3 b and the connec tion to the feed line 3 a are idle. This means that no electrical consumers of any kind are supplied with energy when the switch 8 is closed; due to their dimensions, they do not act as emitters.
Der leerlaufende (offene) Abschluß der λ/4-Leitung wird (infolge der am Leitungsende der λ/4-Leitung stattfindenden Reflexion) in einen Kurzschluß am Leitungsanfang (an der An schlußstelle 7 der Speiseleitung 3a) transformiert. Der Kurz schluß am Leitungsanfang der λ/4-Leitung wirkt zugleich als Kurzschluß der durch die Strahlungsflächen 5 und die elek trisch leitende Schicht 4b gebildeten Antenne, wodurch im Er gebnis an den Strahlungsflächen 5 ankommende elektromagneti sche Wellen im wesentlichen vollständig zur Sende/Empfangsstation zurückreflektiert werden.The open (open) termination of the λ / 4 line is transformed (as a result of the reflection taking place at the line end of the λ / 4 line) into a short circuit at the beginning of the line (at the connection point 7 of the feed line 3 a). The short circuit at the beginning of the λ / 4 line also acts as a short circuit formed by the radiation surfaces 5 and the elec trically conductive layer 4 b antenna, thereby resulting in He at the radiation surfaces 5 incoming electromagnetic waves essentially completely to the transmitting / receiving station be reflected back.
Die von der Transponderantenne zur Sende/Empfangsstation zurückreflektierten Wellen können von dieser empfangen und ausgewertet werden.The from the transponder antenna to the transmitting / receiving station back-reflected waves can be received by this and be evaluated.
Der Schalter 8 und die diesen ansteuernde Auswerteschaltung 10 bilden im Ergebnis einen Reflexionsfaktormodulator, durch welchen der Reflexionsfaktor der Transponderantenne verändert und moduliert werden kann.As a result, the switch 8 and the evaluation circuit 10 controlling it form a reflection factor modulator, by means of which the reflection factor of the transponder antenna can be changed and modulated.
Durch ein gezieltes Hin- und Herschalten des Schalters 8 kön nen vom Transponder beliebige Informationen beliebig codiert zur Sende/Empfangsstation übertragen werden.By switching the switch 8 back and forth, the transponder can transmit any information coded to the transmitting / receiving station.
Zu Zeiten, während derer der Schalter 8 geschlossen (die Transponderantenne kurzgeschlossen) ist, kann durch den Gleichrichter nicht die zum Betrieb des Halbleiter-Chips 1 und/oder sonstiger Schaltungen erforderliche Energie gewonnen werden; der Gleichrichter 9 sperrt in diesem Zustand sogar. Der Transponder enthält zur Überbrückung dieser Zeiten einen Energiespeicher wie beispielsweise einen parallel zum Gleich richter 9 geschalteten Kondensator oder dergleichen, mit des sen Hilfe ein bestimmungsgemäßer Betrieb des Halbleiter-Chips 1 bzw. der sonstigen Schaltung aufrechterhalten werden kann. Die Kapazität des Kondensators kann relativ gering sein, weil aufgrund der hohen Trägerfrequenz (MHz oder GHz) nur sehr kurze Unterbrechungen erforderlich sind, um eindeutig identi fizierbare Informationen zu versenden.At times during which the switch 8 is closed (the transponder antenna is short-circuited), the rectifier cannot obtain the energy required for operating the semiconductor chip 1 and / or other circuits; the rectifier 9 even blocks in this state. To bridge these times, the transponder contains an energy store such as, for example, a capacitor or the like connected in parallel with the rectifier 9 , with the aid of which an intended operation of the semiconductor chip 1 or the other circuit can be maintained. The capacitance of the capacitor can be relatively small, because due to the high carrier frequency (MHz or GHz) only very short interruptions are required to send clearly identifiable information.
Durch das Vorsehen einer Reflexionsfaktormodulation kann auf eine separate Sendeantenne zum aktiven Versenden von Informa tionen vom Transponder zur Sende/Empfangsstation verzichtet werden.By providing a reflection factor modulation on a separate transmitting antenna for the active sending of informa tion from the transponder to the sending / receiving station will.
Die beschriebene Art und Weise des Kurzschließens der Trans ponderantenne macht es überflüssig, eine elektrische Verbin dung zur elektrisch leitenden Schicht 4b herzustellen. Dies ist insofern vorteilhaft, als eine mittelbare oder unmittel bare Verbindung der im Chipkartenkörper 4 untergebrachten elektrisch leitenden Schicht 4b mit einer oder mehreren der im Chipkartenmodul 2 untergebrachten Strahlungsflächen 5 mit einem nicht unerheblichen Aufwand verbunden sein kann.The described way of short-circuiting the trans ponder antenna makes it unnecessary to produce an electrical connection to the electrically conductive layer 4 b. This is advantageous in that an indirect or direct connection of the electrically conductive layer 4 b accommodated in the chip card body 4 to one or more of the radiation surfaces 5 accommodated in the chip card module 2 can be connected with a not inconsiderable effort.
Bei der beschriebenen Chipkarte sind insbesondere aufgrund der eleganten Lösung des Antennenproblems fast alle Transpon derbestandteile im Chipkartenmodul 2 unterbringbar; nur die elektrisch leitende Schicht 4b befindet sich noch im Chipkar tenkörper 4. Da zur elektrisch leitenden Schicht 4b kein elektrischer Kontakt hergestellt werden muß, müssen zwischen dem Chipkartenmodul 2 und dem Chipkartenkörper 4 keinerlei elektrische Verbindungen vorgesehen werden. Das Chipkarten modul 2 muß daher lediglich in die dafür vorgesehene Aus sparung des Chipkartenkörpers 4 eingesetzt und in der ein gesetzten Stellung mit diesem (beispielsweise durch einen Kleber 11) verbunden werden. Auch die Herstellung des Chip kartenmoduls 2 selbst ist relativ einfach, denn die zuvor er wähnten Schaltungskomponenten desselben (Schalter 8, Gleich richter 9, Auswerteschaltung 10) können (müssen aber nicht) in den Halbleiter-Chip 1 integriert werden; der Schalter 8 und der Gleichrichter 9 werden in diesem Fall entweder durch einen CMOS-FET bzw. Schottky-Dioden oder als bipolare Bau elemente in BiCMOS-Technologie realisiert. Die gesamte Chip kartenherstellung gestaltet sich dadurch denkbar einfach und kann weitestgehend oder sogar vollständig durch herkömmliche Chipkarten-Herstellungsprozesse erfolgen.In the chip card described, in particular due to the elegant solution to the antenna problem, almost all components of the transponder can be accommodated in the chip card module 2 ; only the electrically conductive layer 4 b is still in the chip card body 4 . Since no electrical contact has to be made to the electrically conductive layer 4 b, no electrical connections need be provided between the chip card module 2 and the chip card body 4 . The chip card module 2 must therefore only be used in the intended saving from the chip card body 4 and in the set position with this (for example by an adhesive 11 ). The manufacture of the chip card module 2 itself is relatively simple, because the circuit components mentioned above (switch 8 , rectifier 9 , evaluation circuit 10 ) can (but do not have to) be integrated into the semiconductor chip 1 ; The switch 8 and the rectifier 9 are realized in this case either by a CMOS-FET or Schottky diodes or as bipolar construction elements in BiCMOS technology. The entire chip card production is very easy and can be done largely or even completely by conventional chip card manufacturing processes.
Obgleich sich die vorstehend beschriebene Art und Weise des Kurzschließens der Transponderantenne als sehr vorteilhaft erweist, besteht hierauf keine Einschränkung. Grundsätzlich ist es auch denkbar eine oder mehrere der Strahlungsflächen 5 über steuerbare Schalter mit der elektrisch leitenden Schicht 4b zu verbinden oder den angestrebten Kurzschluß auf belie bige andere Art und Weise zu bewirken. Der mögliche Verzicht auf das Vorsehen einer separaten Sendeantenne im Transponder ist unabhängig von der Art und Weise, auf die der Kurzschluß der Transponderantenne erfolgt.Although the way of short-circuiting the transponder antenna described above proves to be very advantageous, there is no restriction to this. In principle it is also possible to effect or to connect the desired short circuit on belie bige other way one or more of the radiation surfaces 5 b via controllable switch with the electrically conductive layer. 4 The possible omission of the provision of a separate transmitting antenna in the transponder is independent of the manner in which the transponder antenna is short-circuited.
Die vorstehend beschriebene Reflexionsfaktormodulation er laubt es, selektiv einen von zwei verschiedenen Reflexions faktoren auszuwählen. Wenngleich dies vorliegend nicht im Detail beschrieben wird, wäre es jedoch auch denkbar, Zwischenstufen vorzusehen. Dadurch ließe sich im Ergebnis eine Amplitudenmodulation der vom Transponder zur Sende/Empfangsstation reflektierten Wellen realisieren.The reflection factor modulation described above he leaves it selectively one of two different reflections select factors. Although this is not the case here Is described in detail, it would also be conceivable To provide intermediate stages. This could result in an amplitude modulation of the transponder to the transmitting / receiving station realize reflected waves.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Strahlungsflächen 5 und die Speiseleitung 3a unmittelbar mit einander verbunden; sie werden durch eine entsprechende me tallische Beschichtung der den Halbleiter-Chip 1 tragenden Seite des Modulträgers gebildet.In the embodiment described above, the radiation surfaces 5 and the feed line 3 a are directly connected to each other; they are formed by a corresponding metallic coating of the side of the module carrier carrying the semiconductor chip 1 .
Statt dessen kann jedoch auch vorgesehen werden, nur die Speiseleitung 3a und die Streifenleitung 3b auf der den Halb leiter-Chip tragenden Seite des Modulträgers 2 vorzusehen, wohingegen die Strahlungsflächen 5 auf der gegenüberliegenden Seite des Modulträgers angeordnet werden. Ein derartiger Chipkartenmodul-Aufbau, bei welchem die Strahlungsflächen 5 und die Speiseleitung 3a "nur" kapazitiv miteinander gekop pelt sind, ist in Fig. 5 dargestellt.Instead, however, also possible to provide only the supply line 3 a and the strip line 3b on the semiconductor chip-carrying side provide the module carrier 2, whereas the radiation surfaces 5 on the opposite side of the module carrier are disposed. Are pelt "only" capacitively gekop Such a smart card module structure in which the radiation surface 5 and the feed line 3 a to each other, 5 is shown in Fig..
Das kapazitive Ankoppelverhältnis wird durch die Dicke des Modulträgers und die Überlappungsfläche zwischen den jeweili gen Strahlungsflächen 5 und der Speiseleitung 3a bestimmt.The capacitive coupling ratio is determined by the thickness of the module carrier and the overlap area between the respective radiation areas 5 and the feed line 3 a.
Das Chipkartenmodul gemäß Fig. 5 weist gegenüber dem Chip kartenmodul gemäß Fig. 2 den Vorteil auf, daß die Strah lungsflächen 5 aufgrund deren exponierter Lage (an oder nahe der Chipkartenoberfläche) ein besseres Empfangs- und Ab strahlverhalten aufweisen.The smart card module according to Fig. 5, towards the chip card module of FIG. 2 has the advantage that the radia tion surfaces 5 have radiation characteristics due to their exposed position (at or near the chip card surface), a better reception and Ab.
Die einfache Herstellbarkeit der Chipkarte, welche insbeson dere darauf beruht, daß es keiner elektrischer Verbindungen zwischen dem Chipkartenmodul 2 und dem Chipkartenkörper 4 be darf, wird dadurch nicht beeinträchtigt.The simple manufacturability of the chip card, which is based in particular on the fact that there must be no electrical connections between the chip card module 2 and the chip card body 4 , is not impaired by this.
Die Transponderantenne ist weiterhin hinsichtlich der Anzahl der Strahlungsflächen 5 abwandelbar. Wie vorstehend bereits angedeutet wurde, wirkt jede der Strahlungsflächen 5 im Zu sammenwirken mit der elektrisch leitenden Schicht 4b als eine (auch einzeln betreibbare) Antenne. Bei den bisher betrachte ten Beispielen sind jeweils zwei solche Antennen parallel ge schaltet (zu einem sich wirkungsmäßig summierenden Antennen paar zusammengeschaltet). Es können jedoch auch noch mehrere Antennen miteinander verschaltet werden.The transponder antenna can also be modified with regard to the number of radiation areas 5 . Was already indicated above, each of the radiation surfaces acts to 5 in sammenwirken with the electrically conductive layer 4 as a b (also individually operable) antenna. In the examples considered so far, two such antennas are connected in parallel (interconnected to form an antenna pair that effectively adds up). However, several antennas can also be interconnected.
Eine mögliche Anordnung und Verschaltung von sechs Antennen ist in der Fig. 6 gezeigt. Die gezeigte Anordnung besteht aus drei identisch ausgebildeten Antennenpaaren, die, genauer gesagt deren Speiseleitungen 3a über Verbindungsleitungen 3c miteinander verbunden sind. A possible arrangement and connection of six antennas is shown in FIG. 6. The arrangement shown consists of three identical pairs of antennas which, more precisely, whose feed lines 3 a are connected to one another via connecting lines 3 c.
Zur Erzielung einer gleichphasigen Anregung der jeweiligen Antennenpaare sind diese, genauer gesagt deren Mittelpunkte jeweils um λ voneinander beabstandet. Der maximale Antennen gewinn läßt sich erzielen, wenn auch die Verbindungsleitungen 3c jeweils λ lang sind.To achieve an in-phase excitation of the respective antenna pairs, these, or more precisely their centers, are each spaced from one another by λ. The maximum antenna gain can be achieved if the connecting lines 3 c are each λ long.
Auch eine derartige oder anders konstruierte Antennengruppe kann durch Verbinden mit der nach wie vor vorhandenen offenen Streifenleitung 3b einer Reflexionsfaktormodulation unterzo gen werden.Such or a differently constructed antenna group can be subjected to a reflection factor modulation by connecting to the still existing open strip line 3 b.
Eine derartige, aus einer Vielzahl von Strahlungsflächen 5 bestehende Mikrowellenantennengruppe ist einer nur eine oder zwei Strahlungsflächen 5 aufweisenden Antenne in mehrfacher Hinsicht deutlich überlegen. Sie besitzt einen höheren An tennengewinn und eine bessere Richtcharakteristik, wodurch sie im Ergebnis empfindlicher und für größere Reichweiten ge eignet ist.Such, consisting of a plurality of radiation fins 5 microwave antenna group is one of only one or two radiation surfaces 5 having antenna in several respects clearly superior. It has a higher antenna gain and a better directional characteristic, which makes it more sensitive and suitable for longer ranges.
Eine derartige Antennengruppe wird vorzugsweise auf einem eine eigene Chipkartenlage bildenden Chipkarteninlett unter gebracht.Such an antenna group is preferably on one chip card insert forming its own chip card layer brought.
Ein Querschnitt durch eine ein Chipkarteninlett 12 enthal tende Chipkarte ist in der Fig. 7 veranschaulicht.A cross section through a chip card containing 12- containing chip card is illustrated in FIG. 7.
In Übereinstimmung mit der Chipkarte gemäß Fig. 3 weist die Chipkarte gemäß Fig. 7 ein plattenartiges Unterteil 4a mit einer darauf aufgebrachten elektrisch leitenden Schicht 4b auf. Darüber sind nun jedoch ein Mittelteil 4d, das Chip karteninlett 12 und ein gegenüber dem Oberteil 4c modifizier tes Oberteil 4e angeordnet.In accordance with the chip card according to FIG. 3, the chip card according to FIG. 7 has a plate-like lower part 4 a with an electrically conductive layer 4 b applied thereon. Above this, however, a middle part 4 d, the chip card inlay 12 and a top part 4 c modified over the top part 4 e are arranged.
Das Chipkarteninlett 12 besteht aus einem folienartig ausge bildeten Inlettträger, einer die Strahlungsflächen 5, die Speiseleitungen 3a, die Streifenleitung 3b und die Verbin dungsleitungen 3c bildenden, elektrisch leitenden Beschich tung, dem Halbleiter-Chip 1 und der Chipabdeckung 6, die wie in der Fig. 7 gezeigt, also im wesentlichen in der selben Relativlage wie beim Chipkartenmodul 2 angeordnet sind.The chip card ticker 12 consists of a film-like ticking carrier, one of the radiation surfaces 5 , the feed lines 3 a, the strip line 3 b and the connec tion lines 3 c forming, electrically conductive coating, the semiconductor chip 1 and the chip cover 6 , the like shown in Fig. 7, are thus disposed substantially in the same relative position as in the chip card module 2.
Im Unterschied zum Modulträger weist der Inlettträger jedoch eine der Chipkartenfläche entsprechende Fläche auf.In contrast to the module carrier, the ticking carrier shows an area corresponding to the chip card area.
Das Mittelteil 4d weist eine Ausstanzung oder Ausfräsung auf, welche derart bemessen und positioniert ist, daß in dieser der Halbleiter-Chip 1 und die Chipabdeckung 6 zu liegen kom men können, wenn das Chipkarteninlett 12 darauf aufgesetzt wird.The middle part 4 d has a punched out or milled out, which is dimensioned and positioned in such a way that the semiconductor chip 1 and the chip cover 6 can come to lie when the chip card insert 12 is placed thereon.
Das über das Chipkarteninlett 12 aufzusetzende Oberteil 4e weist anders als das Oberteil 4c gemäß der Fig. 3 keine Aus sparung auf und dient rein zur Abdeckung der darunter liegen den Chipkarten-Bestandteile.The upper part 4 e to be placed over the chip card insert 12 , unlike the upper part 4 c according to FIG. 3, has no savings and is used purely to cover the underlying chip card components.
Das Unterteil 4a mit der darauf vorgesehenen elektrisch lei tenden Grundfläche 4b, das Mittelteil 4d, das Chipkarten inlett 12 und das Oberteil 4e können beispielsweise durch Laminieren miteinander verbunden werden.The lower part 4 a with the electrically conductive base surface 4 b provided thereon, the central part 4 d, the chip card inlay 12 and the upper part 4 e can be connected to one another, for example, by lamination.
Bei der in der Fig. 7 gezeigten Chipkarte sind fast alle Transponderbestandteile im Chipkarteninlett 12 unterbringbar; nur die elektrisch leitende Schicht 4b befindet sich noch im Chipkartenkörper 4. Da zur elektrisch leitenden Schicht 4b kein elektrischer Kontakt hergestellt werden muß, müssen zwi schen dem Chipkarteninlett 12 und dem Chipkartenkörper 4 kei nerlei elektrische Verbindungen vorgesehen werden. Das Chip karteninlett 12 muß daher lediglich mechanisch (beispielsweise durch Kleben und/oder Laminieren) mit den restlichen Chipkarten-Bestandteilen verbunden werden. Auch die Herstellung der Chipkarte gemäß der Fig. 7 gestaltet sich dadurch denkbar einfach und kann weitestgehend oder sogar vollständig durch herkömmliche Chipkarten-Herstellungs prozesse erfolgen. In the chip card shown in FIG. 7, almost all transponder components can be accommodated in the chip card insert 12 ; only the electrically conductive layer 4 b is still in the chip card body 4 . Since no electrical contact has to be made to the electrically conductive layer 4 b, kei nerlei electrical connections must be provided between the chip card insert 12 and the chip card body 4 . The chip card inlay 12 therefore only has to be connected mechanically (for example by gluing and / or laminating) to the remaining chip card components. The production of the chip card according to FIG. 7 is thus very simple and can be carried out as far as possible or even completely by conventional chip card production processes.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die beschriebe nen Transponder einen derart einfachen Aufbau aufweisen, daß nicht nur deren Konstruktion selbst, sondern auch deren Inte gration in eine Chipkarte oder andere Gegenstände und Systeme mit erheblich weniger Aufwand als bisher durchführbar sind. Die als Sende- und Empfangsantenne wirkende Transponder antenne ist trotz deren einfachen Aufbaus qualitativ hervor ragend (guter Wirkungsgrad, hoher Antennengewinn, wirkungs volle Reflexion), so daß die Sendeleistung einer den Trans ponder ansprechenden Sende/Empfangsstation sehr gering gehal ten werden kann und auch bei größeren Reichweiten keine Ge fahr für sich im Strahlungsfeld aufhaltende Personen dar stellt.In summary, it can be said that the described NEN transponder have such a simple structure that not only their construction itself, but also their intent into a chip card or other objects and systems can be carried out with considerably less effort than before. The transponder acting as a transmitting and receiving antenna Despite its simple structure, antenna is of high quality outstanding (good efficiency, high antenna gain, effective full reflection), so that the transmission power of the Trans ponder responsive send / receive station very low can be used and even with larger ranges no ge drive for people in the radiation field poses.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |