ES2617256T3 - Dispositivo transpondedor de radiofrecuencia con circuito resonante pasivo optimizado - Google Patents
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Abstract
Antena pasiva (24), que comprende - un bucle principal (24) formado de espiras, - un rebaje (R) del bucle principal abierto desde el interior hacia el exterior del bucle principal, destinado a recibir un transpondedor (22), caracterizado porque la antena comprende en dicho rebaje una espira interna ampliada (33) hacia la mediatriz del rebaje.
Description
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DESCRIPCION
Dispositivo transpondedor de radiofrecuencia con circuito resonante pasivo optimizado.
La invencion concierne al campo de los transpondedores de radiofrecuencia con antena y la estructura de dichos transpondedores de radiofrecuencia.
Mas particularmente, la invencion se refiere a portadores de tarjetas inteligentes sin contacto, como las tarjetas inteligentes sin contacto cuya comunicacion se amplifica por una antena pasiva.
La invencion puede igualmente tener por objetivo los sistemas de documentos de viaje electronicos sin contacto tales como pasaportes electronicos y visados electronicos en forma de transpondedores dispuestos de manera conjunta. En particular, estos documentos y visados se ajustan a las especificaciones de la ICAO (acronimo de la expresion anglosajona "Organization Internacional de Aviation Civil") y la norma ISO/IEC 14443.
El documento US 6 378 774 ilustrado en las figuras 1 y 2, describe una tarjeta inteligente que comprende un modulo de circuito integrado (2) con interfaces de comunicacion de contactos y antena. El cuerpo de la tarjeta comprende una antena pasiva que incluye dos bobinas (3,4) montadas en paralelo en un condensador, una bobina grande cerrada pudiendo estar dispuesta sustancialmente en la periferia del cuerpo de tarjeta y una bobina estrecha dispuesta de manera centrada con la antena del modulo. La bobina grande tiene la funcion de comunicar vis-a-vis un lector externo y el bucle estrecho sirve para acoplar y comunicarse con el modulo.
Estos soportes tienen el inconveniente, con una antena pasiva de dos bucles principales en forma de un ocho, de presentar una construccion compleja.
El documento US5955723 ilustrado en la figura 3, describe un soporte de datos que comprende un circuito integrado 16 conectado a un primer bucle de conductor 18, al menos un segundo bucle conductor 14 de superficie de acoplamiento que corresponde aproximadamente a la del soporte y un tercer bucle 13 perteneciente al segundo de bucle y que tiene aproximadamente las dimensiones del primer bucle. El primer y el tercer bucles estan dispuestos sustancialmente de manera concentrica y estan acoplados entre si. En una forma de realizacion ilustrada en la figura 3 el tercer bucle se encuentra abierto hacia el exterior; Se corresponde con una portion entrante en hueco o concava del primer bucle desde el exterior hacia el interior de la superficie de acoplamiento delimitado por la superficie interna de la antena 14.
El soporte resultante tiene el inconveniente de requerir una antena pasiva en la que el bucle principal se extiende sobre toda la periferia del soporte. Ademas, las construcciones descritas no permiten alcanzar un nivel objetivo de rendimiento conforme al estandar ISO/IEC 14443.
Tambien se conoce un modo de realizacion de la empresa SPS (Smart Card Solutions), que utiliza un modulo de contacto y una antena situada en una cavidad del cuerpo de la tarjeta inteligente bancaria. Este modulo esta acoplado con una antena pasiva dispuesta sobre casi toda la superficie del cuerpo de tarjeta; Comprende bucles sustancialmente concentricos dispuestos en espiral alrededor de la cavidad del modulo; El primer bucle adyacente a la cavidad siendo mas grande por varios milimetros bajo la ubicacion de la cavidad del modulo incluso 5 mm y los siguientes igualmente para permitir un gofrado en las espiras sin riesgo de seccionar las espiras del gofrado. Ademas, la antena esta conectada a las placas del condensador metalicas situadas a cada lado del soporte de la antena. La ultima espira se extiende de manera periferica a la tarjeta para abarcar el maximo de flujo de radiofrecuencia de un lector.
Esta construccion tiene el inconveniente de presentar el riesgo de delaminacion en la medida en que las laminas plasticas que forman el cuerpo de la tarjeta se adhieren mal a las superficies metalicas de las espiras de la antena y/o de las placas del condensador.
Ademas, se conoce una antena pasiva segun JP2002150245 A.
La invencion tiene como objetivo resolver los inconvenientes mencionados anteriormente.
En particular, su objetivo es mejorar el rendimiento de los dispositivos de radiofrecuencias o transpondedores de radiofrecuencia que incorporan una antena pasiva, mientras utilizan una construccion mas sencilla para lograr la antena pasiva.
Igualmente tiene como objetivo utilizar menos superficie metalica para la antena pasiva y/o el condensador asociado principalmente para evitar una deslaminacion y/o economia de superficie conductora.
Con este fin, la invencion tiene como objeto una antena pasiva segun la revindication 1. Ademas, la invencion tiene como objeto un dispositivo de radiofrecuencia que comprende una antena pasiva destinada a ser sintonizada en la frecuencia de al menos un transpondedor,
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- dicho transpondedor comprende un chip de circuito integrado conectado a una interfaz de antena que define una periferia de acoplamiento electromagnetico,
- dicha antena pasiva comprendiendo:
- un bucle principal formado de espiras que comprenden al menos una porcion de la superficie del interior del bucle,
- al menos un rebaje del bucle principal orientado desde el interior hacia el exterior del bucle principal, dicha porcion de superficie (B) estando localizada en dicho rebaje para efectuar un acoplamiento electromagnetico con un circuito transpondedor;
El dispositivo se caracteriza porque comprende dos rebajes (R, R2) que reciben o destinados a recibir cada uno un transpondedor (22, 22b).
Segun otras caracteristicas del dispositivo;
- Varias espiras de la antena pasiva se extienden o estan destinadas a extenderse sensiblemente cerca de y a lo largo de la interfaz de antena del transpondedor (o modulo de radiofrecuencia) durante mas de la mitad de la periferia;
- Dicha pluralidad de espiras de la antena pasiva estan situadas o destinadas a ser situadas en aplomo de las espiras de dicha interfaz del modulo;
- Dicha pluralidad de espiras de la antena pasiva se extienden o son destinadas a ser extendidas sobre mas de tres cuartas partes de la periferia de la interfaz del modulo;
- Dicho rebaje tiene la forma concava de una "U" o una "V" abierta hacia la superficie interna del bucle;
- El dispositivo incluye o esta destinado a incluir un primer transpondedor en un modulo de contacto que desemboca en la superficie del dispositivo y un segundo transpondedor que no desemboca;
- Dicho primer transpondedor cumple con el estandar ISO/IEC 14443 de tipo A y el segundo de tipo B;
- La antena pasiva se extiende sustancialmente solo sobre la mitad de la superficie normalizada de una tarjeta bancaria ISO 7816; La antena pasiva se extiende fuera de una zona de gofrado; La superficie de acoplamiento de la antena pasiva se extiende preferentemente sobre una superficie que es aproximadamente la mitad de la superficie de la tarjeta inteligente ISO 7816, siendo 81 x 25 mm o menos;
- Las ramificaciones paralelas exteriores de la "U" estan separadas por distancia comprendida entre 5 mm y 15 mm;
- El rebaje esta destinado a ser posicionado en aplomo de un modulo de identificacion de abonado (SIM) constituyendo un transpondedor de radiofrecuencia o siendo de tipo NFC; El dispositivo puede incluir o constituir un soporte flexible posicionable alrededor de un modulo de identificacion de abonado, principalmente en una carcasa de telefono movil para mejorar el acoplamiento con un transpondedor de radiofrecuencia o NFC contenido en el modulo.
Gracias a la invencion:
- El motivo de la antena pasiva no necesita presentar dos bobinas cerradas de las cuales una es sustancialmente concentrica con la antena del modulo;
- Se obtiene una buena funcionalidad del producto en los tests ISO 14443-2 gracias al acoplamiento optimizado entre la antena pasiva y la del o de los modulos;
- El rebaje (forma concava de la antena abierta hacia el interior de la antena) en U, V o C permite el acoplamiento con una forma de antena pasiva de una sola bobina y con una superficie de acoplamiento reducida a la mitad para permitir el gofrado en una tarjeta bancaria;
- La invencion asegura un buen acoplamiento con un bucle menos extenso y con menor superficie de las espiras; Tiene la ventaja de evitar un problema de la delaminacion, mientras libera toda la superficie de gofrado estandar reservada para el gofrado;
- La invencion permite liberar la superficie ocupada por la antena; asi, una tarjeta puede recibir elementos de personalization graficos, tales como ventanas o partes transparentes;
- La invencion permite racionalizar la production con un unico tipo de antena pasiva para varias aplicaciones potenciales, comprendiendo la antena varias cavidades sustancialmente en forma de "U" o "C", en las que la superficie de cada rebaje se corresponde sustancialmente con la superficie de cada modulo.
Otras caracteristicas y ventajas de la invencion apareceran con la lectura de la description realizada a titulo de ejemplo no limitativo y con referenda a los dibujos adjuntos en los que:
- Las figuras 1 y 2 ilustran una tarjeta inteligente con interfaz dual de acuerdo con la tecnica anterior;
- La figura 3 ilustra una tarjeta inteligente sin contacto de la tecnica anterior;
- La figura 4A ilustra una vista esquematica del dispositivo que no se corresponde con un modo de realizacion de la invencion;
- La figura 4B ilustra una vista esquematica de una tarjeta inteligente que comprende el dispositivo de la figura 4A;
- La figura 4C ilustra una vista esquematica del rebaje R de la figura 4A;
- La figura 5 ilustra una vista esquematica de otro modo que no se corresponde con un modo de realizacion de la invencion reivindicada del rebaje R de la figura 4A;
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- La figura 6 ilustra una vista esquematica de un modo de realization de la invencion reivindicada;
- La figuras 7a y 7b ilustran modulos de radiofrecuencia;
- La figura 8 ilustra un dispositivo que comprende dos rebajes (R. R2) que reciben cada uno un transpondedor (22, 22b).
Las figuras 1-3 de la tecnica anterior han sido descritas anteriormente en la introduction.
Las antenas pasivas estan referenciadas respectivamente (3, 4) y (13, 14). Comprenden respectivamente un bucle pequeno (3, 13) y un bucle grande (4. 14).
En la figura 3, el flujo electromagnetico inducido en el interior del bucle 14 es contrario al inducido en el bucle 13 y puede perjudicar la eficacia del acoplamiento electromagnetico.
En la figura 4A, se representa esquematicamente un dispositivo de radiofrecuencia 1A de acuerdo con la invencion (sin ilustracion de un condensador de sintonizacion de frecuencia conectado, en principio, a los terminales de antena). Este dispositivo esta aqui en el ejemplo de una tarjeta inteligente sin contacto y/o con contacto conforme al estandar ISO 7816 e ISO/IEC 14443. Puede ser un pasaporte electronico u otro objeto sin contacto como una etiqueta electronica, una credencial, un billete de transporte, etc.
El dispositivo comprende una antena pasiva 24 prevista o destinada a ser sintonizada en la frecuencia con un transpondedor de radiofrecuencia 22 o 22B; El transpondedor comprende un chip de circuito integrado de radiofrecuencia 16 conectado a una interfaz de antena 28 o 36 (que se muestra aqui esquematicamente). Una espira exterior 29 de la interfaz de la antena 28 define una periferia P de la superficie de acoplamiento electromagnetico del transpondedor; El modulo tambien incluye una espira interna 30. El transpondedor puede ser en el ejemplo un modulo de interfaz dual 22 (antena y placas de contacto 36 en la superficie del cuerpo de tarjeta) o un modulo sin contacto de tarjeta inteligente 22b (fig. 7B).
De una manera general, en el marco de la presente description, se entiende por transpondedor todo circuito electronico de radiofrecuencia que se comunica por medio de un campo electromagnetico y que incorpora una bobina conectada a un condensador y/o a un circuito integrado.
Los transpondedores se utilizan en diversos ambitos economicos como el bancario (monedero electronico), la comunicacion, el transporte. la identidad (pasaporte electronico, tarjeta de identificacion). En la identidad particularmente. resulta comun efectuar la identificacion de una persona mediante la comunicacion por radiofrecuencia con un objeto electronico portatil sin contacto de tipo RFID.
El modulo puede o no puede incluir un sustrato aislante soporte de las placas de contacto y/o de la antena. La antena pasiva puede realizarse sobre un sustrato aislante mediante cualquier tecnica conocida por los expertos en la tecnica, principalmente por incrustation de hilo de la antena, por grabado por serigrafia. En el ejemplo, la antena esta grabada.
La antena pasiva 24 comprende un bucle principal unico formado por al menos una o mas espiras; incluye al menos una parte de superficie (A) en el interior del bucle para efectuar un acoplamiento electromagnetico con al menos un circuito transpondedor.
Preferiblemente, para un mejor resultado del acoplamiento y rendimiento satisfactorio principalmente de los tests del estandar ISO/IEC 14443 se extienden o estan destinadas a extenderse varias espiras de la antena pasiva 24 sensiblemente cerca y a lo largo de la interfaz 28 de los modulos sobre mas de la mitad de su periferia (P). Es decir, que una parte del recorrido de las espiras de la antena pasiva 24 definen el rebaje acompanado de muy cerca y/o de forma sustancialmente paralela al recorrido de las espiras de la interfaz de antena 28 del transpondedor sobre al menos una distancia correspondiente a la mitad de la longitud de la espira periferica (29) P.
En el ejemplo. en el caso del modulo de tarjeta inteligente, las antenas 24 y 28 estan dispuestas en proximidad inmediata una de la otra, por ejemplo, separadas por menos de un milimetro. En otros dispositivos, por ejemplo memoria USB, telefono, esta proximidad puede ser mas importante, por ejemplo del orden de unos pocos milimetros o incluso uno o mas centimetres.
En la figura 4B (o 4A), se observa que la antena 24 se extiende sobre una mitad de la superficie de un cuerpo 10 de tarjeta inteligente con dimensiones ISO 7816. La parte del rebaje de la antena pasiva tiene la forma de una letra "U" tumbada o de una letra "C"; esa parte forma aqui un gancho de la antena pasiva 24 que se extiende hacia una ubicacion 37 del modulo para englobar o rodear dicha ubicacion.
Gracias a las disposiciones anteriores, se mejora la comunicacion por radiofrecuencia de la tarjeta con un lector y puede cumplir con el estandar ISO/IEC 14443 con simplemente la mitad de la superficie de una tarjeta inteligente estandar ISO 7816.
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El flujo electromagnetico inducido en la superficie (A) tiene el mismo sentido que el inducido en la superficie B del rebaje.
La antena pasiva puede extenderse sensiblemente sobre toda la longitud de la tarjeta misma mas alia del modulo (a la izquierda en la figura).
En la figura 4C, que corresponde a una parte ampliada de la esquina extraida de la figura 4A, el rebaje R tiene la forma de la letra "C". La superposicion entre la antena principal 24 y la interfaz de antena 28 se lleva a cabo, respectivamente, sobre tres de sus lados adyacentes perpendiculares Cp, Dp, Ep y Cm. Dm, Em, como se muestra en la figura 5.
En esta realizacion, varias espiras de la antena pasiva se extienden o estan destinadas a extenderse sobre tres cuartas partes o mas de la periferia de la interfaz de antena 28 del modulo.
Alternativamente, la antena pasiva puede rodear un poco mas al transpondedor o la ubicacion 37 por una porcion complementaria sin cerrar por completo la superficie B y aislarla de la superficie A.
La antena pasiva puede estar conectada a dos placas del condensador Cl, C2, por ejemplo, realizadas a ambos lados del sustrato de la antena (alternativamente, el condensador puede ser un chip de circuito integrado). Una trama 40 a ambos lados del sustrato permite por su perforacion y deformacion conectar las dos placas, ellas mismos conectadas a los extremos de la antena pasiva.
Segun la invencion, la antena pasiva comprende en el rebaje R, una espira interior 33 extendida hacia la mediatriz del rebaje R.
La ventaja es poder eventualmente fabricar una cavidad de modulo con tolerancias de fabricacion amplias sin riesgo de cortar la espira interna de la antena 24 6 34 al nivel del rebaje; Es posible proporcionar de ese modo una pluralidad de dimensiones de la cavidad con un mismo perfil de antena pasiva. La ampliation de la espira se produce aqui solo en este rebaje cubierto por la antena del transpondedor.
De acuerdo con otras variantes de ejecucion, la invencion preve realizar condensadores en serie multiplicando las placas superpuestas. Estas placas o cuadriculas pueden formarse con el recorrido continuo de un hilo.
Ademas, la invencion preve realizar placas o cuadriculas superpuestas sobre el recorrido de las espiras de la antena.
Asi, se obtiene un conjunto de condensadores en serie, ya sea mediante la superposicion de al menos tres cuadriculas, o mediante la realizacion de al menos dos condensadores en el recorrido de una misma espira (o de una misma pista conductora si no hay antena).
Por ejemplo, en el curso de la realizacion de una espira, el instrumento de guia del hilo en el sustrato realiza una placa en zigzag o en forma de cuadricula cualquiera, despues el hilo de una segunda vuelta o vuelta subsiguiente de espira realiza la segunda placa y/u otras placas subsiguientes para tener condensadores en serie uno con el otro.
La ventaja del condensador en serie es ganar espacio de la superficie dedicada a las placas.
Alternativamente, despues de haber realizado una primera placa, la invencion preve realizar la segunda placa o n- esima placa en la estela de la primera con un hilo continuo, por ejemplo haciendo repasar el hilo en la cuadricula que viene de ser formada antes de proseguir el recorrido de la antena.
Las cuadriculas superpuestas que forman el condensador se pueden ajustar mediante el corte de un hilo de acuerdo con el valor de condensador deseado. Por ejemplo, si una porcion de cuadricula terminal se desconecta del circuito por la section de un hilo en un lugar de la cuadricula o que conduce a la cuadricula, tiene tanta condensation que es desactivada. Otro ejemplo, si una porcion terminal de cuadricula contiene N lineas que cruzan otras N lineas como se muestra en la figura 3, la invencion preve poder seccionar un hilo, preferentemente, a nivel de las lineas situadas en el borde de las cuadriculas o a distancia de las cuadriculas. La invencion preve una tabla de correspondencias. entre "N" lineas suprimidas y el valor de condensador correspondiente eliminado.
La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos con una antena pasiva segun la figura 8 y un modulo sustancialmente de acuerdo con la figura 7B. El modulo utilizado para los tests puede ser conforme a un modulo estandar de la empresa SPS. Estos valores satisfacen ampliamente el estandar ISO 14443 con solo la mitad de superficie de antena, al contrario de la tecnica anterior para un tipo de producto de antena pasiva.
La invencion permite obtener una antena universal para tres usos posibles: una version con dos modulos, una version con solo modulo de interfaz dual y una version de un modulo sin contacto. Asi, se puede reducir el stock y racionalizar la production con un solo tipo de antena para varios usos.
La tabla indica los valores obtenidos por las bandas laterales alta (USB) y baja (LSB). La antena pasiva puede ser una antena grabada de manera clasica; Tiene las siguientes caracteristicas:
- Numero de vueltas : 4
5 - Inductancia : 3,2pH
- Impedancia : 3,1 Ohm
- C: aprox. 53pF
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- Antena de doble modulo
- Fecuencia de resonancia 14,02 MHz
- Factor Q 23,7
- Hmin 0,85 A/m
- Modulacion de carga ISO
- 1,50 A/m LSB 25,00 mV
- USB
- 61,00 mV
- 2,00 A/m
- LSB 27,00 mV
- USB
- 68,00 mV
- 2,50 A/m
- LSB 27,00 mV
- USB
- 70,00 mV
- 3,00 A/m
- LSB 27,00 mV
- USB
- 71,00 mV
Claims (13)
- REIVINDICACIONES1. Antena pasiva (24), que comprende5 - un bucle principal (24) formado de espiras,- un rebaje (R) del bucle principal abierto desde el interior hacia el exterior del bucle principal, destinado a recibir un transpondedor (22),caracterizado porque la antena comprende en dicho rebaje una espira interna ampliada (33) hacia la 10 mediatriz del rebaje.
- 2. Dispositivo de radiofrecuencia que comprende una antena pasiva (24) segun la reivindicacion precedente, estando dicha antena sintonizada en la frecuencia de al menos un transpondedor (22, 2b),15 - dicho transpondedor comprende un chip de circuito integrado (16) conectado a una interfaz de antena (28)que define una periferia (P) de superficie de acoplamiento electromagnetico,- dicho bucle principal (24) formado de espiras comprendiendo al menos una porcion de superficie (B) en el interior del bucle,- al menos un rebaje (R, R2) del bucle principal estando orientado del interior hacia el exterior del bucle2 0 principal.caracterizado porque dicha porcion de superficie (B) esta localizada dentro de dicho rebaje (R, R2) para efectuar un acoplamiento electromagnetico con un circuito transpondedor.25 3. Dispositivo segun la reivindicacion precedente, caracterizado porque varias espiras de la antena pasiva seextienden o estan destinados a extenderse de manera sustancialmente adyacente a y a lo largo (Dm, Cm, Em) de la interfaz de antena (28) en mas de la mitad de la periferia (P).
- 4. Dispositivo segun las reivindicacion 2 a 3, caracterizado porque dicha pluralidad de espiras de la antena 30 pasiva (24) estan colocados o destinadas a ser colocadas al aplomo de las espiras de dicha interfaz de antena (28).
- 5. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4. caracterizado porque dicha pluralidad de espiras de la antena pasiva (24) se extienden o estan destinadas a extenderse sobre mas de tres cuartas partes de la periferia (P) de la interfaz de antena (28).35
- 6. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque dicho rebaje (R, R2) tiene la forma de una "U" o de una "V" o "C", abierta hacia la superficie interior de la antena pasiva (24).
- 7. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque incluye dos rebajes (R,4 0 R2) que reciben o estan destinados a recibir cada uno un transpondedor (22, 22b).
- 8. Dispositivo segun la reivindicacion precedente, caracterizado porque comprende o esta destinado a comprender un primer transpondedor (22) en un modulo de contacto (36) que desemboca en la superficie del dispositivo y un segundo transpondedor que no desemboca.45
- 9. Dispositivo segun la reivindicacion precedente, caracterizado porque dicho primer transpondedor (22) se ajusta al estandar ISO/IEC 14443 de tipo A y el segundo (22b) se ajusta al tipo B o a la inversa.
- 10. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado porque la superficie de5 0 acoplamiento de la antena pasiva (A) se extiende preferentemente sobre una superficie que es aproximadamente lamitad de la superficie de la tarjeta inteligente de acuerdo con ISO 7816, siendo 81 x 25 mm o menos.
- 11. Dispositivo segun la reivindicacion precedente, caracterizado porque la antena pasiva (24) se extiende fuera de una zona de gofrado (EMB).55
- 12. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizado porque las ramificaciones paralelas Cp, Ep) externas de la "U" tienen una separacion comprendida entre 5 mm y 15 mm.
- 13. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12, caracterizado porque el rebaje (R, R2) esta 60 destinado a ser colocado al aplomo de un modulo de identificacion de abonado (SIM) que constituye untranspondedor de radiofrecuencia o de tipo NFC.
- 14. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 13, caracterizado porque comprende un solo transpondedor posicionado al aplomo de uno de los rebajes.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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