SK288653B6 - Žiarič nestacionárneho magnetického poľa, jeho zapojenie a spôsob modulácie - Google Patents

Abstract

Žiarič je určený na vytvorenie bezkontaktného komunikačného kanálu (najmä RFID/NFC) v miniatúrnom zástavbovom priestore. Žiarič má podlhovasté, aspoň čiastočne feritové jadro (1), na jadre (1) je navinutý vodič (4) aspoň s dvoma závitmi (2), závity (2) sú na jadre (1) uložené tesne vedľa seba a účinná šírka (w) jedného závitu (2) zodpovedá polomeru jadra (1) pri kruhovom priereze jadra (1) alebo zodpovedá ekvivalentnému polomeru pri ostatných tvaroch jadra (1) s odchýlkou do ±75 %. Vodič (4) návinu je plochý alebo návin zahŕňa viaceré paralelne vedľa seba vedené vodiče (41 až 4N) tvoriace jeden viacstupňový závit (2). Žiarič môže byť umiestnený vo vyberateľnej pamäťovej karte (5) a/alebo na PCB doske (10), a/alebo na SIM karte (9), a/alebo v batérii (11). Modulácia dát vysielaných žiaričom využíva generátor elektromagnetického vlnenia s frekvenciou odlišnou od prijímača, rozdiel týchto frekvencií zodpovedá subnosnej frekvencii.

Description

Vynález sa týka žiariča nestacionárneho magnetického poľa, ktorý tvorí miniatúrnu náhradu antény na plochom nosiči s malou dostupnou výškou zástavby, predovšetkým na ploche vyberateľnej pamäťovej karty ako je microSD karta alebo SIM karta. Anténa je určená najmä na dodatočné vytvorenie bezkontaktného NFC/RFID komunikačného kanálu v mobilnom telefóne alebo aj na PCB doske rôznych elektronických zariadení.

Doterajší stav techniky

Umiestnenie antény priamo na vyberateľnej karte, ktorá je určená na zasunutie do slotu mobilného komunikačného zariadenia, je známe zo zverejnených patentových spisov, napr. DE 10252348 Al, WO 03/043101 A3. Tieto zverejnenia opisujú všeobecnú možnosť použitia antény na karte, ale neobsahujú dostatočnú špecifikáciu antény v situácii, kedy je vyberateľná karta tienená susediacimi časťami mobilného komunikačného zariadenia, najmä mobilného telefónu.

Konkrétne opísané NFC antény majú tvar slučiek vodiča na ploche, pričomv prípade malých rozmerov sa využíva všetka dostupná plocha. Pri umiestnení NFC antény na relatívne malých plochách má anténa podobu vpísaného špirálového pravouhlého návinu so zaoblenými rohmi, ktorý v podstate kopíruje vonkajší tvar dostupnej plochy. Týmto usporiadaním sa vytvoril vcelku typický tvar NFC antén.

Antény na NFC a RFID prenosy sú preto v zásade ploché, s návinom slučiek po okrajoch využiteľnej plochy, ako napríklad podľa DE102008005795, CN102074788, US2009314842, CN101577740, CN201590480, CN201215827, CN201515004, CN201830251, JP2010102531, JP2011193349, KR20100056159, KR100693204, W02010143849, JP2004005494, JP2006304184, JP2005033461, JP2010051012. Pri implementácii takejto antény na vyberateľnú pamäťovú kartu s a prirodzeným spôsobomvyužije plochý charakter karty a takáto anténa sa rozvinie návinmi slučiek na dostupnej časti najväčšej plochy, ako napr. WO2012019694, DE102010052127, DE102004029984, CN101964073. Riešenia s rámovými anténami na dostupných plochách však nevedú k želanému výsledku a rôzni prihlasovatelia preto dopĺňajú anténu ďalšími prvkami, ako sú rebrá, vrstvy a podobne. Tieto riešenia zvyšujú komplikovanosť konštrukcie a napriek tomu nevedú kvytvoreniu spoľahlivého komunikačného kanálu. Sú známe riešenia miniatúrnych antén, napríklad podľa US 2007/0194913 Al, ktoré riešia problém so zmenšovaním antény a jej pripojením na substráte, takéto aplikácie však neriešia problém s rôznym tienením antény. Prenesenie znalostí o existujúcich NFC anténach do oblasti s malým dostupným priestorom neprináša žiadané výsledky, keďže pri miniaturizácii pod určitú úroveň sa vlastnosti výslednej antény nemenia lineárne.

Zverejnené patentové prihlášky Logomotion opisujú usporiadanie antény a jednotlivých vrstiev vyberateľnej pamäťovej karty s cieľom nastaviť vyžarovacie a prijímacie charakteristiky antény tak, aby bolo možné vytvoriť spoľahlivý komunikačný kanál aj pri rôzne zatienených slotoch karty. Takto definovaná technická úloha viedla k vytvoreniu viacerých technických riešení, ktoré však viedli k uspokojivým výsledkom len pri niektorých mobilných telefónoch a následne sa vývojový prúd ubral smeromkvytváraniu väčších, dodatočných antén na telese mobilného telefónu mimo tienených oblastí. Tieto dodatočné antény (CN201590480 U), napríklad v podobe nálepiek, môžu byť so základnou anténou na karte prepojené be/kontaktne, naďalej však pretrváva malá univerzálnosť takéhoto usporiadania a nepríjemná je aj zložitosť aplikácie v rukách bežného užívateľa.

Anténa umiestnená priamo na vyberateľnej karte má veľmi obmedzené rozmerové možnosti. Mobilné telefóny majú sloty na karty formátu microSD, čo podstatne limituje veľkosť antény, ktorú je možné umiestniť priamo na karte. Pri umiestnení vyberateľnej karty vo veľmi tienených slotoch, napríklad pod batériou mobilného telefónu, sa podmienky vysielania z antény na karte ešte výrazne zhoršujú. Používanie usmerňovacích vrstiev, fólií má len úzko špecifický vplyv a je málo univerzálne pri nasadení v rôznych konštrukciách mobilných telefónov.

Základné teoretické a odborné publikácie zastávajú názor, že pri malej hrúbke a dostupnej ploche má RFID alebo NFC anténa byť vytváraná ako plochá anténa, napríklad podľa RFID HANDBOOK, Klaus Finkenzeller, 2010 podľa obrázkov 2.11, 2.15, 12.7, 12.9, 12.11, 12.13. Podľa rovnakého zdroja (časť 4.1.1.2 Optimal Antenna Diameter/Physical Principles of RFID Systems) je najoptimálnejšie, ak polomer vysielacej antény zodpovedá druhej odmocnine požadovaného dosahu antény.

Plochá anténa navinutá ako slučka na vonkajšej ploche vyberateľnej pamäťovej karty je opísaná v spise US 2010258639, kde je tiež objasnené riešenie, pri ktorom je vodič navinutý okolo telesa vyberateľnej pamäťovej karty. Toto teleso však nie je feritové. Zverejnenie JP 2004200829 opisuje feritovú anténu s klasickým usporiadaním závitov.

Norma pre bezkontaktnú komunikáciu ISO 14443 charakterizuje podmienky modulácie A alebo B s nosným signálom s frekvenciou 13,56 MHz. Prenášané dáta sa vo vysielači vmodulujú do subnosnej frekvencie,

S K 288653 B6 ktorá sa spojí so základným, nosným signálom. Výsledkom je frekvenčná superpozícia s prenášanými dátami, ktoré s a v prijímači detegujú oddelením nosného signálu z prijatého spektra.

Keďže pri mobilných telefónoch sa častejšie používajú kovové súčasti a kryty, objavuje sa problém s konštrukciou a umiestnenímNFC antény aj v situácii, kde sa s NFC prvkom počíta už pri návrhu mobilného telefónu alebo obdobného komunikačného prvku. Je žiadané také riešenie, ktoré bude zabezpečovať vysokú priechodnosť vysielaného signálu z PCB dosky mobilného telefónu, zo SIM karty alebo z prvku na vyberateľnej pamäťovej karte, ktorá môže byť tienená okolitými kovovými prvkami mobilného telefónu, napríklad batériou alebo kovovým krytom

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje žiarič nestacionárneho magnetického poľa použitý vo funkcii antény, predovšetkým antény na plochom substráte v rámci elektronického zariadenia, napríklad mobilného telefónu, kde podstata žiariča podľa tohto vynálezu spočíva v tom, že žiarič má podlhovasté, aspoň čiastočne feritové jadro, na jadre je navinutý vodič aspoň s dvoma závitmi, závity sú na jadre uložené tesne vedľa seba a účinná šírka jedného závitu zodpovedá polomeru jadra pri kruhovom priereze jadra s odchýlkou ±75 %. Pri iných prierezoch jadra účinná šírka jedného závitu zodpovedá ekvivalentnému polomeru tiež s odchýlkou ±75 %.

Pomer 0,25 až 1,75, výhodne 0,5 až 1,5, obzvlášť výhodne 0,85 až 1,15 medzi účinnou šírkou jedného závitu a polomerom jadra, resp. ekvivalentným polomerom jadra nie je len prejavom rozmerovej dimenzácie. Ako sa objavilo pri vynaliezaní žiariča, práve dodržanie uvedeného rozmerového vzťahu sa v spojitosti s tesným návinom vodiča prejaví synergickým spolupôsobením viacerých fyzikálnych zákonitostí. V tomto rozsahu a v blízkom okolí uvedeného intervalu sa vytvára smerové spolupôsobenie magnetického poľa z jednotlivých častí vodičov a z jednotlivých návinov bez vzniku nežiaducich vírivých polí, pričom sa magnetické pole v jadre zosilňuje a zároveň nemôže vytekať popri návine mimo koncových čiel jadra. Uvedený pomer medzi účinnou šírkou jedného závitu a polomerom jadra nebol doteraz sledovaným parametrom pri žiaričoch, ani pri anténach. Pri doterajších anténach s jadrom pritom dosahuje účinná šírka w jedného závitu menej ako 0,001- až 0,1-násobok polomeru jadra. Výhodný pre žiarič podľa tohto vynálezu bude pomer blízky 1, teda w = D/2, kde D je priemer jadra, resp. ekvivalentný priemer jadra.

Žiarič je použitý ako náhrada klasickej elektromagnetickej antény, pričom však na druhej strane bezkontaktného NFC alebo RFID spoja je signál prijímaný a vysielaný štandardným NFC alebo RFID prijímacím prostriedkom. Žiarič má za úlohu vytvoriť intenzívne a homogénne magnetické pole. V prípade použitia žiariča na microSD karte alebo SIM karte (subscriber identity module) bude menší rozmer prierezu jadra (napríklad rozmer výšky jadra) menší ako 1 mm. V prípade použitia žiariča na microSD karte je dĺžka jadra viac ako 7-násobok menšieho rozmeru prierezu jadra. Dĺžka jadra nebude zvyčajne presahovať 15 mm. Vprípade použitia žiariča na nanoSIM karte bude hrúbka žiariča menšia ako 0,65 mm a jeho dĺžka nepresiahne 12 mm. Žiarič bude použitý predovšetkým na vytvorenie dodatočného bezkontaktného komunikačného kanálu. Žiarič podľa tohto vynálezu bude vytvárať aj elektrické pole, to však na strane prijímajúceho zariadenia nebude nositeľom signálu, bude len nevýznamnou zložkou poľa, ktorá nebude podstatnou mierou prenikať cez tienenie hosťujúceho zariadenia. Pri miniaturizácii antény s jadrom s hrúbkou pod 1 mm vznikajú technické problémy, ktoré nie je možné riešiť len proporčnýmdimenzovaním bežne známych konštrukcií väčších antén.

V prvom rade sa použitie závitov, ktoré majú os rovnobežnú s plochou nosiča podľa tohto vynálezu, prejaví tým, že podstatne poklesne priemer závitu, čo je v rozpore so všeobecnou požiadavkou na zvyšovanie dosahu antény podľa RFID HANDBOOK, Klaus Finkenzeller, 2010.

Jadro je v pozdĺžnom smere podlhovasté, aby sa konce jadra nachádzali čo najďalej od seba v rámci dostupného priestoru na danej ploche. Jadro môže byť zakrivené, ale najlepšie výsledky sa dosahujú pri priamom tyčovom jadre, kedy sa siločiary magnetického poľa uzatvárajú zvonka žiariča v čo najdlhšej dráhe a majú teda snahu vytekať von z tieneného priestoru. Ferit jadra má mať relatívnu permeabilitu nastavenú tak, aby indukčnosť žiariča bola na úrovni 600 nH až 1200 nH, výhodne v blízkosti 750 nH. Pri zohľadnení tohto kritéria môže mať feritové jadro permeabilitu v rozmedzí 30 až 300. Permeabilita jadra bude nastavená podľa technologických možností maximálneho dovoleného magnetického sýtenia a rozmerových možností prierezu jadra. Pod pojmom ferit je pritom potrebné rozumieť akýkoľvek materiál, ktorý zosilňuje charakteristiky a vlastnostimagnetického poľa.

Je podstatné, aby závity boli navinuté tesne vedľa seba, aby s a tým zamedzilo vyžarovaniu magnetického poľa z jadra mimo koncov jadra. Samotné vodiče závitov tým tvoria tienenie jadra. Vodiče susedných závitov bránia vytváraniu vírivého magnetického poľa vodiča, ktorý je medzi susednými vodičmi. Medzi susediacimi závitmi je v podstate len medzera v podobe hrúbky izolácie vodičov. Sústava závitov z kovového vodiča týmto vytvára tieniaci obal jadra, ktorý usmerňuje tok magnetického poľa.

S K 288653 B6

Aby sme dosiahli stav, kedy magnetické pole zo žiariča vyteká aj nepatrnými medzerami medzi tieniacimi prvkami v hosťujúcom zariadení, je potrebné, aby magnetické pole v jadre bolo čo najhomogénnejšie a zároveň malo čo najväčšiu intenzitu pri malom priereze jadra. Požiadavka homogénnosti súvisí so zistením, že pri malých rozmeroch žiariča sa nerovnaká intenzita magnetického poľa v rámci jadra prejavuje veľkými stratami. Vysoká intenzita magnetického poľa sa požaduje preto, aby sa dosiahla vysoká prenikavosť magnetického poľa prostredím

Obe požiadavkysa najlepšie splnia práve usporiadaním, pri ktorom účinná šírka w jedného závitu zodpovedá polomeru jadra pri kruhovom priereze jadra. Účinná šírka w jedného závitu predstavuje rozmer, ktorým sa vodič závitu premieta na dĺžku jadra. Vodič môže mať rôzny prierez, preto môže byť účinná šírka w jedného závitu odlišná od skutočnej šírky vodiča. V najbežnejšom prípade, kedy má vodič závitu kruhový alebo jednoduchý plochý a pritom neprekladaný tvar, sa bude účinná šírka w závitu v podstate rovnať šírke vodiča. Ak sa použije plochý vodič tak, že časť vodiča jedného závitu sa prekryje okrajom susedného vodiča, bude sa za účinnú šírku vodiča w považovať šírka vodiča bez okraja, ktorý užprekfyva susedný vodič. Vpodstate pôjde o tú časť šírky vodiča, ktorá bude pri plochom vodiči v kontakte s jadrom Pri hustom, tesnom návine bude účinná šírka w vodičov jedného závitu zhodná so stúpaním závitu.

Požiadavku, aby účinná šírka w zodpovedala polomeru jadra, resp. ekvivalentnému polomeru jadra, je potrebné chápať tak, že sa účinná šírka w má v podstate rovnať polomeru jadra. Pri malých celkových rozmeroch prierezu jadra spôsobuje aj malá technologická odchýlka odchýlku od uvedeného pravidla, pričom sa však stále dosahuje úžitok, prípadne aspoň dostatočne využiteľný účinok z uvedeného princípu. Za splnenie podmienky rozmerového vzťahu je preto potrebné považovať aj situáciu, kedy je účinná šírka w závitu v rozmedzí 0,6- až 1,4-násobku polomeru jadra, resp. ekvivalentnému polomeru jadra. Vrozsahu pomeru 0,6 až 1,4 je pokles maximálneho magnetického výkonu do 10 %. Aj pri relatívne veľkom rozsahu pomerov (0,25 až 1,75) sa dosahuje dostatočne presvedčivý a výhodný výsledok, keďže doterajší stav techniky zahŕňa rádovo odlišné pomery účinnej šírky a polomeru jadra (menej ako 0,001 až 0,1).

Dodržaním rozmerového vzťahu sa vytvorí žiarič s efektom magnetického dela, kedy je magnetické pole vyžarované veľmi intenzívne z malej plochy prierezu miniatúrneho jadra.

Pojem ekvivalentný polomer nekruhového prierezu vyjadruje polomer, aký by mal kruh, ak by mal rovnakú plochu ako prierez s tvarom daného nekruhového prierezu. Ekvivalentný polomer nekruhového prierezu predstavuje teda plošne ekvivalentný polomer. Napríklad pri presne š tvorcovom priereze jadra so stranou „a“ je ekvivalentný polomer r_e = a/χ/π. Pri obdĺžnikovom priereze s rozmermi ,,a“, „b“ bez zaoblenia hrán je ekvivalentný polomer r_e = ^(a.b/n). Jadro môže mať prierez štvorcový, obdĺžnikový, kruhový, eliptický prierez alebo môže mať prierez tvorený kombináciou uvedených tvarov. Najčastejšie bude tvar jadra navrhnutý tak, aby využil daný priestor, zvyčajne bude mať jadro prierez s kruhovým tvarom alebo má eliptický tvar, alebo má prierez aspoň čiastočne pravouhlý tvar, najmä tvar štvorca alebo obdĺžnika, výhodne so zaoblenými rohmi.

Pre jednoduchosť bude žiarič vyhotovený tak, že je navinutý s drôtom so šírkou w po celej dĺžke jadra I a má vtedy N = I/w závitov. Zdroj U má vnútornú impedanciu Z. Žiarič Ls má sériový stratový odpor Rs a je pripojený k zdroju U cez prispôsobovací člen C1//C2 podľa obrázka 1, tak aby bol na pracovnej frekvencii f dokonale prispôsobený. Obrázok 1 ukazuje transformáciu sériového obvodu Ls+Rs na paralelný Lp//Rp,káe R_p = (1 + Q²)Rs a Lp -(1 + ^-) Ls.

Ak s a predpokladá, že kvalita rezonančného obvodu Q » 1, potom sa môžu vzťahy zjednodušiť na tvar L = Ls a Rp = Q² Rs.

u²

Výkon zo zdroja na vykrytie strát je potom Ρ_υ = _r Indukčnosť Ls je možné prispôsobiť, ak Rs je menší ako reálna čast’Re(Z). Za tohto predpokladu je potom prúd II tečúci indukčnosťouLs

I

Magnetické pole v strede žiariča je potom

H= — kde N je počet závitov. Vzťah sa ďalej upraví na tvar

S K 288653 B6 lwK_1N ’ kde RiNje normovaná strata vinutia na jeden závit a má charakter

R_1n = a .e ^bw + r .

Obrázok 2 potom znázorňuje závislosť Rs od šírky návinu w delenej priemerom jadra. Na obrázku 2 je vyznačený bod C zodpovedajúci pomeru w/D = 0,5. Maximálna šírka návinu je wmax= 2πΌ. Pri väčšej šírke by už dochádzalo k vzájomnému prekrývaniu vodičov. Ostatná časť grafu pokrýva oblasť od N = 2,5 závitu do N = 55 závitov.

Graf podľa obrázka 3 znázorňuje závislosť intenzity magnetického poľa v strede žiariča. Maximálna hodnota (bod A na grafe) magnetického poľa je v prípade, ak w = 0,5 . D, teda vtedy, keď účinná šírka w závitu zodpovedá polomeru jadra žiariča. Naľavo od bodu B (veľmi tenká šírka vodiča) je odpor Rs väčší, ako je vnútorná impedancia Re(Z), a zdroj nie je schopný dodať do záťaže potrebný výkon, čo sa prejavuje výrazným poklesom na intenzite magnetického poľa. Bod B je zaujímavý aj tým, že vtedy je kapacita C2 = 0, výsledný rezonančný obvod sa zjednoduší na sériový rezonančný obvod podľa obrázka 4. Takto zjednodušený obvod však neposkytuje maximálny magnetický výkon. Magnetické pole napravo od bodu A klesá, pretože návin, ktorého šírka w s a zvyšuje, zviera stále väčší uhol s osou jadra žiariča.

Na základe Biot-Savartovho zákona sa vektor Hx spočíta ako vektorový súčin prúdu II a vektora r, ktorý v tomto prípade tvorí os jadra žiariča. Integruje sa po celej krivke x vinutia (špirála so stúpaním w) ’ ' ’ dx cosa

Z toho následne vyplýva zistenie, že pri veľmi širokom návine začína uhol a výrazne vplývať na intenzitu magnetického poľa s koeficientom cos a. Naopak naľavo od bodu A je vplyv uhla a zanedbateľný, ale začínajú sa výrazne prejavovať straty Rs podľa obrázka 2. Od hodnoty w = D/2 začínajú straty Rs výrazne narastať (bod C). Z grafu sa môže odčítať, že optimálna indukčnosť žiariča je približne pri L = 750 nH. Pri daných rozmeroch žiariča je potrebné zvoliť takú permeabilitu μ, aby pri w =D/2 bola indukčnosť práve L= 750 nH.

Pri použití jednostupňovo navinutého vodiča klasického kruhového prierezu vzniká problém s polomerom ohybu vodiča, keďže účinná šírka w vodiča, teraz zhodná s priemerom vodiča, má v podstate zodpovedať polomeru jadra, napríklad kruhového jadra. Povolený minimálny ohyb vodiča pritom býva určený viac ako dvojnásobkom polomeru ohybu. Ak je potom k dispozícii len jeden milimeter zástavbovej výšky priestoru na umiestnenie žiariča, bola by maximálna výška jadra menšia ako polovica milimetra, čo spôsobuje technologické problémy a komplikácie s návinom relatívne hrubého vodiča na krehké a malé jadro. Problémy s návinom spôsobuje pomer účinnej šírky a polomeru jadra podľa tohto vynálezu, keďže vodič má byť relatívne široký a teda aj hrubý oproti rozmeru jadra.

V snahe lepšie využiť dostupnú výšku priestoru, a pritom dodržať základné pravidlo podľa tohto vynálezu (teda rozmerový vzťah medzi účinnou šírkou závitu a polomerom jadra), sa vynašlo riešenie, pri ktorom sa použije plochý vodič. Jeho šírka po návine na jadro zodpovedá polomeru jadra. Plochý vodič sa jednoduchšie navíja na jadro, a pritom v priereze na výšku nezaberá veľa priestoru. Daný priestor je potom možné lepšie využiť na jadro žiariča. Plochý vodič má pritom dostatočne nízky elektrický odpor. Plochý vodič bude mať šírku presahujúcu dvojnásobok výšky vodiča, resp. hrúbky vodiča.

Ďalej sa vývojom zistilo, že vo výhodnom usporiadaní sa môže plochý vodič nahradiť sústavou aspoň dvoch vedľa seba navinutých vodičov, ktoré však spolu naďalej tvoria len jeden závit. Tieto vodiče sú pritom elektricky prepojené. Ak sa napríklad chce nahradiť plochý vodič s pôvodným pomerom šírky a výšky 1 : 3, použijú sa na náhradu takéhoto plochého vodiča tri vodiče rovnomerne kruhového prierezu, ktoré sa navinú vedľaseba, akoby išlo o trojstupňový závit. Ak s a bude nahradzovať plochý vodič s pôvodnýmprierezom 1 : 8, použije sa 8 vedľa seba uložených vodičov kruhového prierezu, akoby v mechanickom ponímaní išlo o osemstupňový závit. Vodiče v rámci jedného viacstupňového závitu by medzi sebou nemuseli byť izolované, keďže tieto vodiče budú na koncoch návinov elektricky prepojené, ale môže byť z dôvodu technologickej jednoduchosti použitý rovnaký, izolovaný vodič pre všetky vodiče daného závitu. V inom usporiadaní môžu byť elektricky izolované len okrajové vodiče jedného závitu, vnútorne umiestnené vodiče nemusia mať izoláciu.

Snaha dosiahnuť homogénne magnetické pole s vysokou intenzitou, ktoré bude pritom vyžarovať zo vzdialených koncov jadra, je sprevádzané radom protichodných požiadaviek. Je vhodné použiť čo najmenší počet závitov, ale pri klesajúcom počte závitov sa skracuje dĺžka jadra, ktoré je závitmi zároveň tienené, pri klesajúcom počte závitov sa tiež zvyšuje prúdové zaťaženie potrebné na vyžiarenie signálu, veľkosť prúdu je však obmedzená prvkami hosťujúceho zariadenia. Použitie plochého vodiča alebo použitie viac

S K 288653 B6 stupňových paralelne vedľa seba vedených vodičov jedného závitu tento protichodný stret požiadaviek vhod ne odstraňuje.

Žiarič s miniatúrnymi rozmermi môže byť umiestnený na PCB doske vnútri mobilného komunikačného zariadenia alebo môže byť umiestnený v rámci telesa vyberateľnej pamäťovej karty, alebo môže byť umiestnený na SIM karte akéhokoľvek formátu, alebo môže byť umiestnený na batérii, alebo môže byť umiestnený v kombinácii uvedených možností.

Pri použití žiariča podľa tohto vynálezu priamo na PCB doske mobilného komunikačného zariadenia (najmä mobilného telefónu) poskytuje žiarič výhodu najmä v tom, že žiarič použitý ako anténa má miniatúrne rozmery a môže sa umiestniť takmer kdekoľvek na doske. Doteraz sa NFC antény navrhovali špeciálne pre každý nový model mobilného telefónu, keďže antény obopínali svojimi slučkami väčšiu plochu na PCB doske alebo okolo PCB dosky. Doteraz musel jeden výrobca viacerých modelov mobilných telefónov používať viaceré typy NFC antén. Pri použití žiariča podľa tohto vynálezu, a to aj pri použití priamo na PCB doske, bude postačujúce používať jeden miniatúrny žiarič.

V prípade použitia žiariča na vyberateľnej pamäťovej karte je takáto karta určená na zasunutie do rozširujúceho slotu mobilného komunikačného zariadenia. V takom prípade je žiarič na substráte vyberateľnej pamäťovej karty umiestnený tak, že os jadra antény je orientovaná prevažne rovnobežne s plochou telesa vyberateľnej karty a žiarič je umiestnený na okraji telesa vyberateľnej pamäťovej karty mimo zóny s kontaktným rozhraním Bude výhodné, ak žiarič je lokalizovaný pozdĺž hrany oproti hrane so zónou kontaktného ro/hrania vyberateľnej pamäťovej karty.

Je výhodné, aby dĺžka jadra, teda rozmer jadra v smere osi vinutia bol čo najväčší v rámci rozmerových možností karty, tým sa dosiahnu čo najdlhšie siločiary magnetického poľa a len menšia časť magnetického toku sa uzatvára krátkou cestou. Pri umiestnení žiariča do telesa vyberateľnej pamäťovej karty bude mať jadro výšku do 1 mm, šírku do 5 mm a dĺžku do 15 mm. Pri výhodnej orientácii mimo zóny kontaktov bude mať jadro obdĺžnikový prierez s výškou do 0,7 mm, so šírkou do 1 mm a s dĺžkou do 11 mm.

V prípade použitia žiariča na SIM karte je k dispozícii väčší priestor na umiestnenie žiariča. SIM karta má väčšie rozmery ako microSD karta a zároveň nemá takú vysokú penetráciu elektronických prvkov mimo čipu v kontaktnom poli. Žiarič môže byť na SIM karte umiestnený v rôznych polohách a natočeniach. Pri umiestnení žiariča na microSIM karte alebo nanoSIM karte existujú podstatne obmedzenejšie priestorové možnosti ako pri bežnej SIM karte. Na takúto lokalizáciu žiariča sa vynašlo riešenie, kedy žiarič na vyberateľnej karte spolupracuje so zosilňovacím prvkom (booster), ktoiý je umiestnený v slote alebo v bezprostrednej blízkosti slotu, do ktorého sa karta zasunie. Zosilňujúci prvok má potom k dispozícii väčší priestor, resp. väčšiu plochu na zástavbu, ako je priestor, resp. plocha žiariča na samotnej vyberateľnej karte. Pod zosilňujúcim prvkom je pritom potrebné rozumieť aj prvok, ktorý nezvyšuje energetickú úroveň elektromagnetického poľa, ale vyžiarený tok zo žiariča napríklad len smerovo usmerňuje alebo homogenizuje.

Zosilňujúci prvok môže mať podobu feromagnetickej, prípadne feritovej fólie alebo dosky, môže mať podobu rezonančného obvodu alebo podobne. Vprincípe bude vhodné, aby sizosilňujúciprvoknevyžadoval nové, dodatočné kontakty na spojenie slotu so substrátom, napríklad na napájanie a podobne. Potom je možné novým dizajnom slotu zvýšiť jeho fimkcionalitu bez zmeny dizajnu okolitého prostredia (PCB dosky, držiaka a podobne).

Uvedené usporiadanie so žiaričom a zosilňujúcim prvkom v rámci slotu bude vo výrobnej praxi dobre použiteľné najmä preto, že sloty predstavujú externe dodávaný prvok, externe vyrábaný subsystém, ktorý má po návrhu dizajnu vyhradený príslušný priestor v hostiteľskom zariadení. Do nezmeneného priestoru je možné neskôr umiestniť slot doplnený o zosilňujúci prvok. Princíp spolupráce žiariča na vyberateľnej karte a zosilňujúceho prvku umiestneného v rámci hostiteľského zariadenia je možné využiť aj všeobecnejšie, kedy žiarič je lokalizovaný vo vyberateľnom prvku ako karta, jack, batéria, iné príslušenstvo a zosilňujúci prvok je umiestnený v slote, v konektore, vymeniteľnom kryte, ktorý je v dosahu elektromagnetického poľa žiariča.

Pri použití žiariča v batérii (akumulátore) mobilného telefónu je k dispozícii viacej možností umiestnenia a natočenia jadra žiariča. V princípe môže byť v jednej batérii umiestnených aj viacero žiaričov na rôznych miestach s rôznou vzájomnou orientáciou. Aktivácia konkrétneho žiariča môže byť zvolená podľa postupných výsledkov prenosov v danommobilnom telefóne.

Signál vysielaný zo žiariča magnetického poľa podľa tohto vynálezu je prijímaný štandardným prijímacím prostriedkom v danom frekvenčnom pásme. Napríklad ak bude žiarič určený pre NFC vysielanie medzi mobilným telefónom a čítačkou POS terminálu, bude anténa na strane mobilného telefónu mať podobu žiariča magnetického poľa s feritovým jadrom, ale na strane NFC čítačky POS terminálu bude umiestnená bežná prijímacia anténa. Práve konformita s existujúcimi, štandardnými zariadeniami je dôležitá, aby nebolo potrebné meniť hardvér široko rozšírený na strane POS terminálov. Zmena hardvéru na strane mobilného telefónu sa udeje práve vložením vyberateľnej karty (predovšetkým microSD formátu) do existujúceho rozširujúceho slotu mobilného telefónu alebo vložením novej SIM karty, alebo vložením novej batérie. Rozširujúci slot mobilného komunikačného zariadenia je slot na kartu, ktorá nemá vplyv na základnú komunikačnú funkciu zariadenia, je to tedanajmä, nie však výlučne, slot na vyberateľnú pamäťovú kartu formátu microSD.

S K 288653 B6

Z technologického hľadiska bude výhodné, akjadro bude tvorené feritovou tyčkou umiestnenou na nevodivej podložke. Nevodivá podložka bude mať šírku zodpovedajúcu šírke jadra a dĺžku aspoň rovnakú, ako je dĺžka jadra. Vodiče závitov sú navíjané cez feritovú tyčku a zároveň tiež cez nevodivú podložku, čím návin vodiča mechanicky pridržiava jadro s nevodivou podložkou. Nevodivá podložka môže mať po oboch koncoch pripojovacie plôšky na prepojenie vodičov návinu a na prepojenie antény s telesom vyberateľnej pamäťovej karty. Na pripojovacích plochách sa prepoja vodiče viacstupňového návinu navzájom a tiež sa tieto kontakty žiariča prepoja s vodivými obvodmi hosťujúceho zariadenia.

Magnetické pole vytvorené v žiariči podľa tohto vynálezu má schopnosť prenikať aj malými medzerami v priestorovej štruktúre mobilného komunikačného zariadenia. Ploché medzery napríklad medzi kartou a slotom karty, následne medzi telesom batérie a susediacim telom mobilného telefónu sú dostatočné na preniknutie magnetického poľa von z tela mobilného telefónu. Magnetické pole vyžiarené zo žiariča bude na druhej strane komunikačného kanála prijímané bežnou anténou, napríklad v podobe čítačky POS terminálu. Žiarič bude v praxi umiestnený najmä vnútri mobilného telefónu, ktorý ma v nevýhodnom usporiadaní kovové kryty. Siločiary magnetického poľa vychádzajú z malých medzier medzi krytmi von, teda do priestoru, kde sa bude nachádzať NFC čítačka. Kryty sú v podstate vždy deliteľné, často pre možnosť vyberať batériu spod krytu, vďaka čomu sú medzi ich časťami medzery. Tie postačujú na to, aby magnetické pole s vysokou intenzitou zo žiariča podľa tohto vynálezu prenikalo von.

Rezonančné vlastnosti žiariča je možné dosiahnuť nastavením polohy a rozmerov vodiča vinutia tak, že samotné vinutie má vhodnú kapacitu, prípadne má vhodnú kapacitu celá sústava všetkých vodičov vinutí, pripadne aj vrátane elektromagnetických väzieb okolia.

Žiarič môže byť navrhnutý tak, že sa vhodne nalaďuje pod vplyvom rôzneho prostredia. Ak sa bude nachádzať v tesnej blízkosti elektricky vodivých materiálov, indukčnosť žiariča sa zníži. Táto vlastnosť sa využije na automatické riadenie vyžarovaného výkonu v závislosti od prostredia, do ktorého sa žiarič umiestni. Týmto sa zvýši univerzálnosť nasadenia žiariča, pri jeho distribúcii sa nemusí uvažovať vplyv rôznych typov mobilných telefónov. Žiarič bude naladený napríklad na rezonanciu 15 MHz práve vtedy, keď sa nachádza v kovovom obale. Vplyvom prostredia sa indukčnosť antény ustáli, zníži na 1 pH. Ak sa však umiestni mimo obalu, indukčnosť sa zvýši na 1,3 pH a rezonancia sa posunie na 12 MHz. Keďže žiarič vyžaruje výkon na frekvencii 14,4 MHz, tak maximum výkonu sa vyžiari práve vtedy, keď jeho rezonancia je blízka tejto hodnote, pretože jeho vnútorný odpor je vtedy najmenší. Ak sa však žiarič umiestni pod plastový kryt, rezonancia sa posunie nadol na 12 MHz a vnútorný odpor na frekvencii 14,4 MHz vzrastie. Žiarič bude vo výhodnom usporiadaní navrhnutý a konštruovaný tak, že je frekvenčné a/alebo indukčnosťou a/alebo vnútorným odporom nastavený na maximálny vysielací výkon pri najnepriaznivejšom možnom tienení, napríklad pri úplnom zakrytovaní. Potom zmenšovanie miery tienenia svojou väzbou s okolím bude znižovať výkon vysielania pri rovnakom vstupnom budení a to tým, že tieniace prvky prostredia ovplyvňujú frekvenciu a/alebo indukčnosť, a/alebo vnútorný odpor žiariča. Jednoducho na vysielanie pomocou žiariča sa budú úmyselne používať aj okolité kovové časti, ich neprítomnosť síce spôsobí pokles vysielacieho výkonu, ale žiarič bude nastavený tak, aby aj pri nulovom tienení bol vysielací výkon žiariča vyšší ako minimálny výkon pre príjem štandardnýmNFC alebo RFID prijímacím prostriedkom

Žiarič magnetického poľa podľa tohto vynálezu bude v zásade použitý na vysielanie signálu z telesa vyberateľnej pamäťovej karty alebo z telesa SIM karty, alebo z PCD dosky, alebo z batérie. V opačnom smere komunikácie, keď je signál prijímaný na vyberateľnú pamäťovú kartu, nie je zvyčajne problém s intenzitou elektromagnetického poľa, keďže v tomto smere nie sú vysielacie antény rozmerovo obmedzované. Vprincípe preto nie je potrebné obzvlášť optimalizovať prenosovú cestu smerom k žiariču, ktorý bude slúžiť aj ako prijímacia anténa. V inom usporiadaní môže byť žiarič doplnený klasicky navinutou, samostatnou NFC anténou na prijímanie signálu smerom k vyberateľnej karte.

Maximálny efektívny prúd z výstupného driveru môže byť v rozsahu 0,1 - 0,2 Arms, kedy maximálne dovolené prúdové zaťaženie vychádza zo štandardu rozhrania karty. Výstupný driver je súčasťou koncového stupňa výkonového zosilňovača. Prúd vo vodiči návinu nepresahuje hodnoty 0,8 Arms. Výstupný odpor výstupného driveru pri takomto nastavení a napájaní na microSD karte môže byť menší ako 10 Ohm Konkrétna hodnota impedancie sa môže meniť podľa nastaveného pomeru napätí, prúdov a výkonov.

Pri zmenšovaní prierezu jadra je snaha dosiahnuť čo najvyššiu intenzitu magnetického poľa v jadre. To prináša zvýšené nároky na materiál jadra. Vhodnýmspôsobomzvýšenia účinnosti feritového jadra je koncentrácia frekvenčného pásma na čo najužšie frekvenčné spektrum Návrh frekvenčného spektra je pritom do veľkej miery podmienený princípom bežnej modulácie, v podstate je určený normou na be/kontaktnú komunikáciu, podľa ktorej sa prenášané dáta vo vysielači vmodulujú do subnosnej frekvencie, ktorá sa spojí s o základným, nosným signálom Pri žiariči podľa tohto vynálezu sa ako obzvlášť výhodná preukázala modulácia s novým princípom, kedy sa dá frekvenčné spektrum naladiť, nastaviť len na jednu frekvenciu. Žiarič je úzko naladený na vysielaciu frekvenciu bez ohľadu na subnosnú frekvenciu. Frekvenčné spektrum teda môže mať prudký vrchol.

S K 288653 B6

Žiarič a prijímač majú transformátorovú väzbu, prijímač vysiela nosný signál na prvej frekvencii, na strane žiariča sa dáta modulujú a zasielajú do prijímača, v prijímači sa signál prijme, pričom sa signál objavuje v podobe nosného signálu na prvej frekvencii a modulovanej subnosnej frekvencie s dátami na druhej frekvencii s ohľadom na nosnú frekvenciu. V prijímači sa oddelí nosný signál zo signálu na výstupe antény a demodulujú sa prenášané dáta. Podstata novej modulácie pri vysielaní dát zo žiariča do prijímača spočíva predovšetkým v tom, že frekvencia prijímača a frekvencia žiariča sú rozdielne a tento rozdiel ich frekvencií zodpovedá subnosnej frekvencii. Signál, ktorý je prijímaný a demodulovaný na strane prijímača, je vytvorený kombináciou nosného signálu vysielaného prijímačom a modulovanými dátami vysielanými žiaričom, kde táto kombinácia je detegovaná a prijímaná na anténe prijímača.

Rozdiel frekvencií nie je tvorený nepresnosťou, ale je úmyselný a podstatný. Rozdiel frekvencií má hodnotu veľkosti subnosnej frekvencie, na ktorej použitie je prijímač nastavený.

V transponderi sa pri využití transformátorovej väzby nemusí aktívne vysielať frekvenčný signál, postačí, ak sa v potrebnej frekvencii skratuje indukčný obvod antény transpondera, tieto zmeny na strane transpondera súmerateľné na výstupe antény prijímača.

Zmena vysielacej frekvencie žiariča oproti nosnej frekvencii prijímača je zvolená tak, aby na strane prijímača nebolo potrebné meniť ani spôsob vyhodnocovania prijatého signálu, ani zapojenie prijímača. Zmena vysielacej frekvencie môže byť nastavená na obe strany hodnoty nosnej frekvencie, to znamená, že vysielacia frekvencia môže byť nižšia alebo aj vyššia ako hodnotanosnej frekvencie prijímača.

V anténnej sústave tvorenej anténou prijímača a žiaričom so vzájomnou indukciou dochádza vzhľadom na malú vzájomnú vzdialenosť k tvorbe transformátorovej väzby. Pri prenose dát prijímač vysiela do antény svoju nosnú frekvenciu, žiarič vysiela modulovaný signál s odlišnou frekvenciou a v spoločnej anténnej sústave sa zlučujú signály rozdielnych frekvencií.

V prijímači sa analyzuje výstup z antény prijímača. Tento výstup na anténe prijímača má rovnaký charakter, akoby žiarič vysielal na nosnej frekvencii s moduláciou subnosného signálu pri použití záťažovej modulácie. V prijímači sa z výsledku frekvenčného zlúčenia odtransponuje nosný signál a získaný výsledok zodpovedá modulovanému subnosnému signálu, aj keď v skutočnosti žiarič fyzicky nepoužíva subnosný signál. Z neho sa demoduláciou získajú prenášané dáta, a to napriek tomu, že v skutočností boli dáta vmodulované priamo do vysielacej frekvencie žiariča. Týmto usporiadaním sa pre prijímač nemení spôsob spracovania dát, čo je významnou okolnosťou, keďže to umožňuje využívať existujúce prijímače s novými žiaričmi. Opačný smer toku dát môže byť pritom rovnaký ako doteraz.

Ak by prijímač podľa tohto vynálezu vysielal svoj signál mimo vzájomnej indukčnosti s anténou prijímača, vysielaný signál by nezodpovedal použitiu subnosnej frekvencie, keďže žiarič ju nevysiela, a prijímač očakávajúci štandardnú signálovú štruktúru by takýto signálnevedel vyhodnotiť. Až pri vytvorení vzájomnej indukčnosti dochádza k fyzikálnemu javu zlúčenia rôznych frekvencií, pričom ich rozdiel je úmyselne nastavený na veľkosť očakávanej subnosnej frekvencie. Prijímač tak prijatý signál spracuje rovnako ako v doteraz bežných zapojeniach. Významným prínosom tohto vynálezu je, že si nevyžaduje zmeny na strane existujúcich prijímačov. Žiarič bude umiestnený napríklad v mobilnom telefóne. Pri be/hotovostnej platobnej aplikácii sa mobilný telefón so žiaričom priblíži k prijímaču, ktorý je obsiahnutý v čítačke POS terminálu. Vkarte je signál generovaný a modulovaný s frekvenciu odlišnou od frekvencie, ktorú prijímač generuje ako nosnú frekvenciu. Signál z prijímača je kombinovaný so signálom zo žiariča na signál v podobe zlúčeného signálu, ktorý sa javí v prijímači ako signál podľa doteraz známej štruktúry. Prijímač, čítačka potom spracováva zlúčený, kombinovaný signál ako zvyčajne v doterajších procesoch.

Je výhodné, ak sa prenášané dáta modulujú priamo zmenou fázy frekvencie žiariča φ = 0° alebo φ = 180°. Pritom je postačujúce, ak sa pri modulácii v žiariči fáza vysielanej frekvencie mení raz za jednu základnú časovú jednotku - etu. ľ'lementary tíme unit zodpovedá jednobitovému intervalu. Týmto spôsobom je postačujúce podstatne menšie množstvo zmien fáz, čo znižuje nároky na riadenie modulácie na strane žiariča a tiež znižuje šum

Opísaný spôsob je schopný prevádzky pri transformátorovej väzbe medzi žiaričom a prijímačom, výhody tohto spôsobu sa prejavia hlavne pri slabej transformátorovej väzbe s koeficientom transformátorovej väzby k = 0,2-0,001.

Z hľadiska možnosti použitia existujúcich prijímačov je výhodné, ak nosný signál f_r má frekvenciu 13,56 MHz ± 7 kHz. Tiež je vhodné, ak rozdiel medzi frekvenciou nosného signálu a frekvenciou žiariča je celým dielom nosnej frekvencie, výhodne 1/16 nosnej frekvencie, čo zodpovedá 847 kHz. Tento vzťah frekvencií je výhodný z hardvérového hľadiska, kedy je možné použiť existujúce elektronické prvky na delenie frekvencií ako aj z pohľadu súladu s existujúcimi normami. Frekvencia generovaná žiaričom f_t bude mať hodnotu 13,56 MHz + 847 kHz = 14,4075 MHz, tiež s rovnakou toleranciou ±7 kHz.

Signál detegovaný na strane prijímača zodpovedá stavu ako pri bežnej modulácii nosnej frekvencie záťažou. V doterajších zapojeniach a spôsoboch by sa však musela záťaž antény meniť každú polvlnu subnosného signálu, teda pri nosnej frekvencii 13,56 MHz je to približne každých 0,6 ps. Pri spôsobe a zapojení podľa

S K 288653 B6 tohto vynálezu je postačujúce, ak sa zmena vykonáva raz za 1 etu, teda približne každých 9,3 ps. Menší vlnovýrozsah zmien generuje menej šumu o hodnotu No isePower= 10 . log(16) = 12 dB.

Spôsob prenosu dát podľa tohto vynálezu umožňuje žiarič naladiť veľmi úzko na vysielaciu frekvenciu, pričom nie je potrebné brať ohľad na vyžarovacie vlastnosti antény pre subnosnú frekvenciu. V skutočnosti totiž žiarič nepoužíva subnosnú frekvenciu, tá sa pozoruje až pri frekvenčnej interferencii. Prijímač očakáva príjem subnosnej frekvencie, v usporiadaniach podľa ISO 14443 by absencia subnosného signálu na výstupe antény prijímača znemožnila akúkoľvek komunikáciu.

Široké uplatnenie nájde opísaný spôsob pri prenosoch, kde žiarič je umiestnený na mobilnom komunikačnom zariadení/v mobilnom komunikačnom zariadení, najmä na karte, ktorá je vyberateľným spôsobom umiestnená v slote mobilného komunikačného zariadenia (SD karta, microSD karta, SIM karta, micro SIM karta, nanoSIM karta). V takomto prípade nie je možné prakticky zvýšiť koeficient transformátorovej väzby azlepšenie prenosových vlastností je hlavnou výhodou spôsobu podľatohto vynálezu. Žiarič je vďaka opísanému vynálezu naladený na úzku frekvenčnú charakteristiku, ktorá zodpovedá vysielacej frekvencii. Pri opačnom smere toku dát je použitá iná frekvencia, čo však na strane žiariča, transpondera nespôsobuje prenosové ťažkosti, keďže čítačka vysiela podstatne s vyššou energiou a prípadne aj širším frekvenčným spektrom Čítačkou môže byť napríklad komunikačný prvok POS terminálu.

Na realizáciu spôsobu modulácie žiariča podľa tohto vynálezu sa môže použiť nasledujúce zapojenie. Zapojenie obsahuje žiarič, modulačný a demodulačný prvok a generátor elektromagnetického vlnenia s frekvenciou odlišnou od frekvencie prijímača. Samotné použitie generátora elektromagnetického vlnenia v zapojení nie je bežné pri transformátorovej väzbe anténnych indukčnosti vysielača a prijímača, keďže doteraz sa používalo modulovanie záťažou na strane antény vysielača. V tomto zapojení bude generátorom elektromagnetického vlnenia najmä oscilátor, na ktorého vstup sú privádzané dáta k prenosu.

Keďže žiarič má byť schopný pracovať aj v opačnom smere toku dát, bude demodulačný prvok žiariča zapojený na odbočke indukčnosti k snímaciemu odporu. Na odstránenie napäťových špičiek na vstupe do demodulačného prvku bude demodulačný prvok napojený cez tlmivku. Odbočkou sa zníži napätie a zlepší sa impedancia obvodu. Energetické napájanie obvodov žiariča môže byť zabezpečené z prijímaného elektromagnetického poľa, kedy sa žiarič dá považovať za pasívny prvok, ale môže byť tiež zabezpečené vlastným zdrojom V prípade implementácie žiariča podľa tohto vynálezu do vyberateľnej karty v mobilnom telefóne môže byť žiarič energeticky zásobovaný cez rozhranie karty.

Tu uvedené hodnoty frekvencií sú výhodným nastavením vo vzťahu k existujúcim normám a štandardom, ale opísaný spôsob frekvenčného zlučovania je možné aplikovať aj na úplne rozdielne hodnoty frekvencií, keďže tvorba subnosného signálu vo frekvenčnom zlučovači podľa uvedeného opisu je založená na všeobecne platných prejavov vlnenia.

Žiarič na karte podľa tohto vynálezu má vynikajúce prenosové vlastnosti v slotoch rôznych mobilných komunikačných zariadeniach a to aj pri umiestnení slotu pod batériou. Merania preukázali, že mobilný telefón s vyberateľnou pamäťovou kartou so žiaričompodľa tohto vynálezu je schopný vytvárať spoľahlivý NFC komunikačný kanál, pričom nie je limitujúca smerová orientácia mobilného telefónu proti NFC čítačke. Potláča sa vplyv rôznych konštrukcií mobilných telefónov na spoľahlivosť dodatočne vytvoreného bezkontaktného kanálu.

Opísaný žiarič a moduláciu prenášaných dát je možné využiť aj pri iných prenosových aplikáciách, napr. pri galvanický oddelenom prenose údajov zo snímačov, pri prenose dát z pohybujúcich, kmitajúcich prvkov a podobne. Spôsob a zapojenie podľa tohto vynálezu umožňuje optimalizovať prenosové sústavy pri prenose dát v domácej technike, elektrospotrebičoch, v medicíne, v automobilovej technike a podobne. Vynález zjednodušuje moduláciu signálu na strane žiariča, znižuje šum a umožňuje veľmi ú/k e a efektívne naladenie žiariča.

Tieto efekty v súčinnosti s novým konštrukčným usporiadaním žiariča (pomer účinnej šírky jedného závitu k polomeru jadra žiariča) synergicky zlepšujú prenosové vlastnosti aj pri slabej transformátorovej väzbe, čo vytvára predpoklady pre kvalitný prenos dát aj z tieneného prostredia.

Riešenie je určené predovšetkým pre platobné aplikácie vykonávané pomocou mobilného komunikačného zariadenia. V princípe sa však nový typ žiariča, jeho umiestnenie a spôsob modulácie podľa vynálezu, môže použiť aj pri iných aplikáciách a zariadeniach, predovšetkým tam, kde je nedostatok priestoru na zväčšovanie antény, a kde je anténa pri aplikácii v rôznych prostrediach tienená okolitými prvkami s rôznou štruktúrou a vlastnosťami podľa špecifík rôzneho prostredia.

Prehľad obrázkov na'výkresoch

Riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov 1 až 26. Použitá mierka zobrazenia a pomer veľkostí jednotlivých prvkov nemusí zodpovedať opisu v príkladoch a tieto mierky a pomery veľkostí nie je možné vysvetľovať ako zužujúce rozsah ochrany.

S K 288653 B6

Na obrázku 1 je schematicky zobrazená transformácia sériového LR obvodu na paralelný obvod.

Obrázok 2 obsahuje graf strát v návine žiariča v závislosti od pomeru šírky vodiča k priemeru jadra.

Na obrázku 3 je graf vyjadrujúci veľkosť magnetického poľa v strede žiariča v závislosti od pomeru šírky návinu k priemeru jadra.

Na obrázku 4 je sériový rezonančný obvod, na ktorý sa zjednoduší výsledný rezonančný obvo d v bode B z grafu podľa obrázka 3.

Na obrázku 5 je axonometrický pohľad na žiarič s plochým prierezom vodiča. Medzery medzi návinmi vodiča súzobrazené len na zvýšenie prehľadnosti, v skutočnosti je návin usporiadaný tesne vedľa seba.

Na obrázku 6 je prierez jadrom a plochým vodičom pri jednoduchom návine. Opäť sú medzi návinmi navzájom a medzi návinmi a jadrom zobrazené medzery na zvýšenie prehľadnosti, v skutočnosti je návin usporiadaný tesne vedľa seba a tesnená jadre bez medzier.

Na obrázku 7 je zobrazený prierez plochým vodičom s prekrytím okrajov. Medzi návinmi navzájom a medzi návinmi a jadrom sú zobrazené medzery na zvýšenie prehľadnosti, v skutočnosti je návin usporiadaný tesne vedľa seba a tesne na jadre bez medzier.

Na obrázku 8 je zobrazený prierez jadrom s viacstupňovýmnávinom vodiča, kde je vodič všetkých stupňov jedného závitu rovnaký a izolovaný. Medzi krajnými vodičmi susediacich závitov na obrázkoch 8 až 13 je na zvýšenie prehľadnosti zobrazená medzera, ktorá však v skutočnosti pri návine nevzniká. Medzera na obrázkoch má za úlohu rozlíšiť vodiče do skupín jedného závitu.

Obrázok 9 zobrazuje prierez jadrom s viacstupňovým návinom vodiča, kde len okrajové vodiče jedného návinu súizolované. Vodiče nachádzajúce sa vnútri jednej skupiny, jedného návinu súneizolované.

Na obrázku 10 je znázornené stúpanie vodiča v návine na jadre s kruhovým prierezom V pohľade je pre prehľadnosť zobrazený jeden vodič 41, ostatné vodiče sú znázornené len v priereze. Stúpanie závitu zodpovedá polovici priemeru kruhového jadra.

Obrázok 11 predstavuje pohľad na polovicu žiariča, kde návin pozostáva z plochého neizolovaného vodiča, po okrajoch ktorého je navinutý izolovaný vodič kruhového prierezu.

Na obrázku 12 je pohľad na koniec návinov žiariča na konci jadra s nevodivou podložkou, ktorá je prispájkovanána substrát vyberateľnej pamäťovej karty.

Obrázok 13 zobrazuje detail prepojenia vodičov jedného závitu na pripojovacej plôške, ktorá je vytvorená na spodnej strane nevodivej podložky.

Obrázok 14 znázorňuje príklad umiestnenia žiariča na vyberateľnej pamäťovej karte microSD formátu.

Na obrázku 15 je vyžarovací diagram magnetického poľa pri bočnom pohľade, kedy je žiarič umiestnený na vyberateľnej pamäťovej karte a tá je vsunutá dovnútra mobilného telefónu s kovovými krytmi. Vyžarovací diagram v horizontálnej rovine ukazuje snahu magnetického poľa pretlačiť sa úzkou štrbinou v kovovom obale tak, aby sa siločiary magnetického poľa uzavreli do seba.

Obrázok 16 obsahuje príklady štyroch frekvenčných nastavení antén vo vysielacom pásme NFC. Rezonančná krivka je zobrazená plnou čiarou. Vrchol rezonančnej krivky predstavuje rezonančnú frekvenciu Ír antény a môže sa zhodovať s vysielacou frekvenciou fl alebo s prijímacou frekvenciou £2, alebo môže tvoriť len vrchol krivky, ktorá charakterizuje použiteľný pás frekvencií. Frekvencia fl vysielania je vynesená čiarkovanou čiarou. Frekvencia £2 prijímania je vynesená bodkočiarkovanou čiarou. Os y znázorňuje vstupný prúd do antény.

Obrázok 17 znázorňuje impedančné parametre žiariča.

Obrázok 18 zobrazuje automatické nalad’ovanie výkonu žiariča, kedy sa mení impedancia žiariča v závislosti od prostredia. Krivka „a“ predstavuje vnútorný odpor sústavy so žiaričom umiestneným v plastovom obale, krivka „b“ platí pre sústavu so žiaričom umiestneným v kovovom obale.

Na obrázkoch 19 až 22 sú znázornené SIM karty s rôzne umiestnenými žiaričmi v tele karty.

Obrázok 23 zachytáva umiestnenie žiariča priamo na PCB doske mobilného telefónu. Na obrázku 24 je zobrazené umiestnenie žiariča v tele batérie mobilného telefónu.

Obrázok 25 a 26 zobrazujú sloty miniSIM karty a nanoSIM karty. Sloty sú vybavené zosilňujúcimi prvkami a sú znázornené ako vyňaté z hostiteľského zariadenia.

Príkladý uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

V tomto príklade podľa obrázkov 1, 2, 3, 4, 8, 12, 13, 14, 15 až 18 je opísaná konštrukcia žiariča s feritovým jadrom 1 obdĺžnikového prierezu. Jadro 1 má dĺžku 9 mm a prierez 0,8 mm x 0,6 mm K jadru 1 je priložená nevodivá podložka 6, ktorá má šírku 0,8 mm a hrúbku 0,04 mm Na jadro 1 a zároveň ceznevodivú podložku 6 je navinutých 21 závitov 2 z medeného izolovaného drôtu kladeného tesne vedľa seba. Jeden závit 2 je pritom tvorený šiestimi paralelne vedenými vodičmi 4 s priemerom 0,05 mm Týmto sa nahradí plochý vodič jedného závitu 2 s rozmerom 0,3 mm x 0,05 mm

S K 288653 B6

Na nevodivej podložke 6 sú pri koncoch vytvorené dve pripojovacie plôšky 7, na ktorých je vzájomne vodivo prepojená šestica vodičov 41, 42, 43, 44, 45, 46. Vodiče 41, 42, 43, 44, 45, 46 sa na koncoch jadra 1, t. j. po poslednom závite 2 vzájomne vzďaľujú, aby sa vytvoril väčší priestor na hrot ultrazvukovej zváračky. Vodiče 41, 42, 43, 44, 45, 46 sú ultrazvukom prispájkované, privarené k pripojovacím plôškam 7.

Zároveň sú tieto pripojovacie plôšky 7 prepojené ku kontaktu, ktoiým sa celé teleso žiariča prispájkuje k substrátu, v tomto príklade k substrátu vyberateľnej pamäťovej karty 5 formátu microSD. Žiarič na vyberateľnej pamäťovej karte 5 je umiestnený protiľahlo k zóne s kontaktmi karty, v tomto príklade výhodne práve v časti, kde má karta malé zhrubnutie na ľahšie vyberanie karty zo slotu 12.

Jadro 1 s prierezom 0,8 mm x 0,6 mm má ekvivalentný polomer 0,391 mm Je to polomer, pri ktorom má kruhové jadro rovnakú plochu 0,48 mm², ako má plochu prierez obdĺžnikového jadra s rozmermi 0,8 mm x x 0,6 mm Pri 21 závitoch na dĺžke 9 mm je účinná šírka w jedného závitu 2 cca 0,428 mm Pomer medzi ekvivalentným polomerom a účinnou šírkou je 1 : 1,095, účinná šírka w jedného závitu zodpovedá teda cca 1,1-násobku ekvivalentného polomeru.

Výhodou šiestich paralelne vedených vodičov 4 v porovnaní s plochým vodičom je tiež jeho lepšia vodivosť na vysokých frekvenciách. Vzhľadom na skin efekt s hĺbkou p = 17 pm/14 MHzje vodivá plocha šiestich kruhových vodičov π/2-krát väčšia ako pri plochom vodiči s rovnakým rozmerom, čím sa docielia nižšie straty. Žiarič podľa tohto príkladu má na frekvencii 14,4 MHz indukčnosť L = 1,3 pH a kvalitu Q = 21 pri výkonovom zaťažení 13 dBm

Anténna sústava sa skladá z anténneho budiča (driver), sériovo paralelnej rezonančnej sústavy so žiaričom magnetického poľa a z nízko šumového zosilňovača s vysokým ziskom (limiter). Driver je navrhnutý v mostíkovom zapojení (H bridge) s výstupným odporom Rout menším ako 4 Ω pri napájačom napätí mostíka Ucc = 2,7 V. Vzhľadom na to, že spínací čas MOSFET tranzistorov je menší ako 1 ns, tak je potrebné vyššie harmonické produkty spínania filtrovať pomocou kapacity. Spínacie signály mostíka H+ a H-mostíka sú vzájomne fázovo posunuté o 2,2 ns tak, aby pri ich prepnutí nedochádzalo k súčas nému zopnutia oboch riadených vetiev a teda ku skratu napájania Ucc so zemou.

Uvedenou konštrukciou sa docieli efekt „magnetického dela“ s horizontálnym vyžarovaním na koncoch feritovej tyčky jadra 1. Teória magnetického dela definovaného v tomto vynáleze spočíva v tom, že magnetické siločiary nemôžu opustiť feritovú tyčku jadra 1 skôr ako na jej koncoch a to preto, že elektricky vodivé materiály vodičov 4 s tesným vzájomným navinutím sú pre magnetické pole nepriepustné. A keďže magnetické siločiary sa musia vždy uzatvárať do seba, tak jediné miesto, kde môžu žiarič opustiť, sú konce jadra 1. V praxi síce nie je možné urobiť vinutie tak, aby medzi vodičmi 4 nebola žiadna vzduchová medzera, a preto časť siločiar presakuje aj pomedzi vodiče 4. Výborné vyžarovacie vlastnosti žiariča umiestneného vnútri kovového tienenia sú pozorovateľné na obrázku 15.

Žiarič je umiestnený vnútri mobilného telefónu, ktorý ma kovové kryty. To je znázornené na obrázku 15 ako tieniaci kryt, t. j. prekážka 3 toku magnetického poľa. Siločiary magnetického poľa vychádzajú z malých medzier medzi krytmi von, teda do priestoru, kde s a bude nachádzať NFC čítačka.

Žiarič sa vplyvom umiestnenia do rôzneho prostredia rozlaďuje a v prípade, že sa nachádza v tesnej blízkosti elektricky vodivých materiálov, indukčnosť žiariča sa zníži na 1 pH. Táto vlastnosť sa využíva na automatické riadenie vyžarovaného výkonu v závislosti od prostredia, v ktorom s a nachádza. Žiarič je naladený na rezonanciu 15 MHz práve vtedy, keď sa nachádza v kovovom obale (vplyvom prostredia sa indukčnosť antény znížila na 1 pH). Kovový obal predstavuje tieniaci kryt, tvoriaci prekážku 3 magnetického poľa. Ak sa však umiestni mimo obalu, indukčnosť sa zvýši na 1,3 pH a rezonancia sa posunie na 12 MHz. Keďže žiarič vyžaruje výkon na frekvencii 14,4 MHz, tak maximum výkonu sa vyžiari práve vtedy, keď jeho rezonancia je blízka tejto hodnote, pretože jeho vnútorný odpor je vtedy najmenší, cca 20 Ω. Ak sa však žiarič umiestni pod plastový kryt, rezonancia sa posunie nadol na 12 MHz a vnútorný odporná frekvencii 14,4 MHz vzrastie na 50 Ω. Vďaka tomuto usporiadaniu sa dosiahne stav, kedy žiarič umiestený pod kovovým krytom vyžaruje maximum výkonu, zatiaľ čo v situácii, keď sa nachádza pod plastovým krytom, vyžiarený výkon automaticky poklesne, čím sa zaručí, že v tomto prípade prijímacie zariadenia (POS terminály), nebudú prebudené príliš vysokým signálom Toto automatické nalaďovanie výkonu žiariča, kedy sa mení impedancia žiariča v závislosti od prostredia, je znázornené na obrázku 18.

Príklad 2

V tomto príklade podľa obrázkov 5 a 6 je použitý plochý izolovaný vodič 4, ktorého výška v priereze zodpovedá približne jednej osmine šírky vodiča 4 v priereze. Plochý vodič 4 môže byť použitý pri oválnych prierezoch jadra 1, kde nehrozí pri malých rozmeroch a malých polomeroch zaoblenia hranatého jadra 1 poškodenie alebo pretrhnutie vodiča 4 pri jeho navíjaní na jadro 1. V inom príklade vyhotovenia môže byť vodič 4 na jadre 1 vytvorený naparovaním kovovej vrstvy alebo inou podobnou technológiou nanášania vodivej cesty na povrch. Na jadre 1 môže byť vytvorená maska vo funkcii oddeľovacích medzier medzi závitmi 2 aspoň vo výške hrúbky vodiča 4. Maska v takomprípade má tvar skrutkovo vedeného pásika so šírkou tvoriacu medzizávitovú izoláciu 8. Potom je nanesená kovová vrstva, čím sa vytvorí plochý, široký návin. Prípadným

S K 288653 B6 nanesením izolácie 8 na okraj vodiča 4 a následným opätovným nanesením pásu vodivej vrstvy, ktorá bude prekrývať medzizávitovú medzeru, môže vzniknúť prelícovanie okraja plochého vodiča 4, čím sa obmedzí vytekanie magnetického poľa mimo čiel jadra 1.

Príklad 3

V tomto príklade podľa obrázkov 5 a 7 je plochý izolovaný vodič 4 vedený cez okraj susediaceho závitu 2, čím sa vytvorí prekrytie závitov s cieľom zamedziť prenikaniu magnetického poľa medzi závitmi. Naďalej zostane možnosť úniku magnetického poľa cez medzeru s hrúbkou dvojnásobku hrúbky izolácie 8 vodiča 4.

Príklad 4

V tomto príklade podľa obrázkov 9 a 10 je použitá kombinácia neizolovaných vodičov 42, 43, 44, 45, 46 a izolovaných vodičov 44 a 47. Jeden závit 2 je tvorený siedmimi vodičmi 4, kde oba okrajové vodiče 44 a 47 daného závitu 2 majú izoláciu 8, aby pri tesnom návine nedochádzalo k medzizávitovému skratu. Neizolované vodiče 42, 43, 44, 45, 46 sú umiestnené vnútri skupiny. Keďže nemajú izoláciu 8, obmedzí sa tvorba medzier na únik magnetického poľa a zároveň nie je potrebné tieto vodiče 42, 43, 44, 45, 46 vzájomne elektricky prepájať. Na pripojovaciu plôšku 7 sú preto vyvedené len vodiče 41, 42, 46 a 47.

Príklad 5

V tomto príklade podľa obrázka 11 je na vytvorenie jedného závitu 2 použitá kombinácia jedného plochého neizolovaného vodiča 42 a dvoch izolovaných vodičov 44, 43 s klasickým kruhovým prierezom Uvedená kombinácia zjednodušuje výrobu žiariča, keďže vhodné, dostupné ploché vodiče s malou hrúbkou nemajú izoláciu. Okrajové vodiče 41 a 43 vytvárajú medzizávitovú izoláciu, pričom sú na pripojovacej plôške 7 vodivo prepojené navzájom a aj s plochým vodičom 42.

Príklad 6

V tomto príklade má jadro 1 podobu feritovej tyčky s kruhovým prierezom s priemerom 0,8 mm a s dĺžkou 7 mm Žiarič má 17 závitov 2, účinná šírka w závitu 2 predstavuje 0,41 mm Pomer medzi účinnou šírkou závitu 2 a polomerom jadra 1 je 1,025. Permeabilita jadra 1 je zvolená tak, aby pri daných rozmeroch žiariča a danom návine bola indukčnosť L = 750 nH.

Žiarič v tomto príklade je v mobilnom telefóne umiestnený na vyberateľnej pamäťovej karte 5, ktorá má aj funkciu platobnej karty a na komunikáciu tejto platobnej karty s POS terminálom sa využíva spôsob prenosu dát s použitím dvoch rôznych frekvencií. POS terminál má bežnú bezkontaktnú čítačku platobných kariet. Tie sa musia priblížiť do operačného priestoru čítačky na vytvorenie komunikačného spoja. Umiestnenie platobnej karty s komunikačným prvkom do pamäťovej karty 5 do slotu 12 mobilného telefónu zhoršuje možnosti úplného priblíženia komunikačného prvku na karte k centru operačného priestoru čítačky. Slot 12 mobilného telefónu je primáme určený na zasunutie bežnej pamäťovej karty 5. Pre komunikačný prvok na nej predstavuje slot 12 nežiaduce tienenie, časť telesa slotu 12 je tvorená kovovým tvarovaným výliskom. Komunikačný prvok zahŕňa žiarič podľa tohto vynálezu a v tomto príklade je umiestnený priamo na micro SD karte. Formát karty 5 nie je pre rozsah tohto vynálezu obmedzujúci, môže v budúcnosti ísť o akýkoľvek formát. Stála miniaturizácia pamäťových kariet 5 a príslušných slotov 12 zhoršuje možnosti efektívneho umiestnenia komunikačného prvku na karte 5, práve opísané usporiadanie tento problém rieši. Komunikačný prvok využíva NFC platformu. V reálnom prostredí a pri bežnej obsluhe mobilného telefónu má koeficient transformátorovej väzby hodnotu k = 0,2 -0,001.

Obsah a štruktúra vysielaných dát môže byť rôzna, v tomto príklade pôjde o dáta potrebné pri komunikácii a autorizácii platobných procesov. Majiteľ mobilného telefónu si svoj pristroj vybaví pamäťovou kartou 5, ktorá je vybavená žiaričom nestacionárneho magnetického poľa. Týmto sa rozšíri fimkcionalita jeho mobilného telefónu. Vo výhodnom usporiadaní bude na pamäťovej karte 5 aj platobná karta podľa iných vynálezov prihlasovateľa tohto patentu. Je dôležité, že pre POS terminál a jeho čítačku platobných kariet sa bude spojenie mobilného telefónu s pamäťovou kartou 5 javiť ako štandardná bezkontaktná karta. Štruktúra prenášaných dát bude teda zodpovedať štandardom pri platobných aplikáciách. Výhodou uvedeného spojenia je pohodlné použitie užívateľského rozhrania mobilného telefónu.

Žiarič má generátor elektromagnetického vlnenia s frekvenciou 14,4075 MHz± 7 kHz. Táto frekvencia je o 847 kHz vyššia, ako je frekvencia prijímača. Frekvencia prijímača je v zmysle noriem 13,56 MHz ± 7 kHz. Rozdiel frekvencií tvorí 1/16 nosnej frekvencie prijímača. Je dôležité, že generátor je zapojený a aktívny k budeniu žiariča pri prenose dát cez transformátorovú väzbu, čo sa doteraz nepoužívalo. V prípade existencie generátora na strane žiariča už v existujúcich zapojeniach tento generátor nebol určený na aktívnu činnosť v stave transformátorovej väzby, keďže nebol potrebný s ohľadomna rovnakú vysielaciu frekvenciu. Generátor je pripojený k rezonančnému obvodu,ktorého výstup je spojený so žiaričom

Dáta zo žiariča na pamäťovej karte 5 do prijímača v čítačke POS terminálu sa prenášajú pri transformátorovej väzbe anténnych indukčností M žiariča a prijímača, pričom sa dáta vmodulujú do signálu na strane žia

S K 288653 B6 riča a prijímač vysiela nosný signál. Vzdialenosť žiariča od prijímača sa bude pohybovať rádovo v cm, v podstate sa môže telo mobilného telefónu dotýkať čítačky, prenos bude stále vo fyzikálnom zmy s le bezkontaktný. Žiarič sa môže v operačnom priestore aj pohybovať, pričom jeho rýchlosť by mala byť nižšia ako 1 m/s.

Žiarič vysiela signál s frekvenciou 14,4075 MHz ± 7 kHz, nosná frekvencia prijímača je 13,56 MHz± 7 kHz. Rozdiel týchto frekvencií má hodnotu, ktorá zodpovedá veľkosti subnosnej frekvencie odvodenej ako 1/16 nosnej frekvencie v zmysle ISO 14443.

V anténnej sústave prijímača a žiariča dochádza k zlúčeniu signálov rozdielnych frekvencií a v prijímači sa na výstupe antény prejavuje signál v tvare spojenia nosnej frekvencie a modulovanej subnosnej frekvencie s dátami. V prijímači sa z výsledku zlúčenia signálov oddelí nosný signál. Výsledkom tohto oddelenia je subnosný signál, aj keď ho žiarič fyzicky nevysielal. Zo subnosného signálu sa demodulujú prenášané dáta. Demodulačný prvok, rezonančný obvod a generátor prijímača majú rovnaké usporiadanie a funkciu ako pri doteraz známych technických riešeniach.

V tomto príklade základná časová jednotka etu zodpovedá jednobitovému časovému intervalu, teda času potrebnému na vyslanie jednej dátovej jednotky. V smere toku dát zo žiariča do prijímača je etu definované ako 1 etu = 8/ft, kde ft je frekvencia modulovaného signálu vysielaného žiaričom. Základná prenosová rýchlosť je 106 kbits/s. Pri modulácii signálu zo žiariča postačí meniť fázu len raz za 1 etu (cca raz za 9,3 ps), teda 16-krát menej často ako pri doterajšej záťažovej modulácii. Menší vlnový rozsah generuje o 12 dB menej šumu. Prenášané dáta sa modulujú priamo zmenou fázy frekvencie signálu žiariča, pri φ = 0° alebo φ = 180°. Tento modulovaný signál by sa dal nazvať tiež nosným signálom žiariča, keďže však žiarič subnosnú frekvenciu netvorí, je táto frekvencia nazvaná len ako frekvencia signálu žiariča.

Žiarič je úzko naladený na vysielaciu frekvenciu 14,4075 MHz, má úzky a vysoký priebeh FFT (fast Fourier transform, rýchla Fourierová transformácia) krivky. Žiarič je nastavený bez ohľadu na vyžarovacie vlastnosti pri prenose subnosnej frekvencie 847 kHz. V prípade, že by takáto anténa mala vysielať aj subnosnú frekvenciu, bol by na nej vyžiarený výkon nepostačujúci na spoľahlivý prenos. V zapojení podľa tohto vynálezu je však dôležité, že žiarenie signálu s prenášanými dátami sa uskutočňuje práve na frekvencii 14,4075 MHz, kde v podstate má FFT krivka vrchol.

V tomto príklade je potrebné zabezpečiť aj opačný smer toku dát z čítačky POS terminálu do pamäťovej karty 5 v mobilnom telefóne. K žiariču je pripojený demodulačný prvok, ktorý je zapojený na odbočke indukčnosti antény k snímaciemu odporu, výhodne cez tlmivku. Použitie tlmivky znižuje napäťové špičky na vstupe demodulačného prvku. Vďaka odbočke a tlmivke môže byť demodulačný prvok dimenzovaný na menšie napätia. V tomto smere toku dát je etu definované ako 1 etu = 128/fr, kde fr je nosná frekvencia prijímača.

Príklad 7

Na feritovom jadre 1 v podobe feritovej tyčky s hranatým prierezom je nanesená vodivá vrstva tvoriaca vodič 4. Najskôr sa na jadro 1 umiestni špirálovo vedená maska, ktorá bude oddeľovať závity 2 od seba. Následne je na jadro 1 nanesená kovová vrstva, čím sa vďaka oddeľujúcej maske vytvorinávin s požadovaným počtom závitov 2. Medzera tvorená maskou predstavuje medzizávitovú izoláciu. Ukončenie nanesenej kovovej vrstvy po stranách jadra 1 tvorí pripojovacie plôšky 7, ktorými je potom celý prvok žiariča pripevnený na substrát.

V tomto príklade (ale môže to byť aj v spojitosti s inými príkladmi) je žiarič umiestnený na PCB doske 10 mobilného telefónu. Telefón ma kryty s kovovými časťami, ktoré predstavujú tieniace kryty ako prekážku 3 toku magnetického poľa. Vďaka použitiu žiariča podľa tohto vynálezu je možné umiestniť žiarič v podstate na ľubovoľné voľné miesto na PCB doske 10 a nevyskytujú sa problémy so slabým prienikom magnetického poľa z telesa mobilného telefónu.

Príklad 8

Žiarič podľa obrázka 23 je vyhotovený podobne ako pri príkladoch 1 až 7. Výrobca mobilných telefónov navrhuje nové modely tak, že sa pri dizajne PCB dosky 10 neobmedzuje požiadavkami pre doteraz známe typy NFC antén. Rôzne typy a modely mobilných telefónov vybaví jedným typom žiariča priamo na PCB doske 10.

Príklad 9

Žiarič je umiestnený v SIM karte 9. Jadro 1 žiariča je v rôznych verziách podľa obrázkov 19 až 22 orientované a umiestnené odlišne.

S K 288653 B6

Príklad 10

Žiarič podľa obrázka 24 je umiestnený v tele batérie 11 mobilného telefónu. V podstate ide o nabíjací akumulátor, ktorý sa však bežne nazýva batériou 11. S ohľadom na malú hrúbku jadra 1 je žiarič umiestnený na povrchu bežnej batérie 11 pod poslednou vrstvou plastového obalu batérie 11.

Príklad 11

Slot 12 nanoSIM karty 9 podľa obrázka 26 má držiak z tvarovaného kovového plechu. Slot 12 zahŕňa zosilňujúci prvok 13 v podobe feritovej fólie. NanoSIM karta 9 má žiarič na okraji tela karty.

Priemyselná 'využiteľnosť

Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto riešenia je možné priemyselne a opakovane vyrábať a používať žiariče nestacionárneho magnetického poľa vo funkcii antény umiestnenej priamo na vyberateľnej 15 pamäťovej karte s vysokou vyžarovacou schopnosťou a malými rozmermi. Nový spôsob modulácie žiariča podstatne znižuje šum a umožňuje zvýšiť intenzitu magnetického poľa v jadre žiariča.

S K 288653 B6

Zoznam vzťahových značiek

- jadro

- závit

- prekážka toku magnetického poľa

- vodič

41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 až 4N - vodiče jedného závitu

- vyberateľná pamäťová karta

- nevodivá podložka

- pripojovacia plôška

- izolácia vodiča

- SIM karta

- PCB doska

- batéria

- slot

- zosilňujúci prvok w - účinná šírka závitu

PCB - printed circuit board

NFC - nearfield communication

POS - point of sále

RFID - Radio-frequency identification

SD - Secure Digital

SIM - Subscriber Identity Module

Claims (33)

1. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa vo funkcii miniatúrnej antény v mobilnom komunikačnom zariadení, ktorá je na plochom nosiči, kde žiarič má podlhovasté jadro (1) s permeabilitou vyššou ako 1, na jadre (1) je navinutý vodič (4) aspoň s dvoma závitmi (2), a kde žiarič tvorí prvok na vytvorenie bezkontaktného NFC alebo RFID komunikačného kanálu, pri ktorom signál vysielaný zo žiariča je prijímaný štandardným NFC alebo RFID prijímacím prostriedkom, vyznačujúci sa tým, že jadro (1) je aspoň čiastočne feritové, závity (2) sú na jadre (1) uložené v jednej vrstve alebo najviac vo dvoch vrstvách, závity (2) sú na jadre (1) uložené tesne vedľa seba na obmedzenie vyžarovania magnetického poľa z jadra (1) mimo jeho koncov, účinná šírka (w) jedného závitu (2) zodpovedá 0,25- až 1,75-násobku polomeru jadra (1) pri kruhovom priereze jadra (1) alebo zodpovedá 0,25- až 1,75-násobku ekvivalentného polomeru pri ostatných tvaroch jadra (1), kde pojem ekvivalentný polomer vyjadruje polomer, aký by mal kruh, ak by mal rovnakú plochu ako prierez s tvarom daného nekruhového prierezu, a kde účinná šírka (w) jedného závitu predstavuje rozmer, ktorým s a vodič (4) závitu (2) premieta na dĺžku jadra (1).

2. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že účinná šírka w jedného závitu (2) zodpovedá 0,85- až 1,15-násobku polomeru jadra (1) pri kruhovom priereze jadra (1) alebo zodpovedá 0,85- až 1,15-násobku ekvivalentnému polomeru pri ostatných tvaroch jadra (D-

3. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že menší rozmer prierezu jadra (1) je menší ako 1 mm, dĺžka jadra (1) je viac ako 7-násobok menšieho rozmeru prierezu jadra (1).

4. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž3, vyznačujúci sa tým, že prierez jadra (1) má kruhový tvar alebo má eliptický tvar, alebo má pravouhlý tvar, najmä tvar štvorca alebo obdĺžnika, výhodne so zaoblenými rohmi, alebo má prierez tvorený kombináciou uvedených tvarov.

5. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž4, vyznačujúci sa tým, že jadro (1) má priamy tyčový tvar.

6. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž5, vyznačujúci sa tým, že jadro (1) má výšku do 1 mm, výhodne do 0,6 mm, šírku do 5 mm, výhodne do 1 mm, a dĺžku do 15 mm, výhodne do 11 mm.

7. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž6, vyznačujúci sa tým, že vodič (4) návinu je plochý, výhodne so šírkou presahujúcou dvojnásobok výšky vodiča (4) v priereze.

8. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že plochý vodič (4) je po okraji prekrytý vodičom (4) susedného závitu, kde prekrytie je vybavené izoláciou (8).

9. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž8, vyznačujúci sa tým, že návin zahŕňa viaceré paralelne vedľa seba vedené vodiče (41 až 4N) tvoriace viacstupňový závit (2), tieto vodiče (41 až 4N) jedného závitu (2) sú elektricky prepojené, výhodne sú prepojené po stranách jadra (1).

10. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že viacstupňovo vedené vodiče (41 až 4N) sú na koncoch návinu privedené a pripojené kpripojovacímplôškam (7), kde sú vodiče (4) vzájomne od sebavzdialené.

11. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nárokov 9 alebo 10, vyznačujúci sa tým, že pri viacstupňovo vedených aspoň štyroch vodičoch (41 až 4N) jedného závitu (2) sú na svojom povrchu elektricky izolované len krajné vodiče (41, 4N) jedného závitu (2).

12. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa ktoréhokoľvek z nárokov laž8, vyznačujúci sa tým, že vodič (4) je vytvorený nanesením kovovej vrstvy na povrch jadra (1) s medzerami medzi závitmi (2).

13. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 12, vyznačujúci sa tým, že permeabilita jadra (1) je zvolená tak, aby pri danom návine vodiča (4) dosiahol žiarič indukčnosť 600 nH až 1200 nH, výhodne v blízkosti 750 nH.

14. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 13, vyznačujúci sa tým, že je naladený na vysielaciu frekvenciu tak, aby sa svojou rezonančnou frekvenciou priblížil k vysielacej frekvencii pri umiestnení žiariča v blízkosti tieniaceho krytu ako prekážky (3) toku magnetického poľa, kde blízkosť tieniaceho krytu znižuje indukčnosť žiariča a kde po odstránení vplyvu tieniaceho krytu sa zvýši indukčnosť žiariča, vzrastie vnútorný odpor a rezonančná frekvencia poklesne a vzdiali sa od vysielacej frekvencie.

15. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 14 umiestnený v konkrétnom prostredí, vyznačujúci sa tým, že je frekvenčné a/alebo indukčnosťou, a/alebo vnútorným odporom nastavený na maximálny vysielací výkon pri najnepriaznivejšom tienení, kde zmenšovanie miery tienenia svo

S K 288653 B6 jou väzbou s okolím znižuje výkon vysielania pri rovnakom vstupnom budení tým, že tieniace prvky prostredia ovplyvňujú frekvenciu a/alebo indukčnosť, a/alebo vnútorný odpor žiariča, pričom aj pri nulovom tienení je vysielací výkon žiariča vyšší ako minimálny výkon pre príjem štandardným NFC alebo RFID prijímacím prostriedkom.

16. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 15, vyznačujúci sa tým, že jadro (1) je tvorené feritovou tyčkou umiestnenou na nevodivej podložke (6), nevodivá podložka (6) má šírku zodpovedajúcu šírke jadra (1), nevodivá podložka (6) má dĺžku rovnakú alebo presahujúcu dĺžku jadra (1), vodiče (4) závitov (2) sú mechanicky navinuté cez feritovú tyčku a tiež cez nevodivú podložku (6), čímnávin vodiča (4) spája jadro (1) s nevodivou podložkou (6), nevodivá podložka (6) má po stranách jadra (1) pripojovacie plôšky (7) na prepojenie vodičov (4) návinu a na prepojenie žiariča s telesom hosťujúceho zariadenia.

17. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že nevodivá podložka (6) je z dielektrického materiálu s hrúbkou menšou, ako je jedna osmina výšky jadra (1).

18. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 17, vy z n a č u júci sa tým, že návin závitov (2) je prekrytý vodivým tieniacim krytom, ktorý je spojený s uzemnením

19. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 18, vyznačujúci sa tým, že je umiestnený na substráte vyberateľnej pamäťovej karty (5).

20. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 19, vyznačujúci sa tým, že os jadra (1) žiariča je orientovaná prevažne rovnobežne s plochou telesa vyberateľnej pamäťovej karty (5) a žiarič je umiestnený na okraji telesa vyberateľnej pamäťovej karty (5) mimo zóny s kontaktným rozhraním, výhodne pozdĺž hrany oproti hrane so zónou kontaktného ro/hrania vyberateľnej pamäťovej karty (5).

21. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 18, vyznačujúci sa tým, že žiarič je umiestnený na PCB doske (10) hostiteľského zariadenia, najmä mobilného komunikačného zariadenia.

22. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 21, vyznačujúci sa tým, že os jadra (1) žiariča je orientovaná prevažne rovnobežne s prevládajúcou vonkajšou plochou tela mobilného komunikačného zariadenia.

23. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 18, vyznačujúci sa tým, že žiarič je umiestnený na SIM karte (9) akéhokoľvek formátu.

24. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 18, vyznačujúci sa tým, že žiarič je umiestnený v rámci telesa vyberateľnej batérie (11) mobilného telefónu.

25. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 20, 23, 24 umiestnený na vyberateľnom prvku v hostiteľskom zariadení, vyznačujúci sa tým, žev dosahu elektromagnetického poľa žiariča je k žiariču priradený zosilňujúci prvok (13) stabilne umiestnený v hostiteľskom zariadení, výhodne umiestnený v slote (12) alebo v konektore, ktorý je príslušný pre vyberateľný prvok.

26. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 25, vyznačujúci sa tým, že zosilňujúci prvok (13) je feritová fólia alebo feritová doska, alebo rezonančný obvod.

27. Zapojenie žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 26 v systéme na prenos dát zo žiariča do prijímača so vzájomnou transformátorovou väzbou, kde prijímač má generátor, anténu, demodulačný prvok, k žiariču je pripojený modulačný prvok, generátor elektromagnetického vlnenia, a kde prijímač je prispôsobený na vysielanie nosného signálu k žiariču na prvej frekvencii, prijímač je prispôsobený na prijatie signálu na výstupe príslušnej antény, pričom signál sa objavuje vo forme nosnej frekvencie s prvou frekvenciou a modulovaný subnosný signál s prenášanými dátami na druhej frekvencii a prijímač je prispôsobený oddeliť nosný signál zo signálu na výstupe príslušnej antény a demodulovať prenášané dáta, vyznačujúce sa tým, že generátor elektromagnetického vlnenia pripojený k žiariču je prispôsobený na budenie frekvenciou odlišnou od prijímača, rozdiel týchto frekvencií zodpovedá subnosnej frekvencii tak, že signál, ktorý je prijímaný a demodulovaný na strane prijímača, je tvorený v anténe prijímača kombináciou nosného signálu vysielaného prijímačom s modulovanými dátami vysielanými žiaričom

28. Zapojenie žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 27, vy z načujúce sa tým, že žiarič je úzko naladený na vysielaciu frekvenciu bez ohľadu na vyžarovacie vlastnosti pre subnosnú frekvenciu očakávanú prijímačom

29. Zapojenie žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa nárokov 27 alebo 28, vy z načujúce sa tým, že demodulačný prvok je zapojený na odbočke indukčnosti antény k snímaciemu odporu, výhodne cez tlmivku.

30. Spôsob modulácie dát pri vysielaní zo žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 26, pri prenose dát zo žiariča do prijímača, medzi ktorými je v čase prenosu trans formátorová väzba antén, prijímač vysiela nosný signál na prvej frekvencii, na strane žiariča sa dáta modulujú a zasielajú do prijímača, v prijímači sa signál prijme na výstupe antény, pričom sa signál objavuje v podobe nos

S K 288653 B6 ného signálu na prvej frekvencii a modulovanej subnosnej frekvencie s dátami na druhej frekvencii s ohľadom na nosnú frekvenciu, v prijímači sa oddelí nosný signál zo signálu na výstupe antény a demodulujú sa prenášané dáta, vyznačujúci sa tým, že frekvencia prijímača a frekvencia žiariča sú rozdielne a tento rozdiel ich frekvencií zodpovedá subnosnej frekvencii, pričom signál, ktorý je prijímaný a demo5 dulovaný na strane prijímača, je tvorený v anténe prijímača kombináciou nosného signálu vysielaného prijímačom s modulovanými dátami vysielanými žiaričom

31. Spôsob modulácie dát pri vysielaní zo žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 30, vyznačujúci sa tým, že prenášané dáta sa modulujú zmenou fázy frekvencie signálu žiariča, výhodne φ = 0° alebo φ = 180°.

10

32. Spôsob modulácie dát pri vysielaní zo žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 31, vyznačujúci sa tým, že fáza vysielanej frekvencie sa mení raz za jednu základnú časovú jednotku, pričom základná časová jednotka zodpovedájednobitovému intervalu.

33. Spôsob modulácie dát pri vysielaní zo žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 30 až 32, vyznačujúci sa tým, že nosný signál prijímača má frekvenciu 15 13,56 MHz ± 7 kHz, rozdiel medzi frekvenciou nosného signálu prijímača a frekvenciou žiariča je celým dielom nosnej frekvencie, výhodne 1/16 nosnej frekvencie.