SK288755B6 - Žiarič nestacionárneho magnetického poľa a jeho umiestnenie - 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. Jadro (1) môže byť tvorené feritovou tyčkou umiestnenou na nevodivej podložke (6), kde vodiče (4) sú navíjané cez feritovú tyčku a tiež cez nevodivú podložku. Žiarič je umiestnený vo vyberateľnej pamäťovej karte (5) a/alebo na PCB doske (10), a/alebo na SIM karte (9), a/alebo v batérii (11).

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka žiariča nestacionárneho magnetického poľa, ktorý tvorí miniatúrnu náhradu antény naplochomnosiči s malou dostupnouvýškouzástavby,predovšetkýmna ploche vyberateľnej pamäťovej karty ako je microSD karta alebo SIM karta. Anténa je použiteľná najmä na dodatočné vytvorenie bezkontaktného NFC/RFID komunikačného kanálu v mobilnom telefóne. Riešenie je určené predovšetkým pre platobné aplikácie vykonávané pomocou mobilného komunikačného zariadenia. V princípe savšaknovýtyp žiariča podľa vynálezu môže použiť aj pri iných aplikáciách a zariadeniach, predovšetkým tam, kde je nedostatokpriestoru nazväčšovanie antény,akde je anténa pri aplikácii v rôznych prostrediach tienená oko litými prvkami s rôznou štruktúrou a vlastnosťami podľa špecifík rôzneho prostredia.

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, pričom v prípade malých rozmerov sa využíva všetkadostupnáplocha.Pri umiestnení NFC antény na relatívne malých plochách má anténapodobu vpísaného špirálového pravouhlého návinu so zaoblenými rohmi, ktorý v podstate kopíruje vonkajší tvar dostupnej plochy. Týmto usporiadaním sa vy tvoril vcelku typický tvar NFC antén.

Antény pre NFC a RFID prenosy sú preto v zásade ploché, s návinomslučiekpo okrajoch využiteľnej ploche ako napríklad podľa DE102008005795, CN102074788, US2009314842, CN101577740, CN20159048 0, CN201215827, CN201515004, CN201830251, JP2010102531, JP2011193349, KR20100056159, KR100693204, W02010143849, JP2004005494, JP2006304184, JP2005033461, JP2010051012. Pri implementácii takejto antény na vyberateľnú pamäťovú kartu saprnodzenýmspôsobomvyužije plochý charakterkarty a takáto anténa sa rozvinie návinnú slučiek na dostupnej časti najväčšej plochy, ako napr. WO2012019694, DE102010052127, DE102004029984, CN101964073. Riešenia s rámovými anténami na dostupnýchplocháchvšaknevedúk želanému výsledku arôzni prihlasovatelia preto dopĺňajú anténu ďalšími prvkami, ako sú rebrá, vrstvy apodobne. Tieto riešenia zvyšujú komplikovanosť konštrukcie a napriek tomu nevedú k vy tvoreniu spoľahlivého komunikačného kanálu. Sú známe riešenia miniatúrnych antén, napríklad podľaUS 2007/0194913 Al, ktoré riešia problém so zmenšovaním antény ajej pripojením na substráte, takéto aplikácie všakneriešia problém s rôznym tienením antény. Prenesenie znalostí o existujúcich NFC anténach do oblasti s malým dostupnýmpriestorom neprináša žiadané výsledky, keďže pri miniaturizácii pod určitú úroveň savlastnostivýslednej 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 smerom k vytváraniu 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 bezkontaktné, 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, fóln má len úzko špecifický vplyv a je málo univerzálne pri nasadenív rôznych konštrukciách mobilný ch telefónov.

Základné teoretické a odborné publikácie zastávajú názor, že pri malej hrúbke a dostupnej ploche má RFID alebo NFC anténabyťvytváranáako plocháanténa, napríklad podľaRFID 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 Prmciples ofRFID Systemsjje najoptimálnejšie, ak polomer vysielacej antény zodpovedá druhej odmocnine požadovaného dosahu antény.

Keďže pri mobilných telefónoch sa častejšie používajú kovové súčasti a kryty, objavuje saproblém s konštrukciou a umiestnením NFC antény aj v situácii, kde sa s NFC prvkom počíta už pri návrhu mobilného tele

S K 288755 B6 fónu alebo obdobného komunikačného prvku. Je žiadané také riešenie, ktoré bude zabezpečovať vysokú priechodivosť vysielaného signálu z PCB dosky mobilného telefónu alebo z prvku na vyberateľnej pamäťovej karte, ktorá môže byť tienená okolitými kovovými prvkami mobilného telefónu, napríklad batériou alebo kovovýmkrytom

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje žiarič nestacionárneho magnetického poľa vo funkcii antény,predovšetkýmantény naplochom substrátov rámci mobilného komunikačného zariadenia, najmä 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 saobjavilo pri vynaliezaní žiariča, práve dodržanie uvedeného rozmerového vzťahu sav spojitostis tesným návinom vodiča prejaví synergickým spolupôsobenímviacerýchíýzikálny ch zákonitostí. Vtomto rozsahu av blízkom okolí uvedeného intervalu sa vytvára smerové spolupôsobenie magnetického poľa z jednotlivých častívodičov az jednotlivých návinovbezvzniku nežiaducich vírivých polí, pričom samagnetické pole vjadre zosilňuje a zároveň nemôže vytekať popri návine mimo koncových čiel jadra. Uvedený pomer medzi účinnou šírkou jedného závitu a polomerom jadra neboldoterazsledovanýmparametrom pri žiaričoch, ani pri anténach. Pri doterajších anténach s jadrom pritom dosahuje účinná šírka jedného závitu menej ako 0,001- až 0,1-násobok polomeru jadra. Výhodný pre žiarič podľa tohto vy nálezu bude pomer b lízky 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 namicroSD karte alebo SIM karte (subscriber identity module) bude menší rozmer prierezu jadra (napríklad rozmer výšky jadra) menší ako 1 mm. V prípade použitia žiariča namicroSD karte je dĺžka jadra viac ako 7-násobok menšieho rozmeru prierezu jadra. Dĺžka jadra nebude zvyčajne presahovať 15 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 proporčným dimenzovaním bežne známy ch konštrukcň väčších antén.

V prvom rade sapoužitie závitov, ktoré majú os rovnobežnú s plochou nosičapodľa 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 nachádzah čo najďalej od seba v rámci dostupného priestoru na danej ploche. Jadro môže byť zakrivené, ale najlepšie výsledky sadosahujúpripriamom tyčovomjadre, kedy sasiločiary magnetického poľa uzatvárajú zvonka žiariča v čo najdlhšej dráhe amajú teda snahu vytekať von z tieneného priestoru. Ferit jadra má mať relatívnu permeabihtu nastavenú tak, aby indukčnosť žiariča bola na úrovni 600 nH až 1 200 nH, výhodne v blízkosti 750 nH. Pri zohľadnení tohto kritéria môže mať feritové jadro permeabihtu v rozmedzí 30 až 300. Permeabilita jadra bude nastavená podľa technologických možnosti maximálneho dovoleného magnetického sýtenia a rozmerových možností prierezu jadra. Pod pojmom ferit je pritom potrebné rozumieť akýkoľvek materiál, ktorý zosilňuje charakteristiky a vlastnosti magnetického poľa.

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

Aby sme dosiahli stav, kedy magnetické pole zo žiariča vyteká aj nepatrnými medzerami medzi tieniacimi prvkami v hosťujúcomzariadení, je potrebné, aby magnetické pole vjadre 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 poľav rámci jadra prejavuje veľkými stratami. Vysoká intenzita magnetického poľa s a požaduje preto, aby s a dosiahla vy sokáprenikavosť magnetického poľa prostredím

S K 288755 B6

Obe požiadavky s a najlepšie splnia práve usporiadaním, pri ktorom účinná šírka jedného závitu zodpovedá polomeru jadra pri kruhovom priereze jadra. Účinná šírka jedného závitu predstavuje rozmer, ktorým savodič závitu premieta na dĺžku jadra. Vodič môže mať rôzny prierez, preto môže byť účinná šírka 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 závitu v podstate rovnať šírke vodiča. Ak sa použije plochý vodič tak, že časť vodiča jedného závitu saprekryje okrajom susedného vodiča, bude sa za účinnú šírku vodiča považovať šírka vodiča bez okraja, ktorý už prekrýva susedný vodič. V podstate pôjde o tú časť šírky vodiča, ktorá bude pri plochom vodiči v kontakte s jadrom. Pri hustom, tesnom návine bude účinná šírka vodičov jedného závitu zhodná so stúpanímzávitu.

Požiadavku, aby účinná šírka zodpovedala polomeru jadra, resp. ekvivalentnému polomeru jadra, je potrebné chápať tak, že sa účinná šírka má v podstate rovnať polomeru jadra. Pri malých celkových rozmeroch prierezu jadra spôsobuje aj malá technologická odchýlka odchýlku od uvedeného pravidla, pričom savšak 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 závitu v rozmedzí 0,6- až 1,4-násobku polomeru jadra, resp. ekvivalentnému polomeru jadra. V rozsahu 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 štvorcovompriereze jadra so stranou „a“ je ekvivalentný polomer r_e = a/^π. Pri obdĺžnikovom priereze s rozmermi „a“, „b“ bez zaoblenia hrán je ekvivalentný polomer r_e = ^(a.b/π). 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 jednoduchosťbude 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, kde Rp = (1 + Q²)RSaLp = (l+^-)Ls.

Ak sa 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 P_u =----. IndukčnosťLsje možné prispôsobiť, ak Rs je menší ako reálna časťRe(Z). Za tohto predpokladu je potom prúd II tečúci indukčnosťou Ls h- í?.

Magnetické pole v strede žiariča je potom

H =—.

I kde N je počet závitov. Vzťah s a ďalej upraví na tvar

H =

-\l IwRiN kde Rr-.jc normovaná stratavinutia na jeden závit a má charakter

R_1N = a.e~^bw -ľr.

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 = 2πϋ. 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 poľav strede žiariča. Maximálna hodnota (bod A na grafe) magnetického poľa je v prípade, ak w = 0,5.D, teda vtedy, keď účinná šírka závitu zodpovedá polomeru jadra žiariča. Naľavo od bodu B (veľmi tenká šírka vodiča w) je odpor Rs väčší, ako je vnútorná impedancia Re(Z), azdroj 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 sa zvyšuje, zviera stále väčší uhol s osou jadra žiariča.

S K 288755 B6

Na základe Biot-Savaitovho 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) _rT I r dxxr 1 r dx cos^{a Hx} = TJx =7~Jx --λ

4π x r⁶ 4π ^x r^z

Z toho následne vyplýva zistenie, že priveľmi širokom návine začína uhol a výrazne vplývať na intenzitu magnetického poľa s koeficientom cos a. Naopak naľavo odbodu 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 permeabihtu μ, aby pri w = D/2 bola indukčnosť práve L = 750 nH.

Pri použití jednostupňové navinutého vodičaklasického kruhového prierezu vzniká problém s polomerom ohybu vodiča, keďže účinná šírka 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 dispozícu 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 vodičanakrehké amalé jadro. Problémy snávinom 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 dostupnúvýšku priestoru,apritom 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 dvojnásobokvýšky vodiča, resp. hrúbky vodiča.

Ďalej savynašlo,že vovýhodnomusporiadanísamôže 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 sanapríklad chce nahradiť plochý vodič spôvodnýmpomerom šírky a výšky 1 : 3, použijú sa na náhradu takéhoto plochého vodiča tri vodiče rovnomerne kruhového prierezu, ktoré s a navinú vedľa seba, akoby išlo o trojstupňový závit. Ak s a bude nahradzovať plochý vodič spôvodnýmprierezom 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 svysokou intenzitou, ktoré bude p rítom 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. Použite plochého vodiča alebo použite viacstupňovýchparalelne vedľa sebavedených vodičov jedného závitu tento protichodný stret požiadaviek vhodne 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 alebo môže byť umiestnený nabatérii, 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 navrhovah 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. Vtákom prípade je žiarič nasubstrátevyberateľnejpamäťovej 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 rozhrania 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 dosiahne čo najdlhšie siločiary magnetického poľa a len menšia časť magnetického toku sauzatvára 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

S K 288755 B6

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 poh. Žiarič môže byť na SIM karte umiestnený v rôznych polohách a natočeniach.

Pri použití žiariča v batérií (akumulátore) mobilného telefonuje 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 danom mobilnom telefóne.

Signál vysielaný zo žiariča magnetického poľa podľa tohto vy nálezu je prijímaný štandardnýmprijímacím 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 (predovšetkýmmicroSD 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 fúnkciu zariadenia, je totedanajmä, nie však výlučne, slot na vyberateľnú pamäťovú kartu formátu microSD.

Z technologického hľadiska bude výhodné, ak jadro bude tvorené feritovou tyčkou umiestnenou na nevodivej podloáce. 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 podložia 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 obvodnú hosťujúceho zariadenia.

Magnetické pole vytvorené v žiariči podľa tohto vynálezu má schopnosť prenikať aj malýnú medzerami v priestorovej štruktúre mobilného komunikačného zariadenia. Ploché medzery napríklad medzi kartou a slotom karty, následne medzi telesombatérie a susediacim telom mobilného telefónu sú dostatočné napreniknutie 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 nevýhodnomusporiadaní kovové kryty. Siločiary magnetického poľa vychádzajú z malých medzier medzi kry tnú 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 nato, 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 sústavavšetkých vodičov vinutí, prípadne aj vrátane elektromagnetických väzieb okolia.

Žiarič môže byť navrhnutý tak, že sa vhodne nalaďuje pod vplyvom rôzneho prostredia. Ak sabudenachádzať v tesnej blízkosti elektricky vodivých materiálov, indukčnosť žiariča sa zníž. Táto vlastnosť sa využije na automatické riadenie vyžarovaného výkonu v závislosti od prostredia, do ktorého sažiarič umiestni. Týmto sa zvýši univerzálnosť nasadenia žiariča, pri jeho distribúcii sa nemusí uvažovať vplyv rôznych typov mobilný ch 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, indukčnosťsazvýšina 1,3 pH a rezonancia saposuniena 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 výhodnomusporiadaní navrhnutý akonštruovaný tak, že je frekvenčné a/alebo indukčnosťou, a/alebo vnútomýmodporom nastavený na maximálny vysielací výkonpri najnepriaznivejšom možnom tienení, napríklad pri úplnom zakry tovaní. Potom zmenšovanie núery tienenia svojou väzbou s okolím bude znižovať výkon vysielania pri rovnakom vstupnombudení, a to tým, že tieniace prvky prostredia ovplyvňujú frekvenciu a/alebo indukčnosť, a/alebo vnútorný odporžiariča. Jednoducho na vysielanie pomocou žiariča sabudú úmyselne používať aj okolité kovovéčasti, ich neprítomnosť síce spôsobípokles vysielacieho výkonu, ale žiarič bude nastavený tak, aby aj pri nulovom tienení bol vysielací výkon žiariča vyššíako minimálny výkon na 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. V princípe

S K 288755 B6 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 odporvýstupného driveru pri takomto nastavení a napájaní namicroSD karte môže byť menší ako 10 Ohm Konkrétna hodnota impedancie sa môže meniť podľa nastaveného pomeru napätí, prúdov a výkonov.

Žiarič na karte podľa tohto vynálezu má vynikajúce prenosové vlastnosti v slotoch rôznych mobilných komunikačných zariadení, a to aj pri umiestnení slotu pod batériou. Merania preukázali, že mobilný telefón s vyberateľnou pamäťovou kartou so žiaričom podľa tohto vy nálezu 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.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov 1 až 24. 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.

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

Obrázok 2 obsahuje graf strátv 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 obvod v bode B z grafu podľa obrázka 3.

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

Na obrázku 6 je prierez jadrom a plochým vodičom pri jednoduchom návine. Opäť súmedzi návinmi navzájom a medzi návinmi ajadrom vyobrazené medzery na zvýšenie prehľadnosti, v skutočnostije návinusporiadaný tesne vedľa sebaa tesne na jadre bez medzier.

Na obrázku 7 je vyobrazený prierez plochým vodičom s prekrytím okrajov. Medzi návinmi navzájom a medzi návinmi ajadrom sú vyobrazené medzery na zvýšenie prehľadnosti, v skutočnostije návin usporiadaný tesne vedľa seba a tesne na jadre bez medzier.

Na obrázku 8 je zobrazený prierez jadrom s viacstupňovýmnávinomvodiča, 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 všakv skutočnostiprinávine nevzniká. Medzera na obrázkoch má za úlohu rozlíšiť vodiče do skupín jedného závitu.

Obrázok 9 vyobrazuje prierez jadrom s viacstupňovýmnávinom vodiča, kde len okrajové vodiče jedného návinu sú izolované. 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 napolovicu žiariča, kde návin pozostáva z plochého neizolovaného vodiča, po okrajoch ktorého je navinutý izolovaný vodič kruhového prierezu.

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

Obrázok 13 vyobrazuje 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 bočnompohľade, kedy je žiarič umiestnený na vyberateľnej pamäťovej karte, atáje vsunutá dovnútra mobilného telefónu skovovými krytmi. Vyžarovací diagram v horizontálnej rovine ukazuje snahu magnetického poľa pretlačiť saúzkou štrbinou v kovovom o bale tak, aby sa siločiary magnetického poľa uzavreli do seba.

Obrázok 16 obsahuje príklady štyroch frekvenčných nastavení antén vo vysielacom pásme NFC. Rezonančná krivka je vyobrazená plnou čiarou. Vrchol rezonančnej krivky predstavuje rezonančnú frekvenciu ír antény a môže sa zhodovať s vysielacou frekvenciou fl alebo s prijímacou frekvenciou f2, alebo môže tvoriť

S K 288755 B6 len vrchol krivky, ktorá charakterizuje použiteľný pás frekvencií. Frekvencia fl vysielania je vynesená čiarkovanou čiarou. Frekvencia f2 prijímania je vynesenábodkočiarkovanou čiarou. Os y znázorňuje vstupný prúd do antény.

Obrázok 17 znázorňuje impedančné parametre žiariča.

Obrázok 18 vyobrazuje automatické nalaďovanie výkonu žiariča, kedy samení 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 vyobrazené umiestnenie žiariča v tele batérie mobilného telefónu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

V tomto príklade podľa obrázkov 1, 2, 3,4, 8, 12, 13, 14, 15 až 18 je opísanákonštrukciažiariča sferitovým 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 cez nevodiv ú podložku 6 je navinutých21 závitov 2 z medeného izolovaného drôtu kladeného tesne vedľa seba. Jedenzávit 2 je pritom tvorený šiestimi paralelne vedenými vodičmi 4 spriemerom 0,05 mm Týmto sa nahradí plochý vodič jedného závitu 2 s rozmerom 0,3 mm x 0,05 mm

Na nevodivej podložke 6 sú pri koncoch vytvorené dve pripojovacie plôšky 7, na ktorých je vzájomne vodivo prepojená šesticavodičov 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 vzdiaľujú, aby sa vytvoril väčší priestorná hrot ultrazvukovej zváračky. Vodiče 41, 42, 43, 44, 45, 46 sú ultrazvukom pripájkované, privarené k pripojovacím plôškam 7. Zároveň sú tieto pripojovacie plôšky 7 prepojené ku kontaktu, ktorým sacelé teleso žiariča pripájkuje 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 kontaktnú karty, v tomto príklade výhodne práve v časti, kde má karta malé zhrubnutie na ľahšie vyberanie karty zo slotu.

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 0,6 mm. Pri 21 závitoch na dĺžke 9 mm je účinná šírka 3 jedného závitu 2 cca 0,428 mm Pomer medzi ekvivalentným polomerom a účinnou šírkou je 1 :1,095, účinná šírka 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 navysokýchfrekvenciách. Vzhľadom na skin efekt shlbkoup = 17 pm/14 MHz je vodivá plocha šiestich kruhový ch vodičov π/2-krát väčšiaako pri plochom vodiči s rovnakým rozmerom, čímsadocielia nižšie straty. Žiarič podľa tohto príkladu má na frekvencii 14,4 MHz indukčnosťL= 1,3 pH a kvalitu Q = 21 pri výkonovom zaťažení 13 dBm

Anténnasústava sa skladá z anténneho budiča (driver), sériovo paralelnej rezonančnej sústavy so žiaričom magnetického poľa a z nízko šumového zosilňovača s vy sokýmziskom (linúter). Driver je navrhnutý v mostíkovom zapojení (H bridge) s výstupnýmodporomRout menším ako 4 Ω pri napájačom napätí mostíka Vcc = 2,7 V. Vzhľadom nato že spínací čas MOSFET tranzistorov je menší ako 1 ns,takje potrebné vyššie harmonické produkty spínania filtrovať pomocou kapacity C3. Spínacie signály mostíka H+ a H- mostíka sú vzájomne fázovo posunuté o 2,2 ns tak, aby pri ich prepnutí nedochádzalo k súčasnému zopnutia oboch riadených vetiev a teda k skratu napájania Vcc 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 spočívavtom, že magnetické siločiary nemôžu opustiť feritovú ty čku jadra 1 skôrakonajej 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 vlastnostižiariča umiestneného vnútri kovového tienenia sapozorujú na obrázku 15.

Žiarič je umiestnený vnútri mobilného telefónu, ktorý ma kovové kryty. To je znázornené na obrázku 15 ako tieniaci kryt 3, t. j. prekážka toku magnetického poľa. Siločiary magnetického poľa vychádzajú z malých medzier medzi krytmi von, teda do priestoru, kde sabude 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 sazníži na 1 pH. Táto vlastnosť savyužíva na automatické riadenie vyžarovaného výkonu v závislosti od prostredia, v ktorom sanachádza. Žiarič je naladený na

S K 288755 B6 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 3. Ak sa však umiestni mimo obalu, indukčnosť sa zvýši na 1,3 pH a rezonancia saposuniena 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 saposunie nadol na 12 MHz a vnútorný odporná frekvencii 14,4 MHz vzrastie na 50 Ω. Vďaka tomuto usporiadaniu s a dosiahne stav, kedy žiarič umiestený pod kovovým krytom vyžaruje maximum výkonu, zatiaľ čo v situácii, keď sa nachádza podplastovýmkrytom, vyžiarený výkon automaticky poklesne, čím sa zaručí, že v tomto prípade prijímacie zariadenia (POS terminály), nebudú prebudené príliš vysokýmsignálom. 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 takom prípade má tvar skrutkovo vedeného pásika so šírkou tvoriacu medzizávitovú izoláciu 8. Potom je nanesenákovová vrstva, čím sa vytvorí plochý, široký návin. Prípadným nanesením izolácie naokraj vodiča4 a následnýmopätovnýmnanesenímpásu vodivej vrstvy,ktorábudeprekrývať 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 vy tvorí prekry tie 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 41 a 47. Jeden závit 2 je tvorený siedmimi vodičmi 4, kde oba okrajové vodiče daného závitu 41 a 47 majú izoláciu 8, aby pri tesnomnávine nedochádzalo k medzizávitovému skratu. Neizolované vodiče 42, 43, 44, 45, 46 sú umiestnené vnútri skupiny. Keďže nemajú izoláciu 8, obmedzí satvorbamedzier 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 vy vedené len vodiče 41,42, 46 a 47.

Príklad 5

V tomto príklade podľa obrázka Uje navytvorenie 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 závitu 2 predstavuje 0,41 mm. Pomer medzi účinnou šírkou závitu 2 a polomerom jadra Ije 1,025. Permeabilita jadra 1 je zvolená tak, aby pri daných rozmeroch žiariča a danom návine bola indukčnosťL = 750 nH.

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 nanesenákovová vrstva, čím sa vďaka oddeľujúcej maske vytvorí návin 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 naPCB doske 10 mobilného telefónu. Telefón má kryty s kovovými časťami, ktoré predstavujú tieniace kryty 3. Vďaka použitiu

S K 288755 B6 žiariča podľatohto vy nálezu je možné umiestniť žiarič v podstate na ľubovoľné voľné miesto naPCB doskea 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 sapri dizajne PCB dosky 10 neobmedzuje požiadavkami na doteraz známe typy NFC antén. Rôzne typy amodely mobilných telefónov vybavíjedným typom žiariča priamo naPCB 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.

Príklad 10

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

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 pamäťovej karte s vysokouvyžarovacou schopnosťou amalými rozmermi.

S K 288755 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 podlo žka

- pripojovacia plôška

- izolácia vodiča

- SIM karta

- PCB doska

- akumulátor/batéria w - účinná šírka závitu

PCB - printed circuit board

NFC - near field communication

POS - point o fsále

RHD - Rádio-frequency identification

SD -Secure Digital

SIM - Subscriber Identity Module

Claims (24)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa vo funkcii miniatúmej náhrady antény v mobilnom komunikačnom zariadení, kde žiarič má podlhovasté jadro (1) s permeabihtou vyššou ako 1, na jadre (1) je navinutý vodič (4) s aspoň dvoma závitmi (2), a kde žiarič tvorí prvok na vytvorenie bezkontaktného NFC alebo RFID komunikačného kanálu, pri ktorom signál vysielaný zo žiariča je prijímaný štandardný m NFC alebo RFID prijímacím prostriedkom, 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), závity (2) sú na jadre (1) uložené v jednej 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).
2. 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 (1).
3. 3. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že prierez jadra (1) má kruhový tvar alebo má eliptický tvar, alebo má pravouhlý tvar, výhodne so zaoblenými rohmi, alebo má prierez tvorený kombináciou uvedených tvarov.
4. 4. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž3, vyznačujúci satým, že jadro (1) má priamy tyčový tvar.
5. 5. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž4, vyznačujúci satým, že jadro (1) má výšku do 1 mm, šírku do 5 mm a dĺžku do 15 mm.
6. 6. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž5, vyznačujúci sa tým, že jadro (1) má obdĺžnikový prierez s výškou do 0,6 mm, so šírkou do 1 mm a s dĺžkou do 11 mm.
7. 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. 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. 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 (4) sú elektricky prepojené, výhodne sú prepojené po stranách jadra (1).
10. 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 k pripojovacím plôškam (7), kde sú vodiče vzájomne od sebavzdialené.
11. 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. 12. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 alebo 11, vyznačujúci sa tým, že vodič (4) je vytvorený nanesením kovovej vrstvy na povrch jadra (1) s medzerami medzi závitmi (2).
13. 13. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 12, vyznačujúci sa tým, že permeabihta jadra (1) je zvolená tak, aby pri danomnávine vodiča (4) dosiaholžiarič indukčnosťóOO nH až 1200 nH, výhodne v blízkosti 750 nH.
14. 14. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov lažl3, 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 (3), kde blízkosť tieniaceho krytu (3) znižuje indukčnosť žiariča a kde po odstránení vplyvu tieniaceho krytu (3) sa zvýši indukčnosť žiariča, vzrastie vnútorný odpora rezonančná frekvencia poklesne a vzdiali saod vysielacej frekvencie.
15. 15. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 14, vyznačujúci sa tým, že je frekvenčné a/alebo indukčnosťou,a/alebo vnútomýmodporom nastavený namaximálny vysielací výkon tak, že zmenšovanie miery tienenia svojouväzbou s okolím znižuje výkon vysielania pri rovnakom vstupnombudení, pričom tieniace prvky prostredia ovplyvňujú frekvenciu a/alebo indukčnosť, a/alebo vnútorný odporžiariča do tej miery, aby aj pri nulovomtienení bol vysielací výkon žiariča vyššíako minimálny výkon na príjem štandardnýmNFC alebo RFID prijímacím prostriedkom.
16. 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

    S K 288755 B6 podložka (6) má šnku zodpovedajúcu šírke jadra (1), nevodivápodložka (6) má dĺžku rovnakú alebo presahujúcu dĺžku jadra (1), vodiče (4) závitov (4) sú mechanicky navinuté cez feritovú tyčku a tiež cez nevodivú podložku (6), čím návin 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. 17. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že nevodivápodložka (6) je z dielektrického materiálu s hrúbkou menšou, ako je jedna osmina výšky jadra (1).
18. 18. Žiarič nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 17, vyznačujúci satým, že návin závitov (2) je prekrytý vodivým tieniacim krytom, ktorý je spojený s uzemnením
19. 19. Umiestnenie žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 18, vyznačujúce sa tým, že žiarič je umiestnený na substrátevyberateľnejpamäťovej karty (5).
20. 20. Umiestnenie žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 19, vyznačujúce sa tým, že os jadra (1) žiariča je orientovaná rovnobežne s plochou telesa vyberateľnej 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 rozhrania vyberateľnej pamäťovej karty (5).
21. 21. Umiestnenie žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 18, vyznačujúce sa tým, že žiarič je umiestnený na PCB doske (10) mobilného komunikačného zariadenia, najmä mobilného telefónu.
22. 22. Umiestnenie žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa nároku 21, vyznačujúce sa tým, že os jadra (1) žiariča je orientovaná rovnobežne s vonkajšou plochou tela mobilného komunikačného zariadenia.
23. 23. Umiestnenie žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 18, vyznačujúce sa tým, že žiarič je umiestnený na SIM karte (9).
24. 24. Umiestnenie žiariča nestacionárneho magnetického poľa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 18, vyznačujúce sa tým, že žiarič je umiestnený v rámci telesa vyberateľnej batérie (11) mobilného telefónu.