SK288795B6

SK288795B6 - Anténa

Info

Publication number: SK288795B6
Application number: SK50067-2014A
Authority: SK
Inventors: Miroslav Florek
Original assignee: Smk Kk
Priority date: 2014-11-08
Filing date: 2014-11-08
Publication date: 2020-11-03
Also published as: EP3216082A1; WO2016071885A4; SK500672014A3; US20180278293A1; EP3216082B1; WO2016071885A1

Abstract

Anténa je určená na vytvorenie bezkontaktného komunikačného kanálu (najmä RFID/NFC) v miniatúrnom zástavbovom priestore. Anténa má obdĺžnikové aspoň čiastočne feritové jadro (1), na jadre (1) je navinutý vodič (4) aspoň s tromi závitmi (2). Závity (2) sú na jadre (1) uložené s meniacim sa stúpaním (p) závitu (2), a to tak, že od stredovej zóny (3) jadra (1) smerom ku koncom jadra (1) rozstup (p) závitu (2) vodiča (4) narastá. Vodič (4) návinu je plochý alebo návin zahŕňa viaceré paralelne vedľa seba vedené vodiče (41 až 4N) tvoriace jeden viacstupňový závit (2). Jadro (1) má obdĺžnikový priečny prierez, kde šírka prierezu jadra (1) je aspoň 3-krát väčšia ako výška prierezu jadra (1) a dĺžka jadra (1) je aspoň 10-krát väčšia ako výška prierezu jadra (1). Jadro (1) má v priereze výšku do 0,5 mm, výhodne do 0,3 mm. Nárast stúpania (p) závitu (2) môže byť lineárny.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka antény ako žiariča nestacionárneho magnetického poľa, najmä miniatúmej antény na plochom nosiči s malou dostupnou výškou zástavby, predovšetkým na ploche vyberateľnej karty, ako je mikroSD karta alebo SIM, miniSIM, mikroSIM alebo nanoSIM karta. Anténa je použiteľná priamo na čipe, na PCB doske, a je použiteľná aj na dodatočné vytvorenie bezkontaktného NFC/RFID komunikačného kanálu v elektronickom zariadení, a to aj v prípade, ak je priestor s anténou tienený okohtým prostredím, napríklad kovovým krytom hostiteľského zariadenia.

Doterajší stav techniky

Na NFC/RFID sa používajú najmä ploché antény, ktoré majú tvar vodivých slučiek, pričom v prípade malých rozmerov nosiča sa na umiestnenie vodiča 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/RFID prenosy sú v zásade ploché, s návinom slučiek po okrajoch využiteľnej plochy, ako napríklad podľa DE102008005795, KR100693204, WO2010143849, JP2004005494, JP2006304184, JP2005033461, JP2010051012.

Zverejnené staršie 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 vy tváraniu 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.

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.

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. Zásadný prínos pre miniaturizáciu NFC/RFID antény, ktorá je vhodná na umiestnenie na microSD kartu, prinieslo zverejnenie WO/2014/076669, podľa ktorého sa dá vytvoriť bezkontaktný komunikačný kanál aj pri malej a tienenej anténe. Toto zverejnenie opisuje zásady konštrukcie s feritovýmjadrom, ktoré má kruhový, štvorcový alebo podobný prierez. V praxi sa však ukázalo, že je potrebné ešte ďalšie zníženie hrúbky antény, aby sa mohla umiestniť vo vrstve nad existujúcimi prvkami, napríklad nad čipom

	Výška	Šírka	Hĺbka
Míni- SIM	25 mm	15 mm	0,76 mm
Míkro- SiM	15 mm	12 mm	0,76 mm
Nano- SIM	12,3 mm	8.8 mm	0,67 mm

Pohľad spredu

Štandardizované označenie

ISO/IEC 7810:2003, ID000

ETSITS 102 221 V9.0.0,

Mini-UÍCC

ETSI TS 102 221 Vll.0.0

Zverejnenie EP1460715 Al znázorňuje anténu s jadrom, na ktorom je navinutý vodič s viacerými závitmi tak, že medzi závitmi je medzera. Výsledná anténa je vhodná na SMD montáž, na koncoch je vybavená pripojovacími plôškami, ktoré uľahčujú jednoduché pripojenie k doske. Zverejnenie nerieši optimálny priebeh medzery medzi závitmi, ani zlepšovanie vysielacích vlastnostíantény.

S K 288795 B6

Problém čiastočne rieši riešenie podľa WO 2014/076669, kde je vytvorený rozmerový vzťah medzi stúpaním a plochou prierezu jadra.

Zverejnenie US2011241957 A1 objasňuje náviny vodičov s rozdielnymi rozmermi vodičov v odlišných častiach jadra, riešenie je však vhodné len na moderovanie induktancie cievky.

Je žiadané také riešenie, ktoré bude zabezpečovať vysokú priechodnosť vysielaného signálu zPCB dosky elektronického zariadenia, zo SIM karty ktoréhokoľvek rozmerového typu alebo z vyberateľnej pamäťovej karty s veľmi malým dostupnýmpriestorom

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje anténa určená na umiestnenie na plochý substrátpodľa nárokov 1 až 18. Podstata antény s obdĺžnikovým, s ľeritovým jadrom alebo s aspoň čiastočne feritovýmjadrom, kde na jadre je navinutý vodič s aspoň troma závitmi, podľa tohto vynálezu spočíva v tom, že jadro má obdĺžnikový priečny prierez, kde šírka prierezu jadra je aspoň 3-krát väčšia ako výška prierezu jadra a dĺžka jadra je aspoň 10-krát väčšia ako výška prierezu jadra, pričom vodič je navinutý na jadro s meniacim sa stúpaním závitu a to tak, že od stredovej zóny jadra smerom k obom koncom jadra stúpanie závitu vodiča narastá. Stúpaním závitu sa má na my sh rozstup závitov, teda vzdialenosť stredov susediacich závitov. Narastanie stúpania saprejavuje zväčšovaním uhla, pod ktorým je vodič závitu navinutý na jadro.

Ako sa zistilo pri vynaliezaní tohto technického riešenia, zvyšujúci sa rozstup závitov, teda rastúce stúpanie závitov smerom ku koncom jadra spôsobuje, že sýtenie magnetického jadra od stredu k jeho okrajomklesá lineárne, čím sa znižujú hysterézne straty spôsobené vysokou intenzitou magnetického poľa. Prikonštantnom stúpaní intenzita poľa na konci poklesne hyperbolický, čo znamená, že najskôr je veľmi vysoká a prakticky konštantná po celej dĺžke s výnimkou koncov, kde prudko klesá k nule, preto aj hysterézne straty sú vyššie v porovnaní s riešením s rozširujúcimi sa závitmi podľa tohto vynálezu. Zároveň je dôležité, aby šírka závitu bola aspoňtrojnásobokjeho výšky, tedaaby závit bol realizovaný ako plochý.

Zväčšovanie stúpaniabudepredovšetkýmlineáme podľa vzťahu:

Pn+l =Pn + A, kde Δ je prírastok stúpania, p je stúpanie, rozstup závitu, n - poradie závitu od stredu jadra k jeho koncu. Prírastok stúpaniabude v rozmedzí 10 až 30 % šírky vodiča závitu v stredovej zóne, výhodne 20 %.

Okrem lineárne narastajúceho rozstupu závitu je možné rozstup zväčšovať aj podľa inej rastúcej krivky, napríklad tak, že Δ prírastok stúpania je rastúci pre každý ďalší závit n + 1.

Vynález sa môže realizovať viacerými technologickými postupnú. Vodič môže byť plochý, navinie sa tak, aby ku koncom jadra sa postupne zväčšoval uhol stúpania. Pri plochých vodičov však meniaci sa uhol stúpania vedie k deformáciám, čím vzniká riziko pretrhnutia tenkého plochého vodiča. Jedným riešením je usporiadanie, kedy plochý vodič v rozvinutom stave je pásik s postupne sa zalamujúcim priebehom Línie, v ktorých sa mení smer pásika, sú určené rozmerom príslušnej hrany jadra, okolo ktorej sa pásik vodiča ohýba pri návine.

Iným spôsobom vytvorenia narastajúceho rozstupu závitu je nanesenie vodivej vrstvy bez mechanického navíjania, napríklad vákuovým naparovaním, potlačou a podobne. To umožňuje vytvoriť vodivú vrstvu závitu, kde postupne narastá rozstup, stúpanie závitu a zodpovedajúco narastá aj šírka vodiča, medzery medzi susediacimi závitmi vtedy môžu byť konštantné.

Ďalší spôsob, ktorý umožňuje meniť stúpanie závitu, ktorý je vytvorený z plochého vodiča, je spájanie plochého vodiča zo samostatných častí zhora a zdola. Rozdelenie vodiča na viaceré časti umožňuje vytvoriť závity s meniacim sa uhlom sklonu návinu bez deformácií vedúcich k pretrhnutiu vodiča. Z hľadiska efektívnosti výroby je možné každý závit vyrábať z párov pásikov. Aby sa zabezpečila spoľahlivé obopnutie jadra vodičom, ktorý nie je celistvý v rámci jedného závitu, vynašlo sa zároveň usporiadanie, kde je vodič vytvorený ako bimetalový pásik s dvoma vrstvami materiálu s odlišnou tepelnou rozťažnosťou. Pásik vodiča sa v schladenom stave obvinie cez tri strany prierezu jadra, výhodne môže mať aj krátke záhyby na štvrtej strane prierezu. Po zohriatí na bežnú teplotu dochádza medzi dvoma vrstvami vo vodiči k šmykovým napätiam, ktoré nútia pásik deformovať sa práve smerom k obvinutiu jadra. Toto dlhodobé napätie stabilizuje polohu pásika vodiča.

Vo výhodnom usporiadaní sú prvé dva závity alebo niekolko závitov v stredovej zóne na jadre uložené tesne vedľa seba, potom smerom ku koncom jadra sa medzery medzi závitmi môžu zväčšovať, pri konštantnej šírke vodiča jedného závitu. Podľa použitej metódy návinu je možné vytvoriť aj rastúcu šírku vodiča, ktorý potom má rovnomernú, zvyčajne len veľnú malú, izolačnú medzeru medzi vodičmi susediacich závitov. Napríklad v prípade nanášania vodivej vrstvy na jadro alebo v prípade použitia zalamovaného pásika môžu byť závity umiestnené vedľa seba bez zväčšujúcich sa medzier. Medzera môže byť malá, môže mať šírku len nevyhnutnú na dosiahnutie medzizávitovej izolácie. V prípade zväčšujúcich sa medzier môže byť anténa vybavená kovovým krytom pozdĺž jadra. Kovový kryt môže mať podobu tenkej železnej alebo mede

S K 288795 B6 nej fólie. Vprípade výroby závitov s využitím bimetalového vyhotovenia vodičov môže kryt v podobe pásu fólie slúžiť pri výrobe aj ako nosič pásikov vodiča, tieto môžu byť na kryt nalepené v požadovaných rozstupoch.

Účinná šírka w jedného závitu v stredovej zóne je vo výhodnom usporiadaní v rozmedzí re/2 < w < l,5r_e, kde r_e je ekvivalentný priemer. Pri obdĺžnikovom priereze s rozmermi strán „a“, „b“ bez zaoblenia hrán je ekvivalentný polomer r_e = ^(a.b/π). Ekvivalentný priemer vyjadruje priemer kruhového jadra, ktoré má rovnakú plochu prierezu, ako má obdĺžnikový prierez so stranami a, b.

Ďalej sa vynašlo, že vo vý hodno musporiadaní sa môže plochý vodič nahradiť sústavou aspoň troch 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 :4, použijú sa na náhradu takéhoto plochého vodiča štyrivodiče rovnomerne kruhového prierezu, ktoré sa navinú vedľa seba, akoby išlo o trojstupňový závit. Ak sa bude nahradzovať plochý vodič s pôvodnýmprierezom 1: 8 (výška : šírka), 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.

Príklad rozmerov antény, ktorá je schopná vysielať aj zo zatieneného slotu SIM karty v telefóne, je nasledujúci.

Veľkosť	Hrúbka	Feritové jadro	Vzduchová medzera	Šírka	Dĺžka
Mini-/mikroSIM	440 pm	265 pm	54 pm	2 400 pm	8-10 mm
NanoSIM	350 pm	166 pm	54 pm	2 400 pm	8-10 mm

Rozmerové pomery, ktoré sú opísané v tomto vynáleze,majú vnútorné väzby, ktoré súvisia s tvorbou magnetického poľa. Pomery medzi šírkou vodiča a ekvivalentným priemerom jadra súvisia s teóriou Helmholtzových cievok, ktorá pri usporiadaní podľa tohto vynálezu viedla k výborným vysielacím parametrom, čo sapotvrdilo meraniami.

Pri viacnásobnom vodiči sa vynašlo viacero možností, ako zachovať podstatné pravidlo rastúceho stúpania závitov podľa tohto vynálezu. Jedna možnosť spočíva v tom, že viacnásobný vodič sa navíja s rastúcim rozstupom závitov, pričom medzi vodičmi jedného závitu nie je medzera, rastie len medzera medzi krajnými vodičmi susedných závitov. Táto verzia napodobňuje plochý vodič s konštantnou šírkou. Druhá možnosť sa vyznačuje tým, že s rastom rozstupov závitov sa začnú od seba rozchádzať aj vodiče jedného stupňa, jedného závitu, teda vzniknutá rozširujúca medzera z prvej možnosti sa akoby rozdeľuje medzi všetky vodiče. V takom prípade je medzera medzi vodičmi závitu m = n Δ/x, kde x je počet vodičov jedného závitu a n Δ je prírastok stúpania pre daný závit.

Ďalšou možnosťou je primotávanie ďalšieho vodiča až od určitého poradia závitu, teda postupne narastá počet vodičov jedného závitu, vodiče sú v takom prípade stále tesne vedľa seba, ale rastie rozstup závitov.

Ako sa objavilo pri vynaliezaní tejto antény, práve použitie plochého závitu v podobe viacnásobného kruhového vodiča a rastúci rozstup sa prejaví synergickýmspolupôsobenímviacerýchfýzikálnych zákonitostí. V opísanom rozsahu rozmerových pomerov a v blízkom okolí uvedeného intervalu sa vytvára smerové spolupôsobenie magnetického poľa z jednotlivý ch častí vodičov a z jednotlivý ch návinov bez vzniku nežiaducich vírivých polí, pričom sa magnetické pole v jadre zosilňuje a zároveň nevyteká popri návine mimo koncových čiel jadra.

Jadro je v pozdĺžnom aj priečnom smere podlhovasté. Jadro môže byť zakrivené, ale najlepšie výsledky sa dosahujú pri priamom tyčovom jadre, kedy sa siločiary magnetického poľa uzatvárajú zvonka antény v čo najdlhšej dráhe a majú teda snahu vytekať von z tieneného priestoru. Ferit jadra má mať relatívnu permeabilitu nastavenú tak, aby indukčnosť antény bola na úrovni 600 nH až 1 200 nH, výhodne v blízkosti 1 000 nH a kvalitu 20 < Q < 30. 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.

Snaha dosiahnuť homogénne magnetické pole s vysokou intenzitou, ktoré bude pritom vyžarovať zo vzdialených koncov jadra, je sprevádzaná 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 viacstupňových paralelne vedľa sebavedených vodičov jedného závitu tento protichodný stret požiadaviek vhodne odstraňuje.

S K 288795 B6

Obzvlášť výhodne v tejto súvislosti sa ukázalo využitie viacstupňových paralelne vedľa seba vedených vodičov jedného závitu. Takto vytvorený závit má väčšiu plochu povrchu ako jednoliaty plochý vodič rovnakej šírky alebo ako vodič s rovnakou plochou prierezu. Väčšia plocha, resp. väčší obvod prierezu vďaka skin efektu prispieva k lepšiemu vedeniu elektrického prúdu. Tento efekt synergicky prispieva k efektívnemu výsledku, a to najmä pri prúdovomprietoku meniacom sa vo frekvenciách rádovo v MHz.

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

Pri použití antény podľa tohto vynálezu priamo na PCB doske mobilného komunikačného zariadenia (najmä mobilného telefónu) poskytuje anténa výhodu najmä v tom, že anténa má miniatúrne rozmery a môže sauniestniť takmer kdekoľvek na doske alebo aj priamo na čipe.

Z technologického hľadiska bude výhodné, ak jadro bude tvorené feritovou tyčkou umiestnenou na nevodivej podložke. Nevodivá podložka bude mať šírku zodpovedajúcu šírke jadra a dĺžku v podstate 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 nosičom, napr. s PCB doskou. Na pripojovacích plochách sa prepoja vodiče viacstupňového návinu navzájoma tiež sa tieto kontakty antény prepoja s vodivými obvodmi hosťujúceho zariadenia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov 1 až 20. Použitá mierka zobrazenia a pomer veľkostí jednotlivých prvkov nemusí zodpovedať opisu v príkladoch a tieto mierky a pomery velkostí nie je možné vysvetľovať ako zužujúce rozsah ochrany.

Na obrázkoch 1 a 2 je vyobrazený princíp narastajúceho stúpania závitov vodiča na jadre, kde pri narastajúcom rozstupe p_n je šírka w vodiča konštantná.

Obrázok 3 je axonometrický pohľad na anténu s plochým prierezom vodiča s narastajúcimi medzerami. Pre prehľadnosť je zobrazený menší počet závitov.

Na obrázku 4 je prierez jadrom a plochým vodičom pri návine plochého vodiča s nemennou šírkou w. Rovina označená číslom 3 predstavuje pozdĺžnu stredovú rovinu jadra. Medzery medzivodičmisaod stredovej roviny zväčšujú.

Obrázok 5 vyobrazuje plochý vodič s narastajúcou šírkou w navinutý na jadro. Následne na obrázku 6 je detail rastúceho rozstupu p_n a rastúcej šírky w_n.

Na obrázku 7 je zobrazený prierez jadrom s viacstupňovým návinom kruhového vodiča, kde vodič všetkých stupňov (9 stupňov tvorených 9 vodičmi) jedného závitu je rovnaký a izolovaný. S rastúcim stúpaním p narastá medzera medzi závitmi, vodiče jedného závitu sú naďalej navinuté tesne vedľa seba.

Obrázok 8 je pohľad na koniec návinov antény na konci jadra s nevodivou podložkou, ktorá je pripájkovaná na substrát.

Obrázok 9 vyobrazuje detail prepojenia vodičov jedného závitu na pripojovacej plôške, ktorá je vytvorená na spodnej strane nevodivej podložky.

Na obrázku 10 je zobrazená lokalizácia antény na mikroSIM a nanoSIM karte.

Obrázky 11 a 12 vyobrazujú prierez antény s príkladmi rozmerov na mini-/mikroSIM a nanoSIM karte.

Na obrázkoch 13 až 20 je vysvetlená bimetalová štruktúra vodiča na dosiahnutie trvalého zovretia jadra vodičom, ktoré nie je celistvo navinuté, ale je skladané z pásikov. Na týchto obrázkoch nie je pre prehľadnosť vyobrazené zvyšovanie rozstupu závitov, tieto obrázky slúžia len na vysvetlenie spôsobu tvorby plochého návinu vodiča.

Obrázok 13 ukazuje rozmerový príklad plochej antény.

Na obrázku 14 je jadro obvinuté z troch hrán plochým vodičom predtým, než sa tieto vodiče prepoja do závitov. Obrázok 15 zachytáva prepojovacie pásiky, ktoré sú potom na obrázku 16 pripojené k zahnutým plôškam príslušných protiľahlých vodičov.

Na obrázku 17 je znázornená fólia, ktorá na vrchnej strane vytvára kryt a zároveň môže pri výrobe niesť rozmiestnené pásiky vodičov.

Obrázok 18 ilustruje bimetalové zloženie vodiča s rôznou tepelnou rozťažnosťou vrstiev. Na obrázku 19 je takýto vodič znázornený po zmene teploty.

Obrázok 20 zhora nadol zachytáva proces výroby antény podľa tohto vynálezu, kedy sabimetalový vodič obvinie cez tri strany prierezu jadra pri nízkej teplote a následne po zohriatí na bežnú teplotu spoľahlivo obvíja jadro antény.

S K 288795 B6

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

V tomto príklade podľa obrázkov 7, 8, 9, 10 all je opísaná konštrukcia antény s feritovým jadrom 1 plochého obdĺžnikového prierezu. Anténa je umiestnená na ndkroSIM karte. Jadro 1 má dĺžku 9 mm a obdĺžnikový prierez s rozmermi 2,4 mm x 0,3 mm K jadru 1 je priložená nevodivá podložka 6, ktorá má šírku 2,4 mm a hrúbku 0,04 mm Na jadro 1 a zároveň cez nevodivú podložku 6 je navinutých 17 závitov 2 z medeného izolovaného drôtu kladeného tak, v stredovej zóne 3 sú dva závity navinuté tesne vedľa seba a následne sa rozstup závitov zväčšuje, a to lineárne vždy o +0,065 mm.

Jeden závit 2 je pritom tvorený deviatimi paralelne vedenými vodičmi 4 s priemerom 0,035 mm Týmto sa nahradí plochý vodič jedného závitu 2 s rozmerom 0,315 mm x 0,035 mm.

Na nevodivej podložke 6 sú pri koncoch vytvorené dve pripojovacie plôšky 7, na ktorých je vzájomne vodivo prepojených deväť vodičov 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49. Vodiče 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 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, 47, 48, 49 sú ultrazvukom pripájkované, privarené k pripojovacím plôškam 7.

Zároveň sú tieto pripojovacie plôšky 7 prepojené ku kontaktu, ktorým sa celé teleso antény prispájkuje k substrátu,v tomto príklade k substrátu mikroSIM karty.

Výhodou deviatich 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 MHz je vodivá plocha šiestich kruhových vodičov π/2-krát väčšia ako pri plochom vodiči s rovnakým rozmerom, čím sa docielia nižšie straty. Anténa podľa tohto príkladu má na frekvencii 14,4 MHz indukčnosť L = 1.2 pH a kvalitu Q = 21 pri výkonovom zaťažení 13 dBm

Materiál NiZn jadra 1 má tieto vlastnosti, ktoré môžu variovaťv rozsahu ±15 %.

Symbol	Podmienky	Hodnota	Jednotka
Pi	25 °C; <10 kHz 0.25 mT	-80
Pa	100 °C; <25kHz 200mT	-300
Ps'	100°C; <15 MHz 200 mT	-80
Ps	100 °C; <15 MHz 200 mT	-5
B	25 °C; <10 kHz 3 000 A/m 100 °C; <10 kHz 3 000 A/m	-320 -320
Pv	100 °C; <3 MHz 100 mT 100 °C; <10 MHz 5 mT	<200 <200	kWS/m³
tanô/pi	100 °C;< 15 MHz 200 A/m	7,8.10-⁴

Anténová sústava sa skladá z anténového budiča (driver), sériovo paralelnej rezonančnej sústavy s anténou magnetického poľa a z nízkošumového zosilňovača s vysokým ziskom (limiter).

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 je vytvarovaný tak, že v líniách zalomenia sa postupne mení smer pásika. To umožňuje jeho navinutie na hranol jadra 1 tak, že nedochádza kpriečnym deformáciám pásika. Medzera medzi závitmi 2 je konštantná, ale rozstup p_n sa mení, od stredovej línie 3 narastá smerom k obom koncom jadra 1.

Príklad 3

V tomto príklade vyhotovenia je vodič 4 na jadre 1 vytvorený naparovaním kovovej vrstvy alebo inou podobnou technológiou nanášania vodivej cesty na povrch. Na jadre Ije najskôrvytvorená maska vo funkcii oddeľovacích medzier medzi závitmi 2 aspoň vo výške hrúbky vodiča 4. Maska v takom prípade má tvar skrutkovo vedeného pásika s rastúcim rozstupom, a teda aj rastúcim uhlom sklonu oproti osi jadra 1. Potom je nanesenákovovávrstva,čím sa vytvorí plochý, široký návin vodiča 4.

Príklad 4

V tomto príklade podľa obrázkov 10 a 12 je anténa umiestnená v nanoSIM karte. Jadro 1 má dĺžku 9 mm a obdĺžnikový prierez s rozmermi 2,4 mm x 0,3 mm K jadru 1 je priložená nevodivá podložka 6, ktorá má

S K 288795 B6 šírku 2,4 mm a hrúbku 0,04 mm. Na jadro 1 a zároveň cez nevodivú podložku 6 je navinutých deväť závitov 2 z medeného izolovaného drôtu kladeného tak, že v stredovej zóne 3 sú dva závity navinuté tesne vedľa seba a následne sa rozstup závitov zväčšuje, a to 0,065 mm Jeden závit 2 je pritom tvorený deviatimi paralelne vedený vodičmi 4 s priemerom 0,035 mm

Príklad 5

V tomto príklade podľa obrázkov 13 až 20 je vodič 4 vytvorený z delených pásikov, ktoré majú postupne sa rozširujúci tvar. Jeden závit 2 je vytvorený dvoma pásikmi. Jeden pásik prechádza cez tri strany prierezu jadra a na štvrtej strane má zahnuté krátke spojovacie plôšky. Druhý pásik je spojovací a je na štvrtej strane prierezu jadra. Pásik vodiča 4 je vytvorený z dvoch vrstiev ako bimetalový prvok. Obvinutie jadra sa realizuje pri nízkej teplote, napr. pri -100 °C, ako je znázornené na obrázku 20. Po zohriatí na bežnú teplotu 20 °C má vodič 4 tendenciu pevne obopínať jadro 1, aj keď ho neobopína v slučke závitu, ako je bežné pri navíjaní cievok.

Priemyselná využiteľnosť

Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto riešenia je možné priemyselne a opakovane vyrábať a používať antény ako žiariče nestacionárneho magnetického poľa s vysokou vyžarovacou schopnosťou a s miniatúmymi rozmermi.

S K 288795 B6

Zoznam vzťahových značiek

-jadro

- závit

- stredovázóna jadra

- vodič

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

- substrát

- nevodivá podložka

- pripojovacia plôška

- izolácia vodiča p - rozstup závitov pi,p2,p3,p4,ps,pn-rozstupy susediacich závitov 1 až n w - šírka vodiča n - poradie závitu m - medzera

PCB - printed circuit board

NFC - near field communication

RFID - Rádio-frequency Identification

SD - Secure Digital

SIM - Subscriber Identity Module

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Anténa s obdĺžnikovým, aspoň čiastočne feritovým jadrom (1), kde na jadre (1) je navinutý aspoň jeden vodič (4) s aspoň troma závitmi (2), jadro (1) má obdĺžnikový priečny prierez, kde šírka prierezu jadra (1) je aspoň 3-krát väčšia ako výška prierezu jadra (1) a dĺžka jadra (1) je aspoň 10-krát väčšia ako výška prierezu jadra (1), vyznačujúca sa tým, že vodič (4) je navinutý na jadro (1) s meniacim sa stúpaním (p) závitu (2) medzi strednú dvoch susediacich závitov (2) tak, že od stredovej zóny (3) jadra (1) smerom ku koncom jadra (1) stúpanie (p) závitov (2) vodiča (4) narastá.
2. Anténa podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že nárast stúpania (p) závitu (2) je lineárny, výhodne s nárastom rozstupu + Δ na každý nasledujúci závit (2).
3. Anténa podľa nároku 2, vyznačujúca sa tým, že prírastok Δ stúpania (p) je v rozmedzí 10 až 30 % šírky vodiča závitu v stredovej zóne, výhodne 20 % š Írky vodiča závitu v stredovej zóne.
4. Anténa podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že nárast stúpania (p) závitu (2) je nelineárny.
5. Anténa podľa ktoréhokoľvek znárokov laž4, vyznačujúca sa tým, že jadro (1) má v priereze výšku do 0,5 mm, výhodne do 0,3 mm, a šírku v priereze 2 -2,5 mm
6. Anténa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž5, vyznačujúca sa tým, šírka w jedného závitu (2) v stredovej zóne (3) je v rozmedzí r_e/2 < w < 1,5 r_e, kde r_e je ekvivalentný priemer, pričom ekvivalentný priemer vyjadruje priemer kruhového jadra, ktoré má rovnakú plochu prierezu, ako má obdĺžnikový prierez jadra (1) so stranami a, b.
7. Anténa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúca sa tým, že vodič (4) návinu je plochý, výhodne so šírkou presahujúcou dvojnásobok výšky vodiča (4) v priereze, vodič (4) má v rozvinutom stave tvar pásika s meniacim sa smerom v líniách zalomenia, ktoré zodpovedajú miestam ohybu okolo hrany jadra (1).
8. Anténa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúca sa tým, že vodič (4) návinu je vytvorený nanesenímvrstvy kovu na povrch jadra (1) s medzerami medzi závitmi (2).
9. Anténa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúca sa tým, že návin jedného závitu (2) 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. Anténa podľa nároku 9, vyznačujúca sa tým, že viacstupňovo vedené vodiče (41 až 4N) sú na koncoch návinu privedené a pripojené k pripojovacím plôškam (7), kde sú vodiče (4) vzájomne od sebavzdialené.
11. Anténa podľa nárokov 9 alebo 10, vyznačujúca sa tým, že pri viacstupňovo vedených aspoň štyroch vodičoch (41 až 4N) jedného závitu (2) sú na svojom pov rchu elektricky izolované len krajné vodiče (41, 4N) jedného závitu (2).
12. Anténa ktoréhokoľvek znárokov 9 až 11, vyznačujúca sa tým, žes rastom rozstupov (p) závitov (2) sa začnú od seba rozchádzať aj vodiče (41 až 4N) jedného závitu (2), vzniknutá rozširujúca medzera sa rozdeľuje medzi všetky vodiče (41 až4N).
13. Anténa podľa ktoréhokoľvek z nárokov lažl2, vyznačujúca sa tým, že jadro (1) je tvorené ľeritovou 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 ľeritovú 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 antény s telesom hosťujúceho zariadenia.
14. Anténa podľa nároku 13, vyznačujúca sa tým, že nevodivá podložka (6) je z dielektrického materiálu s hrúbkou menšou, ako je tretina výšky jadra (1).
15. Anténa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúca sa tým, že vodiče (4) sú skladané z rozdelených pásikov, aspoň časť pásikov je tvorená bimetalovým spojením dvoch vrstiev s rozdielnymi tepelnými rozťažnosťami a tieto pásiky sú obvinuté okolo jadra pri zníženej teplote, pri pracovnej teplote deformačné napätie udržuje pásik v obvinutej polohe.
16. Anténa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 15, vyznačujúca sa tým, že je umiestnená na substráte (5) vyberateľnej karty s kontaktným rozhraním
17. Anténa podľa nároku 16, vyznačujúca sa tým, že vyberateľná karta je mikroSD karta alebo SIM, alebo miniSIM, alebo mikroSIM, alebo nanoSIM karta.
18. Anténa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 15, vyznačujúca sa tým, že je umiestnená na substráte (5) PCB dosky hostiteľského zariadenia.