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Dokumentenidentifikation DE102007019272A1 25.10.2007
Titel Antenne für kartenförmige Datenträger
Anmelder Giesecke & Devrient GmbH, 81677 München, DE
Erfinder Gerstenberger, Volker, 85435 Erding, DE;
Körber, Frank, 82140 Olching, DE;
Lepper, Tobias, 80796 München, DE;
Müller, Bernd, 81929 München, DE;
Finkenzeller, Klaus, 85774 Unterföhring, DE
DE-Anmeldedatum 24.04.2007
DE-Aktenzeichen 102007019272
Offenlegungstag 25.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.2007
IPC-Hauptklasse H01Q 1/22(2006.01)A, F, I, 20070424, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01Q 1/38(2006.01)A, L, I, 20070424, B, H, DE   H04B 5/00(2006.01)A, L, I, 20070424, B, H, DE   G06K 19/077(2006.01)A, L, I, 20070424, B, H, DE   
Zusammenfassung Zur nachträglichen Ausrüstung eines elektronischen Datenträgers, insbesondere einer SIM-Karte (20) für ein Mobilfunktelefon, wird ein Atennenadapter (1) vorgeschlagen, der aus zwei miteinander verbundenen Teilen (2; 3) besteht, nämlich einem großflächigen, flexiblen Antennenhalter (3) mit einer Antenne (5) und einem Antennenanschluss (6; 7) auf einem flachstückigen Antennenanschlusshalter (2). Der Antennenanschluss wird zumindest über einen Teil des Kontaktfeldes (22) des Datenträgers angeordnet und mit Kontaktflächen C4, C8 des Kontaktfeldes (22) kontaktiert. Der Antennenanschlusshalter (2) kann aufgeklebt sein und beispielsweise die Abmessungen des Datenträgers (20) besitzen. Der Antennenadapter (1) kann auch einen Datenträgerhalter (11) mit einem Aufnahmebereich (12) zur Aufnahme des Datenträgers (20) umfassen, wobei der Antennenanschlusshalter (12) separat zum oder integral mit dem Datenträgerhalter (11) ausgebildet sein kann. Der Antennenadapter (1) kann zusätzlich eine Schaltung (100) umfassen, die zusammen mit der Antenne (5) und einem integrierten Schaltkreis des Datenträgers (20; 30) eine aktiv sendende Transpondereinheit (120) bildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der kartenförmigen Datenträger mit integriertem Schaltkreis, die für Kontaktlosfunktionalitäten mit einer Antenne ausgestattet sind. Die Erfindung betrifft desweiteren ein System, umfassend ein Mobilfunktelefon, eine SIM-Karte und eine derartige Antenne.

Kartenförmige Datenträger mit integriertem Schaltkreis, insbesondere Chipkarten oder Smartcards, die eine Antenne für die kontaktlose Kommunikation mit dem integrierten Schaltkreis des Datenträgers aufweisen, sind in einer Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsformen bekannt, beispielsweise als Smartcards mit Kontaktlosfunktionalität für den kontaktlosen Zahlungsverkehr, für Skipässe, für Zugangskontrollen oder für die Nutzung des öffentlichen Nahverkehrs. Derartige Funktionalitäten lassen sich grundsätzlich auch auf SIM-Karten (subscriber identity module) realisieren. SIM-Karten sind Chipkarten in kleinerem Format, meist im Format ID-000 gemäß GSM11.11 und TS102.221 und werden in Mobilfunktelefonen eingesetzt, um das Mobilfunktelefon beim Einloggen in ein Mobilfunknetz zu authentisieren. Da die SIM-Karte ohnehin im Mobilfunktelefon vorhanden ist, bietet es sich an, den integrierten Schaltkreis der SIM-Karte auch dafür zu nutzen, zusätzliche Kontaktlosfunktionalitäten auf dem Mobilfunktelefon zu realisieren.

Für die Kontaktlosfunktionalitäten ist neben entsprechenden Hard- und Softwareanpassungen eine Antenne erforderlich. Wegen des kleinen Formats bieten SIM-Karten aber nicht ausreichend Platz für eine darin integrierte Antenne mit entsprechender Reichweite. Auch kann der für die SIM-Karte vorgesehene Einbauort im Mobilfunktelefon für die Antenne ungünstig sein, beispielsweise wegen einer Abschirmung durch benachbarte Komponenten, wie zum Beispiel einem Akku. Diese Problematik kann in entsprechender Weise auch bei elektronischen Datenträgern anderer Art und Form auftreten, die in anderen Geräten eingesetzt werden.

In der DE 10 2004 029 984 A1 wird vorgeschlagen, einen tragbaren Datenträger, insbesondere eine SIM-Karte für Mobilfunktelefone, mit einer integrierten Antenne derart auszubilden, dass der integrierte Schaltkreis des Datenträgers in einem ersten flachstückartigen Bereich und die Antenne in einem zweiten flachstückartigen Bereich angeordnet sind, wobei der flachstückartige Antennenbereich flexibel ausgebildet ist. Der erste flachstückartige Bereich besitzt die üblichen Abmessungen einer genormten SIM-Karte und kann in herkömmlicher Weise in ein Mobilfunktelefon eingesetzt werden. Der flachstückartige Antennenbereich kann umgebogen werden, beispielsweise um einen Akku des Mobilfunktelefons herum, so dass die Antenne nicht durch Komponenten des Mobilfunktelefons unnötig abgeschirmt wird. Die Fläche des flachstückartigen Antennenbereichs kann dementsprechend wesentlich großflächiger ausgebildet sein als der den integrierten Schaltkreis enthaltende erste flachstückartige Bereich.

Um die Herstellung eines solchen Datenträgers flexibler zu gestalten, wird in der DE 10 2004 029 984 A1 vorgeschlagen, die beiden flachstückartigen Bereiche getrennt voneinander herzustellen und über eine Steckvorrichtung 22 mit einander zu verbinden. Dazu sind im Datenträger Anschlussleitungen vorgesehen, die von dem integrierten Schaltkreis zu einem Anschluss an einer Seitenkante des Datenträgers führen, an dem der flächenstückartige Antennenbereich mechanisch fixiert wird, um eine galvanische Verbindung herzustellen. Die vorgeschlagenen Lösungen sind konstruktiv aufwendig und entsprechend teuer in ihrer Realisierung.

Die vorliegende Erfindung befasst sich daher mit der Aufgabe in möglichst einfacher und kostengünstiger Weise kartenförmige Datenträger, die einen integrierten Schaltkreis aufweisen, mit einer Antenne auszustatten.

Diese Aufgabe wird durch einen Antennenadapter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein System, umfassend ein Mobilfunktelefon, eine SIM-Karte und einen solchen Antennenadapter, ist in Anspruch 21 angegeben. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Antennenadapters können herkömmliche kartenförmige Datenträger mit integriertem Schaltkreis, insbesondere SIM-Karten in Form von PlugIns oder Mini-PlugIns für Mobilfunktelefone, mit einer Antenne für den kontaktlosen Datentransfer über mittlere Reichweiten (beispielsweise Near Field Communication NFC) ausgestattet werden. Der erfindungsgemäße Antennenadapter umfasst entsprechen, dem vorbeschriebenen Stand der Technik eine Antenne, die in einem flachstückigen flexibel ausgebildeten Antennenhalter angeordnet ist, sowie einen mit der Antenne verbundenen Antennenanschluss. Anders als im Stand der Technik ist der Antennenanschluss aber nicht als Steckverbindung ausgeführt, sondern befindet sich seinerseits in einem flachstückigen Antennenanschlusshalter, der mit dem Antennenhalter beispielsweise über ein Kabel verbunden ist und der mit einer Flachseite des kartenförmigen Datenträgers zusammenwirkt, um darüber mit dem integrierten Schaltkreis des Datenträgers zu kommunizieren. Auf diese Weise ist es möglich, die in dem Datenträger ohnehin vorhandene Schnittstelleneinrichtung, über die der integrierte Schaltkreis des Datenträgers mit einem externen Gerät kommuniziert, für die Kommunikation mit der Antenne zu nutzen, ohne dass dazu eine Modifikation des Datenträgers erforderlich ist. Vielmehr können herkömmliche Datenträger durch geeignete Platzierung des Antennenadapters an einer seiner Flachseiten für zusätzliche Kontaktlosfunktionalitäten aufgerüstet werden.

In der Regel verfügen solche Datenträger über ein Kontaktfeld mit sechs oder acht Kontaktflächen für den kontaktbehafteten Datentransfer, die genormt sind und entsprechend der Norm ISO/IEC 7816-2 mit C1 bis C8 bezeichnet werden. Von diesen Kontaktflächen können beispielsweise die Kontaktflächen C4 und C8 für die Antennenkontaktierung genutzt werden. Besitzt der integrierte Schaltkreis des Datenträgers eine S2C-Schnittstelle (eine von der Firma Philips definierte Schnittstelle für NFC-Geräte), so können die darin vorgesehenen Anschlüsse SIGIN für den Signaleingang und SIGOUT für den Signalausgang gleichermaßen über die Kontaktflächen C4 und C8 angesprochen werden. Genauso können die Antennenanschlüsse eines Dual-Interface-Chips, der mit einem passiven RFID-Interface (radio frequency identification) ausgestattet ist, über die Kontaktflächen C4 und C8 kontaktiert werden. Dementsprechend wird der Antennenanschlusshalter des Antennenadapters so über dem Kontaktfeld platziert, dass ein galvanischer Kontakt zwischen dem Antennenanschluss und den Kontaktflächen C4 und C8 zustande kommt.

Andere Datenträger sind nur oder zusätzlich (Dual-Interface-Karte) mit einer Kontaktlos-Schnittstelle für den kontaktlosen Datentransfer ausgerüstet, z. B. nach ISO/IEC. Auch mit einer solchen Schnittstelle, die in der Regel induktiv oder kapazitiv arbeitet, kann der Antennenadapter kommunizieren, wenn der Antennenanschluss entsprechend für den Kontaktlos-Datentransfer ausgebildet ist und im Empfangs-/Lesebereich der Schnittstelle des Datenträgers platziert wird.

Der Antennenanschlusshalter kann in einfacher Weise als Folie ausgebildet sein, zum Beispiel aus Polyimid. Eine Folie trägt zur Gesamtdicke des kartenförmigen Datenträgers nur unwesentlich bei und wird in aller Regel den Einsatz des Datenträgers in die üblichen geräteseitigen Datenträgeraufnahmen nicht behindern. Vorzugsweise ist der Antennenanschlusshalter als Klebeetikett ausgebildet, gegebenenfalls abgedeckt durch eine abziehbare Klebeschutzfolie, so dass der Antennenanschlusshalter nach Abziehen der Schutzfolie in unkomplizierter Weise auf der Flachseite des kartenförmigen Datenträgers über der Datenträgerschnittstelle appliziert werden kann.

Um die exakte Positionierung des Antennenanschlusshalters zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn die Umfangskontur des Antennenanschlusshalters den Abmessungen des Datenträgers entspricht. Im Falle einer SIM-Karte besitzen die Umfangskonturen dann ID-000 Format und im Falle eines Mini-P1ugIns die Größe des 3rd Formfaktors.

Falls mittels des Antennenanschlusshalters auch Kontaktflächen des Kontaktfeldes abgedeckt werden, die für die Kommunikation des Datenträgers mit einem externen Gerät benötigt werden, insbesondere also die Kontaktfelder C1 bis C3 und C5 bis C7, so ist es vorteilhaft, an den entsprechenden Stellen des Antennenanschlusshalters Durchkontaktierungen vorzusehen, so dass ein Kontakt von außen durch den Antennenanschlusshalter hindurch zu den eigentlichen Kontaktflächen des Datenträgerkontaktfeldes herstellbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Antennenadapter einen flachstückartigen Datenträgerhalter mit einem Aufnahmebereich zur Aufnahme des Datenträgers. Der flachstückartige Datenträgerhalter und der flachstückartige Antennenhalter können durchaus auch als ein integral ausgebildetes Flachstück realisiert sein. Im letzteren Fall liegen, soweit im Einsatzfall die Kontaktflächen des Datenträgers vom Datenträgerhalter verdeckt werden, die zur externen Kontaktierung dienenden Durchkontaktierungen des Antennenanschlusses in dem zur Aufnahme des Datenträgers dienenden Aufnahmebereich des Datenträgerhalters.

Der Aufnahmebereich des Datenträgerhalters kann gemäß einer ersten Variante als flache Vertiefung in dem Datenträgerhalter ausgebildet sein. Darin kann der Datenträger in einfacher Weise eingesetzt und beispielsweise festgeklemmt oder festgeklebt werden. Gemäß einer zweiten Variante kann der Aufnahmebereich in dem Datenträgerhalter taschenartig ausgebildet sein. Der Datenträger wird dann in einfacher Weise in den taschenartigen Aufnahmebereich eingeschoben.

Der Aufnahmebereich des Datenträgerhalters ist vorzugsweise zur Aufnahme eines genormten kartenförmigen Datenträgers ausgebildet, insbesondere zur Aufnahme eines Mini-PlugIns mit der Größe des 3rd Formfaktors. Der Datenträgerhalter selbst besitzt vorzugsweise zumindest eine Umfangskontur, die den genormten Abmessungen eines Datenträgers mit einem ID-Format entspricht. Beispielsweise kann die Umfangskontur des Datenträgerhalters ID-000 Format besitzen, also SIM-Kartenformat, wobei sein Aufnahmebereich beispielsweise zur Aufnahme des vorgenannten Mini-P1ugIns ausgebildet ist, dessen Umfangskontur kaum über die des üblichen Kontaktfeldes hinausgeht.

Sofern der Antennenanschlusshalter nicht gemeinsam als ein integral ausgebildetes Flachstück mit dem Datenträgerhalter realisiert ist, wird der Antennenanschlusshalter, beispielsweise in Folienausführung, an einer geeigneten Stelle über einer Flachseite des in dem Aufnahmebereich des Kartenträgerhalters angeordneten Datenträgers angebracht. Der Datenträgerhalter und der Antennenanschlusshalter können dabei eine Tasche für den Datenträger bilden. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, wenn der Antennenanschlusshalter erst nach dem Einsetzen des Datenträgers in die Aufnahme des Datenträgerhalters mit dem Datenträgerhalter verbunden, beispielsweise verklebt wird.

Der die Antenne tragende Antennenhalter ist flächenmäßig wesentlich größer ausgebildet als der Antennenanschlusshalter und der Datenträgerhalter. Der Antennenhalter eines Antennenadapters für eine SIM-Karte eines Mobilfunktelefons ist dementsprechend großflächiger als die SIM-Karte selbst, aber vorzugsweise kleinflächiger als die größte Seitenfläche eines Akkus eines Mobilfunktelefons, so dass der Antennenhalter auf einer Seite des Akkus platziert werden kann, während die SIM-Karte beispielsweise unter oder neben dem Akku liegt.

Antennenhalter und Antennenanschlusshalter sind über ein Kabel miteinander verbunden. Dabei ist es aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft, wenn alle drei Komponenten – Antennenhalter, Kabel, Antennenanschlusshalter – aus einem Stück gefertigt sind, beispielsweise auf Basis einer einzigen Polyimid-Folie oder anderen Folie.

Um zu verhindern, dass die Leistungsfähigkeit der Antenne gestört wird, wie beispielsweise durch den Akku eines Mobilfunktelefons, kann die Antenne speziell abgeschirmt werden. Dazu werden vorzugsweise auf den Antennenanschlusshalter eine sehr dünne Kupferschicht und eine Ferritschicht aufgebracht, beispielsweise in Folienform aufgeklebt. Die Kupferschicht vereinheitlicht etwaige Störeinflüsse, da zum Beispiel Akkus verschiedener Mobilfunktelefone unterschiedliche Störeinflüsse hervorrufen können. Die Ferritschicht schirmt die Antenne ab. Der Schichtaufbau ist daher wie folgt: Kupferschicht – Ferritschicht – Polyimidschicht mit der Antenne, wobei im Einbauzustand die Kupferfolie dem Akku eines Mobilfunktelefons zugewandt ist. Die Antenne selbst ist vorzugsweise durch eine oder bevorzugt mehrere Antennenwindungen gebildet. Aber auch andere Antennentypen, beispielsweise Dipolantennen, können im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommen.

Wegen des beispielsweise für eine Antenne für eine SIM-Karte vorgesehenen Einbauorts zwischen dem Akku des Mobilfunktelefons und der Batterieabdeckung bleibt jedoch in manchen Fällen nicht genügend Raum für eine solche Abschirmung mit ausreichender Dicke. Weiterhin sind Form und/oder Material der Abschirmschicht je nach Typ des Mobilfunktelefons, in das die Antenne eingesetzt werden soll, unterschiedlich zu wählen, wodurch eine kostengünstige, einheitliche Herstellung verhindert wird. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, kann der Antennenadapter, um auch in beengten Einbaubedingungen einsetzbar zu sein, gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Schaltung enthalten, die zusammen mit der Antenne und dem integrierten Schaltkreis des Datenträgers eine aktiv sendende Transpondereinheit bildet. Die Schaltung ist mit der Antenne und dem Antennenanschluss gekoppelt. Auf diese Weise kann alternativ und/oder zusätzlich zu der Abschirmschicht einer Reichweiteneinschränkung der Antenne durch etwaige Störeinflüsse entgegengewirkt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schaltung flach ausgebildet und auf dem Antennenhalter des Antennenadapters angeordnet. Die Schaltung benötigt praktisch keinen zusätzlichen Raum und ist somit vorteilhaft einsetzbar.

Wird ein System, bestehend aus einem Mobilfunktelefon, einer SIM-Karte, einem erfindungsgemäßen Antennenadapter und einer vorstehend beschriebenen Schaltung betrachtet, so kann in einer Ausführungsform eines solchen Systems die Schaltung in dem Datenträger integriert sein, also beispielsweise im Kunststoffmodul der SIM-Karte. Die Schaltung benötigt auch hier praktisch keinen zusätzlichen Raum.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennenadapters mit SIM-Karte schematisch in Draufsicht,

2 den Antennenadapter mit SIM-Karte gemäß 1 im Querschnitt,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennenadapters mit SIM-Karte schematisch in Draufsicht,

4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennenadapters im SIM-Kartenformat mit Mini-PlugIn schematisch in Draufsicht,

5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennenadapters, ähnlich dem in 4, mit einer Schaltung zum aktiven Senden eines Signals,

6 rein schematisch eine Transpondereinheit, und

7 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Antennenadapters mit einem Geräteanschluss.

Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennenadapters 1 schematisch in Draufsicht und im Querschnitt im Zusammenhang mit einer SIM-Karte 20 im ID-000 Format, die einen integrierten Schaltkreis 21 besitzt, der in dem Körper der SIM-Karte 20 als Chipmodul integriert ist. In der Draufsicht in 1 ist von dem Chipmodul 21 das Kontaktfeld 22 sichtbar, welches aber, weil es sich unter einem Antennenanschlusshalter 2 des Antennenadapters 1 befindet, mittels Strichlinien dargestellt ist. Das Kontaktfeld 22 besitzt Kontaktflächen C1 bis C8 für eine Kontaktbehaftete Kommunikation mit externen Schnittstellen.

Der Antennenadapter 1 besteht aus dem Antennenanschlusshalter 2, einem Antennenhalter 3 und einen den Antennenanschlusshalter 2 mit dem Antennenhalter 3 verbindenden Steg 4, die z. B. aus einer gemeinsamen Polyimidfolie gebildet sind. Der Steg 4 kann auch breiter ausgebildet sein und beispielsweise der Breite der SIM-Karte 2 entsprechen. Der Antennenhalter 3 trägt eine Spulenantenne 5 mit mehreren Windungen, und der Antennenanschlusshalter 2 trägt einen aus zwei Kontakten 6 und 7 gebildeten Antennenanschluss, der mit der Antenne 5 über ein zweiadriges Verbindungskabel 8 galvanisch verbunden ist.

Die Umfangskontur des Antennenanschlusshalters 2 entspricht der Form der SIM-Karte 20 im ID-000 Format. Sie kann auch kleiner ausgebildet sein und ist mindestens so auszubilden, dass sie mit ihren Kontaktanschlüssen 6, 7über den Kontaktflächen C4, C8 des Kontaktfeldes 22 anbringbar ist. Der Antennenanschlusshalter 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Klebeetikett ausgebildet, so dass er mit der oberen Flachseite der SIM-Karte 20 über eine Klebeschicht 9 fest verbunden ist. Die Klebeschicht 9 wird durchdrungen von den Kontaktanschlüssen 6, 7, so dass sie die Kontaktflächen C4, C8 der SIM-Karte 20 kontaktieren. An den übrigen Kontaktflächen C1 bis C3 und C5 bis C7 sind Durchkontaktierungen 10 im Antennenanschlusshalter 2 vorhanden, so dass eine Kontaktierung der SIM-Karte 20 mit externen Schnittstellen nach wie vor möglich bleibt. Das heißt, die Oberseite der Folie bildet die abgedeckten SIM-Kontakte neu ab, so dass die SIM-Karte im Mobiltelefon ordnungsgemäß funktioniert.

Um den Kontakt zu dem Kontaktfeld 22 der SIM-Karte zu verbessern, weist der Antennenanschlusshalter 2 an den entsprechenden Stellen kleine Beulen auf, die in der Folie beispielsweise durch Prägen erzeugt werden können, bevor der Antennenadapter mit der SIM-Karte 20 verbunden wird.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennenadapters 1. Hier ist der Antennenanschlusshalter 2 taschenartig so ausgebildet, dass die SIM-Karte 20 eingeschoben werden kann. Auf die Klebeverbindung 9 kann dann verzichtet werden. Auch ein Austausch der SIM-Karte 20 wird dadurch erleichtert. Der Antennenanschlusshalter 2 ist wieder durch eine Folie gebildet, die ausreichend dünn ist, dass die SIM-Karte 20 mit dem taschenförmigen Antennenanschlusshalter 2 in ein Mobilfunktelefon einsetzbar ist, ohne das Gerät dazu verändern zu müssen. Es kann zweckmäßig sein, die Tasche zweiseitig offen auszubilden und gegebenenfalls die SIM-Karte 20 quer statt, wie in 3, längs einzuschieben.

Der taschenförmige Antennenanschlusshalter 2 kann aber auch, ähnlich wie im nachfolgend beschriebenen Beispiel gemäß 4, größer ausgebildet sein als der darin aufzunehmende Datenträger, und beispielsweise selbst SIM-Kartenformat oder ein anderes genormtes Kartenformat besitzen, wobei in der Tasche dann ein Datenträger mit einem entsprechend kleineren Format aufgenommen wird.

So ist es bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4. In diesem Falle besitzt der Antennenadapter 1 einen separat zum Antennenanschlusshalter 2 ausgebildeten Datenträgerhalter 11 mit einem Aufnahmebereich 12, der hier nicht taschenförmig, sondern als flache Vertiefung vorgesehen ist. Der Datenträgerhalter 11 selbst hat die Größe einer üblichen SIM-Karte im ID-000 Format, könnte aber auch ein anderes Format haben. Im Aufnahmebereich 12 ist ein Mini-PlugIn 30 mit der Größe des 3rd Formfaktors eingesetzt. Ein Mini-Plug-In besteht im wesentlichen nur noch aus einem Chipmodul und hat Abmessungen, die nur unwesentlich größer als die Normabmessungen des Kontaktfeldes 22 sind.

Der Antennenanschlussträger 12 ist hier vergleichsweise klein ausgebildet und überdeckt von den Kontaktflächen des Kontaktfeldes 22 lediglich die Flächen C4 und C8 mit seinen Kontaktanschlüssen 6 und 7. Er überspannt den unteren Teil des Aufnahmebereichs 12, so dass sich auch hier wieder eine Art Tasche zur Aufnahme des Mini-PlugIns 30 ergibt.

Im Ausführungsbeispiel nach 4 sind der Antennenanschlusshalter 2 und der Antennenhalter 3 separat ausgebildet und über zwei separate Kabel 14 miteinander verbunden. Dadurch kann der Antennenhalter 3 flexibler in einem Mobilfunktelefon installiert werden.

Zu Abschirmungszwecken kann der Antennenadapter 1 der beschriebenen Ausführungsbeispiele zumindest im Bereich des Antennenhalters 3 mehrschichtig ausgebildet sein und beispielsweise auf einer am Einbauort einem Störeinfluss zugewandten Seite zunächst eine Kupferfolie und dann eine Ferritfolie aufweisen. Ein derartiger Antennenadapter ist dann besonders geeignet, zum Beispiel um den Akku eines Mobilfunktelefons herumgefaltet zu werden. Die SIM-Karte 20 bzw. das MiniPlugIn 30 liegen dann unterhalb des Akkus und der großflächige Antennenhalter 3 auf der gegenüberliegenden Seitenfläche des Akkus. Wenn der Akku und die SIM-Karte 20 bzw. das MiniPlugIn 30 innerhalb des Mobilfunktelefons stattdessen nebeneinander angeordnet sind, kann es je nach der Situation, ob der Antennenhalter 3 über oder unter dem Akku liegen soll, zweckmäßig sein, die vorgenannten abschirmenden Zusatzschichten auf der anderen Seite des Antennenhalters 3 vorzusehen.

Eine weitere Ausgestaltung, hier dargestellt auf Basis des Ausführungsbeispiels nach 4, ist in 5 zu sehen und umfasst eine Schaltung 100, die zusammen mit der Antenne 5 und dem integrierten Schaltkreis des Mini-P1ugIns 30 eine aktiv sendende Transpondereinheit bildet. Die Schaltung 100 ist flach ausgebildet und auf dem Antennenhalter 3 angeordnet. Es ist auch möglich, die Schaltung 100 in das Kunststoffmodul des mit dem Antennenadapter 1 zu koppelnden Datenträgers (20; 30) zu integrieren. Auf diese Weise kann alternativ und/oder zusätzlich zu der Abschirmschicht einer Reichweiteneinschränkung der Antenne durch etwaigen Störeinflüssen entgegengewirkt werden.

Die Transpondereinheit sendet zur Datenübertragung an ein Lesegerät ein Signal, welches das Lesegerät als Signal eines Transponders auswerten kann, der eine Lastmodulation des Feldes des Lesegeräts durchführt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Transpondern, die das Feld des Lesegeräts zu einem modulierten Lesegerätfeld modulieren, erzeugt und sendet die Transpondereinheit ein eigenes moduliertes Feld als das Signal der Datenübertragung. Die Transpondereinheit setzt somit eigene Energie zum Zweck der Datenübertragung ein.

6 zeigt schematisch die aktiv sendende Transpondereinheit 120. Die Transpondereinheit verfügt über eine Energieversorgung 102, die Antenne 5 sowie die elektronische Schaltung 100. Die Schaltung 100 besteht im Wesentlichen aus drei Funktionsblöcken: einem Empfänger 104, einer Steuerung 105 und einem Sender 106. Ein Schalter 107 dient zur Umschaltung der Antenne 5 zwischen dem Empfänger 104 und dem Sender 106. Die Energieversorgung 102 erfolgt normalerweise über den Akku des Mobilfunktelefons, in das der mit dem Antennenadapter zu koppelnde Datenträger eingesetzt wird. Aber auch eine einfache Batterie kann dazu dienen.

Der Empfänger 104 ist vorgesehen, ein vom Lesegerät übertragenes Signal zu demodulieren, um daraus Daten zu extrahieren. Die extrahierten Daten werden an die Steuerung 105 weitergeleitet, welche sie verarbeitet und an das Lesegerät zu versendende Daten erzeugt. Des Weiteren übermittelt die Steuerung 105 ein Steuersignal an dem Schalter 107, welcher zwischen Empfangs- und Sendebetrieb der Transpondereinheit 120 umschaltet. Es kann aber stattdessen auch zum Senden eine separate Antenne vorgesehen sein. Die Steuerung 105 kann beispielsweise durch einen Teil des Betriebssystems 105' der SIM-Karte 30 unterstützt oder ersetzt werden.

Der Sender 106 besteht aus einem Oszillator 108, einem Modulator 109 und einem Endverstärker 110. Des Weiteren ist der Sender 106 um eine elektronische Baugruppe 111 zum Erzeugen und Modulieren eines Hilfsträgersignals erweitert, um die Datenübertragung von der Transpondereinheit 120 zu dem Lesegerät mittels des Hilfsträgersignals durchzuführen. Das Hilfsträgersignal kann je nach Verwendung der Transpondereinheit unterschiedliche Frequenzen besitzen, gegebenenfalls auch ganz entfallen.

In der in 6 gezeigten Transpondereinheit 120 ist vorgesehen, dass die Baugruppe 111 mittels eines Frequenzteilers 112 die Oszillatorfrequenz durch einen bestimmten Faktor teilt, beispielsweise durch binäre Teilung. Das dadurch erzeugte Hilfsträgersignal wird mit den zu sendenden Daten, welche der Baugruppe 111 von der Steuerung 105 zugeführt werden, moduliert.

Die Modulation des Hilfsträgers in der Baugruppe 111 erfolgt beispielsweise in einem AND-Gatter 113 durch eine so genannte 100 % Amplitudentastung (amplitude key shifting, ASK). Dabei wird die Amplitude des durch Frequenzteilung erzeugten Signals anhand der zu sendenden Daten zwischen zwei Zuständen ON und OFF umgeschaltet. Alternativ kann auch eine (B)PSK-Modulation (binary phase key shifting), beispielsweise nach ISO 14443 Typ B, oder eine FSK-Modulation (frequency key shifting) erfolgen.

Sowohl das Oszillatorsignal als auch das in der Baugruppe 111 erzeugte ASK-modulierte Signal werden dem Modulator 109 zugeführt. Der Modulator 109 kann beispielsweise als Ringmodultor 109 ausgebildet sein.

Der Ringmodulator 109 hat die Besonderheit, dass er eine Sonderform der Amplitudenmodulation durchführt. Wie bei der üblichen Amplitudenmodulation werden im Frequenzspektrum betrachtet zwei Spektrallinien im Abstand der Frequenz des ASK-modulierten Signals um die Frequenz des Oszillatorsignals, die so genannte Trägerfrequenz, erzeugt. Bei der Amplitudenmodulation im Ringmodulator 109 wird die Trägerfrequenz des starken und energiereichen Oszillatorsignals weitgehend unterdrückt. Die im ASK-modulierten Signal enthaltenen, zu sendenden Daten befinden sich nach der Amplitudenmodulation im Ringmodulator 109 in Seitenbändern um die zwei Spektrallinien der Hilfsfrequenz. Eine solche Modulation wird Double-Side-Band (DSB) Modulation bzw. Double-Side-Band-Supressed-Carrier (DSSC) Modulation genannt. Mit der Trägerfrequenz werden keine Daten übertragen. Vielmehr wird durch den Einsatz des Ringmodulators 109, der die Trägerfrequenz unterdrückt, das Ziel erreicht, entweder mit geringer Sendeleistung oder mit deutlich höherer Reichweite Daten an das Lesegerät senden zu können. Die erhöhte Reichweite ist vor allem dann möglich, wenn die gesamte Sendeleistung in die Seitenbänder gesteckt wird, in denen sich die zu sendenden Daten befinden. Zwar wird die Trägerfrequenz grundsätzlich zur Demodulation des Signals benötigt, um im Lesegerät die von der Transpondereinheit 120 übermittelten Daten zu extrahieren. Da die Trägerfrequenz aber ohnehin im Lesegerät vorliegt, ist es nicht notwendig, dass das Transpondersignal selbst diese Frequenz enthält.

Am Ausgang des Ringmodulators 109 steht dann ein Ausgangssignal zur Verfügung, welches die zwei Modulationsseitenbänder enthält und mit einem durch Lastmodulation bzw. Rückstrahlquerschnittsmodulation erzeugten Signal (hinreichend genau) übereinstimmt. Das durch den Ringmodulator erzeugte Ausgangssignal kann dann mittels eines Verstärkers 110 gegebenenfalls noch verstärkt werden und über den Schalter 107, welcher durch ein Signal der Steuerung 105 auf Sendebetrieb der Transpondereinheit 120 umgeschaltet wird, der Antenne 5 zum Versand der zu sendenden Daten zugeführt werden.

Die Transpondereinheit 120 wird in einem ersten (aktiven) Betriebsmodus als aktiv sendende Transpondereinheit betrieben. Im einem zweiten (passiven) Betriebsmodus arbeitet die Transpondereinheit dagegen wie ein gewöhnlicher passiver Transponder, der eine Lastmodulation auf dem Feld des Lesegeräts ausführt. Beispielsweise kann der Empfänger 104 zusätzlich als herkömmlicher, durch die Steuerung 105 angesteuerter Lastmodulator ausgebildet sein. Die Steuerung schaltet dann entweder den Sender 106 ein und den Lastmodulator ab oder den Sender 106 ab und den Lastmodulator ein. Der Schalter 107 wird dementsprechend geschaltet. Als Kriterium für das Umschalten von einem passiven in einen aktiven Betriebszustand kann beispielsweise die empfangene Signalstärke, das Vorliegen und/oder Ausreichen einer externen Spannungsversorgung oder das Ausreichen einer internen Spannungsversorgung dienen. Es ist somit beispielsweise möglich, eine Transpondereinheit 120 erst passiv zu betreiben und bei beispielsweise unabsichtlich zunehmendem Abstand zum Lesegerät in einen aktiven Betriebsmodus umzuschalten. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Umschaltung abhängig von der Höhe einer an der Antenne 5 induzierten Spannung vorgenommen wird, z.B. automatisch, wenn die induzierte Spannung einen bestimmten Wert über- bzw. unterschreitet.

Auch die Art der Anwendung, für welche die Daten übertragen werden, kann ein Kriterium für den Betriebsmodus sein. So sollte die Transpondereinheit 120 bei sicherheitskritischen Anwendungen nur im passiven Betriebsmodus arbeiten. Dagegen wird eine unkritische Anwendung im Allgemeinen im aktiven Betriebsmodus arbeiten. Es ist eine Einrichtung zum manuellen, nicht automatischen Umschalten zwischen dem aktiven und dem passiven Betriebsmodus vorgesehen, um beispielsweise die Privatsphäre zu schützen und ein Auslesen sensibler Daten über große Reichweiten aktiv zu verhindern.

Des Weiteren kann die Schaltung 100 einen Spannungsbegrenzer besitzen, welcher vorgesehen ist, die an der Antenne 5 durch das Lesegerät induzierte Spannung zu begrenzen. Damit kann unter anderem ein Überlastproblem vermieden werden, wenn sich die Transpondereinheit 120 und das Lesegerät in geringem Abstand zueinander befinden. Als Spannungbegrenzer kann beispielsweise ein Shuntregler eingesetzt werden.

In WO 2006/000446 A1 wird eine Transpondereinheit und eine Schaltung entsprechend der hier benutzten beschrieben. Bezüglich weiterer schaltungstechnischer Ausgestaltungen und Alternativen wird auf die genannte Schrift Bezug genommen.

7 illustriert eine weitere Ausgestaltung des Antennenadapters 1. Darin sind der Antennenhalter 3 und der Datenträgerhalter 11 integral ausgebildet. Die Schaltung 100 ist wiederum flach ausgebildet und auf dem Antennenhalter 3 angeordnet. Der Aufnahmebereich 12 des Datenträgerhalters 11 ist als Sockel zur Aufnahme einer SIM-Karte 30 in der Größe eines Mini-PlugIns ausgebildet. Die Ausgestaltung des Aufnahmebereichs 12 zur Aufnahme kartenförmiger Datenträger anderer Formate ist ebenso möglich. Ein Geräteanschluss 50, der mit dem Aufnahmebereich 12 des Datenträgerhalters 11 über flexible separate Kabel 14 verbunden ist, wird anstelle der SIM-Karte in das Mobilfunktelefon eingesetzt und hat dementsprechend SIM-Karten Format. Über die flexiblen Kabel 14 erhält die SIM-Karte 30 die zum Betrieb notwendigen Signalen, wie z. B. VCC, GND, I/O, RESET, CLK, von dem Geräteanschluss 50. Die Schaltung 100 wird über den Geräteanschluss 50 vom Akku des Mobilfunktelefons mit Energie versorgt.

Zwar wurde die Erfindung beispielhaft anhand einer SIM-Karte beziehungsweise eines SIM-Moduls für ein Mobilfunktelefon erläutert. Die Erfindung ist aber mit einem entsprechend angepassten Antennenadapter auch im Zusammenhang mit anderen elektronischen Datenträgern und/oder anderen elektronischen Geräten anwendbar.


Anspruch[de]
Antennenadapter (1) für einen kartenförmigen Datenträger (20; 30), umfassend einen flachstückigen, flexibel ausgebildeten Antennenhalter (3) mit einer Antenne (5) und einen mit der Antenne (5) verbundenen Antennenanschluss (6; 7), wobei der Antennenanschluss (6; 7) in einem flachstückigen Antennenanschlusshalter (2) angeordnet ist, welcher ausgebildet ist, mit einer Flachseite eines kartenförmigen Datenträgers (20; 30) zusammenzuwirken. Antennenadapter (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen flachstückigen Datenträgerhalter (11) mit einem Aufnahmebereich (12), zur Aufnahme eines kartenförmigen Datenträgers (20; 30), wobei der Datenträgerhalter (11) und der Antennenanschlusshalter (2) gegebenenfalls als ein integral ausgebildetes Flachstück realisiert sein können. Antennenadapter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (12) zur Aufnahme eines genormten kartenförmigen Datenträgers (20; 30) ausgebildet ist. Antennenadapter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (12) zur Aufnahme eines Mini-PlugIns (30) mit der Größe des 3rd Formfaktors ausgebildet ist. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (12) als flache Vertiefung in dem Datenträgerhalter (13) ausgebildet ist. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (12) in dem Datenträgerhalter (11) taschenartig ausgebildet ist. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Umfangskontur des Datenträgerhalters (11) den genormten Abmessungen eines Datenträgers mit einem ID-Format entspricht. Antennenadapter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangskontur des Datenträgerhalters ID-000 Format besitzt. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenanschlusshalter (2) als Folie ausgebildet ist. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenanschlusshalter (2) als Klebeetikett ausgebildet ist. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenanschlusshalter (2) Kontaktanschlussflächen (6; 7) an Positionen besitzt, die eine Kontaktierung der C4- und C8-Kontaktflächen eines Datenträgers (20; 30) mit integriertem Schaltkreis (21) ermöglicht. Antennenadapter (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenanschlusshalter (2) Durchkontaktierungen (10) an Positionen C1, C2, C3, C5, C6 und C7 relativ zu den Kontaktanschlussflächen (6; 7) an den Positionen C4 und C8 aufweist. Antennenadapter (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanschlussflächen (6; 7) aus einer Oberfläche des Antennenanschlusshalters (2) hervorstehen. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangskontur des Antennenanschlusshalters (2) den Abmessungen eines genormten kartenförmigen Datenträgers entspricht. Antennenadapter (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangskontur des Antennenanschlusshalters (2) den Abmessungen eines Mini-P1ugIns mit der Größe des 3rd Formfaktors entspricht. Antennenadapter (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangkontur des Antennenanschlusshalters dem ID-000 Format entspricht. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenanschlusshalter (2) mit dem Antennenhalter (3) über ein Kabel (4; 14) verbunden ist. Antennenadapter (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenhalter (3), das Kabel (4) und der Antennenanschlusshalter (2) aus einem Stück gefertigt sind. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (5) mehrere Antennenwindungen umfasst. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Antennenhalter eine mehrschichtige Abschirmung aufweist, die eine Kupferschicht und eine darüberliegende Ferritschicht umfasst. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch eine Schaltung (100), die eingerichtet ist, zusammen mit der Antenne (5) und einem integrierten Schaltkreis des mit dem Antennenadapter (1) zu koppelnden kartenförmigen Datenträgers (20; 30) eine aktiv sendende Transpondereinheit (120) zu bilden. Antennenadapter (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) zum Senden eines Signals ausgebildet ist, welches für ein externes Lesegerät als eine Modulation durch einen Transponder auswertbar ist, um Daten in einem ersten Betriebsmodus zu dem Lesegerät zu übertragen. Antennenadapter (1) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) zur Modulation des Feldes eines externen Lesegeräts eingerichtet ist, um Daten in einem zweiten Betriebsmodus zu dem Lesegerät zu übertragen. Antennenadapter (1) nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) eingerichtet ist, innerhalb einer Kommunikationsreichweite eines externen Lesegeräts den zweiten Betriebsmodus und außerhalb der Kommunikationsreichweite den ersten Betriebsmodus zu verwenden. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) über eine von einem externen Lesegerät unabhängige Energieversorgung (102) verfügt. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) einen Empfänger (104) zum Demodulieren eines von einem externen Lesegerät empfangenen Signals umfasst, um daraus Daten zu extrahieren, und eine Steuerung (105), die eingerichtet ist, die extrahierten Daten zu verarbeiten und an das Lesegerät zu sendende Daten zu erzeugen. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) einen Last- oder Rückstrahlquerschnittsmodulator und eine Umschalteinrichtung umfasst, die eingerichtet ist, abhängig von der Höhe einer an der Antenne (5) induzierten Spannung zwischen dem Last- oder Rückstrahlquerschnittsmodulator und einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangssignals umzuschalten. Antennenadapter (1) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung eingerichtet ist, automatisch von der Schaltungsanordnung auf den Last- oder Rückstrahlquerschnittsmodulator umzuschalten, wenn die induzierte Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Antennenadapter nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) einen Oszillator (108) zum Erzeugen eines Oszillatorsignals und einen Modulator (109) umfasst, der eingerichtet ist, das Oszillatorsignal mittels zu sendender Daten zu modulieren und daraus ein Ausgangssignal zu erzeugen. Antennenadapter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) eine elektronische Baugruppe (111) umfasst zum Modulieren eines Hilfsträgersignals mit einer bestimmten Frequenz mittels in der Steuerung (105) erzeugter zu sendender Daten, um dem Modulator (109) die zu sendenden Daten als ein moduliertes Hilfsträgersignal zuzuführen. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) eine Einrichtung zur temporären Deaktivierung des aktiven Sendens eines Signals umfasst. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) einen Spannungsbegrenzer zum Begrenzen einer an der Antenne (5) induzierten Spannung umfasst. Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (100) flach ausgebildet auf dem Antennenhalter (3) angeordnet ist. Transpondereinheit (120), umfassend einen Datenträger (20; 30) mit einem integrierten Schaltkreis und eine damit gekoppelte Transponderantenne, gekennzeichnet durch einen Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 21 bis 33. System, umfassend ein Mobilfunktelefon, eine SIM-Karte (20; 30) und einen Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei der Antennenhalter (2) des Antennenadapters (1) großflächiger ist als die SIM-Karte (20; 30). System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die SIM-Karte kleinflächiger ist als die größte Seitenfläche eines Akkus des Mobilfunktelefons. System, umfassend ein Mobilfunktelefon, eine SIM-Karte (20; 30) mit integriertem Schaltkreis, einen Antennenadapter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und eine Schaltung (100), die zusammen mit der Antenne (5) des Antennenadapters (1) und dem integrierten Schaltkreis der SIM-Karte (20; 30) eine aktiv sendende Transpondereinheit (120) bildet, wobei die Schaltung (100) in den kartenförmigen Datenträger (20; 30) integriert angeordnet ist.






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