JP2014515151A - 受動共振回路を有する無線周波数トランスポンダ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのトランスポンダ２２、２２ｂと周波数で同調する、または同調するよう意図する受動アンテナ２４、３４を備える無線周波数装置１Ａであって、―トランスポンダは、電磁結合面外周部Ｐを規定するアンテナインターフェイス２８にリンクされた集積回路チップ１６を備え、―受動アンテナは：―ループ内に、少なくとも面Ｂの一部分を含むように巻回されたメインループ２４と、―メインループの内側から外側へと向かう、メインループの少なくとも１つのくぼみＲ、Ｒ２とを備え、トランスポンダ回路を用いて電磁結合をもたらすように面Ｂの一部分はくぼみＲ、Ｒ２内に配置される、無線周波数装置に関し、装置は、それぞれトランスポンダ２２、２２ｂを受け入れる、または受け入れるよう意図する２つのくぼみＲ、Ｒ２を備えることを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、受動アンテナ無線周波数トランスポンダの分野と、そのような無線周波数トランスポンダの構造に関する。
より具体的には、本発明は、その通信が受動アンテナによって増幅される非接触スマートカードのような非接触スマートカード媒体に関する。

本発明はまた、トランスポンダが備えられた電子パスポートおよび電子ビザ等の非接触電子旅券システムにも関連する。具体的には、これらの旅券およびビザは、ＩＣＡＯ（“Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ”の略）の仕様、およびＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３の規格に適合している。

図１および２に示される特許文献１は、接触面およびアンテナ通信インターフェイスを有する集積回路モジュール２を備えるチップカードを開示する。カード本体は、キャパシタ上に平行に取り付けられた２つのコイル３、４を備えた受動アンテナを備え、これらのコイルは、カード本体の実質的に周辺部に配置された幅の広い閉ざされたコイルと、モジュールアンテナとともに中心に位置するように配置された幅の狭いコイルである。幅の広いコイルは外部ドライブと通信を行うように機能し、幅の狭いループはモジュールと通信を行うように機能する。
これらの媒体は、八の字型の２つのループを有するメイン受動アンテナを備え、複雑な構造を持つという欠点を有する。

図３に示される特許文献２は、第一の伝導ループ１８に結合された集積回路１６を備えるデータ媒体であって、データ媒体のそれとほぼ一致している第二の結合面伝導ループ１４と、第二のループに属し、第一のループとおよそ同じ寸法を有する第三のループとを備えるデータ媒体を開示している。第一および第三のループは、実質的に同心状に配置され、一緒に結合される。図３に示される１つの実施形態において、第三のループは、外側に向かって開口している。この第三のループは、アンテナ１４の内面によって区切られた結合面の外側から内側に向かう第一のループのくぼんだ隙間または凹部と一致する。

これによって得られる媒体は、媒体のメインループが媒体の周辺部全体に延在する、受動アンテナを必要とするという点において不利である。さらに、上記の構造によって、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３規格に適合する動作の目標水準に達することは不可能である。
銀行スマートカードの本体の空洞部に配置された接触面およびアンテナモジュールを用いる、ＳＰＳ（Ｓｍａｒｔ Ｃａｒｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）社の１つの実施形態もまた知られている。このモジュールは、カード本体のほぼ全体の表面に配置された受動アンテナに結合されている。このモジュールは、モジュールの空洞部の周囲にらせん状に配置された、実質的に同心状のループを備える。

エンボス加工動作の間に巻回部分を切り落とすリスクを伴うことなく巻回部分をエンボス加工することを可能とするように、空洞部に隣接する第一のループは、モジュール空洞部の位置の下にあり、数ミリメートル、さらには５ミリメートルの幅を有し、続くループも同様である。さらに、アンテナは、アンテナ支柱の両側に配置された金属キャパシタプレートに結合されている。最後の巻回部分は、できるだけ多くの無線周波数フラックスを対象とするように、カードの周辺部に延在する。
この構造は、カード本体を形成するプラスチック板がアンテナの巻回部分および／またはキャパシタプレートの金属面にひどく粘着することによる剥離のリスクを伴うという点において不利である。

米国特許第６３７８７７４号 米国特許第５９５５７２３号

本発明は、上記の欠点を解決することを目的とする。
特に、本発明は、受動アンテナのより容易な構造を備えながら、受動アンテナを用いた無線周波数装置または無線周波数トランスポンダの動作を向上させることを目的とする。本発明はまた、より具体的には、剥離を防ぐため、および／または伝導面を省くために、受動アンテナおよび／または付随するキャパシタ用の金属面をより小さくすることを目的とする。

この目的のため、本発明は、少なくとも１つのトランスポンダ２２、２２ｂと周波数で同調する、または同調するよう意図する受動アンテナを備える無線周波数装置であって、
―トランスポンダは、電磁結合面外周部Ｐを規定するアンテナインターフェイス２８にリンクされた集積回路チップ１６を備え、
―受動アンテナは：
―ループ内に、少なくとも面Ｂの一部分を含むように巻回されたメインループ２４と、
―メインループの内側から外側へと向かう、メインループの少なくとも１つのくぼみＲ、Ｒ２とを備え、トランスポンダ回路を用いて電磁結合をもたらすように面Ｂの一部分はくぼみＲ、Ｒ２内に配置され、
それぞれトランスポンダ２２、２２ｂを受け入れる、または受け入れるよう意図する２つのくぼみＲ、Ｒ２を備えることを特徴とする、無線周波数装置に関する。

装置の他の特徴によると：
―受動アンテナの複数回の巻回部分は、電磁結合面外周部Ｐの半分以上にわたり、トランスポンダ（または無線周波数モジュール）のアンテナインターフェイス２８に沿って、また実質的に近くに延在する、または延在するよう意図され；
―受動アンテナの複数巻回部分は、アンテナインターフェイスの巻回部分の真上に位置する、または位置するよう意図され；
―受動アンテナの複数巻回部分は、アンテナインターフェイスの外周部の４分の３上に延在する、または延在するよう意図され；
―くぼみは、ループの内面に対して“Ｕ”字、または“Ｖ”字、または“Ｃ”字型のくぼんだ形状を有し；
―装置の表面に開口している接触モジュール中の第一のトランスポンダ、および開口していない第二のトランスポンダを備える、または備えるよう意図され；
―第一のトランスポンダは、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３規格のタイプＡに適合し、第二のトランスポンダはタイプＢに適合し；
―受動アンテナは、実質的にＩＳＯ７８１６スマートカードの表面の約半分の大きさの面のみをカバーして延在し；受動アンテナ（２４）は、エンボス域の外側に延在し；受動アンテナの結合面は、好適には、ＩＳＯ７８１６スマートカードの表面の約半分の大きさの面、すなわち８１×２５ｍｍの面をカバーして延在し；
―“Ｕ”字の外側の並列分岐は、５ｍｍから１５ｍｍの間離隔して並び；
―くぼみは、無線周波数またはＮＦＣ型トランスポンダを構成する加入者識別モジュール（ＳＩＭ）の真上に配置され；
携帯電話の場合においては、装置は、モジュール内に含まれる無線周波数またはＮＦＣトランスポンダとの結合を強化するために、フレキシブル媒体を備える、または構成する。

本発明により：
―受動アンテナパターンは、一方がモジュールアンテナと実質的に同心状である、２つの開口していないコイルを有する必要はない；
―製品の良質な機能性は、受動アンテナおよび１つまたは複数のモジュールとの間の最適化された結合により、ＩＳＯ１４４４３−２テストによって得られる；
―Ｕ字、Ｖ字、またはＣ字型のくぼみ（アンテナの内部に対するくぼんだ形状）は、銀行カードへのエンボス加工のために、単一のコイルおよび半分の結合面を有する受動アンテナによる結合を可能とする；
―本発明は、より小規模なループと、より小さい巻回部面とを用いた結合を提供する；本発明は、剥離の問題を回避することによりエンボス加工用に確保された標準エンボス域全体を自由にする利点を有する；
―本発明は、カードが、窓または透明部分等の、図形のカスタマイズ要素を受け入れることができるように、アンテナによって占められていた面を解放することを可能とする；
―本発明は、いくつかの潜在的なアプリケーションのための、いくつかの実質的に“Ｕ”字または“Ｃ”字型のくぼみを備え、それぞれのくぼみの面が実質的に各モジュールの面と実質的に一致している、１つのタイプのみの受動アンテナの製造を合理化することを可能とする。

本発明の他の特徴および利点は、後述の記載において、添付図面を参照しながら、限定されない例によって明らかにされる。

先行技術による、２つのインターフェイスを有するスマートカード。 先行技術による、２つのインターフェイスを有するスマートカード。 先行技術の非接触スマートカード。 本発明の実施形態による装置の概略図（その１）。 スマートカードと図４Ａの装置の概略図。 図４ＡのくぼみＲの概略図。 図４ＡのくぼみＲの別の実施形態の概略図。 本発明の実施形態による装置の概略図（その２）。 本発明で使用されるトランスポンダ。 本発明で使用されるトランスポンダ。 本発明の実施形態による装置の概略図（その３）。

先行技術を示す図１〜図３は、導入部において前述されている。
受動アンテナは、それぞれ３、４および１３、１４と符号付けされている。これらのアンテナは、小さいループ３、１３と、大きいループ４、１４とをそれぞれ備える。
図３において、ループ４内に誘導された電磁束は、ループ１３に誘導されたものとは逆向きであり、電磁結合の効率に作用する。

図４Ａに、本発明による無線周波数装置１Ａが概略的に示される（アンテナ端末に接続された周波数同調キャパシタは原則的に図示されない）。この例において、ＩＳＯ７８１６およびＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３規格に準じる非接触および／または接触スマートカードである。装置は、電子パスポートまたは電子タグ、バッジ、旅券等、他のあらゆる非接触物であり得る。

装置は、少なくとも１つの無線周波数トランスポンダ２２または２２ｂと周波数で同調する、または同調するよう意図する、受動アンテナ２４を備える。トランスポンダ１６は、（ここでは概略的に示された）アンテナインターフェイス２８または３６にリンクされた無線周波数集積回路チップを備える。アンテナインターフェイス２８の外側の巻回部分２９は、トランスポンダの電磁結合面の周辺部Ｐを規定する；モジュールはまた、内側の巻回部分３０を備える。この例において、トランスポンダは、デュアルインターフェイスモジュール２２（カード本体の表面上にアンテナと接触パッド３６を有する）、またはスマートカード非接触モジュール２２ｂ（図７Ｂ）である。

一般的に、本発明の説明の文脈において、トランスポンダは、電磁場を通して通信を行い、キャパシタおよび／または集積回路に接続されたコイルを有するあらゆる無線周波数電子回路を指す。
トランスポンダは、トランスポンダは、銀行取引（電子財布）、通信、交通、身分証明（電子パスポート、ＩＤカード）等、経済活動の様々な場面に用いられる。身分証明の場面において、特に、ＲＦＩＤタイプの非接触電子携帯機器による無線周波数通信によって人物を特定することは知られている。

モジュールは、接触パッドおよび／またはアンテナを搭載した絶縁基板を備えても備えなくてもよい。受動アンテナは、アンテナワイヤにめっき、エッチング、スクリーンプリント等、当業者に周知のあらゆる技術を用いて、絶縁基板上に製造される。この例において、アンテナはエッチングされている。

受動アンテナ２４は、少なくとも１つまたは１つ以上の巻回部分からなる単一のループを備える。アンテナは、少なくとも１つのトランスポンダ回路との電磁結合を作用するために、ループ内に面Ａの少なくとも一部分を備える。
好適には、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３規格テストを通過した結合および動作のよりよい結果のために、受動アンテナ２４のいくつかの巻回部分は、モジュールインターフェイス２８の実質的に近くにおいて、その周辺部Ｐの半分以上にわたってカバーして延在する、または延在することを意図している。

つまり、コーナーを規定する受動アンテナ２４の巻回部分のコースの一部は、少なくとも、周辺部の巻回部分２９Ｐの長さの半分に相当する距離以上にわたって、トランスポンダのアンテナインターフェイス２８の巻回部分のパスと密接に関連している、および／または実質的に平行している。

スマートカードモジュールに関連するこの例において、アンテナ２４および２８は、たとえば１ミリメートル以下で離隔して互いに隣接して配置される。ＵＳＢフラッシュ装置、電話等の他の装置においては、例えば、数ミリメートル、または１センチメートル以上の間隔で近接距離は大きくなりえる。

図４Ｂ（または４Ａ）において、アンテナ２４は、ＩＳＯ７８１６の寸法を有するスマートカード本体１０の面の半分にわたってカバーして延在することに留意すべきである。受動アンテナのコーナー部は、水平な“Ｕ”字または“Ｃ”字型を有する。ここで、コーナー部は、この位置を統合する、またはバイパスするために、モジュールの位置３７に向かって延在する受動アンテナ２４の肩部を形成する。

上記の構成により、カードリーダを用いたカードの無線周波数通信は改善され、ＩＳＯ７８１６規格のスマートカードの面の半分のみを有する、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３規格に適合する。
面Ａに誘導された電磁束は、くぼみの面Ｂに誘導されたものと同一方向である。
受動アンテナは、カードの全長にわたって、または、モジュール（図の左側）に及ぶほど、実質的に延在する。

図４Ａから抽出されたコーナー部の拡大図である図４Ｃにおいて、コーナー部Ｒは、“Ｃ”字の形を有する。メインアンテナ２４およびアンテナインターフェイス２８は、それぞれ隣接する垂直側面Ｃｐ、Ｄｐ、Ｅｐ、およびＣｍ、Ｄｍ、Ｅｍにおいて重複する。
この実施形態において、受動アンテナのいくつかの巻回部分は、モジュールのアンテナインターフェイス２８の周辺部の４分の３以上にわたってカバーして延在する、または延在することを意図している。

代替的には、受動アンテナは、面Ｂを完全に閉じて、面Ａから隔離することなく、補足部によってトランスポンダまたは位置３７を囲う。
受動アンテナは、例えば、アンテナの基板のどちらかの側面上に形成された２つのキャパシタプレートＣ１、Ｃ２に接続される（代替的には、キャパシタは集積回路チップによって得られる）。基板の両側面に固定されたパッド４０は、その穿孔および変形を通して、受動アンテナの端部に接続された２つのプレートを接続することを可能とする。

受動アンテナは、くぼみＲ内に、くぼみＲまたはＲ２の右の二等分線に向かって、またはモジュール２２および２２ｂの位置３７、３７Ｂの内部に向かって次第に先細になる内側の巻回部分３３を含む。コーナー部においてアンテナ２４または３４の内側の巻回部分を切断するリスクを回避しながら、モジュールの空洞部が大きな製造公差において機械加工されるという点において有利である。したがって、いくつかの空洞部の寸法は、同一の受動アンテナプロファイルによって提供される。ここで、このくぼみにおいてのみ、巻回部分の拡張部はトランスポンダアンテナにカバーされている。

代替的な実施形態によると、本発明は、積み重ねられたプレートを増幅することによって直列キャパシタを製造することを提供する。これらのプレートまたはグリッドは、ワイヤの連続したパスによって形成される。
さらに、本発明は、アンテナの巻回部分のパス上に積み重ねられたプレートまたはグリッドを製造することを提供する。

したがって、キャパシタの直列の組み立ては、少なくとも３つのグリッドを積み重ねる、または、同一の巻回部分（もしくは、アンテナがない場合には、単一の伝導トラック）のパス上に少なくとも２つのキャパシタを積み重ねることによって得られる。
たとえば、巻回部分を成す際、基板上のワイヤをガイドするツールは、ジグザグ状またはあらゆるグリッド形状を有するプレートを成し、次に、第二の巻回部分の第二の巻線またはそれに続く巻線のワイヤは、キャパシタが互いに直列となるように、第二のプレートおよび／または、他の後続するプレートを成す。
直列キャパシタの利点は、プレートに付与される領域を増加させることである。

代替的には、第一のプレートを仕上げた後、本発明は、第一のプレートの直後に、例えば、アンテナパスを延長する前に形成されたばかりのグリッド上にワイヤを通すことにより、連続したワイヤで第二のプレートまたはｎ番目のプレートを成すことを提供する。

キャパシタを成す、積み重ねられたグリッドは、望ましい容量値に基づいてワイヤを切ることによって調節可能である。たとえば、端部グリッド部が、グリッド上の位置内にある、またはグリッドにつながっているワイヤを切ることによって回路から切断された場合、同一の容量値は停止する。別の例として、グリッド端部が、図３に示されるようにＮ個の他の線と交差するＮ個の線を含む場合、本発明は、好適にはグリッドの端に位置する線、またはグリッドから離れた線においてワイヤを切断可能とすることを提供する。

下記の表は、図８による受動アンテナ、および図７Ｂに実質的に適合するモジュールから得られた結果を示す。テストに用いられたモジュールは、ＳＰＳ社の規格モジュールに適合している。これらの値は、受動アンテナのような製品のための先行技術とは異なり、半面アンテナのみを有するＩＳＯ１４４４３規格を十分に満たしている。

本発明は、３つの利用方法が想定される、ユニバーサルなアンテナを入手可能とする：２つのモジュールを備えるアンテナ、デュアルインターフェイスと単一のモジュールとを備えるアンテナ、および非接触モジュールアンテナである。これにより、ストックは削減され、いくつかの利用方法のための１つのタイプのみの受動アンテナの製造が合理化される。

表は、高いサイドバンド（ＵＳＢ）および低いサイドバンド（ＬＳＢ）において得られた値を示す。受動アンテナは、従来のエッチングされたアンテナである。このアンテナは、下記の特徴を有する：
―巻回部分の数：４
―インダクタンス：３．２μＨ
―インピーダンス：３．１Ｏｈｍ
―Ｃ：およそ５３ｐＦ

Claims (12)

1. 少なくとも１つのトランスポンダ（２２、２２ｂ）と周波数で同調する、または同調するよう意図する受動アンテナ（２４、３４）を備える無線周波数装置であって、
   ―前記トランスポンダは、電磁結合面外周部（Ｐ）を規定するアンテナインターフェイス（２8）にリンクされた集積回路チップ（１６）を備え、
   ―前記受動アンテナは：
   ―ループ内に、少なくとも面（Ｂ）の一部分を含むように巻回されたメインループ（２４）と、
   ―前記メインループの内側から外側へと向かう、前記メインループの少なくとも１つのくぼみ（Ｒ、Ｒ２）とを備え、トランスポンダ回路を用いて電磁結合をもたらすように面（Ｂ）の前記一部分は前記くぼみ（Ｒ、Ｒ２）内に配置され、
   それぞれトランスポンダ（２２、２２ｂ）を受け入れる、または受け入れるよう意図する２つのくぼみ（Ｒ、Ｒ２）を備えることを特徴とする、無線周波数装置。
2. 前記受動アンテナの複数回の巻回部分が、前記電磁結合面外周部（Ｐ）の半分以上にわたり、前記アンテナインターフェイス（２８）に沿って（Ｄｍ、Ｃｍ、Ｅｍ）、また実質的に近くに延在する、または延在するよう意図することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記受動アンテナ（２４）の前記複数巻回部分は、前記アンテナインターフェイス（２８）の巻回部分の真上に位置する、または位置するよう意図することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記受動アンテナ（２４）の前記複数巻回部分は、アンテナインターフェイス（２８）の外周部（Ｐ）の４分の３上に延在する、または延在するよう意図することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
5. 前記くぼみ（Ｒ、Ｒ２）は、前記受動アンテナ（２４）の内面に対して“Ｕ”字、または“Ｖ”字、または“Ｃ”字型のくぼんだ形状を有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
6. 前記装置の表面に開口している接触モジュール（３６）中の第一のトランスポンダ（２２）、および開口していない第二のトランスポンダを備える、または備えるよう意図することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記第一のトランスポンダ（２２）は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３規格のタイプＡに適合し、前記第二のトランスポンダ（２２ｂ）はタイプＢに適合する、またはその逆であることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記受動アンテナ（Ａ）の前記結合面は、好ましくはＩＳＯ７８１６スマートカードの表面の約半分の大きさの面、すなわち８１×２５ｍｍの面をカバーして延在することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の装置。
9. 前記受動アンテナ（２４）は、エンボス域（ＥＭＢ）の外側に延在することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記“Ｕ”字の外側の並列分岐（Ｃｐ、Ｅｐ）は、５ｍｍから１５ｍｍの間離隔して並んでいることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。
11. 前記くぼみ（Ｒ、Ｒ２）は、無線周波数またはＮＦＣ型トランスポンダを構成する加入者識別モジュール（ＳＩＭ）の真上に配置されるよう意図することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記くぼみの真上に配置されたトランスポンダを一つのみ備えることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の装置。

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