Излучатель нестационарного магнитного поля, его соединение в системе и способ модуляции данных Российский патент 2018 года по МПК H01Q7/08 

ОБЛАСТЬ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к излучателю нестационарного магнитного поля, которое формируется миниатюрной антенной, размещенной на плоском носителе, выполненном с небольшой высотой, преимущественно на поверхности съемной карты памяти, такой как карты памяти MicroSD или SIM-карты. Антенна может использоваться, в частности, для создания дополнительного канала бесконтактной NFC/RFID связи в мобильном телефоне, или же на печатной плате различных электронных устройств. Решение в первую очередь предназначено для платежных приложений, реализованных с помощью мобильного устройства связи. В принципе, однако, новый тип излучателя, его размещение и способ модуляции в соответствии с изобретением могут также быть использованы для других приложений и устройств, в частности, таких, где нет достаточного пространства для увеличения антенны, а антенна экранирована различными элементами с различной структурой и свойствами с точки зрения различных экологических характеристик.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Размещение антенны непосредственно на съемной карте, которая предназначена для вставки в паз устройства мобильной связи, как известно из опубликованных патентных документов, таких как DE 10252348 A1, WO 03/043101 A3. Эти публикации описывают общую возможность использования антенны на плате, но не раскрывают в достаточной степени устройства антенны в ситуации, когда съемная карта экранирована соседними частями устройства мобильной связи, в частности мобильного телефона.

В частности, описаны антенны NFC, выполненные в форме витков проволоки на поверхности, однако, в случае ограниченного размера все доступное пространство занято. При размещении антенны NFC на сравнительно небольших площадях антенна имеет форму вписанной прямоугольной спиральной катушки с закругленными углами, которые обычно выступают за внешний контур доступной площади. Такое расположение создает довольно типичную форму NFC антенны.

Антенны для NFC и RFID-считывателей представляют собой, по существу, плоские витки обмотки вокруг краев полезной площади, например, в соответствии с DE 102008005795, CN 102074788, US 2009314842, CN 101577740, CN 201590480, CN 201215827, CN 201515004, CN 201830251, JP 2010102531, JP 2011193349, KR 20100056159, KR 100693204, WO 2010143849, JP 2004005494, JP 2006304184, JP 2005033461, JP 2010051012. При выполнении такого типа антенны на съемной карте памяти плоская конфигурация карты используется соответствующим образом, и витки антенны располагаются на доступной части самой большой площадки, как, например, WO 2012019694, DE 102010052127, DE 102004029984, CN 101964073. Тем не менее, выполнение рамочной антенны на доступных поверхностях не приводят к желаемому результату и, следовательно, различные заявители дополняют антенны другими элементами, такими, как ребра, слои и тому подобное. Эти решения повышают сложность конструкции и до сих пор не привели к созданию надежного канала связи. В настоящее время известны миниатюрные исполнения антенны, такие, как в соответствии с US 2007/0194913 А1, предлагающие решение проблемы с уменьшением размера антенны и ее связь с подложкой, но такие приложения не решают проблему различного экранирования антенны. Применение известных существующих антенн NFC в небольшой зоне доступа не достигает желаемых результатов, в то время как миниатюризация ниже определенного уровня нелинейно изменяет результирующие свойства антенны.

Опубликованные патентные заявки заявителя Logomotion описывают конфигурацию антенны и отдельные слои съемной карты памяти с целью создания передающих и принимающих характеристик антенны, обеспечивающих создание надежного канала связи даже при различных экранированных слоях карт. Такое определенное техническое направление привело к созданию нескольких технических решений, которые обеспечили удовлетворительные результаты только для некоторых мобильных телефонов, а затем развитие продвинулись в направлении создания больших дополнительных антенн на корпусе мобильного телефона вне экранированных областей. Эти дополнительные антенны (CN 201590480 U), например, в виде наклеек, могут быть связаны бесконтактно с базовой антенной на карте, но по-прежнему универсальность такого устройства остается небольшой, а сложность применения неблагоприятна для среднего пользователя.

Антенна, размещенная непосредственно на съемной карте, имеет очень ограниченные размерные параметры. Мобильные телефоны имеют слоты для карт формата microSD, что существенно ограничивает размер антенны, которая может быть размещена непосредственно на карте. При размещении съемной карты в сильно экранированных слотах, например под батареей мобильного телефона, условия передачи от антенны на карте становятся значительно хуже. Использование выпрямительных слоев, фольги, имеет узкий специфический эффект, и является менее универсальным при установке различных структур мобильных телефонов. Основные теоретические и технические публикации имеют мнение, что при малой толщине и доступного пространства RFID или NFC антенна должна быть выполнена в виде антенны листа, например, в RFID-Handbook, Клаус Finkenzeller, 2010 согласно данным, 2.11, 2.15, 12.7, 12,9, 12,11, 12,13. В соответствии с тем же источником (раздел 4.1.1.2 Оптимальное диаметр антенны / Физические основы систем RFID), оптимальным является, если радиус передающей антенны соответствует квадратному корню из требуемого диапазона антенны.

Стандарт для бесконтактной связи ISO 14443 характеризует условия А или В модуляции с сигналом несущей, имеющий номинальную частоту 13,56 MHz. Передаваемые данные модулируются в поднесущей частоте в передатчике, а частота поднесущей передается в сочетании с основным несущим сигналом. Результатом будет частота суперпозиции с передаваемыми данными, которые детектируются в приемнике путем выделения сигнала несущей частоты из полученного спектра.

Поскольку в мобильных телефонах чаще используются металлические детали и корпусы, может появиться проблема с размещением антенны NFC даже в ситуации, когда элемент NFC уже предусмотрен в конструкции мобильного телефона или аналогичного элемента связи. Желательным является такое решение, которое обеспечивает высокую пропускную способность передаваемого сигнала из телефонной платы мобильной печатной платы, из SIM-карты, либо с элементом на съемной карте памяти, которая может быть экранирована от окружающих подвижных металлических элементов телефона, таких как батарея или металлический корпус.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Указанные недостатки устранены в заявляемом излучателе нестационарного магнитного поля, используемом в качестве антенны, в частности антенны на плоской подложке в электронном устройстве, например, мобильный телефон, где сущность излучателя в соответствии с изобретением заключается в том, что излучатель имеет прямоугольную форму, по меньшей мере, частично ферритовый сердечник, сердечник снаружи обматывается проводником по меньшей мере в две нити, нити расположены плотно рядом друг с другом, и эффективная ширина одной нити соответствует радиусу сердечника с круговым поперечным сечением, с отклонением ±75%.

В случае использования других форм поперечных сечений ширина одной нити соответствует эквивалентному радиусу с отклонением ±75%.

Отношение от 0,25 до 1, 75, предпочтительно от 0,5 до 1,5, особенно предпочтительно от 0,85 до 1,15 от одной нити эффективной ширины W к радиусу сердечника, или эквивалентному радиусу сердечника, не является единственным размерным признаком. Как выявлено в изобретении, излучатель, выполненный в соответствии с соотношением и с жестким проводником обмотки, обеспечивает синергетическое взаимодействие нескольких физических моделей.

В пределах указанного интервала взаимодействие магнитного поля из разных частей проводов и от отдельных катушек происходит без образования нежелательных вихревых полей, в результате чего магнитное поле в сердечнике усиливается и не может вытекать вдоль катушки через концы сердечника. Предложенное отношение эффективной ширины одной нити к радиусу сердечника - до сих пор неисследованный параметр излучателей или антенн.

Для существующих антенн с сердечником эффективная ширина W одного потока составляет от 0,001 до 0,1 раза радиуса сердечника. В соответствии с данным изобретением, предпочтительным для излучателя, будет соотношение, близкое к 1, а именно W=D/2, где D - диаметр сердечника или эквивалентный диаметр сердечника.

Излучатель используется в качестве альтернативы классической электромагнитной антенны, в то время как, с другой стороны бесконтактной NFC или RFID-связью, сигнал принимается и передается с помощью стандартных NFC или RFID средств приема.

Излучатель решает задачу создания интенсивного и однородного магнитного поля. В случае использования излучателя на карте microSD или SIM-карте (модуль идентификации абонента) поперечное сечение сердечника будет меньше (например, параметр высоты активной зоны), составляет менее 1 мм. В случае использования излучателя на карте памяти microSD длина сердечника более чем в 7 раз меньше размера поперечного сечения сердечника. Длина сердечника обычно не превышает 15 мм. В случае использования излучателя на носимой карте толщина излучателя меньше, чем 0,65 мм, а его длина не превышает 12 мм. Излучатель предназначен, в частности, для создания дополнительного канала бесконтактной связи. Излучатель по данному изобретению также создает электрическое поле, тем не менее оно на стороне принимающего устройства, не является носителем сигнала и является малой составляющей поля, которая не создает существенного воздействия, способного преодолеть защиту основного устройства.

При миниатюризации антенну с толщиной сердцевины ниже 1 мм возникают технические проблемы, которые не могут быть решены только путем пропорционального выбора размеров, обычно известных - увеличение размеров антенного устройства. Во-первых, использование нитей, параллельных оси несущей поверхности, в соответствии с настоящим изобретением, становится очевидным тот факт, что диаметр нити следует значительно уменьшить, что противоречит общему требованию об увеличении диапазона антенны, согласно «RFID HANDBOOK» («Справочник по системам радиочастотной идентификации» Клаус Финкенцеллер, 2010).

Сердечник имеет продолговатую форму в продольном направлении, с тем, чтобы основные концы были помещены дальше всего друг от друга в пределах доступного пространства на поверхности.

Сердечник может быть выполнен изогнутым, но лучшие результаты достигаются при использовании прямого стержня сердечника, когда силовые линии магнитного поля расположены вокруг вне излучателя по самой длинной траектории, и следовательно, имеют напряженность достаточную, чтобы проникнуть за пределы экранированного пространства.

Феррит сердечника должен иметь относительную проницаемость, предварительно выбранную из условия обеспечения индуктивности излучателя от 600 нГн до 1200 нГн, предпочтительно около 750 нГн. С учетом этого критерия используемый ферритовый сердечник может иметь проницаемость в диапазоне от 30 до 300. Проницаемость сердечника будет устанавливаться в соответствии с технологическими возможностями максимально допустимых магнитных свойств и оптимальным поперечным сечением. Ферритовый означает любой материал, который усиливает характеристики магнитного поля и его свойства.

Существенным является, что нити должны наматываться плотно рядом друг с другом с тем, чтобы не допустить эмиссии магнитного поля сердечника за его пределы. Витки провода обеспечивают экранирование сердечника. Смежные нити провода предотвращают создание вихревого магнитного поля нити, которая находится между соседними проводами. Между соседними нитями, по существу, есть только промежуток в виде толщины изоляции проводов. Набор металлических обмоток создает основное экранирующее покрытие, которое определяет направление магнитного потока поля.

Для достижения состояния, когда магнитное поле излучателя проникает даже через небольшие зазоры между экранирующими элементами в принимающем устройстве, магнитное поле в сердечнике должно быть как можно более однородными, и в то же время иметь наибольшую интенсивность в небольшом поперечное сечении. Требование однородности относится к явлению, что при малых размерах излучателя неравномерность напряженности магнитного поля в сердечнике вызывает большие потери. Требуется высокая напряженность магнитного поля для достижения высокой проникающей способности магнитного поля во всем окружающем пространстве.

Обоим этим требованиям отвечает оптимальная конфигурация, при которой эффективная ширина W одного витка обмотки соответствует радиусу сердечника круглого поперечного сечения. Эффективная ширина W одного витка является параметром, в котором виток провода соответствует длине сердечника. Провод может иметь различное поперечное сечение, следовательно, эффективная ширина W одного витка может отличаться от реальной ширины провода.

В наиболее общем случае, когда виток провода кольцевой или простой плоской формы, но не с чередующейся разверткой, эффективная ширина W намотки, по существу, будет равна ширине провода. При использовании плоского провода так, чтобы часть одной нити проволоки покрыта краем соседнего провода, эффективная ширина витка W будет рассматриваться как ширина без учета края, который уже охватывает соседний провод. В основном это будет той частью ширины проволоки, которая будет в плоском контакте провода с сердечником. В плотной, жесткой катушке эффективная ширина W одного витка обмотки будет идентична шагу намотки.

Требование, чтобы эффективная ширина W соответствовала радиусу сердечника или эквивалентному радиусу сердечника, следует понимать таким образом, что эффективная ширина W, по существу, равна радиусу сердечника. При малых общих параметрах поперечного сечения сердечника даже небольшое отклонение технологии вызывает отклонение от этого правила, в то время как все еще преимущества, или, по крайней мере, достаточно полезный эффект, зависят от этого принципа. В области пространственных параметров необходимо рассмотреть ситуацию, когда эффективная ширина W витка обмотки находится в диапазоне от 0,6 до 1,4 от радиуса сердечника или эквивалентного радиуса сердечника. При соотношении от 0,6 до 1,4 потеря максимальной магнитной энергии составляет 10%. Даже при относительно большом диапазоне отношения (0,25 до 1,75) достигается достаточно значительный и благоприятный результат, в то время как предшествующий уровень техники включает в себя различные соотношения эффективной ширины и радиуса сердечника (менее 0,001 до 0,1).

На основе принятого отношения мы создаем излучатель с действием магнитного пушки, когда магнитное поле излучается интенсивно при небольшой площади поперечного сечения миниатюрного сердечника.

Термин эквивалентный радиус некруглого поперечного сечения означает радиус, который должно иметь кольцо, чтобы он имел такую же площадь, что и площадь конкретного некруглого поперечного сечения. Таким образом, эквивалентный радиус поперечного сечения некруглого сердечника является эквивалентным радиусом по всем направлениям. Например, при точной квадратной форме поперечного сечения сердечника со стороной "а" эквивалентный радиус равен r_e=а√π. При прямоугольном сечении с размерами "а", "в", без закругленных краев, эквивалентный радиус равен r_e=√(ab/π). Сердечник может иметь квадратную форму поперечного сечения, прямоугольную, круглую или эллиптическую, или оно может быть образовано путем объединения упомянутых фигур. Наиболее распространенной формой сердечника, предназначенной для размещения в пространстве, как правило, сердечник будет иметь круглую форму поперечного сечения, или эллиптическую форму, или поперечное сечение, по меньшей мере, частично прямоугольной формы, особенно квадратной или продолговатой предпочтительно со скругленными углами.

Будучи простым, излучатель будет производиться таким образом, что провод шириной W наматывается по всей длине сердечника / и имеет число витков N=I/W. Источник U имеет полное внутреннее сопротивление Z. Излучатель Ls имеет сопротивление Rs и подключается к источнику U через элемент регулировки С1//С2, как показано на фиг.1, так, чтобы обеспечить полную адаптацию к рабочей частоте, так на фиг.1 показана трансформация последовательной цепи Ls+Rs в параллельную Lp//Rp, где Rp=(1+Q²)Rs and .

При условии, что качество резонансного контура Q>>1, то отношения могут быть упрощены до модели L=Ls and Rp=Q²Rs.

Источник питания, чтобы покрыть потери должен быть отрегулирован в соответствии с индуктивностью Ls, при этом

Rs меньше вещественной части Re(Z). В этом случае при протекании тока I_L и индуктивности Ls, тогда

Магнитное поле в середине излучателя тогда ,

где N - количество витков.

Соотношение далее преобразуется к виду:

где R_1N представляет собой стандартизированные потери намотки на один виток и характеризуется как R_1N=a.e^-b.w+r.

На фиг. 2 показана зависимость Rs от ширины катушки W, деленной на диаметр сердечника. На фиг. 2, отмечена точка С, соответствующая соотношению WD=0,5. Максимальная ширина катушки Wmax=2 D. При большей ширине будет происходить взаимное перекрытие проводов. Остальная часть графика охватывает область от N=2,5 до N=55 витков.

График на фиг. 3 показывает зависимость напряженности магнитного поля в центре излучателя. Максимальное значение (точка А на графике) магнитного поля в случае, если W=0,5 D, так что, когда эффективная ширина W намотки соответствует радиусу сердечника излучателя. Слева от точки Б (очень тонкая ширина провода), соответствующей Rs, сопротивление больше, чем внутренний Re импеданс (Z), а источник не в состоянии обеспечить требуемую мощность для нагрузки, что приводит к значительному уменьшению напряженности магнитного поля. Точка В также интересна, так как емкость С2=0, в результате резонансный контур упрощается последовательным резонансным контуром, как показано на чертеже 4. Такая упрощенная схема, однако, не обеспечивает максимальную магнитную силу. Магнитное поле справа от точки А снижается, так как катушка, ширина которой увеличивает вес, образует еще больший угол с осью сердечника излучателя.

На основании закона Био-Савара, вектор Нх определяется как векторное произведение тока I_L и вектора г, который в нашем случае располагается вдоль оси сердечника излучателя. Она интегрируется по всей кривой х намотки (спираль с шагом w)

Следовательно, может быть сделан вывод о том, что для широкой катушки угол α начинает сильно влиять на напряженность магнитного поля с коэффициентом cos α. Напротив, слева от точки А, влиянием угла α можно пренебречь, но начинают сказываться значительные потери Rs, как показано на фиг. 2.

Так как значение W=D/2, потери Rs начинают значительно увеличиваться (точка С). На графике видно, что оптимальная индуктивность излучателя достигается примерно при L=750 нГн. В соответствии с заданными параметрами излучателя, необходимо выбрать такую проницаемость μ, что при w=D/2 индуктивность должна быть просто L=750 nH.

При использовании одноступенчатого проволочных спиралей классического круглого поперечного сечения возникает проблема с радиусом изгиба проволоки, так как эффективная ширина W провода теперь равна диаметру провода, должна быть по существу равна радиусому радиусом, например круговой сердечник. Допустимый минимальный изгиб провода обычно определяется как более чем удвоенный радиус изгиба. Если же у нас есть только один миллиметр высоты сборки на месте излучателя, максимальная высота сердечника будет меньше половины миллиметра, что вызывает технологические проблемы и осложнения с обмоткой из относительно толстого провода, намотанного на небольшой сердечник. Проблемы, связанные с обмоткой, обусловлены отношением эффективной ширины к радиусу сердечника, в соответствии с настоящим изобретением, поскольку провод должен быть относительно широким и, следовательно, толстым, по сравнению с сердечником.

Из условия наиболее более эффективного использования предоставленного пространства по высоте следует основное правило настоящего изобретения (то есть размерное соотношение между эффективной шириной W витков и радиусом сердечника), предложено решение, предусматривающее использование плоского провода. Его ширина после намотки на сердечник соответствует радиусу сердечника. Плоский провод проще наматывается на сердечник и по высоте поперечного сечения он не занимает много места. Данное пространство, можно лучше использовать для сердечника излучателя. Плоский провод имеет достаточно низкое электрическое сопротивление. Плоский провод будет иметь ширину, превышающую в два раза высоту или толщину провода.

Кроме того, изобретением предусмотрено, что при благоприятной конфигурации плоский провод может быть заменен системой по меньшей мере двух смежных спиральных проводов, образующих вместе одну обмотку. Эти провода электрически соединены. Если, например, мы хотим заменить плоский провод с оригинальным соотношением сторон 1:3, мы используем для замены такого плоского провода три провода с одинаковым круглым поперечным сечением, которые наматываются вверх рядом друг с другом, как если бы это было трехступенчатая жила. Если заменить плоский провод с оригинальным поперечным сечением 1:8, мы используем 8 проводов круглого сечения, размещенных рядом друг с другом, как если бы, в механическом смысле, это был восьмиступенчатый виток обмотки. Провода в одном многоступенчатом витке не должны были бы быть изолированы друг от друга, так как эти провода будут образовывать концы катушки, электрически связанные между собой, кроме того, благодаря технологической простоте такой же изолированный провод может быть использован для всех проводов определенного витка. В другой компоновке только крайние провода одного витка могут быть электрически изолированы, находящиеся внутри витка не должны иметь изоляцию.

Способы достижения однородной высокой интенсивности магнитного поля, которое будет исходить из дальних концов сердечника, приводят к ряду противоречивых требований. Целесообразно использовать несколько витков, насколько это возможно, но с уменьшением количества витков уменьшается также длина сердечника, который покрывается этими проводами, с уменьшением количества витков также увеличивается ток нагрузки, который необходим для эмиссии сигнала, сила тока, тем не менее, ограничена оборудованием основного устройства. Используя плоский провод или используя многоступенчатый одножильный провод, проложенный параллельно, разумно устраняет это столкновение противоречивых требований.

Излучатель в миниатюрных размеров может быть размещен на печатной плате внутри устройства мобильной связи или может быть помещен внутри съемной карты памяти, либо может быть размещен на SIM-карте, или может быть размещен на батарее, или может быть размещен в комбинации вышеперечисленного.

Использование излучателя в соответствии с изобретением непосредственно на печатной плате мобильного устройства связи (в частности, мобильный телефон), обеспечивает преимущество, в частности, в том, что излучатель используется в качестве антенны, имеет миниатюрные размеры, и он может быть размещен практически в любом месте устройства.

До сих пор разрабатывались специальные антенны NFC для каждой новой модели мобильного телефона, в то время как петли антенны окружали большую площадь поверхности на печатной плате или вокруг печатной платы. До сих пор каждому производителю нескольких моделей мобильных телефонов приходилось использовать несколько типов антенн NFC. При использовании излучателя согласно настоящему изобретению, даже при использовании непосредственно на печатной плате, достаточно использовать миниатюрный излучатель. В случае использования излучателя на съемной карте памяти, такая карта предназначена для вставки в слот расширения устройства мобильной связи. В этом случае излучатель на съемной карте памяти помещается таким образом, что ось сердечника ориентирована преимущественно параллельно поверхности съемной карты, а излучатель расположен на краевых частях съемной карты памяти карты вне зоны контакта интерфейса.

Целесообразно, если излучатель расположен вдоль края, противоположного краю контактной зоны съемной карты памяти.

Предпочтительно, если длина сердечника, которая является параметром сердечника, в направлении оси намотки располагается как можно дольше в пределах размерных возможностей карты, это позволяет обеспечить наибольшую длину линий магнитного поля, и только малая часть магнитного потока замыкается в короткий контур. При размещении излучателя в тело съемной карты, высота сердечника будет до 1 мм, ширина до 5 мм и длина до 15 мм. При ориентации вне зоны контактов сердечник будет иметь прямоугольное поперечное сечение с высотой до 0,7 мм, шириной до 1 мм и длиной до 11 мм.

В случае использования излучателя на SIM-карте, для размещения излучателя доступно большее пространство. SIM-карта больше карты microSD, а также не имеет такого высокого проникновения электронных компонентов вне чипа в поле контакта. Излучатель может быть установлен на SIM-карте в разных положениях и углах поворота. При размещении излучателя на micro SIM карте или nanoSIM карте варианты размещения в пространстве значительно более ограниченные, чем на обычной SIM-карте. Для такого расположения излучателя было изобретением предусмотрено решение, при котором излучатель на съемной карте взаимодействует с усилителем (бустер), который помещается в слот, или в непосредственной близости от слота, в который вставляется карта. Для размещения усилителя доступно большее пространство или большая площадь для монтажа, такое как пространство, или поверхность излучателя самой съемной карты. Термин усилитель предусматривает, в частности, усилительный элемент, который увеличивает не уровень энергии магнитного поля, а направленно воздействует на излучаемый поток от излучателя, например, только направляет или усредняет.

Усилительный элемент может принимать форму ферромагнитного или ферритной фольги или пластины, может принимать форму резонансного контура или тому подобное. В принципе, положительным является то, что усилительный элемент не требует новых дополнительных контактов для подключения в слот с подложкой, например, для питания и тому подобное. Затем можно разработать новый слот для расширения его функциональных возможностей без изменения конструкции окружающего оборудования (печатной платы, держателя и т.п.).

Указанную конфигурацию размещения излучателя и усилительного элемента в слот будет целесообразно использовать в производственной практике, поскольку слоты представляют собой комплектующие компоненты, позволяющие изготавливать подсистему, которая после проектирования предусматривает соответствующее место в принимающем устройстве. В неизмененном пространстве можно позже разместить слот, который дополняется усилительным элементом. Принцип взаимодействия между эмиттером на съемной карте и усилительного элемента, расположенного в основном устройстве, также может быть использован в более общем плане, когда излучатель расположен в съемном элементе, таком, как карты, разъем, аккумулятор, другие аксессуары, а усилительный элемент помещается в слот, разъем, съемную крышку, которая находится в диапазоне воздействия магнитного поля излучателя.

При использовании излучателя в аккумуляторной батарее мобильного телефона, доступно больше вариантов размещения и вращения сердечника излучателя. В принципе, большинство излучателей с различной взаимной ориентацией могут быть размещены на разных местах в одной батарее. Активация конкретного излучателя может быть выбрана в соответствии с результатами последовательных передач в данном мобильном телефоне.

Сигнал, передаваемый от магнитного поля излучателя, согласно данному изобретению принимается с помощью стандартного средства приема в заданной полосе частот. Например, если излучатель предназначен для передачи NFC между мобильным телефоном и считывателем POS-терминала, антенна на стороне мобильного телефона будет иметь форму излучателя магнитного поля с ферритовым сердечником, а на терминале POS со стороны NFC читателя будет расположена общая приемная антенна.

Именно соответствие существующим стандартным устройствам важно, чтобы не было необходимости менять оборудование, которое широко распространено на стороне POS-терминалов. Аппаратное изменение на стороне мобильного телефона происходит только путем вставки съемной карты памяти (в частности, microSD формат) в дополнение к существующим в слот расширения мобильного телефона или путем вставки новой SIM-карты или новой батареи. Слот расширения устройства мобильной связи, слот для карты не влияют на основную функцию устройства связи, особенно, но не исключительно, слот для съемной карты памяти микроSD формата.

С технологической точки зрения будет предпочтительно, если сердечник представляет собой ферритовый стержень, расположенный на непроводящей подложке. Непроводящая подложка будет иметь ширину, соответствующую ширине сердечника, и длину, по меньшей мере, равную длине сердечника. Витки провода наматываются поверх ферритового стержня, а также непроводящей подложки, таким образом, провод катушки механически поддерживает сердечник с непроводящей подложкой. Непроводящая подложка может иметь на обоих концах соединительные колодки для подключения проводов, катушки и подключения к съемной карте памяти. При подсоединении колодки провода многовитковой обмотки соединены друг с другом, а также эти контакты излучателя соединены между собой и с токопроводящими цепями основного-устройства.

Магнитное поле, создаваемое в излучателе в соответствии с настоящим изобретением, обладает способностью проникать через небольшие зазоры в пространственной структуре устройства мобильной связи. Плоские зазоры, например, между картой и слотом для карт, а затем между корпусом батареи и корпусом соседнего мобильного телефона, достаточны, чтобы обеспечить распространение магнитного поля из мобильного телефона. Магнитное поле, излучаемое из излучателя, будет приниматься на противоположной стороне канала связи общей антенной, например, в виде POS-терминала. На практике излучатель будет располагаться в основном внутри мобильного телефона, который имеет неблагоприятную конфигурацию металлических покрытий.

Силовые линии магнитного поля проникают через небольшие промежутки между крышками, в пространство, где находится считыватель NFC. Покрытия в основном всегда съемные, будут в состоянии обеспечить возможность извлечь аккумулятор из-под крышки, в результате чего образуется зазор между их частями. Это достаточно, чтобы гарантировать, что магнитное поле с высокой интенсивностью проникает за пределы излучателя, в соответствии с данным изобретением.

Резонансные характеристики излучателя могут быть обеспечены путем регулировки положения и параметров катушки проводов таким образом, что сама катушка имеет достаточный потенциал, или вся система всех проводов катушки имеет достаточный потенциал, для обеспечения электромагнитной связи.

Излучатель может быть спроектирован таким образом, что он настроен в соответствии с воздействием различного окружения. Если он расположен в непосредственной близости от электропроводных материалов, индуктивность излучателя уменьшается. Эта функция используется для автоматического регулирования мощности излучения в зависимости от окружения, в котором находится излучатель. Это позволит повысить универсальность применения излучателя, поскольку при его распространении нет необходимости учитывать влияние различных типов мобильных телефонов.

Излучатель будет настроен, например, на резонансную частоту 15 MHz тогда, когда он находится в металлической крышке. Под воздействием окружающего оборудования, индуктивность антенны стабилизируется, снижается до 1 μН. Тем не менее, если он находится вне корпуса, то индуктивность будет увеличивается до 1,3 μН и резонанс будет достигать 12 MHz. Так как излучатель излучает энергию, имеющую частоту 14,4 MHz, максимальная мощность излучается именно тогда, когда резонанс близок к этому значению, так как его внутреннее сопротивление при этом наименьшее.

Тем не менее, если излучатель находится под пластиковым покрытием, резонанс будет достигать 12 MHz, а внутреннее сопротивление будет увеличиваться на частоте 14,4 MHz. Излучатель будет в предпочтительной конфигурации сконструирован и изготовлен таким образом, чтобы частота, и/или индуктивность, и/или внутреннее сопротивление предустановлены для максимальной мощности передачи в наиболее неблагоприятной ситуации возможного экранирования, например, при полном покрытии. Снижение экранирования в отношении с окружающей среды позволит снизить мощность передачи при подаче того же входного питания, по причине того, что соседние элементы экранирования влияют на частоту, и/или индуктивность, и/или внутреннее сопротивление излучателя. Проще говоря, для передачи с помощью излучателя мы будем преднамеренно использовать также окружающие металлические части, хотя их отсутствие приводит к уменьшению мощности передачи, но излучатель будет установлен таким образом, что даже при нулевом экранировании мощность передачи излучателя превышает минимальную производительность для приема с помощью стандартных NFC или RFID средств.

Магнитное поле излучателя в соответствии с настоящим изобретением, в принципе, может быть использовано для передачи сигнала от корпуса съемной карты памяти или SIM-карты, с платы PSB или аккумулятора. В обратном направлении передачи, когда сигнал поступает на съемную карту памяти, как правило, это не является проблемой, с интенсивностью электромагнитного поля, в то время, как в этом направлении передающие антенны ограничены размерами. В принципе, в частности нет необходимости, чтобы оптимизировать путь передачи в сторону излучателя, который будет служить в качестве приемной антенны. В другом устройстве излучатель может быть дополнен классической катушкой, отдельной NFC антенной для приема сигнала в сторону съемной карты.

Максимальный эффективный ток сигнала выхода может находиться в диапазоне от 0,1-0,2 пускового, с учетом максимально допустимого тока нагрузки на основе стандартного интерфейса карты. Выход является частью выходного каскада усилителя мощности. Ток в катушке провода не превышает значения 0,8 пускового. Выходное сопротивление сигнала выхода при такой настройке питания для питании карты microSD может быть меньше 10 Ом. Конкретное значение импеданса может изменяться в зависимости от заданного соотношения напряжения, тока и мощности.

При уменьшении поперечного сечения пытаемся достичь максимально возможной напряженности магнитного поля в сердечнике. Это приводит к увеличению нагрузки на материал сердечника. Подходящим способом повышения эффективности ферритового сердечника является концентрация полосы частот в возможно наиболее узком частотном спектре. Состав частотного спектра еще в значительной степени зависит от нормального принципа модуляции, в основном определяется стандартом бесконтактной связи, в соответствии с которым передаваемые данные модулируются частотой поднесущей, которая объединена с основной частотой несущего сигнала. Излучатель, в соответствии с настоящим изобретением, наиболее предпочтительно выполнять так, чтобы реализовать новый принцип модуляции, когда частотный спектр может настраиваться, в частности, быть настроен на одной частоте. Излучатель узко настроен на частоту передачи вне зависимости от частоты поднесущей. Спектр частот может, следовательно, иметь острый пик.

Излучатель и приемник связаны как трансформатор, приемник передает сигнал несущей на первой частоте, данные на стороне излучателя являются модулированными и передаются приемнику, приемник анализирует сигнал, в то время как сигнал формируется в виде носителя сигнала на первой частоте и модулированного частотой поднесущей с данными на второй частоте относительно несущей частоты. В приемнике сигнал несущей выделяется из сигнала на выходе антенны и передаваемые данные демодулируются. Предметом новой модуляции при передаче данных от излучателя к приемнику, в частности, означает, что частота приемника и частоты излучателя различны и разность частот соответствует частоте поднесущей. Сигнал, который принимается и демодулируется на стороне приемника, формируется общим передаваемым сигналом и модулируют данные, передаваемые с излучателя, в котором была обнаружена эта комбинация, и принятого на антенне приемника.

Эта разница в частоте не вызвана погрешностью, но является преднамеренной и существенной. Разница в частоте находится в пределах от частоты поднесущей, к использованию которой предварительно настроен приемник.

При использовании подключения трансформатора в транспондере частотный сигнал не должен активно передаваться; а достаточно, если индукционный контур транспондера антенны закорочен на необходимой частоте. Эти изменения на стороне приемоответчика может быть измерено на выходе антенны приемника.

Изменение частоты передачи излучателя, в отличие от несущей частоты приемника, выбирается таким образом, чтобы даже не было необходимости изменить метод оценки принятого сигнала на стороне приемника и не было бы необходимости изменять соединение (настройку) приемника. Изменение частоты передачи может быть установлено по обе стороны от значения несущей частоты, что означает, что частота передающей может быть выше или ниже, чем значение несущей частоты приемника.

Из-за небольшого взаимного расстояния трансформаторное соединение формируется в антенной системе, которая образуется с помощью антенны приемника и излучателя взаимной индукцией. Во время передачи данных приемник посылает свою несущую частоту антенны, излучатель посылает модулированный сигнал с другой частотой ее антенны, а затем сигналы различных частот объединяются во взаимной антенной системе.

Выходной сигнал антенны приемника анализируется в приемнике. Этот выход на антенне приемника имеет один и тот же характер, что и передаваемый излучателем на несущей частоте с модуляцией сигнала поднесущей при использовании модуляции нагрузки. Затем ее вычитают из результирующей частоты, образующей носитель сигнала в приемнике, и полученный результат соответствует модулированному сигналу поднесущей, даже если излучатель физически не использовал сигнал поднесущей. Передаваемые данные могут быть получены из этого сигнала через демодуляцию, даже если в действительности они были модулированы непосредственно на частоте передачи излучателя. Метод коррекции данных для приемника при такого рода конфигурации не требуется, что является важным фактором, так как позволяет использовать существующие приемники с новыми излучателями. Обратное направление потока данных может быть таким же, как ранее.

В случае, если приемник, как описано в данном изобретении, передает свой сигнал вне взаимной индукции с антенной приемника, передаваемый сигнал не будет соответствовать использованию поднесущей частоты, так как излучатель его не передает, а приемник, ожидающий сигнал стандартной структуры, не сможет оценить этот вид сигнала. Только тогда, когда создается взаимная индукция, происходит физический эффект сопряжения различных частот. Разница между этими частотами намеренно устанавливается в пределах ожидаемой частоты поднесущей. Принятый сигнал обрабатывается приемником таким же образом, как в существующих решениях. Значительный вклад данного изобретения в том, что оно не требует изменений на стороне существующего приемника. Излучатель будет расположен, например, в мобильном телефоне. В ходе реализации безналичной оплаты мобильный телефон с излучателем на карте памяти приближается к приемнику, в терминале которого находится считыватель POS.

Сигнал генерируется в карточке и модулируется с частотой, отличной от частоты, генерируемого в приемнике в качестве несущей частоты. Сигнал от приемника комбинируется с сигналом от излучателя и формирует сигнал в виде объединенного сигнала, который появляется в приемнике, чтобы быть сигналом, соответствующим существующей структуре. Считыватель приемника затем обрабатывает совместно объединенный сигнал, как это принято в существующих процессах.

Целесообразно, если передаваемые данные модулируются непосредственно изменением фазы частоты излучателя ϕ=0° или ϕ=180°. Достаточно, если при модуляции в излучателе фаза частоты передаваемого сигнала изменяется один раз за основную единицу времени - etu. Таким образом, требуется меньшее количество изменений фазы, и ситуация, которая снижает требования к управлению модуляции на стороне излучателя, также снижает уровень шума.

Описанный метод способен работать в трансформаторной связи между излучателем и приемником, преимущества этого метода в первую очередь появляются в слабой связи трансформатора с коэффициентом подключения трансформатора к=0,2-0.001.

С точки зрения использования существующих приемников, он подходит, если сигнал несущей f_r частоты составляет 13,56 кHz ± 7 MHz. Разность между несущей частотой сигнала и частотой излучателя формируется полностью за счет несущей частоты, предпочтительно от 1/16 несущей частоты, что соответствует 847 кHz. Это соотношение между частотами является преимуществом с аппаратной точки зрения, где можно использовать существующие электронные элементы для разделения частот и что также выгодно с точки зрения соответствия с существующими стандартами. Частота, вырабатываемая излучателем f_t имеет значение 13,56 MHz + 847 кHz = 14,4075 MHz, с той же точностью ±7 кHz.

Сигнал, получаемый на стороне приемника, соответствует ситуации при обычной модуляции нагрузки несущей частоты. Тем не менее, при существующих в настоящее время методах и решениях нагрузку антенны придется менять на каждой полуволне сигнала поднесущей, которая в случае несущей частоты 13,56 MHz будет примерно каждые 0,6 μs. В растворе и способа согласно настоящему изобретению достаточно, если изменение будет сделано только один раз в 1 etu, так что примерно было бы каждый 9,3 μs. Меньшая ширина полосы изменений создает меньше шума при значении мощности шума = 10.log (16) = 12 дБ.

Способ передачи данных в соответствии с настоящим изобретением позволяет настраивать антенну излучателя на узкой частоте передачи, в то же время нет необходимости учитывать характеристики излучения антенны для частоты поднесущей. На самом деле излучатель не использует частоту поднесущей; частота поднесущей присутствует только в частотной интерференции. Приемник ожидает приема поднесущей частоты; в конфигурациях в соответствии с ISO 14443 отсутствие сигнала поднесущей на выходе антенны приемника будет препятствовать любому виду коммуникации на месте.

Описанный метод найдет широкое применение во время передачи, при которой передатчик находится на или в устройстве мобильной связи, предпочтительно на карте, которая (в съемной форме) помещается в слот устройства мобильной связи (в SD-карты, карты microSD, SIM-карты, карты microSim, nanoSIM карта). В таком случае практически невозможно увеличить коэффициент соединения трансформатора, а улучшение характеристик передачи является основным преимуществом способа, описанного в данном изобретении. Излучатель, как описано в данном изобретении, настроен на узкой частотной характеристике, соответствующей частоте передачи.

В случае обратного направления передачи данных используется другая частота, которая не создает никаких трудностей передачи на стороне излучателя/транспондера, так как считыватель передачи выполняется со значительно большей энергией и даже с более высоким частотным спектром. Считывателем может быть, например, коммуникационный элемент POS терминала.

Для реализации способа модуляции излучателем в соответствии с настоящим изобретением соединение (схема), состоящее из излучателя, элемента модуляции, элемент демодуляции и генератор электромагнитных волн может быть использован с частотой, отличной от частоты приемника. Использование генератора электромагнитных волн в соединении не распространено в трансформаторной связи приемника и антенны передатчика индукций, так как до сих пор использовалась модуляция нагрузки на стороне передатчика. В нашей схеме генератор будет генератором электромагнитных волн, а также о передаче данных подключенных ко входу осциллятора.

Так как излучатель должен иметь возможность работать даже во время обратного потока данных, элемент демодуляции излучателя будет соединен с поворотом индукции, направляющейся к датчику сопротивления. Для устранения скачков напряжения на входе в элемент демодуляции, элемент демодуляции будет подключен через индуктор.

Тем самым уменьшается напряжение и оптимизируется сопротивление цепи. Питание цепи излучателя может быть обеспечено от принимаемого электромагнитного поля, причем в этом случае передатчик может рассматриваться как пассивный элемент. Однако блок питания может быть реализован как свой собственный источник питания. В случае реализации излучателя на карте памяти в мобильном телефоне в соответствии с этим решением передатчик может снабжаться энергией через интерфейс карты.

Значения частоты, упомянутые здесь, являются подходящими настройками и соответствующие существующим нормам и стандартам, но можно применить описанный способ частотной комбинации даже на совершенно разных значениях частот, так как создание сигнала поднесущей в частотном объединении основано на общеизвестных волновых явлениях.

Излучатель на карточке в соответствии с настоящим изобретением имеет превосходные свойства передачи в слоте другого устройства мобильной связи, и даже в пазах, расположенных под батареей. Измерение показало, что мобильный телефон с съемной картой памяти с эмитентом, в соответствии с настоящим изобретением, способен создать надежный канал связи NFC, в то время как направленная ориентация мобильного телефона к считывателю NFC не является ограничением. Влияние различных мобильных телефонных структур на надежность дополнительно созданного бесконтактного канала исключается.

Описанные выполнение излучателя и способа модуляции для передачи данных могут быть использованы даже в других решениях по передаче, например, для гальванически развязанной передаче данных от датчиков, во время передачи данных от движущихся, колеблющихся элементов и им подобных. Соединение (расположение) и способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет оптимизировать системы передачи при передаче данных, которая используется в бытовой техники, электроприборов, медицине, технике автомобиля и подобное. Изобретение упрощает модуляцию сигнала со стороны излучателя, он снижает уровень шума и позволяет очень узкую и эффективную настройку излучателя.

Эти эффекты в сочетании с новой структурной конфигурации излучателя (отношение эффективной ширины одного витка к основному радиусу излучателя) синергическое улучшение характеристик передачи, даже когда соединение трансформатора является слабым, что создает предпосылки для качественной передачи данных даже из экранированных областей.

Сущность изобретения в части устройства заключается в том, что излучатель нестационарного магнитного поля выполнен с возможностью установки в качестве миниатюрной антенны в устройстве мобильной связи, преимущественно для установки на плоский носитель, содержащий удлиненный сердечник 1 с проницаемостью выше 1, провод 4, образующий по меньшей мере два витка обмотки 2, намотанных на сердечник 1, причем излучатель выполнен с возможностью образования канала бесконтактной связи NFC или RFID, в которой передаваемый от излучателя сигнал принимается посредством стандартного NFC или RFID-приемного средства, отличающийся тем, что сердечник 1 выполнен, по меньшей мере, частично из ферритного материала, витки обмотки 2 размещены на сердечнике 1 в один или в два слоя, причем витки обмотки 2 размещены на сердечнике 1, плотно друг к другу, из условия минимизации эмиссии магнитного поля из сердечника 1 за пределы его концов, при этом эффективная ширина W одного витка обмотки 2 выполнена равной от 0,25 до 1,75 раза величины радиуса сердечника 1 с круглым поперечным сечением или выполнена равной от 0,25 до 1,75 величины эквивалентного радиуса для других форм сердечника 1.

Предпочтительно эффективная ширина W одного витка обмотки 2 выполнена равной от 0,85 до 1,15 величины радиуса сердечника 1 с круглым поперечным сечением или выполнена равной от 0,85 до 1,15 раза величины эквивалентного радиуса для других форм сердечника 1.

Предпочтительно наименьший параметр поперечного сечения сердечника 1 выполнен меньше 1 мм, при этом длина сердечника 1 выполнена в 7 раз большей наименьшего параметра поперечного сечения сердечника 1.

Предпочтительно сердечник 1 выполнен с формой поперечного сечения из группы: круглой формы, или эллиптической формы, или, по меньшей мере, частично прямоугольной формы, преимущественно, квадратной или вытянутой формы, предпочтительно со скругленными углами, либо поперечное сечение, образованное путем сочетания этих форм.

Предпочтительно сердечник 1 выполнен в виде прямолинейного стержня.

Предпочтительно сердечник 1, имеет высоту до 1 мм, предпочтительно до 0,6 мм, ширину до 5 мм, предпочтительно 1 мм, а длину до 15 мм, предпочтительно на 11 мм.

Предпочтительно провода 4 обмотки выполнены плоскими, предпочтительно с шириной поперечного сечения, более чем вдвое превышающей высоту поперечного сечения провода 4.

Предпочтительно плоский провод 4 вдоль края перекрывается с соседним витком провода 4, причем перекрытие выполнено с изоляцией 8.

Предпочтительно обмотка состоит из нескольких параллельных проводов (от 41 до 4N), образуя многоступенчатые витки обмотки 2, причем указные провода (от 41 до 4N) из одного витка обмотки 2 электрически соединены между собой на концах сердечника 1.

Предпочтительно многоступенчатые провода (от 41 до 4N), которые находятся на концах обмотки, подключены к контактным площадкам 7, причем провода 4 располагаются на расстоянии друг от друга.

Предпочтительно многоступенчатые провода (от 41 до 4N) содержат по меньшей мере четыре, отдельных витка обмотки 2, причем только крайние провода (41,4N) обмотки 2 электрически изолированы на поверхности.

Предпочтительно провод 4 выполнен в виде металлического покрытия, нанесенного на поверхность сердечника 1 с образованием зазоров между витками 2.

Предпочтительно сердечник 1 выполнен из материала с такой магнитной проницаемостью, при которой обмотка провода 4, достигает индуктивности от 600 нГн до 1200 нГн, предпочтительно около 750 нГн.

Предпочтительно излучатель выполнен с возможностью настройки на частоту передачи таким образом, чтобы его резонансная частота была близка к частоте передачи при размещении излучателя вблизи к экрану магнитного потока (3), например, экранирующему кожуху, в котором близость экрана 3 уменьшает индуктивность излучателя, и где после устранения экрана 3 эффект индуктивности излучателя увеличивается, внутреннее сопротивление увеличивается, а резонансная частота уменьшается и изменяется частота передачи.

Предпочтительно при помещении в среду частота, и/или индуктивность, и/или внутреннее сопротивление заданы максимальной мощностью передачи при наиболее неблагоприятном экранировании, а уменьшение степени экранирования при взаимодействии со средой уменьшает мощность передачи при подаче такого же входного питания с учетом того, что защитные элементы окружающей среды влияют на частоту, и/или индуктивность, и/или внутреннее сопротивление излучателя, а при нулевом экранировании мощность передачи излучателя превышает минимальную мощность приема с помощью стандартных средств NFC или RFID.

Предпочтительно сердечник 1 выполнен в виде ферритного стержня, размещенного на непроводящей подложке 6, причем непроводящая подложка 6 имеет ширину, соответствующую ширине сердечника 1, непроводящая подложка 6 имеет длину, равную или больше длины сердечника 1, провода 4 витков обмотки 2 механически намотаны вокруг ферритного стержня, а также через непроводящую подложку 6, в результате чего обмотка проводами 4 соединяет сердечник 1 с непроводящей подложкой 6, непроводящая подложка 6 имеет вдоль боковой стороны сердечника 1 соединительные площадки 7 для подключения проводов 4 и подключения излучателя к корпусу основного устройства.

Предпочтительно непроводящая подложка 6 выполнен из диэлектрического материала, имеющего толщину менее одной восьмой высоты сердечника 1.

Предпочтительно витки обмотки 2 покрыты проводящей экранирующей крышкой, которая соединена с землей.

Предпочтительно излучатель размещен на подложке съемной карты памяти 5.

Предпочтительно ось сердечника 1 ориентирована параллельно поверхности съемной карты памяти 5, причем излучатель размещен на краю съемной карты памяти 5, вне зоны контактного интерфейса съемной карты памяти 5.

Предпочтительно излучатель размещен на печатной плате (10), основного устройства, в частности, устройства мобильной связи.

Предпочтительно излучатель выполнен с возможностью ориентирования оси его сердечника 1 параллельно наружной поверхности устройства мобильной связи.

Предпочтительно излучатель выполнен с возможностью размещения на SIM-карте 9 любого формата из группы: SIM, miniSIM, micro SIM, nanoSIM).

Предпочтительно излучатель выполнен с возможностью размещения в съемной аккумуляторной батарее 11 мобильного телефона.

Предпочтительно излучатель снабжен размещенным в зоне излучаемого электромагнитного поля, усилителем 13, неподвижно размещенным на основном устройстве, предпочтительно расположен в слоте 12 или в соединителе, соответствующем съемному элементу.

Предпочтительно излучатель усилитель 13 выполнен в виде ферритной фольги, или ферритной пластины, или резонансного контура.

Сущность изобретения в части схемы соединения излучателя, выполненного по любому из пп. 1, 26, состоит в образовании с помощью нестационарного магнитного поля в трансформаторной системе передачи данных от излучателя к приемнику, в котором приемник содержит генератор, антенну, элемент демодуляции, излучатель, соединенный с элементом модуляции, генератор электромагнитных волн, при этом приемник выполнен с возможностью передачи сигнала несущей на первой частоте излучателя, а также с возможностью приема сигнала на выходе антенной, где сигнал появляется в виде несущей частоты на первой частоте и модулированного сигнала поднесущей с данными, передаваемыми на второй частоте, приемник выполнен с возможностью разделения сигнала несущей частоты из сигнала на выходе антенны и демодуляции передаваемых данных, генератор электромагнитных волн связан с излучателем на приспособленной для возбуждения с частоте, отличной от частоты приемника, а разница между этими частотами соответствует частоте поднесущей таким образом, что сигнал, который принимается и демодулируется на стороне приемника, формируется путем объединения сигнала несущей частоты, переданного приемником, с модулированным сигналом, передаваемых излучателем.

Предпочтительно излучатель выполнен узко настроенным на частоту передачи, не учитывая эмиссионные характеристики для поднесущей частоты, ожидаемой приемником.

Предпочтительно элемент демодуляции в соединении выполнен с поворотом антенны в направлении резистора датчика, предпочтительно с помощью индуктора.

Сущность изобретения в части способа состоит в том, что способ модуляции данных в передаче с помощью нестационарного магнитного поля излучателя, выполненного в любом из изложенных выше случаев реализации излучателя, при котором для передачи данных от излучателя к приемнику образуется трансформаторное соединение через антенны, причем приемник передает сигнал несущей на первой частоте, на стороне излучателя модулируют и передают данные в приемник, приемник принимает сигнал на антенне, причем сигнал формируется в виде сигнала несущей на первой частоте и модулированный частотой поднесущей с данными на второй частоте относительно несущей частоты, в приемнике сигнал несущей отделяется от сигнала на выходе антенны и передаваемые данные демодулируются, при этом частота приемника и частота излучателя различны, а разница в частоте соответствует частоте поднесущей, в то время как сигнал, который принимается и модулируется на стороне приемника, формируется суммарный передаваемый сигнал и модулируют данные, передаваемые излучателем.

Предпочтительно данные, передаваемые модулируемым изменением фазы частотного сигнала приемника, предпочтительно ϕ=0° или ϕ=180°.

Предпочтительно фаза передаваемой частоты меняется один раз за ETU (элементарную единицу времени), где ETU соответствует одному битовому интервалу.

Предпочтительно несущий сигнала приемника имеет частоту 13,56 МГц ± 7 кГц, разница между сигналами несущей частоты приемника и частоты передатчика формируется исключительно за счет несущей частоты, и составляет предпочтительно 1/16 несущей частоты.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение дополнительно поясняется чертежами с фигурами 1 до 26. Использованный масштаб отображения и соотношение отдельных компонентов могут не соответствовать описанию примеров в части размеров и пропорций не может быть истолковано как сужение сферы защиты.

На фиг. 1 схематически изображено преобразование группы LR цепи к параллельной цепи.

На фиг. 2 представлен график потерь в катушках излучателя в зависимости от отношения ширины провода к диаметру сердечника.

На фиг. 3 представлен график, выражающий величину магнитного поля в центре излучателя в зависимости от соотношения ширины обмотки к диаметру сердечника.

На фиг. 4 представлен резонансный контур, к которому упрощается результирующий резонансный контур в точке В на графике в соответствии с фиг. 3.

На фиг. 5 представлен собой аксонометрический вид излучателя с проводом плоского поперечного сечения. Зазоры между витками провода изображены только с целью повышения четкости, на самом деле обмотки расположены плотно рядом друг с другом.

На фиг. 6 показано поперечное сечение сердечника с плоским проводом в одной катушке. Также, между витками друг с другом и между витками и сердечником показаны зазоры для повышения четкости, на самом деле, витки обмотки расположены на сердечнике плотно рядом друг с другом, только без пробелов.

На фиг. 7 показано поперечное сечение с плоским проводом, с перекрывающимися краями. Между витками друг к другу и между витками и сердечником показаны зазоры для повышения четкости, на самом деле, витки обмотки расположены на сердечнике плотно рядом друг с другом, только без пробелов.

На фиг. 8 показано поперечное сечение сердечника с многошаговой проволочной катушкой, где провода каждой одной жилы изолированы. Между крайними соседними жилами провода на чертежах от 8 до 13 для повышения четкости изображен зазор, который в действительности отсутствует. Зазоры на чертежах предназначены, чтобы различать провода каждой группы.

На фиг. 9 показано поперечное сечение сердечника с многоступенчатой проволочной катушкой, где изолированы только крайние жилы каждой обмотки. Провода, размещенные внутри одной группы, одной обмотки являются неизолированными.

На фиг. 10 показан шаг проволоки в обмотке на сердечнике с круглым поперечным сечением. Для ясности показан виток только одного провода 41, другие провода приведены только в поперечном сечении. Шаг витков составляет половину диаметра круглого сердечника.

На фиг. 11 представлен вид половины излучателя, в котором обмотка выполнена из плоского неизолированного провода, по краям витков которой наматывается изолированный провод круглого сечения.

На фиг. 12 показан вид конца обмотки излучателя в конце сердечника с непроводящей подложкой, которая припаяна к съемной подложке карты памяти.

На фиг. 13 детально показано соединение одного витка провода на соединительной площадки, которая размещена на дне непроводящей подложки.

На фиг. 14 изображен пример расположения излучателя на съемной карте памяти микро SD формата.

На фиг. 15 представлена диаграмма магнитного поля излучателя в перспективе сбоку, когда излучатель помещен на съемную карту памяти, которая установлена в мобильный телефон с металлическим корпусом. Диаграмма направленности излучателя в горизонтальной плоскости показывает напряженность магнитного поля для проникновения через узкую щель в металлической крышке, причем силовые линии магнитного поля замкнуты.

На фиг. 16 приведены примеры четырех значений частоты антенны в зоне передачи NFC. Резонансная кривая изображена непрерывной линией. Верхняя часть резонансной кривой показывает резонансную частоту антенны и f_R может совпадать с частотой f1 или с приемной частотой f2, или может образовать только верхнюю часть кривой, которая характеризует используемую полосу частот. Частота передачи f_L изображена пунктирной линией. Принимающая частота f2 изображена штрихпунктирной линией. Ось Y показывает входной ток на антенне.

На фиг. 17 показаны параметры полного сопротивления излучателя.

На фиг. 18 иллюстрируется автоматическая настройка мощности излучателя, когда импеданс излучателя изменяется в зависимости от условий окружающей среды. Кривая "а" представляет собой внутреннее сопротивление системы с излучателем, помещенной в пластмассовый корпус, кривая "б" относится к системе с излучателем, помещенным в металлический корпус.

На фиг. 19 - фиг. 22 изображены SIM-карты с излучателями, расположенными в разных положениях на карте.

На фиг. 23 изображено расположение излучателя непосредственно на плате мобильного телефона.

На фиг. 24 показано расположение излучателя на корпусе батареи мобильного телефона.

На фиг. 25 и фиг. 26 изображены слоты mini-SIM карты и nanoSIM-карты. Слоты снабжены усиливающими элементами, и показано, как они удаляются из основного устройства.

ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

В этом примере в соответствии с фиг. 1, 2, 3, 4, 8, 12, 13, 14, 15 до 18 описана структура излучателя с ферритовым сердечником 1 с прямоугольным поперечным сечением. Сердечник 1 имеет длину 9 мм и сечением 0,8 мм × 0,6 мм. Сердечник 1 снабжен непроводящей подложкой 6, которая имеет ширину 0,8 мм и толщину 0,04 мм. На сердечнике 1, а также через непроводящую подложку 6 наматывается 21 виток обмотки 2 из медного провода проволоки с изоляцией, которые размещены непосредственно рядом друг с другом. Один виток обмотки 2 состоит из шести параллельных проводов 4 с диаметром 0,05 мм. Это соответствует плоскому проводнику с одной витком обмотки 2 размером 0,3 мм × 0,05 мм.

На концах непроводящей подложки 6 имеются две соединительных площадки 7, на которых гальванически связаны шесть проводов 41, 42, 43, 44, 45, 46. Провода 41, 42, 43, 44, 45, 46 на концах сердечника 1, то есть концы каждой обмотки 2, отделены друг от друга, чтобы создать больше пространства для точечной ультразвуковой сварки. Провода 41, 42, 43, 44, 45, 46 прикреплены концами вниз и приварены к контактам площадки 7. В то же время контакты площадки 7 связаны с контактом, с помощью которого весь излучатель припаян к подложке. В этом примере на подложке съемной карты памяти 5 формата micro SD, излучатель на съемной карте памяти 5 расположен напротив зоны с контактами карты, в данном примере предпочтительно прямо в той части, где карта имеет небольшое утолщение с целью облегчения удаления карты из слота 12.

Сердечник 1 с поперечным сечением 0,8 мм × 0,6 мм имеет эквивалентный радиус 0,391 мм. Это есть радиус, при котором круговой сердечник 1 имеет ту же площадь 0,48 мм², как это площадь поперечного сечения прямоугольного стержня с параметрами 0,8 мм × 0,6 мм. При числе витков 21 на длине 9 мм, эффективная ширина W одного витка обмотки 2 составляет около 0,428 мм. Соотношение между эквивалентным радиусом и эффективной шириной составляет 1:1,095, эффективная ширина W одного витка, таким образом, соответствует примерно 1,1 эквивалентного радиуса.

Преимущество шести параллельных проводов 4 по сравнению с плоским проводом также состоит в улучшении проводимости на высоких частотах. Из-за поверхностного эффекта глубины ρ=17μm/14 МГц проводящая поверхность шести круглых проводов в π/2 раз больше, чем у плоского провода с тем же самым размером, и, таким образом, обеспечит более низкие потери. Излучатель в этом примере имеет на частоте 14,4 МГц индуктивность L=1,3 μН и качество Q=21 при силовой нагрузке 13 dBm.

Антенная решетка состоит из возбудителя (драйвера) антенны, параллельной системы резонанса с магнитным полем излучателя и малошумящего усилителя с высоким усилением (ограничителем). Драйвер предназначен для связи с моста (Н мост) с выходным сопротивлением Rout менее 4 Ом при напряжении питания моста Vcc=2,7V. В связи с тем, что время переключения полевых полупроводниковых транзисторов меньше Ins, тем выше оказываются коммутационные гармонические продукты, которые должны быть отфильтрованы на емкости С3. Переключающие сигналы моста Н+ и моста Н^- взаимно сдвинуты по фазе 2,2 ns, так, чтобы предотвратить одновременное подключение двух регулируемых ветвей и, таким образом, исключить короткое замыкание питания Vcc на землю.

С помощью описанной структуры достигается эффект "магнитной пушки" с горизонтальным расположением излучения на концах ферритового стержня сердечника 1. Теория магнитной пушки определяется в данном изобретении тем, что магнитные силовые линии не могут оставлять ферритовый стержень сердечника 1, кроме как на его концах, а именно потому, что электропроводные материалы проводов 4 с более близкой взаимной намоткой непроницаемы. А так как линии магнитного поля всегда должны быть замкнуты друг с другом, единственным местом, где они могут выйти из излучателя, являются концы сердечника 1. На практике, однако, не представляется возможным сделать обмотку таким образом, чтобы не существовал воздушный зазор между проводами 4 и, следовательно, часть силовых линий проникала между проводами 4. Отличительные характеристики излучения излучателя, который расположен внутри металлического экрана, наблюдаются на фиг. 15. Излучатель находится внутри мобильного телефона, который имеет металлические крышки. Это видно на фиг. 15, где защитная крышка 3, является экраном магнитного потока поля.

Силовые линии магнитного поля выходят из небольших зазоров между крышками, т.е. в области, где помещается считыватель NFC.

Из-за различной фоновой обстановки излучатель расстраивается, и в случае, когда он расположен в непосредственной близости от электропроводных материалов, индуктивность излучателя сводится к IμН. Этот атрибут используется для автоматического управления излучаемой мощностью в зависимости от среды, в которой находится. Излучатель настроен на резонанс 15 MHz, только если он находится в металлическом корпусе (воздействие на окружающую среду снижается, индуктивность антенны 1 μН). Металлический корпус представляет собой экранирующую крышку 3. Тем не менее, в случае размещения снаружи корпуса, индуктивность увеличивается до 1,3 μН и резонанс переносится на 12 MHz. Так как излучатель излучает мощность на частоте 14,4 MHz, максимальная мощность достигается именно тогда, когда резонанс находится вблизи этого значения, так как при этом его внутреннее сопротивление, то наименьшее, около 20 Ом. Тем не менее, если излучатель размещен под пластиковой крышкой, резонанс смещается вниз до 12 MHz, а внутреннее сопротивление на частоте 14,4 MHz возрастает до 50 Ом. Благодаря этой конфигурации, мы достигаем того, что излучатель, помещенный под металлической крышкой, излучает максимальную мощность, в то время как в ситуации, когда он находится под пластиковой крышкой, излучаемая мощность автоматически снижается, тем самым гарантируя, что в этом случае приемное устройство (POS терминалы) не запитывается с слишком высоким отношением сигналов.

Это автоматическая подстройка мощности излучателя, когда импеданс изменяется в зависимости от окружающей среды, показана на фиг. 18.

Пример 2

В этом примере, как показано на чертежах фиг. 5 и 6, используется плоский изолированный провод 4, поперечная высота сечения которого приблизительно соответствует одной восьмой ширины провода 4 в поперечном сечении. Плоский провод 4 может быть использован для овальных поперечных сечений сердечника 1, где при малых размерах и малом радиусе закруглений прямоугольного сердечника 1 нет никакого риска повреждения или разрыва провода 4 в его обмотки на сердечнике 1. В другом примере конструкции провод 4 может быть создан на сердечнике 1 путем осаждения из паровой фазы металлического слоя или другой аналогичной технологии нанесения покрытия на электропроводной поверхности. На сердечнике 1 маскирующее покрытие в функции разделения промежутков между витками обмотки 2 может быть создано, по меньшей мере, равным толщине провода 4. Маскирующее покрытие в данном случае имеет форму винтовой полосы с шириной, образующей межвитковую изоляцию 8. Тем самым нанесенный металлический слой формирует плоскую, широкую катушку. Предусматривая применение изоляции на краю провода 4 и затем многократное наложение слоя проводящей ленты, которая будет перекрывать зазор между витками, который может возникнуть у кромки плоского провода 4, ограничивают утечку магнитного поля из концов сердечника 1.

Пример 3

В этом примере, как показано на чертежах фиг. 5 и 7, провод представляет собой плоский изолированный провод 4, доведенный через край смежной обмотки 2, чтобы сформировать перекрытие магнитного потока и предотвратить проникновение магнитного поля между обмотками. Тем не менее, по-прежнему остается возможность утечки магнитного поля через зазор с толщиной, которая в два раза больше толщины изоляции 8 провода 4.

Пример 4

В этом примере, как показано на чертежах фиг. 9 и 10, используют комбинацию неизолированных проводов 42, 43, 44, 45, 46 и изолированных проводов 41 и 47. Один виток обмотки 2 состоит из семи проводов 4, где два удаленных провода данной намотки 41_ и 47 имеют изоляцию 8, чтобы избежать короткого замыкания между жилами жесткой обмотки. Неизолированные провода 42, 43, 44, 45, 46 расположены внутри группы. Поскольку они не имеют изоляции 8, это позволит снизить образование зазоров для утечки магнитного поля, и эти провода 42, 43, 44, 45, 46 не должны быть электрически соединены между собой. Таким образом, только провода 41, 42, 46 47 выводятся на соединительную площадку 7.

Пример 5

В этом примере, в соответствии с чертежом фиг. 11, для создания одного витка обмотки 2 используется сочетание одного плоского неизолированного провода 42 и двух изолированных проводов 41, 43 с классическим круглым поперечным сечением. Такое сочетание делает производство излучателей более простым в связи с доступностью плоских проводов с малой толщиной, не имеющих никакой изоляции. Граничные провода 41 и 43 сформированы с межвитковой изоляцией и находятся на соединительной площадке 7 и гальванически связаны друг с другом, а также с плоским проводом 42.

Пример 6

В этом примере сердечник 1 имеет форму ферритового стержня с круглым поперечным сечением с диаметром 0,8 мм и длиной 7 мм. Излучатель имеет 17 витков обмотки 2, эффективная ширина w витков обмотки 2 составляет 0,41 мм. Отношение эффективной ширины обмотки 2 к радиусу сердечника 1 равно 1,025. Проницаемость сердечника 1, размеры излучателя и намотки выбираются исходя из значения индуктивности L=750 нГн.

В этом примере излучатель помещают на съемную карту памяти 5, которая также содержит функцию платежной карточки и для связи между этой платежной картой и POS-терминалом, используется способ передачи данных, который использует две разные частоты. POS терминал содержит бесконтактный считыватель платежных карт. Карты должны подходить для операции считывания так, чтобы обеспечить образование соединения связи. Размещение платежной карты, содержащей элемент связи в мобильную карту памяти 5 и в слот 12, ухудшает возможность полного сопряжения элемента связи на платежной карте и центра оперативного считывания. В то же время, слот мобильного телефона 12 в первую очередь предназначен для установки общей карты памяти 5. Слот 12 имеет нежелательное экранирование, так как часть слота 12 выполнена в форме металлической оболочки. Элемент связи содержит излучатель в соответствии с настоящим изобретением, и в этом примере он будет помещен непосредственно на микроSD-карте. Форматом карты 5 не ограничивается объем данного изобретения, в будущем вообще может быть использован любой формат. Продолжающаяся миниатюризация карт памяти 5 и соответствующих слотов (пазов) 12 ухудшает возможности эффективного размещения коммуникационного элемента на плате 5; Однако решение, описанное здесь, решает эту проблему. Элемент связи использует платформу NFC. В реальной среде и в случае мобильного телефона обрабатывается обычным способом пользователем коэффициент подключения трансформатора k=0,2-0001.

Содержание и структура передаваемых данных может быть различна, в этом примере будут рассмотрены данные, необходимые в процессе общения и авторизации платежных процессов. Владелец мобильного телефона использует устройство с картой памяти 5, которая оборудована излучателем нестационарного магнитного поля. Тем самым он расширяет функциональные возможности своего мобильного телефона. В предпочтительной конфигурации применяется также платежная карта, соответствующая другому изобретению заявителя этого патента, расположенная на карте памяти 5. Важно, что соединение мобильного телефона с картой памяти 5 появится на POS-терминале и его считывателе платежных карт в качестве стандартной бесконтактной карты. Таким образом, структура передаваемых данных будет выполнена в соответствии с действующими стандартами платежей. Преимуществом упомянутых решений является удобство и простота использования мобильного телефона для пользовательского интерфейса.

Излучатель содержит генератор электромагнитных волн с частотой 14,4075 MHz ± 7 kHz. Эта частота для 847 kHz выше частоты приемника. Частота приемника соответствует стандарту 13,56 MHz ± 7 kHz. Разница между частотами составляет 1/16 от несущей частоты приемника. Важно, если генератор подключен и активен для активизации излучателя, когда данные передаются через трансформаторное сопротивление, которое не было использовано до сих пор. В случае, если генератор существовал в излучателе в уже существующих решений, генератор не был предназначен для активной деятельности в трансформаторной связи, так как не было необходимости передачи с той же частотой. Генератор подключен к резонансному контуру, выход которого подключен к антенне.

Данные с излучателя на карте памяти 5 передаются на приемник в POS терминал считывателя через трансформаторное соединение излучателя и приемника антенны индуктивностью М. Данные модулируются в сигнал на стороне излучателя и приемник передает сигнал несущей. Расстояние от излучателя до приемника измеряется в см, как правило, корпус мобильного телефона будет контактировать с читателем, а передача будет бесконтактной в физическом смысле. Излучатель может даже двигаться в рабочем объеме, при скорости менее чем 1 м/с.

Излучатель посылает сигнал с частотой 14,4075 MHz ± 7 kHz, несущая частота приемника составляет 13,56 МГц ± 7 kHz. Разница между частотами имеет значение, которое соответствует значению поднесущей частоты, которая формируется как 1/16 несущей частоты в соответствии с ISO 14443.

В антенных решетках приемника и излучателя сигналы различных частот объединяются и складываются, на выходе антенн сигнал появляется в виде соединения с несущей частоты и частоты модулированной поднесущей с данными. Сигнал несущей частоты отделяется от результата комбинации сигналов в приемнике. Результатом этого разделения является сигнал поднесущей, даже несмотря на то, излучатель никогда не передает его физически. Из сигнала поднесущей переданные данные демодулируются. Элемент демодуляции, резонансный контур и генератор приемника имеют ту же конфигурацию и функцию, как и в существующих современных технических решениях.

В этом примере основная единица времени ETU соответствует одному битовому интервалу времени, такому, который необходим для передачи одного блока данных. В направлении потока данных от излучателя в приемнике ETU определяется следующим образом. Пусть u=8/фут, где один фут является частотой модулированного сигнала, который был передан излучателем. Базовая скорость передачи составляет 106 Кбит/с.

Во время модуляции сигнала от излучателя достаточно, если фаза изменяется один раз в 1 ETU (приближенно один раз за 9,3 μs), что в 16 раз реже по сравнению с существующей модуляцией нагрузки. Уменьшение широкополосного сигнала создает меньший уровень шума 12 дБ. Передаваемые данные модулируются непосредственно с помощью изменения фазы сигнала частоты излучателя, где ϕ=0° или ϕ=180°. Этот модулированный сигнал также может быть образован сигналом несущей излучателя, как эмитента, однако, не создает поднесущей частоты, и только эта частота называется частотой сигнала излучателя.

Излучатель настраивается на узкую частоту передачи 14,4075 MHz, он имеет узкий и высокий характер кривой FFT. Излучатель настроен без учета излучающей характеристики для передачи поднесущей частоты 847 kHz. В случае, если эта антенна должна была передавать даже поднесущей частотой, характеристики излучения были бы недостаточными для надежной передачи. В решении согласно данному изобретению важно, что излучение сигнала с передаваемыми данными осуществляется точно на частоте 14,4075 MHz, соответствующей пику кривой FFT. В этом примере необходимо обеспечить равномерное обратное направление потока данных от терминала считывателя POS на карту памяти 5 в мобильном телефоне. Излучатель охватывает элемент демодуляции, который подключен к поворотной антенне индуктивности в сторону резистора датчика, предпочтительно через индуктор. Использование индуктора уменьшает пики напряжения на входе в элемент демодуляции.

Благодаря повороту и индуктору элемент демодуляции может иметь такие размеры, чтобы питаться меньшим напряжением. В этом направлении потока данных, etu определяется как 1 etu=128/Fr, где Fr является несущей частотой приемника.

Пример 7

Ферритовый сердечник 1 выполнен в виде ферритового стержня с угловым поперечным сечением, покрытым проводящим слоем, который образует провод 4. Во-первых, на сердечник 1 помещен под маскирующее покрытие, которое будет отделять витки обмотки 2 друг от друга. Затем сердечник 1 покрыт металлическим слоем, где благодаря разделительному маскирующему покрытию создается катушка с требуемым количеством витков обмотки 2. Разрывы, созданные в маскирующем покрытии, представляют собой межвитковую изоляцию. Концы металлического слоя покрытия на сторонах сердечника 1 присоединены к соединительной площадке 7, к которой затем крепят весь излучатель на подложке.

В этом примере (но это также может быть реализовано в других примерах), излучатель расположен на плате 10 - на печатной плате мобильного телефона. Телефон имеет корпус с металлическими частями, которые представляют собой защитные крышки 3. Благодаря использованию излучателя в соответствии с настоящим изобретением, по существу, излучатель может быть размещен на любом свободном пространстве на печатной плате 10, и нет никаких проблем с плохим проникновением магнитного поля из тела мобильного телефона.

Пример 8

Излучатель, как показано на фиг. 23, выполнен аналогично примерам от 1 до 7. Производитель мобильных телефонов разрабатывает новые модели таким образом, что при проектировании печатной платы 10, отсутствуют ограничения для известных типов антенн NFC. Различные типы и модели мобильных телефонов оснащены одним типом излучателя размещенным непосредственно на печатной плате 10.

Пример 9

Излучатель расположен в SIM-карте 9. Сердечник 1 излучателя ориентирован и расположен по-разному в различных вариантах согласно чертежам с фиг. 19 по фиг. 22.

Пример 10

Излучатель, как показано на фиг. 24, помещается в корпусе батареи мобильного телефона 11. В основном, это зарядный аккумулятор 11, который, тем не менее, обычно называют батареей 11. В связи с малой толщиной сердечника 1 излучатель помещают на поверхность батареи 11 под крайним слоем пластикового корпуса батареи 11.

Пример 11

Карта 9 помещается в слот 12, как это показано на фиг. 26, имеющий держатель в виде фасонной металлической пластины. Слот 12 включает в себя усилительный элемент 13 из ферритовой фольги. Носимая карта 9 имеет излучатель с сердечником 1 на краю карты.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Промышленная применимость очевидна. Излучатель в соответствии с этим изобретением можно производить промышленно и многократно, а также использовать нестационарные магнитные автоизлучатели в качестве антенны, помещенной непосредственно на съемной карте памяти с высокой излучательной способностью и малым размером. Новый тип модулируемого излучателя существенно снижает уровень шума и позволяет увеличить напряженность магнитного поля в сердечнике излучателя.

Список используемых обозначений

1 - сердечник, 2 - витки обмотки, 3 - барьер магнитного потока поля, 4 - провод, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 до 4N - провода одного витка / один виток провода, 5 - съемная карта памяти, 6 - непроводящий слой, 7 - соединительная площадка, 8 - изоляция проводов, 9 - SIM-карта, 10 - печатная плата, 11 - аккумулятор / батарея, 12 - слот, 13 - усилитель, w - эффективная ширина витка обмотки, РСВ - печатная плата канала связи, RFID - частота радиоидентификации, NFC - технология беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия, SD - формат карт памяти для использования в портативных устройствах, POS - точка продажи, SIM - модуль идентификации абонента.

Изобретение относится к излучателю нестационарного магнитного поля. Излучатель выполнен с возможностью установки в качестве миниатюрной антенны в устройстве мобильной связи, преимущественно для установки на плоский носитель, содержащий удлиненный сердечник (1) с проницаемостью выше 1, провод (4), образующий два витка обмотки (2), намотанных на сердечник (1). Причем излучатель образует канал бесконтактной связи NFC или RFID, в которой передаваемый от излучателя сигнал принимается посредством стандартного NFC или RFID-приемного средства. Сердечник (1) выполнен из ферритного материала. Витки обмотки (2) размещены на сердечнике (1) в один или в два слоя. Причем витки обмотки (2) размещены на сердечнике (1) плотно друг к другу из условия минимизации эмиссии магнитного поля из сердечника (1) за пределы его концов. При этом эффективная ширина W одного витка обмотки (2) выполнена равной от 0,25 до 1,75 величины радиуса сердечника (1) с круглым поперечным сечением или выполнена равной от 0,25 до 1,75 величины эквивалентного радиуса для других форм сердечника (1). 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 26 ил., 11 пр.

1. Излучатель нестационарного магнитного поля с возможностью установки в качестве миниатюрной антенны в устройстве мобильной связи, преимущественно для установки на плоский носитель, содержащий удлиненный сердечник (1) с проницаемостью выше 1, провод (4), образующий по меньшей мере два витка обмотки (2), намотанные на сердечник (1), причем излучатель выполнен с возможностью образования канала бесконтактной связи NFC или RFID, в которой передаваемый от излучателя сигнал принимается посредством стандартного NFC или RFID-приемного средства, отличающийся тем, что сердечник (1) выполнен, по меньшей мере, частично из ферритного материала, витки обмотки (2) размещены на сердечнике (1) в один или в два слоя, причем витки обмотки (2) размещены на сердечнике (1) плотно друг к другу из условия минимизации эмиссии магнитного поля из сердечника (1) за пределы его концов, при этом эффективная ширина W одного витка обмотки (2) выполнена равной от 0,25 до 1,75 величины радиуса сердечника (1) с круглым поперечным сечением или выполнена равной от 0,25 до 1,75 величины эквивалентного радиуса для других форм сердечника (1).

2. Излучатель по п. 1, отличающийся тем, что эффективная ширина W одного витка обмотки (2) выполнена равной от 0,85 до 1,15 величины радиуса сердечника (1) с круглым поперечным сечением, или выполнена равной от 0,85 до 1,15 величины эквивалентного радиуса для других форм сердечника (1).

3. Излучатель по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что наименьший параметр поперечного сечения сердечника (1) выполнен меньше 1 мм, при этом длина сердечника (1) выполнена в 7 раз большей наименьшего параметра поперечного сечения сердечника (1).

4. Излучатель по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что сердечник (1) выполнен с формой поперечного сечения из группы: круглой формы, или эллиптической формы, или, по меньшей мере, частично прямоугольной формы, преимущественно квадратной или вытянутой формы, предпочтительно со скругленными углами, либо поперечное сечение, образованное путем сочетания этих форм.

5. Излучатель по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что сердечник (1) выполнен в виде прямолинейного стержня.

6. Излучатель по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что сердечник (1) имеет высоту до 1 мм, предпочтительно до 0,6 мм, ширину до 5 мм, предпочтительно 1 мм, а длину до 15 мм, предпочтительно на 11 мм.

7. Излучатель по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что провода (4) обмотки выполнены плоскими, предпочтительно с шириной поперечного сечения, более чем вдвое превышающей высоту поперечного сечения провода (4).

8. Излучатель по п. 7, отличающийся тем, что плоский провод (4) вдоль края перекрывается с соседним витком провода (4), причем перекрытие выполнено с изоляцией (8).

9. Излучатель по любому из пп. 1, 8, отличающийся тем, что обмотка состоит из нескольких параллельных проводов (от 41 до 4N), образуя многоступенчатые витки обмотки (2), причем указные провода (от 41 до 4N) из одного витка обмотки (2) электрически соединены между собой на концах сердечника (1).

10. Излучатель по п. 9, отличающийся тем, что многоступенчатые провода (от 41 до 4N), которые находятся на концах обмотки, подключены к контактным площадкам (7), причем провода (4) располагаются на расстоянии друг от друга.

11. Излучатель по любому из пп. 8, 10, отличающийся тем, что многоступенчатые провода (от 41 до 4N) содержат по меньшей мере четыре отдельных витка обмотки (2), причем только крайние провода (41, 4N) обмотки (2) электрически изолированы на поверхности.

12. Излучатель по любому из пп. 1, 8, отличающийся тем, что провод (4) выполнен в виде металлического покрытия, нанесенного на поверхность сердечника (1) с образованием зазоров между витками (2).

13. Излучатель по любому из пп. 1, 10, отличающийся тем, что сердечник (1) выполнен из материала с такой магнитной проницаемостью, при которой обмотка провода (4) достигает индуктивности от 600 нГн до 1200 нГн, предпочтительно около 750 нГн.

14. Излучатель по любому из пп. 1, 10, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью настройки на частоту передачи таким образом, чтобы его резонансная частота была близка к частоте передачи при размещении излучателя вблизи к экрану магнитного потока (3), например экранирующему кожуху, в котором близость экрана (3) уменьшает индуктивность излучателя, и где после устранения экрана (3) эффект индуктивности излучателя увеличивается, внутреннее сопротивление увеличивается, а резонансная частота уменьшается и изменяется частота передачи.

15. Излучатель по п. 9, отличающийся тем, что при помещении в среду частота, и/или, индуктивность, и/или внутреннее сопротивление заданы максимальной мощностью передачи при наиболее неблагоприятном экранировании, а уменьшение степени экранирования при взаимодействии со средой уменьшает мощность передачи при подаче такого же входного питания с учетом того, что защитные элементы окружающей среды влияют на частоту, и/или индуктивность, и/или внутреннее сопротивление излучателя, а при нулевом экранировании мощность передачи излучателя превышает минимальную мощность приема с помощью стандартных средств NFC или RFID.

16. Излучатель по любому из пп. 1, 15, отличающийся тем, что сердечник (1) выполнен в виде ферритного стержня, размещенного на непроводящей подложке (6), причем непроводящая подложка (6) имеет ширину, соответствующую ширине сердечника (1), непроводящая подложка (6) имеет длину, равную или больше длины сердечника (1), провода (4) витков обмотки (2) механически намотаны вокруг ферритного стержня, а также через непроводящую подложку (6), в результате чего обмотка проводами (4) соединяет сердечник (1) с непроводящей подложкой (6), непроводящая подложка (6) имеет вдоль боковой стороны сердечника (1) соединительные площадки (7) для подключения проводов (4) и подключения излучателя к корпусу основного устройства.

17. Излучатель по п. 16, отличающийся тем, что непроводящая подложка (6) выполнена из диэлектрического материала, имеющего толщину менее одной восьмой высоты сердечника (1).

18. Излучатель по любому из пп. 1, 17, отличающийся тем, что витки обмотки (2) покрыты проводящей экранирующей крышкой, которая соединена с землей.

19. Излучатель по любому из пп. 1, 17, отличающийся тем, что излучатель размещен на подложке съемной карты памяти (5).

20. Излучатель по п. 19, отличающийся тем, что ось сердечника (1) ориентирована параллельно поверхности съемной карты памяти (5), причем излучатель размещен на краю съемной карты памяти (5), вне зоны контактного интерфейса съемной карты памяти (5).

21. Излучатель по любому из пп. 1, 17, отличающийся тем, что излучатель размещен на печатной плате (10) основного устройства, в частности устройства мобильной связи.

22. Излучатель по п. 21, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью ориентирования оси его сердечника (1) параллельно наружной поверхности устройства мобильной связи.

23. Излучатель по любому из пп. 1, 17, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью размещения на SIM-карте (9) любого формата из группы: SIM, mini-SIM, microSIM, nanoSIM).

24. Излучатель по любому из пп. 1, 17, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью размещения в съемной аккумуляторной батарее (11) мобильного телефона.

25. Излучатель по п. 23, отличающийся тем, что он снабжен размещенным в зоне излучаемого электромагнитного поля усилителем (13), неподвижно размещенным на основном устройстве, предпочтительно расположен в слоте (12) или в соединителе, соответствующем съемному элементу.

26. Излучатель по п. 25, отличающийся тем, что усилитель (13) выполнен в виде ферритной фольги, или ферритной пластины, или резонансного контура.

27. Схема соединения излучателя, выполненного по любому из пп. 1, 26, которое образовано с помощью нестационарного магнитного поля в трансформаторной системе передачи данных от излучателя к приемнику, в котором приемник содержит генератор, антенну, элемент демодуляции, излучатель, соединенный с элементом модуляции, генератор электромагнитных волн, при этом приемник выполнен с возможностью передачи сигнала несущей на первой частоте излучателя, а также с возможностью приема сигнала на выходе антенной, где сигнал появляется в виде несущей частоты на первой частоте и модулированного сигнала поднесущей с данными, передаваемыми на второй частоте, приемник выполнен с возможностью разделения сигнала несущей частоты из сигнала на выходе антенны и демодуляции передаваемых данных, генератор электромагнитных волн связан с излучателем на приспособленной для возбуждения частоте, отличной от частоты приемника, а разница между этими частотами соответствует частоте поднесущей таким образом, что сигнал, который принимается и демодулируется на стороне приемника, формируется путем объединения сигнала несущей частоты, переданного приемником, с модулированным сигналом, передаваемым излучателем.

28. Соединение по п. 27, отличающееся тем, что излучатель выполнен узконастроенным на частоту передачи, не учитывая эмиссионные характеристики для поднесущей частоты, ожидаемой приемником.

29. Соединение по любому из пп. 27, 28, отличающееся тем, что элемент демодуляции в соединении выполнен с поворотом антенны в направлении резистора датчика, предпочтительно с помощью индуктора.

30. Способ модуляции данных в передаче с помощью нестационарного магнитного поля излучателя, выполненного по любому из пп. 1-26, при котором для передачи данных от излучателя к приемнику образуется трансформаторное соединение через антенны, причем приемник передает сигнал несущей на первой частоте, на стороне излучателя модулируют и передают данные в приемник, приемник принимает сигнал на антенне, причем сигнал формируется в виде сигнала несущей на первой частоте и модулированный частотой поднесущей с данными на второй частоте относительно несущей частоты, в приемнике сигнал несущей отделяется от сигнала на выходе антенны и передаваемые данные демодулируются, при этом частота приемника и частота излучателя различны, а разница в частоте соответствует частоте поднесущей, в то время как сигнал, который принимается и модулируется на стороне приемника, формируется суммарный передаваемый сигнал и модулируют данные, передаваемые излучателем.

31. Способ модуляции данных по п. 30, отличающийся тем, что данные, передаваемые модулируемым изменением фазы частотного сигнала приемника, предпочтительно ϕ=0° или ϕ=180°.

32. Способ модуляции данных по п. 31, отличающийся тем, что фаза передаваемой частоты меняется один раз за ETU (элементарную единицу времени), где ETU соответствует одному битовому интервалу.

33. Способ модуляции данных по любому из пп. 31, 32, отличающийся тем, что несущий сигнала приемника имеет частоту 13,56 МГц ± 7 кГц, разница между сигналами несущей частоты приемника и частоты передатчика формируется исключительно за счет несущей частоты, и составляет предпочтительно 1/16 несущей частоты.