專利名稱：通過調(diào)整匝間電容對諧振頻率進行調(diào)整的制作方法
通過調(diào)整匪間電容對諧振頻率進行調(diào)整本發(fā)明涉及諧振電路調(diào)諧頻率的調(diào)整、諧振電路的結(jié)構(gòu)以及含有這 類電路的產(chǎn)品領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及諧振電路調(diào)節(jié)天線的制作方法，此調(diào)節(jié)天 線可產(chǎn)生匝間分布的寄生電容。本發(fā)明的目的是利用上述方法來制作體積小并具有特定特性的無 觸點智能卡。對于調(diào)諧頻率的調(diào)節(jié)方法，公知的方法是改變天線的電感值或者改 變連接至天線的電容值，或者是改變這兩者。人們尤其知道要根據(jù)經(jīng)驗通過在諧振電路的天線或結(jié)構(gòu)層面上加 入或除去導(dǎo)電材料，或者特別是例如使用激光進行機械加工或用導(dǎo)電噴 射加入材料來進行調(diào)節(jié)。在無觸點卡或電子標(biāo)牌的領(lǐng)域中，電容通常是通過位于絕緣薄膜兩 側(cè)上的電容器板得到，絕緣薄膜上設(shè)置有相鄰線匝彼此隔開的扁平天 線。電容還能夠以與天線相連接的電子芯片中的集成電路的形式得到。對于具有極好可重復(fù)性性能特性的高品質(zhì)芯片卡，人們知道要利用 線狀天線，這種天線通過使用超聲傳感器嵌入的布線技術(shù)而設(shè)置在由塑 料材料制成的卡本體內(nèi)。這種導(dǎo)線通常由銅制成，其非常之細，大約113inm,構(gòu)成天線的線 匝間距大約為700|iim,與通過導(dǎo)電材料噴鍍、特別是通過使用導(dǎo)電墨的 絲網(wǎng)印制所得到的天線相反，它們能夠達得很高的品質(zhì)因數(shù)，例如在44 以上。目前，需要高品質(zhì)低價格的無觸點小型芯片卡，特別是尺寸比標(biāo)準 ISO版式芯片卡小、電磁特性與無觸點ISO版式卡同等的小型銀行卡?？墒?，新版式或各種不同的電氣約束限制了確定用于遵從標(biāo)準 ISO/IEC 14443之無觸點卡的天線形狀的可能性。因此，例如新的版式 減小的芯片卡，更具體地說，尺寸為60x35 mm而不是54x85 mm的芯 片卡就限制了天線布線路徑的可能性。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員出于成本考慮知道如何使天線特別是通 過重復(fù)使用嵌入在芯片中的電容值來適應(yīng)現(xiàn)有芯片的特性，這一電容值不一定與天線可能的頻率調(diào)諧相一致。
本發(fā)明的第 一個目的具體而言是通過一種新的調(diào)節(jié)方法使現(xiàn)有的 自由度(或參數(shù))得到可依據(jù)的新尺寸以便為如智能卡等無觸點電子產(chǎn) 品設(shè)計平面形天線。
本發(fā)明的另一目的，作為上述方法的一種應(yīng)用，如上所述是簡單而 有效地滿足對新版式無觸點芯片卡的需求。
因此，本發(fā)明的目的是提出一種能夠以低成本設(shè)計出特性極其準確 方便可調(diào)的平面形天線的方法，其應(yīng)遵從現(xiàn)有的集成電路元件以及芯片 卡本體幾何形狀的約束。
本發(fā)明的主要原理利用了如本發(fā)明所提供但目前尚未應(yīng)用的天線 線圏中所固有的分布寄生電容現(xiàn)象。
實際上，雖然人們熟知寄生分布電容這種現(xiàn)象并且在計算天線電路 的總電容時多半予以粗略地考慮，但是由于其數(shù)值相對低，這一參數(shù)至 少在芯片卡領(lǐng)域中不用作一個重要參數(shù)來事先地進行旨在獲得無觸點 電子產(chǎn)品工作所需頻率調(diào)諧的天線線圈電感的精確調(diào)節(jié)。
這樣，在這種調(diào)節(jié)原理的應(yīng)用中就沒有天線或者是沒有包括用于或 源于調(diào)節(jié)匝間電容之局部天線區(qū)的諧振電路。
因此，本發(fā)明的第一個目的是提出調(diào)節(jié)諧振電路頻率調(diào)諧的方法，
此諧振電路包括具有固定間距(e)產(chǎn)生匝間寄生電容的線匝。這種調(diào)
線圈的固定間距F、 G、 H、 I來調(diào)節(jié)匝間寄生電容的一個步驟。
本發(fā)明的另一目的也是提出一種方法，此方法用于制作諧振電路的
調(diào)節(jié)天線。所述天線至少有包括具有確定固定間隔線匝的第一區(qū)。
該方法的不同之處在于在天線的第二區(qū)(也叫做調(diào)節(jié)區(qū))使用比
線臣的確定固定間隔更大的固定間隔。
根據(jù)本發(fā)明天線制作方法的其他實施方案 -寄生電容的調(diào)節(jié)區(qū)分布在天線周界的最小一部分上； -這部分最小周界大約低于天線周界的四分之一； -線臣的直徑大約在200 |nm-300
-調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)線匝的間距大約為2mm，第一區(qū)內(nèi)線匝的固定間距大 約4氐于1 mm;
- 在調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)三個外匝的匝間距離大約等于3.5mm,三個內(nèi)匝的匝間距離大約等于2.5 mm;
-調(diào)節(jié)區(qū)基本上鑲嵌在約35x12 mm的長方形內(nèi)，天線鑲嵌在大約 60x35 mm的區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明的另一目的是給出諧振電路的制作方法，所述諧振電路包括 與一個天線相關(guān)的電容。這一制作方法的不同之處在于所述電容或該電 容頻率調(diào)諧的調(diào)節(jié)是根據(jù)上述特性之一制作天線來得到的。
本發(fā)明還有一個目的是給出諧振電路的調(diào)節(jié)天線，所述天線至少有 包括具有預(yù)定固定間距線匝的第一區(qū)A。
此天線的創(chuàng)新之處在于它至少在也稱為調(diào)節(jié)區(qū)的第二局部區(qū)包括 有臣間距與預(yù)定固定間距不同的線匝。
本發(fā)明的另一目的仍是給出一種諧振電路，此電路至少包括與天線
到的天線。
本發(fā)明的另一目的是給出無觸點芯片卡，此卡包括有天線或具有上 述特性的諧振電路。
最后，本發(fā)明還有一個目的就是給出用于制作和/或確定天線的編程 裝置，其特征在于它包括處理裝置和程序，后兩者被配置成能夠確定天 線局部區(qū)域內(nèi)臣間距離隨匝間分布電容的變化。
這一編程裝置能夠例如在大約3%的控制限制內(nèi)(因為變化區(qū)可僻: 到4艮小)改變天線分布電容值使其特別是在制作無觸點產(chǎn)品時實時地適 應(yīng)于用于 一 批天線的 一 批芯片的預(yù)期變化。
在參照附圖并通過閱讀非限制性實例給出的說明之后，本發(fā)明的其
他特點和優(yōu)點會清楚地顯露出來，在附圖中


圖1示出根據(jù)本發(fā)明方法一種實施方案所制作的天線；
圖2示出沿E-E的圖l局部剖面圖3示出根據(jù)本發(fā)明方法一種實施方案的無觸點產(chǎn)品。
圖l中，用于小型諧振電路2的調(diào)節(jié)天線l制作在基片3上，更具 體地說是制作在 一 片聚合物材料上。所得到的基片產(chǎn)品可能用來與其他 薄片組裝成嵌入件或電子子配件，目前在英文術(shù)語稱為"inlay (鑲嵌)"。
天線有第一區(qū)A,其包括具有確定固定間隔(e)為700 pm的5個 線匝Sl, S2, S3, S4, S5。固定間距是指線匝間基本上不變的間距。
為了進行計算和簡化，線匝通常平行安放且相互間隔固定，但它們的間隔也可以不同。
因此，本發(fā)明包括一些可供選擇的解決方案，在這些方案中線匝可 以有不^見則的間隔。根據(jù)一種優(yōu)選選擇方案，內(nèi)壓相對于正常路徑可形 成一定偏移。例如，內(nèi)匝在離開相鄰匝時至少有一個波腹式波紋伸入到 其基片的表面內(nèi)。該相鄰匝可以以不大的輻度跟隨此波紋。
為了控制任意裝置或確定天線的計算機程序，可以對某一標(biāo)定波紋 的匝間電容所產(chǎn)生的影響進行積分并乘以線匝路徑上的波紋數(shù)直至得 到預(yù)期的效果。
在此實例中，電導(dǎo)線為具有塑料外皮的銅線，用于使用例如粘接劑 可很簡單地將其固定在基片上。
根據(jù)其他技術(shù)，導(dǎo)線可利用超聲波嵌入聚合物基片或噴鍍在薄片
上；這種薄片可包括用纖維素材料做成的纖維。
根據(jù)實施方式，調(diào)節(jié)區(qū)或段設(shè)置在天線的笫二區(qū)B。在此區(qū)內(nèi)，天 線線匪的間距不同于區(qū)域A中線匝的間距(e)。實際上，此區(qū)內(nèi)的線 匝間距更大。
由于其直徑或表面基本上大約等于通常值的兩倍，區(qū)域A的線匝所 產(chǎn)生的寄生電容，其數(shù)值大于較小直徑時通常觀測到的數(shù)值。相反，調(diào) 節(jié)區(qū)的線臣所產(chǎn)生的寄生電容，其數(shù)值通過簡單地調(diào)節(jié)匝間距離F、 G、 H、 I可加以控制和調(diào)節(jié)。
根據(jù)優(yōu)選的特性，寄生電容的調(diào)節(jié)區(qū)B分布在天線周界的一個局 部。這個局部部分大約小于天線周界的四分之一，因為它只是從電子芯 片模塊的位置延伸到基片的右側(cè)邊緣。
實際上，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了分布在天線整個周界上的調(diào)節(jié)區(qū)不能夠使最 后得到的轉(zhuǎn)發(fā)器正確地運行。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)利用只有 一個連續(xù)長度或僅在一段內(nèi)的調(diào)節(jié)區(qū)而不 是利用例如在基片下部邊緣上具有另 一獨立調(diào)節(jié)區(qū)的調(diào)節(jié)區(qū)得到了更 好的結(jié)果。
因此，最好調(diào)節(jié)區(qū)只涉及到天線的一側(cè)而且它是連續(xù)的；在本實例 中，調(diào)節(jié)區(qū)處在天線的長緣上。
本發(fā)明利用導(dǎo)線實際上是銅線的特性，線的直徑是不能忽視的(對 這類芯片卡來說其通常在113|nm),在非相鄰線匝之間其性能就像電容 器結(jié)構(gòu)中的兩個^f皮此相對的表面。線匝的優(yōu)選直徑為200 jLim-300 |Lim,為的是增大相對的表面和所得到的電容效果。在本實例中，直徑大約等
于250 |um。
線匝的兩個相對的表面好比是由厚度為d的絕緣材料所隔開的兩個 導(dǎo)電板。線匝在受到磁場的作用時像電容器板一樣累積電荷。由距離"d" 隔開的兩個電容器板間的負荷差使得出現(xiàn)了沿天線線匝側(cè)面分布的電容。
電容的數(shù)值由下式確定C=U/d,
- U等于電容器板或線匝之間的電位差，
-d為電容器板或線匝之間的距離。
調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)線匝之間的間距大約大于2 mm,而第一區(qū)內(nèi)線匝的固定 間距大約小于1 mm。
在另外一個實施方案中，調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)的匝間距對于外三匝(S3, S4, S5)其大約等于3.5mm,對內(nèi)三匝(SI, S2, S3)大約等于2.5 mm。
根據(jù)另一特定調(diào)節(jié)實例，圖中從左至右可得知相鄰線匝(SI, S2， S3, S4, S5)之間的間隔數(shù)^直如下2.58 mm; 3.09 mm; 3.74 mm; 3.28 mrrio
本發(fā)明通過確定僅處在天線一側(cè)的天線特定區(qū)的同時利用了上述 物理特性。在此區(qū)域內(nèi)，為調(diào)節(jié)天線的最終特性而加大了線匝的間距。
將導(dǎo)線直徑與決定線匝間電位差和間隔分布的特定區(qū)寬度結(jié)合起 來考慮能夠達到天線的目標(biāo)特性。
這些特性包括高的品質(zhì)系數(shù)，線壓總數(shù)以及根據(jù)芯片卡的限制由最 高線臣數(shù)所掃過的表面。
處在基片外部上的線匝的間距要大于位于基片或天線線圈內(nèi)部上 的線臣的間距。
匝間也^寄生電容、，這就對利用和掌控這一。參數(shù)增加了幾分難度。^ 調(diào)節(jié)區(qū)基本上鑲嵌在大約35xl2mm的長方形內(nèi)，天線則鑲嵌在區(qū)
域C=A+B內(nèi)，大約為60x35 mm。
在圖3中，諧振電路2的實施方案，對無觸點產(chǎn)品而言此方案包括
一個如前所述那樣將天線1連接至電子^t塊4的步驟。
此連接可在鑲嵌物上形成，接著可以就這樣使用此鑲嵌物或?qū)⑵浣?br> 到其他最終加工步驟如為了包覆和/或裝飾薄片而進行層壓以便構(gòu)成含天線5的無觸點芯片卡，或者甚至是含專用模塊的觸點式或無觸點式芯 片卡，其中專用模塊的接觸片除了用來與天線連接的觸點9,10以外都與 卡本體的表面齊平。
小型卡6的尺寸規(guī)格小于從中可獲取此小型卡的ISO卡7的尺寸規(guī) 格，更具體地說是因為通過沿小型卡6外形的預(yù)切線可將其取下。在本 實例中，小型卡有一個栓鑰匙鏈的小孔11,這就給小尺寸轉(zhuǎn)發(fā)器的天線 路徑中增加了幾分復(fù)雜性，這種小尺寸轉(zhuǎn)發(fā)器必須像大尺寸ISO轉(zhuǎn)發(fā)器 一樣被閱讀器查看到。
電子模塊最好包括在電子芯片8中的積分電容器，而諧振電路則包 括與天線相關(guān)的電容。由于每個面上都有金屬片的雙面型基片而成本過 高，故不用這種金屬片來構(gòu)成諧振電路的電容。
本發(fā)明的目的是通過使用已經(jīng)具有某一電容值的標(biāo)準芯片以及只 通過天線固有電容影響天線而達到預(yù)期的頻率調(diào)諧和某些其他技術(shù)條 件來使成本降低到最低限度。
這樣，根據(jù)上述實施方案來制作所述天線就得到了如所預(yù)期的合成 電容或者是總電容頻率調(diào)諧的調(diào)節(jié)。
匝間距、實際上是通過至少在天線一個區(qū)域上增大或減小規(guī)定的匝間距 離(e)在匝間寄生電容方面起作用。應(yīng)當(dāng)注意到在這個區(qū)域內(nèi)的所有 線匪都加大了匪間距離。不過，也不應(yīng)排除與間距加大的線匝相鄰的有 些線匪的間距并不加大。
這種調(diào)節(jié)方法由于匝間距離改變例如至少大于2倍，甚至5倍而更 加靈敏。在本實施例中，間距的改變大于10倍。
諧振電路2至少包括與 一個天線相關(guān)的一個電容以及包括由這一調(diào) 節(jié)方法產(chǎn)生的或者是通過應(yīng)用上述方法或過程所得到的天線。
用于制作"小型銀行卡"6型的小尺寸卡的這種方法根據(jù)電子產(chǎn)品預(yù) 期諧振頻率Fo為20MHz時給出的結(jié)果是
-天線的總面積天線鑲嵌在尺寸為60x35 mm的長方形內(nèi)；
曙5匝；
-實現(xiàn)無觸點通信功能的電子芯片，其可調(diào)的內(nèi)部電容為27微微法
拉；
畫達到這一目標(biāo)的天線電感值為2.34|uH。為了便于使用這種方法來調(diào)節(jié)電容或得到最佳結(jié)果，本發(fā)明可以使 用例如與天線幾何形狀繪圖桌或開發(fā)和/或創(chuàng)建系統(tǒng)或者是例如與幫助 天線設(shè)計或?qū)崿F(xiàn)的任何裝置相連接的計算機程序。
這個程序能夠借助處理裝置執(zhí)行完成上述發(fā)明方法的各個步驟。根 據(jù)計算規(guī)則能夠達到至少是更加準確或最佳地確定出匝間偏移或調(diào)節(jié) 區(qū)長度。
這一確定特別是隨幾何參數(shù)或以上限定的電氣約束條件的變化而 進行。計算機程序能夠考慮非相鄰線匝隨其直徑變化所產(chǎn)生的影響。處 理裝置和計算機程序應(yīng)配置成能夠確定天線局部區(qū)域內(nèi)匝間距離隨最 后得到的匝間分布電容的變化。
相比之下，為達到根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這一數(shù)值，導(dǎo)線直徑達115 ium 的線匝之間所需要的間隔應(yīng)當(dāng)是1.12 mm。這樣建立的由天線掃過的表 面面積為8522 mm2,品質(zhì)因數(shù)為81。
使用本發(fā)明時，天線的總面積為天線鑲嵌在尺寸為60x35 mm的 長方形內(nèi)，
-導(dǎo)線直徑為250|iim,其中25 ium是絕緣材料， 國調(diào)節(jié)區(qū)外的線匝間距為700|iim,
-調(diào)節(jié)區(qū)的大小為其鑲嵌在尺寸為35x12 mm的長方形內(nèi)。 這樣建立的同天線掃過的表面為9285 mm2,在無載情況下天線的 品質(zhì)因數(shù)為93。
現(xiàn)有技術(shù)下的實施方案與遵從本發(fā)明實施方案之間的差別是使用 本發(fā)明實施方案時增加的表面積達8%,特別重要的是天線的品質(zhì)因數(shù) 高出15%。
在本實例中，考慮到占用的表面小，可以使用遵從本發(fā)明的無觸點 產(chǎn)品，而不使用具有用同樣導(dǎo)線制成的任何其他幾何形狀的天線且天線 線匝在其整個周界上具有固定間隔的產(chǎn)品。
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權(quán)利要求
1.諧振電路(1，2，4)調(diào)諧頻率的調(diào)節(jié)方法，諧振電路包括具有固定間隔(e)產(chǎn)生匝間寄生電容的線匝，其特征在于，該方法包括通過改變至少在天線1的一個局部區(qū)域B上相鄰線匝的固定間距F、G、H、I來調(diào)節(jié)匝間寄生電容的步驟。
2. 諧振電路調(diào)節(jié)天線的制作方法，所述天線至少有一個包括具有預(yù) 定固定間隔(e)相鄰線匝的第一區(qū)(A),其特征在于，在也被稱為是調(diào)節(jié)區(qū)B的天線的第二區(qū)，相鄰線匝的 間距F、 G、 H、 I完全不同于線匝的預(yù)定固定間隔(e)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線的制作方法，其特征在于寄生電容的 調(diào)節(jié)區(qū)B分布在天線周界的最小一部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線的制作方法，其特征在于，此最d、一 部分大約小于天線周界的四分之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4之一所述的天線制作方法，其特征在于，線匝 的直徑在200 |um-300 )iim之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2-5之一所述的天線的制作方法，其特征在于，調(diào) 節(jié)區(qū)內(nèi)的線匝間距大約大于2 mm,在第一區(qū)內(nèi)的線匝固定間距大約小 于1 mm
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線的制作方法，其特征在于，調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi) 的匝間距離對三個外匝S3, S4, S5大約等于3.5mm,對于三個內(nèi)匝Sl， S2， S3大約等于2.5 mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2-7之一所述的天線的制作方法，其特征在于，調(diào) 節(jié)區(qū)B基本上鑲嵌在大約35x12 mm的長方形內(nèi)，天線鑲嵌在大約60 x35 mm的區(qū)域(A+B )內(nèi)。
9. 諧振電路(1, 2， 4)的制作方法，所述諧振電路包括與天線相 關(guān)的電容，其特征在于，所述電容或該電容的頻率調(diào)諧是通過制作根據(jù)權(quán)利要 求2-7之一所述的天線來獲得的。
10. 諧振電路的調(diào)節(jié)天線1，所述天線至少有包括具有預(yù)定固定間 距之線匝的第一區(qū)A，其特征在于，該天線至少在也被稱為調(diào)節(jié)區(qū)B的第二區(qū)上包括匝間 距離(F-I)不同于預(yù)定固定間距(e)的線匝(Sl-S5)。
11. 諧振電路(l, 2, 4),該諧振電路(l, 2， 4)至少包括與天 線相關(guān)的電容，其特征在于，該諧振電路(l， 2, 4)包括根據(jù)權(quán)利要 求10所述的或通過根據(jù)權(quán)利要求2-8之一所述方法而獲得的天線1。
12. 無觸點智能卡(7, 6),該智能卡(7, 6)包括根據(jù)權(quán)利要求 IO所述的天線(1)或根據(jù)前一權(quán)利要求所述的諧振電路(1, 2, 4)。
13. 用于制作和/或確定諧振電路調(diào)節(jié)天線的編程裝置，所述天線至 少有包括具有預(yù)定固定間距和匝間寄生電容的線匝的第 一 區(qū)A,其特征在于，該編程裝置包含處理裝置和程序，處理裝置和程序應(yīng) 配置成能夠通過改變至少在天線一個局部區(qū)域B上相鄰線匝的固定間 距F、 G、 H、 I來調(diào)節(jié)天線的匝間寄生電容。
全文摘要
本發(fā)明涉及到諧振電路(1，2，4)調(diào)諧頻率的調(diào)整方法，諧振電路包括具有固定間距(e)產(chǎn)生匝間寄生電容的線匝。方法的特征在于通過改變至少在天線(1)一個區(qū)域B上相鄰線匝的固定間距F、G、H、I是在匝間寄生電容方面來進行諧振電路調(diào)諧頻率的調(diào)節(jié)。本發(fā)明使用這種調(diào)整方法來制作諧振電路的調(diào)節(jié)天線、諧振電路以及無觸點產(chǎn)品。本發(fā)明還涉及到制作和/或確定天線的編程裝置。
文檔編號H01Q1/22GK101300590SQ200680040763
公開日2008年11月5日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者A·布尤卡蘭德, F·塞班, J·-P·卡魯亞納 申請人:格姆普拉斯公司