РАДИОЧАСТОТНОЕ УСТРОЙСТВО
RADIO-FREQUENCY DEVICE

Изобретение относится к радиочастотным устройствам, в частности к радиочастотным устройствам, содержащим электронный компонент, снабженный встроенной антенной, имеющей электромагнитную связь с усилительной или, так называемой, «бустерной» антенной.
В патентной заявке ЕР 1031939 раскрыто радиочастотное устройство, содержащее электронный компонент и несколько антенн.
Такие радиочастотные устройства широко известны.
Наличие усилительной антенны позволяет увеличить дальность радиообмена.
Насколько известно заявителю, усилительные антенны изготавливают исключительно способом травления или трафаретной печати.
Для обеспечения электрического замыкания антенной цепи, изготовленной указанными способами, требуется соединить концы антенны специальной перемычкой, которая должна проходить через витки антенны и, следовательно, быть изолированной от них.
В случае трафаретной печати изоляция достигается с помощью нанесения на витки слоя изоляционного материала. Такое нанесение осуществляют перед формированием перемычки, в ходе второго прохода трафаретной печати.
В случае же использования антенны, изготовленной травлением, перемычку выполняют механическим способом, при этом она состоит, как правило, из пластикового изолирующего слоя, на который нанесен проводящий слой, а электрическая проводимость обеспечивается установлением механического контакта, в частности путем обжатия, или же с использованием проводящего клея.
Изготовление подобных антенн является довольно трудоемким делом, требующим выполнения нескольких операций на одной и той же или даже на нескольких машинах.
Кроме этого такие антенны недостаточно надежны в случае длительной эксплуатации, когда они расположены на основе, подверженной воздействию значительных деформаций, поскольку в зонах, подверженных механическим нагрузкам, наблюдается тенденция к возрастанию омического сопротивления проводящих дорожек, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик антенны.
Известны также технологии изготовления проволочных антенн посредством размещения на листовой основе электрически изолированной проволоки и присоединения концов этой проволоки к электронному компоненту, например к модулю. Указанное присоединение к модулю осуществляют либо способом термокомпрессии с созданием электрической дуги, вызывающей локальное расплавление материала и разрушение изоляции проволоки, либо пайкой с использованием припоя.
Таким образом, имеется потребность в дальнейшем усовершенствовании радиочастотных устройств, содержащих усилительную антенну.
Задачей настоящего изобретения является разработка радиочастотного устройства, содержащего:
- по меньшей мере один лист основы,
- по меньшей мере одну проволочную усилительную антенну, выполненную из электрически изолированной проводящей проволоки, образующую по меньшей мере один виток, причем два конца проволоки указанной антенны электрически соединены друг с другом.
Два конца антенны могут быть соединены либо путем их непосредственного соединения друг с другом, либо посредством вставного элемента, например проводящего элемента с низким электрическим сопротивлением, предпочтительно элемента, который, по меньшей мере, частично выполнен из металла.
Изобретение позволяет упростить изготовление антенны, так как благодаря тому, что проволока выполнена изолированной, отсутствует необходимость в последующем нанесении слоя изоляционного материала и перемычке для электрического замыкания антенной цепи.
Кроме того, использование проволоки вместо проводящей дорожки, получаемой методом трафаретной печати или травления, позволяет повысить надежность устройства в случае значительных механических нагрузок на основу.
Концы антенны могут быть соединены друг с другом в соединительной зоне, которая предпочтительно находится на некотором удалении от основы, например, благодаря наличию в листе основы специального углубления, в котором располагается эта соединительная зона.
Выражение «находится на некотором удалении от основы» следует понимать таким образом, что концы антенны, соединяющиеся в соединительной зоне, не соприкасаются с основой. Они могут контактировать со специальным наполнителем, который накладывают на основу.
Таким образом, предотвращают возможность повреждения листа основы в процессе спаивания концов антенны.
В углублении может быть расположен вышеупомянутый проводящий элемент, при этом концы проволоки присоединяют к этому элементу.
Углубление может проходить сквозь лист основы или не проходить.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения углубление заполнено наполнителем, в качестве которого используют, например, смолу. Благодаря этому можно улучшить внешний вид листа основы после соединения друг с другом концов проволочной антенны.
Соединительная зона может находиться на периферии антенны, благодаря чему удается повысить качество электромагнитной связи с электронным компонентом, или в каком-либо ином месте.
Соединенные друг с другом концы проволочной антенны могут быть ориентированы, по существу, параллельно или, в соответствии с другим вариантом, по существу, перпендикулярно.
Концы проволочной антенны могут быть соединены без использования дополнительного материала или с использованием дополнительного материала, в частности с использованием металлического сплава.
Соединенные концы могут быть сплющены, что позволяет ограничить утолщение, которое в ряде случаев образуется в соединительной зоне.
В качестве проволочной антенны может быть использована эмалированная проволока, в частности медная эмалированная проволока. Она может иметь круглое сечение, при этом диаметр проволоки может быть, например, меньше или равен 100 мкм, предпочтительнее меньше или равен 80 мкм.
Устройство может содержать по меньшей мере один покрывающий слой, который покрывает антенну со стороны, противоположной листу основы. На этот покрывающий может быть нанесен клей, причем клей наносят на сторону, обращенную к антенне.
Проволочная антенна может быть, по меньшей мере, частично заглублена в лист основы и/или в покрывающий слой. Такое заглубление может быть выполнено в ходе размещения проволочной антенны на листе основы.
Заглубление может быть выполнено способом, в соответствии с которым проволоку и лист основы подвергают воздействию ультразвуковых колебаний.
По меньшей мере, один из двух элементов - либо лист основы, либо покрывающий слой - может содержать волокна, в частности волокна бумаги, например, волокна целлюлозы.
Радиочастотное устройство может не содержать электронного компонента. В соответствии с другим вариантом радиочастотное устройство может содержать электронный компонент, снабженный встроенной антенной, которая имеет бесконтактную электромагнитную связь с усилительной проволочной антенной.
Электронный компонент может содержать интегральную схему, соединенную с основой, на которой выполнена встроенная антенна, - подобный компонент называют также «антенным модулем». В качестве электронного компонента можно также использовать интегральную схему, уже снабженную собственной кремниевой антенной, гибкой или жесткой вставкой, а также вкладышем или платой, в частности, на пластиковой основе.
В листе основы может быть выполнено по меньшей мере одно углубление, в котором, по меньшей мере, частично размещен электронный компонент. Это позволяет уменьшить толщину радиочастотного устройства.
Электронный компонент может иметь ступенчатую форму с расширенной нижней частью. В листе основы может быть выполнено углубление, в которое помещена указанная нижняя часть, причем толщина листа основы, по существу, равна толщине нижней части.
Электронный компонент может находиться в области, ограниченной витками усилительной антенны, если смотреть на антенну сверху, или за пределами данной области. Витки антенны расположены, по существу, в одной плоскости.
Электронный компонент и усилительная антенна могут быть выполнены на одном и том же листе основы или на разных листах. Предметом изобретения является также блок, содержащий:
- радиочастотное устройство вышеописанного типа, не содержащее электронного компонента, имеющего электромагнитную связь с усилительной антенной, и
- по меньшей мере один электронный компонент, предусматривающий возможность его отделения от радиочастотного устройства и содержащий встроенную антенну, предусматривающую возможность электромагнитной связи с усилительной антенной.
Радиочастотное устройство может быть встроено в первое изделие, а электронный компонент может быть встроен во второе изделие, выполненное с возможностью соединения с первым изделием с установлением электромагнитной связи между встроенной антенной электронного компонента и усилительной антенной радиочастотного устройства. В случае необходимости предусматривают возможность отделения второго изделия от первого.
Первое и второе изделия могут представлять собой ценные документы. Первый документ может представлять собой паспорт, а второй - визу, наклеиваемую на этот паспорт или прикрепляемую к нему.
Первое изделие может также представлять собой удостоверение личности, кредитную или абонементную карту, а второе изделие - временный купон, подтверждающий действие данной карты.
Кроме того, первое изделие может представлять собой футляр для карт, а второе изделие - карту, вкладываемую в этот футляр.
Изобретение также относится к способу изготовления радиочастотного устройства, включающему в себя следующие этапы:
- на по меньшей мере одном листе основы размещают электрически изолированную проволоку с образованием по меньшей мере одного витка проволочной антенны,
- выполняют электрическое соединение друг с другом двух концов антенны посредством локального расплавления материала, причем во время этого соединения концы в достаточной степени удаляют и/или термически изолируют от основы во избежание ее повреждения.
Соединение концов может происходить внутри углубления или над углублением, выполненным в листе основы, благодаря чему в процессе соединения удается предотвратить соприкосновение основы с высокотемпературным материалом.
В углублении основы может быть помещен электропроводящий элемент, а соединение концов может осуществляться посредством этого проводящего элемента или на нем.
Так, например, два конца проволочной антенны могут припаиваться к проводящему элементу, замыкающему антенную цепь, или же, согласно другому варианту, припаиваться друг к другу и к проводящему элементу, при этом последний не будет выполнять какой-либо электропроводящей функции.
Можно также выполнить соединение концов проволочной антенны на упоре подложки, на которую через углубление может быть помещен лист основы. Такой упор может представлять собой, например, сменную деталь подложки и выступать над подложкой таким образом, чтобы он, по меньшей мере, частично входил в углубление.
Соединение можно также выполнить после ввода упора между соединяемыми концами и листом основы. В этом случае можно обойтись без указанного выше углубления.
Соединяемые концы могут быть ориентированы параллельно и в процессе соединения удерживаться прижатыми друг к другу с боков, либо перед соединением могут быть ориентированы, по существу, перпендикулярно. Проволочная антенна может быть выполнена на основе с, по меньшей мере, частичным заглублением в нее путем локального расплавления листа основы.
Толщина проволоки антенны может быть частично или полностью компенсирована клеем (клеями) и сборочными материалами.
Наличие выемки позволяет частично или полностью компенсировать увеличение толщины основы за счет наличия электронного компонента и, таким образом, предотвратить его выступание наружу.
Далее изобретение пояснено более подробно на примерах его осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 схематически показан вид сверху вставки согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг.2 схематически показан разрез по линии II-II, показанной на фиг.1;
на фиг.3 показан частичный разрез в увеличенном масштабе по линии III-III, показанной на фиг.1;
на фиг.4 и 5 показаны виды сверху, иллюстрирующие некоторые из возможных вариантов ориентации соединяемых концов антенны;
на фиг.6 показан вид, аналогичный показанному на фиг.2, иллюстрирующий один из вариантов осуществления изобретения;
на фиг.7 показан вид, аналогичный показанному на фиг.3, иллюстрирующий один из вариантов осуществления изобретения;
на фиг.8-12 показаны различные варианты выполнения соединения концов антенны;
на фиг.10 показана подложка, которая может быть использована при выполнении соединения, показанного на фиг.9;
на фиг.13 и 14 показано заполнение находящегося в соединительной зоне углубления наполнителем;
на фиг.15-17 показаны различные примеры выполнения блоков, содержащих радиочастотное устройство согласно изобретению;
на фиг.18 показан вид, аналогичный показанному на фиг.1, иллюстрирующий другой вариант осуществления изобретения;
на фиг.19 и 20 показаны виды, аналогичные показанным на фиг.2, иллюстрирующие другие варианты осуществления изобретения.
Для большей наглядности изображения на вышеперечисленных чертежах не всегда соблюдены относительные пропорции различных элементов. На фиг.1-3 показана вставка 1, содержащая лист 2 основы, антенну 3 и покрывающий слой 4, причем на указанный покрывающий слой, на его стороне, обращенной к листу 2, нанесен клеевой слой 5.
В данном случае используют проволочную антенну 3, выполненную путем формирования на листе 2 нескольких концентрических витков эмалированной медной проволоки.
На участке 8 проволока антенны 3 проходит через витки, обеспечивая возможность соединения друг с другом двух концов проволоки в соединительной зоне 10, находящейся на периферийном участке антенны.
Как показано на фиг.3, в рассматриваемом примере концы проволоки соединены друг с другом на проводящем элементе 12, который выполнен, например, металлическим и расположен в углублении 13, предусмотренном в листе 3.
Концы проволочной антенны могут соединяться друг с другом, например, с использованием термокомпрессии посредством специального устройства, которое обеспечивает нагрев проволоки до температуры, достаточной для ее расплавления.
В качестве такой проволоки можно использовать, например, эмалированную медную проволоку, при этом термокомпрессионная сварка обеспечивает локальное разрушение эмали.
Радиочастотное устройство также содержит электронный компонент 20, например устройство радиочастотной индентификации РЧИД (RFID), который снабжен встроенной антенной, имеющей электромагнитную связь с усилительной антенной 3.
Этот электронный компонент 20 может быть помещен внутри области, ограниченной витками, как показано на фиг.1, и расположен таким образом, чтобы обеспечить оптимальную электромагнитную связь с усилительной антенной 3.
В соответствии с другим вариантом, проиллюстрированным на фиг.18, электронный компонент 20 может быть помещен за пределами области, ограниченной витками.
В качестве электронного компонента 20 могут также применять антенный модуль или вставку, предусматривающие при необходимости возможность автономного функционирования и имеющие основу, на которой находится встроенная антенна, выполненная методом травления или трафаретной печати и соединенная с интегральной схемой, выполненной, например, способом «перевернутого кристалла» («flip chip»), обеспечивающей контактное соединение с основой в процессе ее установки.
Электронный компонент 20 может содержать по меньшей мере одно запоминающее устройство и один процессор, выполненный с возможностью считывания указанного электронного устройства и/или записи в него. Антенный модуль может быть снабжен микропроцессором.
В случае необходимости электронный компонент 20 может содержать по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью измерения по меньшей мере одного параметра окружающей среды, например, датчик влажности, температуры, освещенности, либо датчик, чувствительный к какому-либо внешнему возбудителю, например, к наличию определенных химических соединений или живых организмов.
При необходимости электронный компонент 20 может быть также снабжен по меньшей мере одним жидкокристаллическим или светоизлучающим визуальным индикатором или датчиком отпечатков пальцев.
Как показано на чертежах, электронный компонент 20 может иметь расширенную нижнюю часть 26, толщина которой, по существу, соответствует толщине листа основы, причем часть 26 расположена в выполненном в листе 2 углублении 22, тогда как верхняя часть 24 компонента 20 расположена в углублении 25, выполненном в покрывающем слое 4 и клеевом слое 5.
Совокупная толщина листа 2 покрывающего слоя 4 и клеевого слоя 5 может, по существу, соответствовать общей высоте электронного компонента 20, в результате чего вставка 1 будет иметь практически равномерную толщину по всей своей длине.
Предпочтительно, чтобы соединительная зона 10 находилась на периферии антенны, однако в соответствии с одним из не представленных здесь вариантов, она может располагаться и внутри витков. Размещение соединительной зоны 10 на периферийном участке 10 антенны позволяет повысить однородность электромагнитной связи со встроенной антенной электронного компонента 20.
Как показано на фиг.4, концы 30 и 31 проволочной антенны 3 на выходе из соединительной зоны 10 могут быть ориентированы, по существу, параллельно, или же параллельно подходить к соединительной зоне из одного и того же направления.
В соответствии с другим вариантом, показанным на фиг.5, эти концы 30 и 31 могут быть ориентированы, по существу, перпендикулярно.
В соответствии с вариантом, представленным на фиг.19, электронный компонент 20 расположен в слое 7, являющемся составной частью вставки 1.
Как показано на фиг.6, вставка 1 может быть выполнена и без электронного компонента 20, при этом указанный компонент располагают за пределами вставки.
В соответствии с вариантом, показанным на фиг.20, электронный компонент располагают в слое 9, который не является составной частью вставки 1.
Вне зависимости от того, предусмотрен электронный компонент 20 или нет, вставка может содержать лист 2 и покрывающий слой 4 без промежуточного клеевого слоя 5, как это показано на фиг.7. В этом случае проволочная антенна 3 может быть, по меньшей мере, частично заглублена в лист 2 и/или в покрывающий слой 4 так, чтобы над антенной 3 не формировалось чрезмерное утолщение.
Соединение друг с другом концов 30 и 31 антенны можно выполнять разными способами.
Как показано на фиг.8, когда в углублении 13 листа 2 имеется вставной элемент 12, термокомпрессию можно осуществлять на этом элементе, обладающем устойчивостью к повышению температуры в процессе соединения концов. В качестве указанного вставного элемента 12 можно использовать, например, металлический элемент, например медную пластинку. Каждый из концов 30 и 31 можно соединить с проводящим элементом 12 без их непосредственного соединения друг с другом. В соответствии с другим вариантом эти концы можно соединить друг с другом, не соединяя их со вставным элементом 12, и в этом случае последний в ходе термокомпрессии будет выступать в качестве упора, и возможно, не будет представлять собой проводник электричества. Согласно еще одному варианту концы 30 и 31 могут быть соединены и друг с другом и со вставным элементом 12.
Как показано на фиг.10, лист 2 можно также выполнить без вставного элемента 12, а соединение друг с другом концов 30 и 31 осуществлять через углубление 13 с прижатием к упору 40, который выступает из подложки 45, на которой размещают лист 2.
Как показано на фиг.10, при необходимости подложка 45 может быть снабжена несколькими упорами 40, в частности, в том случае, если из одного листа 2 выполняют несколько вставок.
Для каждого упора 40 можно, например, предусмотреть возможность его съемного крепления на подложке 45 так, чтобы он мог представлять собой заменяемую деталь.
Каждый из упоров 40 может представлять собой, например, керамическую деталь, устойчивую к воздействию высоких температур.
После соединения друг с другом концов 30 и 31, как показано на фиг.13, в углубление 13 можно ввести специальный наполнитель 50, как показано на фиг.14, с целью предотвратить образование отверстия на стороне 52 вставки, противоположной покрывающему слою 4.
Можно также выполнить соединение друг с другом концов 30 и 31 с установкой между листом 2 и концами 30, 31 специального упора 53, основание 54 которого заходит под концы 30 и 31. Термокомпрессионный инструмент 60 может при необходимости иметь одну или несколько наклонных граней 61, обеспечивающих возможность прижатия друг к другу концов 30 и 31 в боковом направлении.
Как показано на фиг.12, при необходимости термокомпрессионный инструмент 60 может опираться на концы 30 и 31, при этом концы поддерживаются с боков с помощью двух зажимов 64 и 65.
Согласно изобретению вставка может содержать или не содержать электронный компонент 20, снабженный встроенной антенной, имеющей электромагнитную связь с усилительной антенной.
В случае, когда вставка содержит электронный компонент 20, этот компонент может быть, например, встроен в изделие, например, в ценный документ, взамен традиционных вставок, содержащих проволочную антенну, концы которой электрически соединены с электронной интегральной схемой или с модулем.
Настоящее изобретение также предусматривает возможность размещения усилительной антенны 3 на первом изделии, а электронного компонента 20 - на втором изделии. Первое изделие может представлять собой, например, футляр 70 для карты, показанный на фиг.15, при этом электронный компонент 20 располагают на карте 71, которую помещают в футляр 70. В результате карман 70 обеспечивает дополнительную защиту от несанкционированного использования карты 71, затрудняя пользование ею в отсутствие такого футляра.
Первое изделие, содержащее усилительную антенну 3, может также представлять собой паспорт 83, при этом усилительная антенна 3 может быть, например, встроена в обложку паспорта. В качестве второго изделия может использоваться виза 74, снабженная электронным компонентом 20. Усилительная антенна 3 паспорта обеспечивает возможность считывания данных, содержащихся в электронном компоненте 20 визы.
Как показано на фиг.17, первое изделие может также представлять собой удостоверение личности, кредитную или абонементную карту 76, содержащую, например, фотографию владельца и вставляемую в один из клапанов двухклапанного футляра 78. Во второй клапан может вставляться временный купон 80, содержащий электронный компонент 20, причем когда футляр 78 закрыт, его встроенная антенна находится в электромагнитной связи с усилительной антенной 3 карты 76.
Очевидно, что изобретение не ограничивается рассмотренными выше вариантами его осуществления.
В частности, лист 2 основы предусматривает различные варианты исполнения - так, например, он может представлять собой пластиковую пленку и/или один или несколько слоев бумаги.
При необходимости лист 2 основы может иметь композитную структуру и может одновременно содержать, по меньшей мере, волокна пластмассы и бумаги.
Лист 2 основы может также содержать волокна целлюлозы.
Покрывающий слой 4 может также иметь другую структуру и содержать, например, пластиковую пленку и/или несколько слоев бумаги.
Если не оговорено иное, выражение «содержащий один…» следует понимать в смысле «содержащий по меньшей мере один».