СМЕННАЯ КАРТА ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ КОММУНИКАЦИИ, СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ
PLUG-IN CARD FOR WIRELESS COMMUNICATION, METHOD FOR MANUFACTURE AND USE THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Представленное изобретение является съемной плоской картой, в частности картой памяти, настроенной на беспроводную радиосвязь, в основном в диапазоне НДЧ, с целью осуществления бесконтактных платежей при помощи устройств мобильной связи. Также описывается использование карты и способ изготовления путем заимствования устройства обычной съемной карты (карты памяти) и дополнения его необходимыми элементами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В различных цифровых устройствах, таких как цифровые камеры, мобильные телефоны, компьютеры, используется ряд различных форматов карт памяти. Определенный тип слота и контактов определяет формат карты. Массовый выпуск карт памяти способствует их широкому распространению, и устройства связи, такие как мобильные телефоны, зачастую снабжаются слотом для установки карты памяти.
В настоящий момент не известно существующих типов карт памяти, которые, помимо основной функции, придавали бы устройству новые возможности - такие как канал беспроводной связи. Такой канал необходим для проведения авторизированных операций, в частности прямых платежей. Дополнительная реализация проводникового пути к примеру в формате НДЧ-чипа, устанавливаемого на мобильные устройства, позволит значительно повысить частоту осуществления прямых платежей посредством устройств мобильной связи.
Попытки выделить место для элемента бесконтактной связи на существующих устройствах сталкиваются с проблемой размещения антенны таким способом, чтобы она не затрагивала ни внешнего вида устройства, ни вступала в конфликт с прочими элементами, и при этом была способна принимать и отдавать электромагнитное поле.
Изобретение в соответствии с патентом JP 2007166379 предусматривает использование антенны, расположенной на внешней поверхности мобильного телефона. В относительно современных мобильных телефонах такая технология просто неприменима. Решение в соответствии с CN 1870012 предусматривает размещение антенны в карте памяти. Однако такое решение отличается слабыми характеристиками передачи, так как антенна размещается вместе с картой внутри слота мобильного телефона.
Французские изобретения FR 0611190 и FR 0611189 описывают соединение между картой памяти и антенной. Однако они не предоставляют решения для конкретной настройки и позиционирования антенны, и антенна не является частью самой карты. Многие изобретения, такие как CN 101013903, US 2007/0158438 A1, KR 20040089800 A, KR 20030005088 A и JP 2004348235 A, описывают преимущества возможности мобильных телефонов сообщаться на коротких дистанциях посредством НДЧ-, РЧ-связи. Однако эти решения не описывают технических средств, способных придать новые возможности существующим устройствам мобильной связи.
Изобретение DE 102007019272 А1 описывает соединение между дополнительной антенной и SIM-картой посредством эластичного держателя антенны, что должно позволить решить проблему размещения, т.к. антенна располагается за пределами корпуса телефона. Однако это решение не является приемлемым для повседневного использования и затрудняет работу с SIM-картой и батареей.
Другим решением, представленным в изобретении JP 2007060076 A, является использование корпуса батареи в качестве носителя системы антенны, что тяжело представить используемым на практике для расширения функционала мобильного телефона. Также известны решения, где антенна НДЧ-связи изначально заложена в конструкцию телефона. Такие решения, например KR 20040012401 A, KR 20050008622 A, не позволяют оборудовать существующие телефоны дополнительным модулем связи.
Изобретения DE 102005026435 B3 и US 20060255160 A1 описывают карту памяти, кроме чипа, включающую и антенну. Это изобретение не предусматривает конкретного размещения антенны таким образом, чтобы избежать помех и наделить ее достаточными возможностями для приема и отдачи электромагнитного поля после установки карты памяти в слот устройства. Такое решение использует в качестве антенны весь корпус карты, что на деле лишь ухудшает качество связи.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описанные выше недостатки устраняются путем применения сменной карты для бесконтактной связи, состоящей из чипа, плоского корпуса карты из неэлектропроводного материала и контактов; в соответствии с изобретением антенна занимает по крайней мере одну нить проводникового пути на внешней непроводящей поверхности корпуса карты и по крайней мере частично покрыта слоем ферромагнитного материала.
Расположение антенны и создание проводящей нити на внешней поверхности корпуса карты повышают характеристики антенны. Покрытие антенны ферромагнитным слоем решает проблему с помехами и стабилизирует настройку антенны.
После установки в слот устройства карта экранируется электромагнитным полем от металлических деталей разъема. Не попадают под экран в основном входное сечение разъема, поверхность которого слишком мала, учитывая малую толщину карт памяти. Нанесение на карту ферромагнитного материала обеспечивает создание условий для направления электромагнитного поля к антенне на поверхности карты. Для придания ей необходимых характеристик приема и передачи необходимо обеспечить нанесение слоя ферромагнитного материала на стороне карты, противоположной к стороне контактов, который достигал бы крайней зоны участка корпуса карты, желательно до самого края карты. С технологической точки зрения проще обеспечить покрытие ферромагнитным слоем всей поверхности карты за исключением контактов.
Для соблюдения стандартных размеров съемных карт в пределах допуска возвышение проводникового пути антенны над поверхностью корпуса карты и толщина ферромагнитного покрытия не должны превышать в сумме 0,15 мм, предпочтительно до 100 µм. В таком случае возможно использовать такую карту памяти, устанавливая ее в стандартный разъем на мобильном телефоне без необходимости доработки корпуса карты. Относительная вакуумная проницаемость ферромагнитного материала составляет от 30 до 180, рекомендуемый диапазон - от 50 до 150.
При рекомендуемой конфигурации антенна устанавливается на поверхности карты (верхней либо нижней) в виде 6-10, оптимально 8 проводящих дорожек (нитей), и обе поверхности карты покрываются ферромагнитным слоем. Фактически антенна размещается между двумя слоями ферромагнитного материала.
2
3
3
4
С точки зрения характеристик передачи рекомендуется обеспечить ширину проводящих дорожек от 75 до 125 µм, оптимально 100 µм. В одном из вариантов ферромагнитный слой имеет форму пленки шириной от 75 до 125 µм, оптимально 100 µм. Рекомендуется использовать ферромагнитный слой, состоящий из ферритной пленки смеси оксида FeO, возможно FeO с двухвалентными металлами.
Для решений с одной антенной рекомендуется спиралевидное размещение дорожек на участке четырехугольной формы. С технологической точки зрения углы такой системы будут изогнуты. Одна сторона прямоугольника достигает крайней зоны корпуса карты со стороны, обратной стороне контактов, желательно до края карты. При этом край антенны устанавливается на тот край корпуса карты, который после установки в разъем будет из него выглядывать либо находиться ближе к краю разъема. Противоположная сторона четырехугольника не превышает 2/3, оптимально половины высоты корпуса карты, а боковые стороны четырехугольника доходят до крайних зон корпуса карты, оптимально до края карты. При этом используется часть поверхности карты, обеспечивающая стабильную передачу электромагнитной волны. Использование более глубоко расположенных частей карты для установки антенны является менее продуктивным или даже отрицательно влияющим на качество передачи.
С точки зрения использования распространенного формата microSD рекомендованной будет конфигурация, при которой описанная поверхность антенны имеет ортогональную форму, желательно прямоугольника размером 3.5-6.5×6-10 мм, оптимально 5×8 мм.
f=14МГц
С точки зрения настройки желательно подключить антенну в линию с накопительным элементом, таким как конденсатор. Такой серийный резонансный контур настраивается на частоту 13.0-15.0 МГц после установки карты в разъем, при этом оптимальной будет частота 14.0 МГц. Антенна подключается в серию с сопротивлением, размещенным на противоположной от элемента-накопителя стороне. Сопротивление составляет от 10 до 18Ω, предпочтительно 14Ω. В отличие от нынешних методов обработки сигнала антенны, в данном решении, в соответствии с изобретением, предусмотрено чтение сигнала между первой и второй нитью с той стороны, где подключен элемент-накопитель. Полное входное сопротивление приемного контура составляет Х=4000Ω-j2200Ω при частоте 14МГц.
Корпус карты произведен из термопластика, предпочтительно полимерного типа РА6/6Т и/или LCP и/или РВТ и/или PET, предоставляющего оптимальные условия для прокладывания в нем выемок с приемлемым прилеганием проводникового пути к поверхности выемки. Для достижения аналогичного эффекта корпус карты может быть просто покрыт слоем вышеупомянутых материалов на местах, через которые будет пролегать проводниковый путь. Значение толщины слоя должно как минимум быть равным значению высоты проводникового пути.
Карта памяти может содержать и две антенны в форме спиральной индуктивной катушки, расположенных на противоположных сторонах корпуса карты вне зоны контактов, при этом катушки соединены через металлические выемки в корпусе карты. Оба участка карты покрыты ферромагнитным материалом до краев карты - до конца участков, противоположных зоне контактов. Ферромагнитные межсоединения располагаются на краю внешней части разъема и не экранируются его металлическими частями. Такая конфигурация создает эффект воронки для потока электромагнитного поля.
Также возможно решение, когда проводниковый путь антенны проходит через замкнутый контур, опоясывающий корпус карты. Нить проводникового пути пересекает участок на поверхности карты наискось и/или по кривой, проходящей через край корпуса карты и возвращающейся к противоположной стороне, опоясывая карту крест-накрест. Учитывая количество нитей, они наматываются на корпус карты одна за другой. Направление проводникового пути на поверхности карты - вертикальное, к краю корпуса карты, и необходимое движение соседних нитей достигается на краю корпуса карты на спуске либо кривой в форме проводникового пути. При таком решении создается индуктивная катушка с нитями, идущими в обеих проекциях - вертикальной и параллельной поверхности карты. Благодаря такой конструкции становится возможным прием и отдача электромагнитного поля в обоих этих направлениях. В случае возникновения проблем с бесконтактной передачей сигнала посредством описанной здесь съемной карты они могут быть исправлены при поднесении устройства мобильной связи с установленной картой к устройству, подходящему для подключения, такому как платежный терминал, когда антенна способна обрабатывать электромагнитное поле, направленное на нее в непосредственной близости у передатчика. Для достижения эффективной работы нитей желательно, чтобы проводниковые пути вокруг замкнутого контура были параллельными.
При использовании двух антенн первый контакт первой антенны подключается к чипу, второй контакт первой антенны подключается к заземлению, также первый контакт второй антенны и второй контакт второй антенны подключаются к чипу. Система имеет две почти резонирующие частоты, благодаря чему она настроена на более широкий диапазон. Этот диапазон учитывается для ненастроенной системы после установки карты в разъем устройства. Требуемая частота составляет 13,56 МГц. Такая частота может быть получена антеннами без внешнего воздействия окружающих факторов в случае, когда они настроены на частоты в диапазоне от 13,4 МГц до 13,7 МГц, причем наилучшим будет диапазон от 13,5 МГц до 13,6 МГц.
Для увеличения функциональности предпочтительнее использовать карты памяти, оптимально - формата micro-SD, SD или mini-SD.
Предметом защиты, в соответствии с самим изобретением, является само использование описанных выше съемных карт в мобильном телефоне, для создания бесконтактного канала связи для платежных приложений с использованием устройства мобильной связи.
Недостатки действующего технического уровня могут быть в значительной мере устранены и способом производства антенны на корпусе съемной карты из непроводящих материалов; при этом, в соответствии с данным изобретением сначала углубление в форме проводящей дорожки вытачивается на поверхности корпуса карты, предпочтительно при помощи лазерного луча. Толщина выточки не должна быть в ущерб целостности корпуса карты и, как правило, не должна превышать толщину от 0,005 мм до 0,05 мм.
Затем углубление заполняется проводящим материалом, предпочтительно из сплава, содержащего золото, так как контакты антенны подключаются к чипу, и на поверхность одной или же обеих областей наносится ферромагнитная пленка, хотя бы частично покрывающая антенну. Это возможно, если углубление заполняется проводящим материалом до уровня поверхности карты.
Для достижения хорошего прилегания проводящей дорожки к корпусу карты и для простоты выточки углублений желательно, чтобы углубление вытачивалось до уровня термопластичного слоя, предпочтительно состоящего из РА6/6Т, и/или LCP, и/или РВТ, и/или PET.
Этого можно достигнуть путем выбора основного материала корпуса карты либо нанесением слоя требуемого материала на поверхность корпуса карты перед выточкой углублений.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение представлено более подробно на Фиг.1-7, где на Фиг.1 представлена проекция съемной карты памяти с двумя антеннами с противоположных сторон.
На Фиг.2 представлено поперечное сечение съемной карты с освещением слоев и проводящей дорожки.
На Фиг.3 представлена съемная карта с идущим по ней проводниковым путем.
На Фиг.4 показаны вертикальная и боковая проекции карты с идущим по ней проводниковым путем. На вертикальной проекции показано характерное направление проводникового пути на одной поверхности и параллельный проводниковый путь на противолежащей поверхности.
На Фиг.5 представлен продольный разрез ферромагнитного слоя и проводникового пути. Более подробные иллюстрации проводникового пути представлены на Фиг.3-5 без масштаба и без указания точного числа мотков.
На Фиг.6 представлена схема подключения спиральной индукции с 8 нитями и точки соединения между антенной и приемным контуром.
На Фиг.7 представлена карта формата microSD с антенной, состоящей из 8 нитей, на одной поверхности карты.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
В этом примере описывается съемная карта формата micro SD размера 15×11×0.7 мм с двумя антеннами 4. Антенны расположены на участках 2 корпуса 1 карты; одна настроена на частоту 13,5 МГц, вторая - 13,6 МГц. Элементы антенны состоят из спиралевидных индукционных катушек, расположенных на противоположных участках 2 карты. Катушки соединены через металлические выемки в корпусе карты 1, при этом выемки 8 с соединительными элементами не нарушают структуру внутренних элементов карты. Характеристика полного сопротивления антенны 4 устанавливается на резонансную частоту 13,56 МГц после установки в разъем мобильного телефона. При изготовлении антенны 4 регулируемыми параметрами является толщина проводникового пути 5, размер выемки между проводниковыми путями 5 и количество нитей 10 катушек. Первый контакт первой антенны 4 соединяется с выходными контактами чипа, второй контакт первой антенны 4 соединяется с заземлением и первым контактом второй антенны. Второй контакт второй антенны 4 соединяется со вторым выходным контактом чипа.
Сначала полимерный слой ПБТ 9 наносится на оба участка 2 карты. Затем лазером прожигается выемка по форме проводникового пути 5. Проводниковый путь 5 создается заполнением выемки сплавом золота. Затем на оба участка 2 карты наносятся слои 7 ферромагнитной пленки толщиной 0,05 мм. Относительная проницаемость пленки в вакууме - 50.
Пример 2
В соответствии со схемой, фиг.3-5, антенна 4 намотана на корпус 1 карты крест-накрест. Корпус карты 1 состоит из LCP-полимера. Проводниковый путь 5 пересекает участок 2 корпуса 1 карты вертикально до края 3 карты. Далее он проходит наискось под углом 45 град. через край 3 корпуса 1 карты до противоположной стороны 2 корпуса 1 карты, откуда он возвращается к другому краю 3 корпуса 1 карты, таким образом он последовательно наматывается на корпус 1 карты. Проводниковые пути взаимно параллельны, в этом примере расстояние между ними составляет 0,15 мм. Между проводниковыми путями 5, намотанными на верхнем участке 2 и последовательно намотанными на нижнем участке 2, расстояние составляет 0,7 мм. Наклон проводникового пути на краю 3 корпуса 1 позволяет продлить проводниковый путь 5 на противолежащие участки 2 карты. Зазор между соседними проводниковыми путями на участке 2 карты в этом примере составляет между 0,1 и 0,15 мм. Высота проводникового пути 5 составляет 0,03 мм. В этом примере антенна 4 состоит из 35 мотков проводникового пути 5, начинающегося на краю 3 корпуса карты, противоположном стороне контактов 6, и мотки заканчиваются приблизительно за 5 мм от противоположного края карты. Толщина ферромагнитного слоя 9 составляет 0,04 мм.
Пример 3
Съемная карта в этом примере является картой памяти с корпусом 1 стандарта micro SD размером 15×11 мм. Она содержит одну антенну 4 на участке 2 карты. Антенна 4 состоит из восьми нитей 10, и оба участка 2 покрыты ферритной пленкой толщиной 100 µм, при этом антенна 4 размещена под пленкой. Относительная проницаемость ферритной пленки - 50-150. Ею покрыты почти полностью участки 2 карты, за исключением зоны контактов 6.
Нити 10 имеют ширину 100 µм и зазоры 100 µм между ними. Нити 10 антенны 4 имеют форму прямоугольника размером 5×8,5 мм с изогнутыми углами. Три стороны антенны 4 приближаются к крайним зонам участка 2 корпуса 1 карты. Одна сторона прямоугольника, описывающего внешние границы антенны 4, достигает крайней зоны участка 2 корпуса 1 карты со стороны, противоположной стороне контактов 6, касаясь края 3 карты.
Две боковые стороны прямоугольника, описывающего внешние границы антенны 4, касаются боковых крайних зон участка 2 корпуса 1 карты. При заданных параметрах антенны 4 в размере 5 мм антенна не доходит даже до половины участка 2 корпуса 1 карты, и верхняя граница антенны 4 находится примерно в 9 мм от края microSD, на котором располагаются контакты.
f=14МГц
Антенна 4 соединена в серию с накопительным элементом 12 в виде накопителя. Этот серийный резонансный контур настраивается на частоту 14 МГц после установки карты в разъем на мобильном телефоне. Антенна 4 соединяется в серию с сопротивлением 11, которое, в свою очередь, подключается со стороны, противоположной размещению накопителя 12. Значение сопротивления - 14Ω. Приемный контур 13 подключается к антенне 4 между первой и второй нитью 10 со стороны размещения накопителя 12. Сигнал с антенны 4 считывается между первой и второй нитями 10 на упомянутой стороне. Характеристика полного сопротивления приемного контура 13 составляет Х=4000Ω-j2200Ω при частоте 14 МГц.
Согласно этому примеру, карта памяти разработана для использования в мобильном телефоне. Вставив карту в соответствующий разъем, изначально предназначенный для использования исключительно со съемными накопителями данных, а также задействовав специальное программное обеспечение на самой карте и в мобильном телефоне, станет возможной установка беспроводной связи между мобильным телефоном и внешними платежными терминалами для производства платежей при помощи мобильного телефона.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
Практическое применение очевидно. Согласно описанию данного изобретения, возможно наладить производство сменных карт, при помощи которых мобильные устройства, снабженные разъемом под соответствующие карты памяти, смогут устанавливать беспроводную НДЧ-связь.
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ:
1 - корпус карты
2 - поверхность карты
3 - край карты
4 - антенна
5 - проводящая дорожка
6 - контакты
7 - ферромагнитный слой
8 - выемка
9 - субсидированный термопластовый слой
10 - нить
11 - сопротивление
12 - накопительный элемент (конденсатор)
13 - приемный контур