DE102014113181B4

DE102014113181B4 - RFID element, RFID transmitter / receiver system and safety switch

Info

Publication number: DE102014113181B4
Application number: DE102014113181.9A
Authority: DE
Inventors: Victor Kok Heng Phay
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2034-09-13
Also published as: DE102014113181A1

Abstract

RFID-Element mit einer Antennenanordnung, die auf einem Träger angeordnet ist,
wobei die Antennenanordnung (16) zwei Antennen (L1, L2) umfasst, die parallel zueinander angeordnet und in Reihe miteinander geschaltet sind, wobei die Antennen (L1, L2) eine längliche, im Querschnitt zumindest annähernd rechteckige Form aufweisen und mit ihren zu dem annähernd rechteckigen Querschnitt senkrechten Längsseiten (k) auf dem Träger (14) befestigt sind, und
wobei die zwei Antennen (L1, L2) senkrecht zu ihren Längsseiten (k) jeweils eine zumindest annähernd flächige Seite (B) aufweisen, die sich parallel zueinander gegenüberstehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antennen (L1, L2) Induktionsspulen umfassen, die derart an einem Rand des Trägers (14) angeordnet sind, dass die Flächennormalen der Windungen (W) der Induktionsspulen senkrecht zu diesem Rand des Trägers (14) sind.

RFID element with an antenna arrangement, which is arranged on a carrier,
wherein the antenna arrangement (16) comprises two antennas (L1, L2) which are arranged parallel to each other and connected in series, the antennas (L1, L2) having an oblong, at least approximately rectangular shape in cross-section and with their approximated ones rectangular cross-section vertical longitudinal sides (k) are mounted on the support (14), and
wherein the two antennas (L1, L2) perpendicular to their longitudinal sides (k) each have an at least approximately flat side (B), which face each other in parallel,
characterized in that
the antennas (L1, L2) comprise induction coils arranged on an edge of the carrier (14) such that the surface normals of the turns (W) of the induction coils are perpendicular to this edge of the carrier (14).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein RFID-Element mit einer Antennenanordnung, die auf einem Träger angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein RFID-Sender/Empfänger-System sowie einen Sicherheitsschalter.The present invention relates to an RFID element with an antenna arrangement which is arranged on a carrier. The invention further relates to an RFID transmitter / receiver system and a safety switch.

RFID-Elemente (Radio Frequency Identification) werden in Sender/Empfänger-Systemen zum automatischen und berührungslosen Identifizieren und/oder Lokalisieren von Objekten mit Radiowellen verwendet. Ein RFID-System umfasst typischerweise zunächst einen Transponder (auch als „Tag“ oder „Funketikett“ bezeichnet), der eine Antenne umfasst und sich am oder im Objekt befindet. Er umfasst in der Regel einen kennzeichnenden Code, der über die Antenne von einem Lesegerät des RFID-Systems (auch als „Transceiver“ bezeichnet) abgefragt werden kann. Der Transceiver umfasst dazu ebenfalls eine Antenne und einen Transceiverschaltkreis (z.B. der EM4095-Chip der Firma EM Microelectronics) zum Auslesen dieser Kennung von dem Transponder. Zum Auslesen der Kennung von dem Transponder erzeugt das Lesegerät typischerweise magnetische Wechselfelder, um Signale an den Transponder zu übertragen. Der Transponder ist dazu ausgebildet, nach Erhalt eines entsprechenden Signals vom Lesegerät ein Daten, insbesondere die Kennung, umfassendes Signal als Antwort an das Lesegerät zurückzusenden, welches dieses an ein System (z.B. ein Computersystem) zur weiteren Verwertung weiterleitet bzw. mittels eines Mikrocontrollers selber auswerten kann. Der Begriff des Zurücksendens wird hier auch verwendet, wenn der Transponder ausgestaltet ist, das Magnetfeld des Lesegerätes zu beeinflussen, ohne selbst ein Magnetfeld zu erzeugen. Diese Beeinflussung wird dann vom Lesegerät detektiert.RFID (Radio Frequency Identification) elements are used in transceiver systems for automatically and non-contactly identifying and / or locating objects with radio waves. An RFID system typically includes first a transponder (also referred to as a "tag" or "radio tag") that includes an antenna and is located on or in the object. As a rule, it comprises a characterizing code which can be interrogated via the antenna by a reader of the RFID system (also referred to as "transceiver"). The transceiver also includes an antenna and a transceiver circuit (e.g., the EM4095 chip from EM Microelectronics) for reading that identifier from the transponder. To read the identifier from the transponder, the reader typically generates alternating magnetic fields to transmit signals to the transponder. The transponder is designed, after receipt of a corresponding signal from the reading device, to return a data, in particular the identifier, comprehensive signal in response to the reading device, which forwards it to a system (eg a computer system) for further utilization or evaluates itself by means of a microcontroller can. The term of the return is also used here when the transponder is designed to influence the magnetic field of the reader without generating a magnetic field itself. This influence is then detected by the reader.

Bei RFID-Systemen geringer Reichweite (typischerweise von 20 mm Reichweite), erzeugt das Lesegerät magnetische Wechselfelder, die nicht nur zum Übertragen der Daten vorgesehen sind, sondern oftmals auch dazu dienen, den Transponder mit Energie zu versorgen.In short-range RFID systems (typically 20mm range), the reader generates alternating magnetic fields that are not only designed to transfer the data, but also often serve to power the transponder.

Um die geringe Reichweite der zum Datenaustausch zwischen Transponder und Lesegerät bzw. zur Energieversorgung des Transponders jeweils verwendeten magnetischen Wechselfelder zu vergrößern, gibt es mehrere Ansätze. Ein erster, kostenintensiver Ansatz ist die Verwendung von sogenannten aktiven Transpondern mit eigener Stromversorgung. Aktive Transponder haben jedoch einen erhöhten Platzbedarf durch die Notwendigkeit einer Batterie und der dazugehörigen Schaltung.In order to increase the short range of the data exchange between the transponder and the reader or the energy supply of the transponder respectively used alternating magnetic fields, there are several approaches. A first, cost-intensive approach is the use of so-called active transponders with their own power supply. However, active transponders have an increased space requirement due to the need for a battery and the associated circuit.

Ein anderer Ansatz, um die Reichweite zu vergrößern, besteht darin, die Größe des magnetischen Wechselfelds des Lesegeräts zu vergrößern. Dies kann einerseits durch eine Vergrößerung des elektrischen Stroms bei gleichzeitiger Verkleinerung des Widerstands geschehen. Jedoch führt eine Vergrößerung des Stromflusses bei gleichzeitiger Reduzierung des Widerstands zu einer vergrößerten Leistungsaufnahme des Lesegeräts und zu einer Temperaturerhöhung des Lesegeräts. Da die Leistung und die Temperatur erhöht werden, müssen die Gehäuse und Verpackungen des Lesegeräts auch vergrößert werden, was ebenfalls zu einer Vergrößerung und einer Verteuerung des Lesegeräts führt.Another approach to increasing the range is to increase the size of the magnetic alternating field of the reader. This can be done on the one hand by increasing the electrical current while reducing the resistance. However, increasing the current flow while reducing the resistance will increase the power consumption of the reader and increase the temperature of the reader. As performance and temperature are increased, the reader's housing and packaging must also be increased, which also increases the size and price of the reader.

Eine weitere Möglichkeit, um das Magnetfeld zu vergrößern, besteht darin, die Anzahl der Spulenwindungen einer als Antenne verwendeten Induktionsspule zu vergrößern bzw. die Permeabilität des verwendeten Materials zu verändern. Dies führt jedoch dazu, dass das Material des Antennenträgers geändert werden muss.Another way to increase the magnetic field is to increase the number of coil turns of an induction coil used as an antenna or to change the permeability of the material used. However, this causes the material of the antenna carrier to be changed.

Die Veröffentlichung von Herrn Klaus Finkenzeller: RFID Handbuch, 3. Auflage. München: Carl Hanser Verlag, 2002 auf Seiten 35, 65, 134 und 135, mit der ISBN 3-446-22071-2 zeigt eine Antennenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterer Stand der Technik wird in der DE 100 37 854 A1 sowie der DE 199 07 758 A1 wiedergegeben.The publication by Mr. Klaus Finkenzeller: RFID Handbook, 3rd edition. Munich: Carl Hanser Verlag, 2002 on pages 35, 65, 134 and 135, with the ISBN 3-446-22071-2 shows an antenna arrangement according to the preamble of claim 1. Further prior art is in the DE 100 37 854 A1 as well as the DE 199 07 758 A1 played.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein RFID-Element bereitzustellen, mit dem der Erfassungsbereich bzw. die Reichweite eines Lesegeräts und/oder eines Transponders vergrößert werden kann, ohne die Leistungsaufnahme bzw. Baugröße deutlich zu vergrößern.It is an object of the present invention to provide an RFID element with which the detection range or the range of a reader and / or a transponder can be increased without significantly increasing the power consumption or size.

Diese Aufgabe wird durch ein RFID-Element gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an RFID element according to claim 1.

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung des RFID-Elements umfasst mindestens zwei Antennen, die parallel zueinander angeordnet und elektrisch in Reihe miteinander geschaltet sind. Die Antennen weisen eine längliche, im Querschnitt zumindest annähernd rechteckige Form auf und sind mit ihren zu dem annähernd rechteckigen Querschnitt senkrechten Längsseiten auf dem Träger befestigt, d.h. dass der rechteckige Querschnitt sich von dem Träger weg erstreckt. und die zwei Antennen weisen jeweils senkrecht zu ihren Längsseiten eine zumindest annähernd flächige Seite auf, die sich parallel zueinander gegenüberstehen. Die Antennen werden also entlang ihren schmalen Längsseiten auf dem Träger angeordnet. Die Antennen umfassen Induktionsspulen, die derart an einem Rand des Trägers angeordnet sind, dass die Flächennormalen der Windungen der Induktionsspulen senkrecht zu diesem Rand des Trägers sind.The antenna arrangement according to the invention of the RFID element comprises at least two antennas, which are arranged parallel to one another and are electrically connected in series with one another. The antennas have an elongate shape which is at least approximately rectangular in cross-section and are fastened to the carrier with their longitudinal sides perpendicular to the approximately rectangular cross-section, that is to say on the carrier. that the rectangular cross section extends away from the carrier. and the two antennas each have an at least approximately flat side perpendicular to their longitudinal sides, which face each other parallel to one another. The antennas are thus arranged along their narrow longitudinal sides on the carrier. The antennas comprise induction coils arranged on an edge of the carrier such that the surface normals of the turns of the induction coils are perpendicular to this edge of the carrier.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird das magnetische Feld in der Mitte zwischen den zwei Antennen konzentriert und dadurch in zumindest einer vorgegebenen Richtung nach außen hin vergrößert. Die vorgegebene Richtung verläuft zumindest annähernd parallel zwischen den beiden Antennen. Hierdurch kann der Erfassungsbereich bzw. die Reichweite z.B. um bis zu 25 % vergrößert werden, so dass die Reichweite eines Lesegeräts bzw. eines Transponders in einem RFID-Sender/Empfänger-System vergrößert wird. Um eine solche Reichweite mittels nur einer Antenne zu erreichen, müsste die angelegte Spannung um bis zu 60 % höher liegen und ein Stromfluss, der durch die Antennen fließt, um ungefähr das 2,5-fache größer sein. Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden die Betriebskosten eines RFID-Elements signifikant gesenkt. Ferner wird durch den reduzierten Stromfluss auch eine kompaktere Baugröße ermöglicht, da Temperatureffekte nur eine untergeordnete Rolle spielen. Durch die Verwendung von zwei Antennen kann also auch die Leistungsaufnahme reduziert werden. With the arrangement according to the invention, the magnetic field is concentrated in the middle between the two antennas and thereby enlarged in at least one predetermined direction towards the outside. The predetermined direction runs at least approximately parallel between the two antennas. As a result, the detection range or the range, for example, be increased by up to 25%, so that the range of a reader or a transponder in an RFID transmitter / receiver system is increased. To achieve such a range using only one antenna, the applied voltage would have to be up to 60% higher and a current flow through the antennas would be about 2.5 times greater. With the solution according to the invention, the operating costs of an RFID element are significantly reduced. Furthermore, the reduced current flow also allows a more compact size, since temperature effects only play a minor role. By using two antennas, so the power consumption can be reduced.

Außerdem kann der benötigte Konstruktionsraum bei gleichzeitiger Vergrößerung des Erfassungsbereichs und der Reichweite minimiert werden.In addition, the required design space can be minimized while increasing the detection range and the range.

Die Antennen umfassen Induktionsspulen, die eine kostengünstige Möglichkeit für Antennen darstellen. Diese können ferner in einem Bestückungsautomat einfach auf einer Platine eines Lesegeräts und/oder eines Transponders bestückt werden, sodass das Herstellungsverfahren einfach durchgeführt und auch die Herstellungskosten weiter reduziert werden können.The antennas include induction coils, which are a cost effective option for antennas. These can also be easily loaded in a placement machine on a board of a reader and / or a transponder, so that the manufacturing process can be carried out easily and also the manufacturing costs can be further reduced.

Die Antennen an einem Rand des Trägers angeordnet. So ist der Erfassungsbereich am äußeren Rand des Trägers angeordnet und kann sich soweit wie möglich vom Träger weg erstrecken. Die zumindest eine vorgegebene Richtung erstreckt sich dann senkrecht vom Rand des Trägers weg. Vorteilhafterweise ist insofern der entsprechende Rand des Trägers nahe am äußeren Rand des RFID-Elements.The antennas are arranged on one edge of the carrier. Thus, the detection area is arranged on the outer edge of the carrier and can extend as far as possible away from the carrier. The at least one predetermined direction then extends perpendicularly away from the edge of the carrier. Advantageously, the corresponding edge of the carrier is thus close to the outer edge of the RFID element.

Die Induktionsspulen der Antennen sind dabei derart angeordnet, dass sich die Flächennormalen der Spulenwindungen senkrecht von dem betreffenden Rand weg erstrecken. Die Flächennormalen definieren dann die Richtung, in der das Magnetfeld vergrößert ist und sind insofern parallel zu der vorgegebenen Richtung.The induction coils of the antennas are arranged such that the surface normals of the coil windings extend perpendicularly away from the relevant edge. The surface normals then define the direction in which the magnetic field is magnified and are therefore parallel to the given direction.

Vorzugsweise liegt der Abstand zwischen den zwei Antennen im Bereich von 1 bis 3 mm, bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand zumindest 2 mm. Durch die Auswahl eines solchen Abstands der Antennen kann eine möglichst große Vergrößerung der Reichweite erreicht werden. Bei einem Abstand von 2 mm beträgt die Vergrößerung der Reichweite z.B. ungefähr 25 %.Preferably, the distance between the two antennas is in the range of 1 to 3 mm, preferably in the range of 1.5 to 2.5 mm. Particularly preferably, the distance is at least 2 mm. By selecting such a distance of the antennas as large as possible extension of the range can be achieved. At a distance of 2 mm, the magnification of the range is e.g. about 25%.

Vorzugsweise ist das RFID-Element dazu ausgebildet, im Frequenzbereich von 100 kHz bis 150 kHz, insbesondere von 120 kHz bis 135 kHz und besonders bevorzugt zumindest bei annähernd 125 kHz betrieben zu werden.Preferably, the RFID element is designed to be operated in the frequency range from 100 kHz to 150 kHz, in particular from 120 kHz to 135 kHz, and particularly preferably at least approximately 125 kHz.

Der Betrieb eines RFID-Elements in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 150 kHz bewirkt, dass das RFID-System in der Regel mittels magnetischer Wechselfelder geringer Reichweite gekoppelt ist. Solche RFID-Elemente sind in der Regel kostengünstig, da keine aktiven Transponder verwendet werden müssen, die eine eigene Energieversorgung und eine größere Bauform mit elektronischer Schaltung benötigen. So können sie z.B. vorteilhaft an oder in Kleidungsstücken, auf Produktverpackungen, an oder in Chipkarten, an oder in Schlüsseln oder ähnlichem vorgesehen sein.The operation of an RFID element in a frequency range of 100 kHz to 150 kHz causes the RFID system is usually coupled by means of magnetic alternating fields of short range. Such RFID elements are generally inexpensive, since no active transponder must be used, which require its own power supply and a larger design with electronic circuit. So they can e.g. advantageously be provided on or in garments, on product packaging, on or in smart cards, on or in keys or the like.

Vorzugsweise liegt eine Wechselspannung des RFID-Elements im Betrieb im Bereich von 80 bis 120 V, bevorzugt bei zumindest annähernd 100 V. Vorzugsweise liegt die Größe eines Stromflusses, der in jeder der Antennen eines RFID-Elements im Betrieb fließt, im Bereich von 10 bis 20 mA und bevorzugt zumindest annähernd bei 14 mA.Preferably, an AC voltage of the RFID element in operation is in the range of 80 to 120 V, preferably at least approximately 100 V. Preferably, the magnitude of a current flow that flows in operation in each of the antennas of an RFID element in the range of 10 bis 20 mA and preferably at least approximately 14 mA.

Durch die Auswahl einer Wechselspannung im Bereich von 80 bis 120 V und eines Stromflusses im Bereich von 10 bis 20 mA kann die Leistung eines RFID-Elements gering gehalten und gleichzeitig die Reichweite des magnetischen Wechselfelds vergrößert werden, so dass das RFID-Element kostengünstig betrieben werden kann. Ferner kann durch einen solch niedrigen Stromfluss die Bauform des RFID-Elements verkleinert werden.By selecting an AC voltage in the range of 80 to 120 V and a current flow in the range of 10 to 20 mA, the performance of an RFID element can be kept low and at the same time the range of the alternating magnetic field can be increased so that the RFID element can be operated cost-effectively can. Furthermore, can be reduced by such a low current flow, the design of the RFID element.

Wenn das erfindungsgemäße RFID-Element als Transceiver ausgestaltet ist, bildet es ein Lesegerät mit verbesserter Kopplung an einen Transponder. Das bedeutet, dass die in einem Transponder („Tag“) enthaltene Kennung über eine größere Reichweite des Lesegeräts ausgelesen bzw. empfangen werden kann, so dass die Identifizierung dieser Kennung verbessert wird.If the RFID element according to the invention is designed as a transceiver, it forms a reading device with improved coupling to a transponder. This means that the identifier contained in a transponder ("tag") can be read or received over a greater range of the reader, so that the identification of this identifier is improved.

Der Transceiver kann dazu ausgebildet sein, in zwei Betriebsarten betrieben zu werden - einer ersten schreibgeschützten Betriebsart und einer zweiten Lese- und Schreibbetriebsart.The transceiver may be configured to operate in two modes - a first read only mode and a second read and write mode.

Dadurch kann das Lesegerät nicht nur Daten an einem Transponder auslesen, sondern auch dazu verwendet werden, um z.B. eine Kennung in einem Transponder zu verändern. Dies ist besonders von Vorteil, wenn Kennungen zu geschützten Bereichen, für Preise usw., die im Transponder gespeichert sind, geändert werden sollen bzw. müssen.As a result, the reading device can not only read out data on a transponder, but also be used to change, for example, an identifier in a transponder. This is especially beneficial when identifying protected areas, for prices, etc., which are stored in the transponder, should or must be changed.

Vorzugsweise umfasst ein als Transceiver eingesetztes RFID-Element einen CMOS Transceiverschaltkreis, wobei die Antennenanordnung dazu ausgebildet ist, mittels des CMOS Transceiverschaltkreises betrieben zu werden.Preferably, an RFID element used as a transceiver comprises a CMOS transceiver circuit, wherein the antenna arrangement is designed to be operated by means of the CMOS transceiver circuit.

Ein solcher Transceiverschaltkreis kann ausgestaltet sein, die Antenne mit einer Trägerfrequenz anzutreiben und eine Radiowellen-Empfangsgleichrichtung von einem vom Transponder empfangenen Signal und zusätzlich eine Kommunikation mit einem Mikroprozessor mittels einer Schnittstelle zu ermöglichen.Such a transceiver circuit may be configured to drive the antenna at a carrier frequency and to enable radio wave receive rectification from a signal received from the transponder and in addition communication with a microprocessor via an interface.

Das erfindungsgemäße RFID-Element kann jedoch auch vorteilhaft einen Transponder bilden oder umfassen.However, the RFID element according to the invention can also advantageously form or comprise a transponder.

Wenn die besondere Antennenanordnung in einem Transponder verwendet wird, kann die Reichweite des Transponders verbessert werden, bei gleichzeitiger Reduzierung der Leistungsaufnahme des Transponders. Hierdurch können die Betriebsdauer eines solchen Transponders verlängert und die Betriebskosten reduziert werden.If the particular antenna arrangement is used in a transponder, the range of the transponder can be improved, while reducing the power consumption of the transponder. As a result, the operating time of such a transponder can be extended and the operating costs can be reduced.

Sowohl bei einem als Transponder, als auch bei einem als Transceiver eingesetzten erfindungsgemäßen RFID-Element kann eine Schaltung zur Versorgung und/oder Ansteuerung des Elementes ebenfalls auf dem Träger angeordnet sein, der dazu z.B. durch eine Platine gebildet wird.Both in a transponder as well as in an RFID element according to the invention used as a transceiver, a circuit for supplying and / or driving the element can also be arranged on the carrier, which, for example,. is formed by a circuit board.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein RFID-Sender/Empfänger-System mit zumindest einem erfindungsgemäßen RFID-Element und einem weiteren, gegebenenfalls ebenfalls erfindungsgemäßen, RFID-Element, das dazu ausgebildet ist, mit dem ersten RFID-Element zu kommunizieren.In a further aspect, the invention relates to an RFID transmitter / receiver system with at least one RFID element according to the invention and a further RFID element, which may also be inventive, which is designed to communicate with the first RFID element.

Die Vorteile dieses RFID-Systems entsprechen denjenigen, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen RFID-Element erläutert wurden.The advantages of this RFID system correspond to those which have already been explained in connection with the RFID element according to the invention.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Sicherheitsschalter, welcher mit einem RFID-Sender/Empfänger-System gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Die Vorteile eines solchen Sicherheitsschalters ergeben sich aus denjenigen, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen RFID-Element, das in einem solchen Sicherheitssystem verwendet wird, erläutert wurden.In a further aspect, the present invention relates to a security switch equipped with an RFID transceiver system according to the present invention. The advantages of such a safety switch result from those which have already been explained in connection with the RFID element according to the invention which is used in such a safety system.

Vorzugsweise werden Sicherheitsschalter, z.B. zum Überwachen einer Schließposition zweier relativ zueinander beweglichen Teile verwendet. Solche zwei relativ zueinander beweglichen Teile werden z.B. in Sicherheitstüren, bei Linearverfahrachsen, Drehgestellen oder ähnlichem eingesetzt, um z.B. den Zugang zu einer gefährlichen Maschine oder auch eine gefährliche Bewegung abzusichern.Preferably, safety switches, e.g. used to monitor a closed position of two relatively movable parts. Such two relatively movable parts are e.g. used in security doors, in Linearverfahrachsen, bogies or the like, for. to secure access to a dangerous machine or even a dangerous movement.

Sicherheitsschalter kommen in Anwendungen zum Einsatz, bei denen hoher Manipulationsschutz gefordert ist. Dafür wird der in dem Transponder gespeicherte Code eines Betätigers in dem Sicherheitsschalter mit dem erwarteten Code verglichen. Die Sicherheitsschalter können besonders klein ausgebildet sein und übermitteln das Ergebnis aus dem genannten Vergleich z.B. über einen binären Ausgang oder kommunizieren z.B. mit einer zentralen Auswerteeinheit in einem Schaltschrank.Safety switches are used in applications where high protection against manipulation is required. For this purpose, the code stored in the transponder of an actuator in the safety switch is compared with the expected code. The safety switches can be designed to be particularly small and transmit the result of said comparison, e.g. via a binary output or communicate e.g. with a central evaluation unit in a control cabinet.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den schematischen Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:

1 eine Darstellung des Antennenteils eines RFID-Elements gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Ausgestaltung der Antennenanordnung eines erfindungsgemäßen RFID-Elementes,
3 ein Schaltbild eines RFID-Elements gemäß vorliegender Erfindung,
4 ein erfindungsgemäßes RFID-Sender/Empfänger-System,
5 eine schematisch dargestellte Verwendung eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschalters, und
6 eine Schemadarstellung einer Ausgestaltung einer bei einer Anordnung der 2 verwendeten Antenne.

Further advantageous measures and embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims. In the following the invention will be explained in more detail with reference to embodiments and the accompanying drawings. In the schematic drawings show in a schematic representation:

1 a representation of the antenna part of an RFID element according to the prior art,
2 an embodiment of the antenna arrangement of an RFID element according to the invention,
3 a circuit diagram of an RFID element according to the present invention,
4 an RFID transmitter / receiver system according to the invention,
5 a schematically illustrated use of a safety switch according to the invention, and
6 a schematic representation of an embodiment of an arrangement of the 2 used antenna.

1 zeigt eine schematische Darstellung desjenigen Teils 10' eines RFID-Elements gemäß dem Stand der Technik, der die Antenne umfasst. In dieser Anordnung wird eine als Induktionsspule ausgebildete Funkantenne 12' mit ihrer flächigen, d.h. breiten, Seite B' auf einem Träger 14' befestigt. In 1 ist die Antenne nur schematisch als Quaderform dargestellt. 1 shows a schematic representation of that part 10 ' an RFID element according to the prior art, which comprises the antenna. In this arrangement, a trained as an induction coil radio antenna 12 ' with its flat, ie broad, side B ' on a carrier 14 ' attached. In 1 the antenna is shown only schematically as a cuboid shape.

Die Anordnung des Standes der Technik ist dabei so, dass bei einem Stromfluss in der Antenne 12' ein Magnetfeld erzeugt wird, dessen Magnetfeldlinien M' zumindest annähernd oval um die Antenne 12' sind. Die elektrische Schaltung zur Einspeisung des Stroms ist nicht gezeigt. Die Magnetfelder erzeugen hier einen Erfassungsbereich mit einer Reichweite r' von ungefähr 20 mm an einer Außenseite des RFID-Elements. Diese Reichweite r' bewirkt einen Erfassungsbereich, der in 1 schematisch durch einen Kasten K' angedeutet ist.The arrangement of the prior art is such that at a current flow in the antenna 12 ' a magnetic field is generated whose magnetic field lines M ' at least approximately oval around the antenna 12 ' are. The electrical circuit for feeding the stream is not shown. The magnetic fields generate here a detection range with a range r ' of about 20 mm on an outside of the RFID element. This range r ' causes a detection area in 1 schematically through a box K ' is indicated.

Bei einer solchen Anordnung der Antenne 12' befinden sich ungefähr 20 bis 25 % des Magnetfeldes am Rand des Trägers 14'. Das Magnetfeld ist relativ breit verteilt, so dass ein relativ breiter Erfassungsbereich mit geringer Reichweite r' entsteht.In such an arrangement of the antenna 12 ' About 20 to 25% of the magnetic field is at the edge of the carrier 14 ' , The magnetic field is relatively widely distributed, so that a relatively wide detection range with a short range r ' arises.

Im Gegensatz hierzu zeigt die 2 den Antennenteil 10 eines erfindungsgemäßen RFID-Elements mit einer Antennenanordnung 16, die zwei auf einem Träger 14 angeordnete Antennen L1, L2 umfasst, deren Form mit Bezug zu 6 näher erläutert werden wird. Die Antennen L1, L2 sind derart parallel zueinander angeordnet und in Reihe miteinander verschaltet, dass die Reichweite r des Magnetfelds zumindest in der Richtung A (Pfeil A) vergrößert ist, die zwischen den beiden Antennen L1, L2 und parallel dazu verläuft. Die Windungen der die Antennen bildenden Induktionsspulen sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Die Anordnung der in 2 nicht gezeigten Spulenwindungen ergibt sich aus der Erläuterung mit Bezug zu 6.In contrast, the shows 2 the antenna part 10 an RFID element according to the invention with an antenna arrangement 16 the two on a carrier 14 arranged antennas L1 . L2 includes, whose shape is related to 6 will be explained in more detail. The antennas L1 . L2 are arranged parallel to each other and connected in series with each other, that the range r the magnetic field at least in the direction A (Arrow A ), which is between the two antennas L1 . L2 and runs parallel to it. The turns of the induction coils forming the antennas are not shown here for the sake of clarity. The arrangement of in 2 not shown coil turns results from the explanation with reference to 6 ,

6 zeigt schematisch eine mögliche Ausgestaltung der Antenne L1, L2. Die Antenne L1, L2 umfasst eine Induktionsspule mit einer rechteckigen Grundform, die breite Seiten B und schmale Seiten k aufweist und hier nur zur Verdeutlichung schematisch als Quader angedeutet ist. Der Quader soll nur die Grundform der Spule andeuten ohne notwendigerweise ein gegenständlich in dieser Form tatsächlich vorhandenes Element darzustellen. Die Spule umfasst Windungen W, die hier nur in einem Bereich angedeutet sind, sich aber über die ganze quaderförmige Grundform erstrecken. Die Flächennormale der Windungen ist zu der Richtung A in 2 parallel. Die Windungen sind in an sich bekannter Weise auf einen Spulenkörper gewickelt. Das Koordinatensystem erleichtert die Zuordnung der Raumrichtungen im Hinblick auf die Verwendung einer solchen Antenne als eine der Antennen L1 oder L2 in der Anordnung der 2. 6 schematically shows a possible embodiment of the antenna L1 . L2 , The antenna L1 . L2 comprises an induction coil with a rectangular basic shape, the broad sides B and narrow sides k has and is indicated here for clarity only schematically as a cuboid. The cuboid is only intended to indicate the basic shape of the coil without necessarily representing an element actually present in this form. The coil includes turns W , which are indicated here only in one area, but extend over the entire cuboid basic shape. The surface normal of the turns is to the direction A in 2 parallel. The turns are wound in a conventional manner on a bobbin. The coordinate system facilitates the assignment of the spatial directions with respect to the use of such an antenna as one of the antennas L1 or L2 in the arrangement of 2 ,

Die Antennen L1, L2 der Antennenanordnung 16 haben eine längliche, im Querschnitt zumindest annähernd rechteckige Form und sind jeweils mit einer ihrer schmalen Längsseite k auf dem Träger 14 befestigt, d.h. die Antennen L1, L2 stehen senkrecht im Vergleich zu der Anordnung der Antenne 12' der 1. Ferner sind die Antennen L1, L2 am (in 2 rechten) Rand des Trägers 14 angeordnet.The antennas L1 . L2 the antenna arrangement 16 have an elongated, in cross-section at least approximately rectangular shape and are each with a narrow longitudinal side k on the carrier 14 attached, ie the antennas L1 . L2 are perpendicular in comparison to the arrangement of the antenna 12 ' the 1 , Furthermore, the antennas L1 . L2 on (in 2 right) edge of the carrier 14 arranged.

Der Abstand zwischen zwei benachbarten Antennen L1, L2 beträgt etwa 2 mm. Bei diesem Abstand kann die Antennenanordnung 16 bei einer Frequenz von 125kHz, einer Spannung von 100 V und einem Stromfluss von14 mA betrieben werden.The distance between two adjacent antennas L1 . L2 is about 2 mm. At this distance, the antenna arrangement 16 at a frequency of 125kHz, a voltage of 100V and a current flow of 14mA.

Die Antennenanordnung ist im Falle der Verwendung für einen Transceiver mit einem in 2 nicht gezeigten Transceiverschaltkreis und gegebenenfalls mit einem ebenfalls nicht gezeigten Mikrocontroller verbunden. Im Falle der Verwendung für einen Transponder ist die Antennenanordnung mit einem entsprechendem Transponderschaltkreis verbunden.The antenna arrangement is in the case of use for a transceiver with a in 2 Not shown transceiver circuit and optionally connected to a microcontroller, also not shown. In the case of use for a transponder, the antenna arrangement is connected to a corresponding transponder circuit.

Die 3 zeigt eine Schaltung zum Anschluss der Antennenanordnung 16 der 2, mittels der sie an einen Transceiverschaltkreis 18 (4) angeschlossen werden kann. Der Eingang Vant1 der ersten Antenne L1 wird mittels des Widerstands R1 an den RFID-Transceiverschaltkreis 18 und der Ausgang Vant2 der zweiten Antenne L2 wird mittels eines Kondensators C1 an den RFID-Transceiverschaltkreis 18 angeschlossen.The 3 shows a circuit for connection of the antenna assembly 16 the 2 by means of which it is connected to a transceiver circuit 18 ( 4 ) can be connected. The entrance Vant1 the first antenna L1 becomes by means of the resistance R1 to the RFID transceiver circuit 18 and the exit Vant2 the second antenna L2 is by means of a capacitor C1 to the RFID transceiver circuit 18 connected.

Die Spannung, die zwischen einem Eingang Vant1 der ersten Antenne L1 und einem Ausgang Vant2 der zweiten Antenne L2 anliegt, beträgt z.B. 100 V. Durch Einstellung des Widerstands R1 kann der Stromfluss I in den Antennenspulen L1 und L2 auf z.B. 14 mA reduziert werden.The tension between an input Vant1 the first antenna L1 and an exit Vant2 the second antenna L2 is applied, for example, 100 V. By adjusting the resistance R1 can the current flow I in the antenna coils L1 and L2 be reduced to eg 14 mA.

Durch den ovalen Kreis O wird in 3 der Erfassungsbereich und die Reichweite r der Antennenanordnung 16 angedeutet.The oval circle O becomes in 3 the coverage and the range r the antenna arrangement 16 indicated.

Bei einem erfindungsgemäßen Transponder 24 ist die Verschaltung der beiden Antennen L1, L2 und ihre Anordnung auf dem Träger 14 analog.In a transponder according to the invention 24 is the interconnection of the two antennas L1 . L2 and her arrangement on the carrier 14 analogous.

Die 4 zeigt schematisch ein RFID-Sender/Empfänger-System 20, wobei hier die Antennenanordnung 16 des Lesegeräts 22 (Transceiver) gemäß den 2 und 3 ausgebildet ist, und der RFID-Transponder 24 einen kennzeichnenden Code enthält. Der Transponder 24 kann in oder an einem Objekt (nicht gezeigt) angeordnet sein. Im Betrieb des RFID-Systems 20 erzeugt das Lesegerät 22 magnetische Wechselfelder, um den Transponder 24 mit Energie zu versorgen und um Daten vom RFID-Transponder 24 abzufragen.The 4 schematically shows an RFID transmitter / receiver system 20 , in which case the antenna arrangement 16 of the reader 22 (Transceiver) according to the 2 and 3 is formed, and the RFID transponder 24 contains a distinctive code. The transponder 24 can be arranged in or on an object (not shown). In operation of the RFID system 20 generates the reader 22 alternating magnetic fields to the transponder 24 to provide energy and data from the RFID transponder 24 query.

Das Lesegerät 22 der 4 umfasst somit eine Antennenanordnung 16 als Funkeinheit sowie einen Transceiverschaltkreis 18, der an einen Mikrocontroller angeschlossen ist (nicht gezeigt). Das Lesegerät 22 ist dazu ausgebildet mit dem Transponder 24 zu kommunizieren, um Daten von diesem abzufragen bzw. zu ändern und diesen gegebenenfalls zur Datenabfrage mit Energie zu versorgen.The reader 22 the 4 thus comprises an antenna arrangement 16 as a radio unit and a transceiver circuit 18 which is connected to a microcontroller (not shown). The reader 22 is designed with the transponder 24 to interrogate or retrieve data from it and, if necessary, to power it for data retrieval.

Die Antennenanordnung 16 sowie der Transceiverschaltkreis 18 des Lesegeräts 22 können auf einer Platine angeordnet sein, die dann den Träger 14 bilden kann. Es besteht ferner die Möglichkeit, einen Mikrocontroller auf der gleichen Platine vorzusehen.The antenna arrangement 16 and the transceiver circuit 18 of the reader 22 can be arranged on a circuit board, which is then the carrier 14 can form. It is also possible to provide a microcontroller on the same board.

Ohne dass dies hier noch einmal explizit dargestellt ist, kann auch der Transponder 24 entsprechend ausgestaltet sein. Er umfasst dann ebenfalls ein Antennenanordnung 16 aus zwei Antennen L1, L2, die ausgestaltet und auf einem Träger 14 angeordnet sind, wie es für den Transceiver (Lesegerät) 22 der 4 beschrieben ist. Ein Transponder 24 umfasst anstelle des Transceiverschaltkreises einen entsprechenden Transponderschaltkreis.Without this being shown again explicitly, the transponder can also be used 24 be designed accordingly. It then also comprises an antenna arrangement 16 from two antennas L1 . L2 that are designed and mounted on a carrier 14 are arranged as it is for the transceiver (reader) 22 the 4 is described. A transponder 24 includes a corresponding transponder circuit instead of the transceiver circuit.

Die 5 zeigt einen Sicherheitsschalter 26 mit einem RFID-Sender/Empfänger-System 20, der den Zugang zu einem Gebäude 28 regelt. Der Sicherheitsschalter 26 gemäß 5 ist an einer Schutztür 30 angebracht.The 5 shows a safety switch 26 with an RFID transmitter / receiver system 20 who has access to a building 28 regulates. The safety switch 26 according to 5 is at a safety gate 30 appropriate.

Um die durch den Sicherheitsschalter 26 geschützte Schutztür 30 zu öffnen, muss ein Transponder 24 verwendet werden, der den Zugangscode enthält. Sobald ein Transponder 24 in der Reichweite r des Lesegeräts 22 mit dem korrekten Zugangscode erkannt wird, kann der Sicherheitsschalter 26 und somit die Schutztür 30 geöffnet werden.To the by the safety switch 26 protected protective door 30 to open a transponder 24 be used, which contains the access code. Once a transponder 24 within reach r of the reader 22 with the correct access code is detected, the safety switch can 26 and thus the protective door 30 be opened.

Eine andere Sicherheitsschalteranwendung sieht vor, dass durch eine entsprechende Abfrage eines Lesegerätes festgestellt wird, ob ein Schutztor geschlossen ist oder nicht. Dazu kann sich der Transponder zum Beispiel an dem Tor befinden und das Lesegerät am Torrahmen. Ist das Tor geöffnet, ist der Transponder außerhalb der Reichweite des Lesegerätes, dass dementsprechend ein offenes Schutztor registriert.Another safety switch application provides that it is determined by a corresponding query a reader, whether a protective gate is closed or not. For this purpose, the transponder can be located, for example, on the gate and the reader on the door frame. If the door is open, the transponder is out of the range of the reader that accordingly registers an open safety gate.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10, 10'10, 10 ': Antennenteil eines RFID-ElementsAntenna part of an RFID element
12'12 ': Antenneantenna
14, 14'14, 14 ': Trägercarrier
1616: Antennenanordnungantenna array
1818: TransceiverschaltkreisTransceiver circuit
2020: RFID-Sender/Empfänger-SystemRFID transmitter / receiver system
2222: Lesegerät (Transceiver)Reader (transceiver)
2424: Transpondertransponder
2626: Sicherheitsschaltersafety switch
2828: Gebäudebuilding
3030: Schutztürdoor
AA: vorgegebene Richtungpredetermined direction
B' BB 'B: flächige Seiteflat side
C1C1: Kondensatorcapacitor
II: Stromflusscurrent flow
K', KK ', K: Erfassungsbereichdetection range
kk: Seitepage
L1, L2L1, L2: Induktionsspuleinduction coil
M', MM ', M: Magnetfeldlinienmagnetic field lines
R1R1: Widerstandresistance
r', rr ', r: Reichweitereach
Vant1Vant1: Spannungseingangvoltage input
Vant2Vant2: Spannungsausgangvoltage output
WW: Spulenwindungcoil turn

Claims

An RFID element having an antenna array disposed on a support, the antenna array (16) comprising two antennas (L1, L2) arranged in parallel with each other and connected in series, the antennas (L1, L2) being elongated , in cross-section at least approximately rectangular shape and with their perpendicular to the approximately rectangular cross-section longitudinal sides (k) on the support (14) are fixed, and wherein the two antennas (L1, L2) perpendicular to their longitudinal sides (k) in each case at least one have approximately flat side (B), which face each other in parallel, characterized in that the antennas (L1, L2) comprise induction coils, which are arranged on an edge of the carrier (14) that the surface normal of the turns (W) of Induction coils are perpendicular to this edge of the carrier (14).

RFID element after Claim 1 , characterized in that the distance between the two antennas (L1, L2) is in the range of 1 to 3 mm.

RFID element after Claim 1 or 2 , characterized in that the RFID element is adapted to be operated in the frequency range from 100 kHz to 150 kHz.

RFID element according to at least one of the preceding claims, characterized in that an AC voltage of the RFID element is in operation in the range of 80 to 120 V.

RFID element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the size of a current flow (I), in each the antenna (L1, L2) flows during operation, is in the range of 10 to 20 mA.

RFID element according to at least one of the preceding claims, characterized in that the RFID element is a transceiver (22).

RFID element after Claim 6 characterized in that the transceiver (22) is adapted to operate in two modes, namely a first read only mode and a second read and write mode.

RFID element according to one of the Claims 6 or 7 , characterized in that it comprises a CMOS transceiver circuit (18), wherein the antenna arrangement (16) is adapted to be operated by means of the CMOS transceiver circuit (18).

RFID element according to at least one of the preceding Claims 1 to 5 , characterized in that the RFID element is a transponder (24).

RFID transmitter / receiver system with at least one first RFID element (22; 24) according to one of Claims 1 to 9 and a second RFID element (24; 22) configured to communicate with the first RFID element (22; 24).

RFID transmitter / receiver system according to Claim 10 , characterized in that the second RFID element also an RFID element according to one of Claims 1 to 11 is.

Safety switch (26) with an RFID transmitter / receiver system (20) according to one of Claims 11 or 12 ,