DE202019005310U1

DE202019005310U1 - Aperture device for shaping the near field of RFID readers and an RFID reader with such an aperture device

Info

Publication number: DE202019005310U1
Application number: DE202019005310.7U
Authority: DE
Original assignee: Asanus Medizintechnik GmbH
Current assignee: Asanus Medizintechnik GmbH
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2029-02-08

Abstract

Blendenvorrichtung zur Formung des Nahfeldes (9) eines RFID-Lesegerätes (20) für RFID-Module (4),
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Blendenvorrichtung als Hohlleiter ausgebildet ist, dessen niedrigste Cut-Off-Frequenz wenigstens um das 1,5-fache höher ist, als die zum Betrieb der RFID-Module erforderliche Betriebsfrequenz,
- dass der Hohlleiter an seinem einen Ende durch eine metallisch leitende Wand verschlossen ist, so dass er einen Boden (6) der Blendenvorrichtung bildet, und an seinem anderen Ende offen ist, wobei die Gesamtlänge des Hohlleiters mindestens ein Viertel bis ein Drittel der Wellenlänge der zum Betrieb der RFID-Module (4) erforderlichen elektromagnetischen Wellen beträgt.

Diaphragm device for shaping the near field (9) of an RFID reader (20) for RFID modules (4),
characterized,
that the aperture device is designed as a waveguide, the lowest cut-off frequency of which is at least 1.5 times higher than the operating frequency required to operate the RFID modules,
- That the waveguide is closed at one end by a metallically conductive wall, so that it forms a bottom (6) of the diaphragm device, and is open at its other end, the total length of the waveguide being at least a quarter to a third of the wavelength of electromagnetic waves required to operate the RFID modules (4).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Blendenvorrichtung zur Formung des Nahfeldes von RFID-Lesegeräten und ein RFID-Lesegerät mit einer solchen Blendenvorrichtung. Dabei eignen sich die Vorrichtung und das Gerät insbesondere zur Verwendung bei medizinischen Instrumenten und Implantaten, z.B. zur Dokumentation der Verwendung eines mit einem RFID-Modul markierten Gegenstandes, können aber auch vorteilhaft auf beliebigen anderen Gebieten eingesetzt werden, wenn es darum geht, mit RFID-Modulen markierte Gegenstände in einer Umgebung sicher einzeln zu erfassen, in der sich eine Vielzahl solcher Gegenstände befindet.The invention relates to an aperture device for shaping the near field of RFID readers and an RFID reader with such an aperture device. The device and the device are particularly suitable for use with medical instruments and implants, e.g. to document the use of an object marked with an RFID module, but can also be used advantageously in any other field when it comes to reliably and individually detecting objects marked with RFID modules in an environment in which there are a large number of such objects located.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

RFID-Antennen im UHF-Bereich erzeugen typischerweise ein räumlich umfassendes elektromagnetisches Feld, um eine Vielzahl von RFID-Modulen gleichzeitig zu aktivieren und die in ihnen gespeicherten Informationen auszulesen. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn ein Pulk frisch sterilisierter medizinischer Instrumente, die jeweils durch ein RFID-Modul mit einer individualisierten Kennung versehen sind, kontrolliert und inventarisiert werden soll. Dazu ist das eigentliche elektronische Lesegerät mit Hilfe einer geschirmten Hochfrequenzleitung mit einem Antennenmodul verbunden, welches eine für den jeweiligen Anwendungsfall optimierte planare Antennenstruktur besitzt. Dies sind in der Regel einzelne Dipole oder Zusammenschaltungen von mehreren Dipolen oder strahlende resonante Flächenstrukturen, die als sogenannte Patch-Antennen bekannt sind. Diese speziell geformten Metallstrukturen befinden sich in der Regel auf einem dielektrischen Trägersubstrat. So wird beispielsweise für den UHF-Frequenzbereich aus Kostengründen nahezu ausnahmslos FR-4 verwendet, ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe, welches zur Produktion von elektronischen Leiterplatten sehr gut geeignet ist und daher häufig verwendet wird.RFID antennas in the UHF range typically generate a spatially extensive electromagnetic field in order to activate a large number of RFID modules at the same time and to read out the information stored in them. This is useful, for example, if a batch of freshly sterilized medical instruments, each of which is provided with an individualized identifier by an RFID module, is to be checked and inventoried. For this purpose, the actual electronic reading device is connected with the aid of a shielded high-frequency line to an antenna module which has a planar antenna structure which is optimized for the respective application. These are usually individual dipoles or interconnections of several dipoles or radiating resonant surface structures, which are known as so-called patch antennas. These specially shaped metal structures are usually located on a dielectric carrier substrate. For example, for the UHF frequency range, FR-4 is used almost without exception for cost reasons, a composite material made of epoxy resin and glass fiber fabric, which is very well suited for the production of electronic circuit boards and is therefore often used.

Substrate aus FR-4 Material besitzen eine Permittivitätszahl von etwa dem Vierfachen der Luft. Je nach realisierter Antennenstruktur ergibt sich ein vom Hersteller des Antennenmoduls vorgegebener Raumbereich, in dem sich die jeweiligen RFID-Module auslesen lassen.FR-4 material substrates have a permittivity number of about four times that of air. Depending on the antenna structure implemented, there is a room area specified by the manufacturer of the antenna module in which the respective RFID modules can be read out.

Oft möchte man aber in Arbeitsumgebungen mit UHF-RFID-Lesetechnologien arbeiten, wo die Arbeitsflächen aus hygienischen Gründen zur Reinigung und Desinfektion ausschließlich aus Edelstahl gefertigt sind. Diese mit metallischem Material ausgekleideten Arbeitsbereiche, bestehend aus Tischen aber auch aus Tischgestellen mit metallischen Hängevorrichtungen und ähnlichen Konstruktionen, wo die metallischen Werkzeuge wie zum Beispiel chirurgische Instrumente oder andere medizinische Werkzeuge aufgehängt werden, wirken für das vom Antennenmodul abgestrahlte elektromagnetische UHF-Feld wegen der guten elektrischen Leitfähigkeit der metallenen Gegenstände ähnlich wie stark reflektierende Spiegel oder räumlich verteilte Spiegelsegmente. Dadurch werden Interferenzen mit Hot-Spots oder Cold-Spots in dem vom Antennenmodul des Lesegerätes erzeugten Feldbereich erzeugt, wodurch es inhomogene Bereiche gibt, in denen beispielsweise die für die Aktivierung des RFID-Moduls erforderliche Feldenergie lokal nicht ausreicht, obwohl sich das markierte Instrument nahe beim Antennenmodul befindet. Es kommt zu unkontrollierten Reflexionen, wodurch ein und dasselbe RFID-Modul auf einem chirurgischen Werkzeugt durch Spiegellungen an den metallenen Oberflächen laufzeitverzögerte sogenannte Mehrfachausbreitungssignale erzeugt, wodurch die Lesbarkeit der im RFID-Modul gespeicherten Daten erheblich erschwert oder gar unmöglich wird. Im akustischen Bereich ist dieser Effekt allseits bekannt. So kann oftmals die Lautsprecherdurchsage in Bahnhöfen nicht verstanden werden, weil durch die Überlagerung vielfacher Echos an den Wänden die Durchsage unverständlich ist. In ähnlicher Weise führt die metallene Umgebung z.B. in der Sterilgutversorgungsabteilung eines Krankenhauses, wo erfasst werden soll, welches Instrument in einen bestimmten Sterilgutbehälter gepackt wird, zu unkontrollierten oder unverständlichen UHF-RFID-Leseresultaten.Often, however, one would like to work with UHF RFID reading technologies in work environments where the work surfaces are made of stainless steel for hygienic reasons for cleaning and disinfection. These work areas lined with metallic material, consisting of tables, but also of table frames with metallic hanging devices and similar constructions, where metallic tools such as surgical instruments or other medical tools are hung, work for the electromagnetic UHF field emitted by the antenna module because of the good ones electrical conductivity of the metal objects similar to highly reflective mirrors or spatially distributed mirror segments. This creates interference with hot spots or cold spots in the field area generated by the antenna module of the reader, which means that there are inhomogeneous areas in which, for example, the field energy required for activating the RFID module is not locally sufficient, although the marked instrument is close is located at the antenna module. There are uncontrolled reflections, which means that one and the same RFID module on a surgical tool generates so-called multiple propagation signals with delayed propagation time due to mirror barking on the metal surfaces, making the readability of the data stored in the RFID module considerably more difficult or even impossible. This effect is well known in the acoustic field. For example, the loudspeaker announcement in train stations can often not be understood because the overlay of multiple echoes on the walls makes the announcement incomprehensible. Similarly, the metallic environment e.g. in the sterile goods supply department of a hospital, where it is to be recorded which instrument is packed in a specific sterile goods container, for uncontrolled or incomprehensible UHF RFID reading results.

Auch aufgrund von engen Arbeits- und RFID-Erfassungsplatzverhältnissen für solche durch UHF-Felder zu aktivierende RFID-Module kommt es oft zu vom Anwender nicht gewollten unkontrollierten RFID-Modul Lesungen, weil die vom etwas weiter entfernt stationierten Antennenmodul erzeugten elektromagnetischen Felder durch Interferenz bedingten Überlagerungen unerwartet weit in den benachbarten Arbeitsbereich hinein wirken. Die Folge ist, dass ein kontrolliertes Lesen der von im RFID-Modul abgespeicherten Informationen beispielsweise von metallischen Instrumenten aller Art im UHF-Nahfeldbereich wie zum Beispiel mit RFID-Modulen markierte chirurgische Instrumente oder andere mit UHF-RFID-Modulen markierte Gegenstände mittels der UHF-RFID-Technologie nicht fehlerfrei oder nur mit signifikanter Zeitverzögerung, bedingt durch gegebenenfalls erforderliche Mehrfachlesungen zur Fehlerelimination, möglich ist.Also, due to the narrow working and RFID detection space conditions for such RFID modules to be activated by UHF fields, uncontrolled RFID module readings which are not wanted by the user often occur because the electromagnetic fields generated by the antenna module located a little further away are caused by interference caused by interference work unexpectedly far into the neighboring work area. The result is that a controlled reading of the information stored in the RFID module, for example of metallic instruments of all kinds in the UHF near-field area, such as surgical instruments marked with RFID modules or other objects marked with UHF RFID modules, using the UHF- RFID technology is not error-free or is only possible with a significant time delay due to the need for multiple readings to eliminate errors.

Der Effekt der Reflexion an metallisch leitenden Oberflächen bewirkt darüber hinaus insbesondere dann erhebliche Störungen beim Auslesen der jeweils abgespeicherten Daten, wenn mehrere Lesegeräte mit ihren jeweiligen Antennenmodulen gleichzeitig betrieben werden. Selbst bei hinreichend großer Entfernung der jeweiligen Antennenmodule voneinander kommt es aus den oben genannten Gründen durch Reflexionen zu Feldverzerrungen, Interferenzen, Hot-Spots und Cold-Spots usw. mit unkontrollierbaren Auswirkungen auf die zuverlässige Lesbarkeit der in den RFID-Modulen der markierten Objekte jeweils abgespeicherten Daten.The effect of reflection on metallically conductive surfaces also causes considerable disturbances when reading out the respectively stored data when several reading devices with their respective antenna modules are operated simultaneously. Even with sufficient Because of the above-mentioned reasons, the respective antenna modules are far apart from one another due to reflections, field distortions, interferences, hot spots and cold spots, etc. with uncontrollable effects on the reliable readability of the data stored in the RFID modules of the marked objects.

Daneben kommt es bei der Verwendung mehrerer Leseeinheiten wegen verzerrter überlappender elektromagnetischer UHF-Felder vor, dass ungewollt benachbarte RFID-Module aktiviert und ausgelesen werden, die sich gar nicht in dem Pulk der jeweils behandelten Werkzeuge befinden. Diese ungewollten Erfassungen von anderen benachbarten UHF-RFID-Modulen haben zur Folge, dass ein gezielt gesteuerter Prozess zur Erfassung von Produkten über eine in einen Computer eines Auswertesystems einprogrammierte Software dann nicht mehr problemlos und mit dem notwendigen Maß an Sicherheit für die erforderlichen Prozessabläufe möglich ist und der zusätzlichen Kontrolle bedarf.In addition, when using several reading units because of distorted overlapping electromagnetic UHF fields, it is unintentionally activated and read out adjacent RFID modules that are not at all in the group of the tools being treated. These unwanted recordings from other neighboring UHF RFID modules mean that a specifically controlled process for recording products using software programmed into a computer in an evaluation system is then no longer possible without problems and with the necessary level of security for the required process sequences and requires additional control.

Somit ist ein praxisbezogener und womöglich automatisierter Einsatz von RFID-Modulen im UHF-Nahfeld-Lesebereich sowohl bei einer Präsenz von zahlreichen markierten metallischen Gegenständen als auch unter beengten Raumverhältnissen im metallischen Umfeld bisher nicht mit der notwendigen erforderlichen Sicherheit und Zuverlässigkeit möglich.This means that the practical and possibly automated use of RFID modules in the UHF near-field reading area has not been possible with the necessary security and reliability, both in the presence of numerous marked metallic objects and in tight spaces in the metallic environment.

Das Problems von Interferenzen aufgrund von Überlagerungen von abgestrahlten und an metallischen Oberflächen reflektierten monofrequenten Wellen ist tritt unter anderem bei der Aufbewahrung von mit RFID-Modulen markierten Werkzeugen in einem Werkzeugschrank, der allseitig mit Metall umschlossen ist und entweder eine metallene Tür zum Einbringen von Objekten besitzt oder durch einen Deckel allseitig metallisch geschlossen ist, auf. Dabei können durch sog. „Hot-Spots“ oder „Cold-Spots“ Raumbereiche entstehen, in denen die RFID-Module nicht sicher oder störungsfrei gelesen werden können. Zur zumindest partiellen Lösung dieses Problems schlägt die EP 3 200 119 B1 die Verwendung eines oder mehrerer motorbetriebener „Verwirbler“ in Form jeweils zweier rechtwinklig angeordneter Metallplatten vor, die Feldstruktur in den metallisch umschlossenen kontinuierlich ändern sollen, so dass die Orte der Interferenzen ständig variieren. Dadurch soll erreicht werden, dass sich die Cold-Spots temporär verlagern und so alle RFID-Module gelesen werden können. Das Verfahren wird in ähnlicher Form in jedem modernen Mikrowellenofen angewendet, um eine gleichmäßige Erhitzung der Speisen zu gewährleisten. Da befindet sich der Verwirbler jedoch in der Nähe des felderzeugenden Magnetrons und nicht im Garraum.The problem of interference due to the superposition of emitted monofrequency waves reflected on metallic surfaces arises, among other things, when storing tools marked with RFID modules in a tool cabinet that is enclosed on all sides with metal and either has a metal door for inserting objects or is metallically closed on all sides by a lid. So-called “hot spots” or “cold spots” can create areas in which the RFID modules cannot be read safely or without interference. She proposes to at least partially solve this problem EP 3 200 119 B1 the use of one or more motor-operated “swirlers” in the form of two metal plates arranged at right angles, which are intended to continuously change the field structure in the metal-enclosed ones, so that the locations of the interferences vary constantly. This is intended to ensure that the cold spots are temporarily shifted so that all RFID modules can be read. The process is used in a similar form in every modern microwave oven to ensure that the food is evenly heated. However, the swirler is located near the field-generating magnetron and not in the cooking space.

Eine ähnliche Problematik wird auch in der WO 2015/018902 A1 angesprochen, wobei eine komplexe automatisierte Lesevorrichtung vorgeschlagen wird, bei der jeweils ein Pulk von mit RFID-Modulen markierten Operationswerkzeugen sicher gelesen und identifiziert werden soll. Die zu registrierenden Gegenstände werden in eine allseits geschlossenen Lesekammer, in der sich mehrere Metallplatten als Reflektoren befinden, welche die Aufgabe haben, die Feldstruktur in der beim Leseprozess allseits geschlossenen Lesekammer so zu beeinflussen, dass sich keine Fehler beim Auslesen der RFID-Informationen des Pulkes von markierten Operationswerkzeugen ergeben.A similar problem is also in the WO 2015/018902 A1 addressed, wherein a complex automated reading device is proposed, in each of which a group of surgical tools marked with RFID modules is to be reliably read and identified. The objects to be registered are placed in a reading chamber which is closed on all sides and in which there are several metal plates as reflectors, which have the task of influencing the field structure in the reading chamber which is closed on all sides during the reading process so that there are no errors when reading out the RFID information of the group of marked surgical tools.

Sowohl die EP 3 200 119 B1 als auch die WO 2015/018902 A1 behandeln zwar das Interferenzproblem, jedoch erlaubt es keine der dort vorgestellten Lösungen, gezielt einzelne mit RFID-Modulen markierte Gegenstände schnell und einfach zu erfassen, die jeweiligen RFID-Module auszulesen und ggf. auch neu zu beschreiben, so wie dies z.B. an Packtischen von Sterilgutversorgungsabteilungen notwendig ist..Both the EP 3 200 119 B1 as well as the WO 2015/018902 A1 Although they deal with the interference problem, none of the solutions presented there allows specific objects marked with RFID modules to be quickly and easily detected, the respective RFID modules read out and, if necessary, also rewritten, such as at packing tables of sterile goods supply departments necessary is..

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blendenvorrichtung zur Formung des Nahfeldes von RFID-Lesegeräten (d.h. des Feldes, das im Betrieb eines Lesegerätes von einer Antennenstruktur abgestrahlt wird) und ein RFID-Lesegerät mit einer solchen Blendenvorrichtung anzugeben, welche es ermöglichen, mit RFID-Modulen markierte Gegenstände auch in metallischen Umgebungen, d.h. Umgebungen, in denen z.B. auf Edelstahltischen gearbeitet wird, schnell und sicher zu erfassen und das jeweilige RFID-Modul ggf. auch neu zu beschreiben, ohne dass es dabei zu Störungen durch die Umgebung und benachbarte ebenfalls mit RFID-Modulen markierte Gegenstände kommt.The invention is based on the object of specifying a diaphragm device for shaping the near field of RFID readers (ie the field which is emitted by an antenna structure during the operation of a reader) and an RFID reader with such a diaphragm device, which make it possible to use RFID -Modules marked objects even in metallic environments, ie Environments where e.g. work on stainless steel tables, quickly and securely, and if necessary, rewrite the respective RFID module without causing interference from the environment and neighboring objects that are also marked with RFID modules.

Die Aufgabe wird gelöst von einer Blendenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einem RFID-Lesegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by an aperture device with the features of claim 1 or an RFID reader with the features of claim 9. Advantageous refinements and developments are the subject of the dependent claims.

Bei einer Ausführungsform ist die Blendenvorrichtung zur Formung des Nahfeldes eines RFID-Lesegerätes für RFID-Module als Hohlleiter ausgebildet, dessen niedrigste Cut-Off-Frequenz etwa um das 1,5-fache oder mehr höher ist, als die zum Betrieb der RFID-Module erforderliche Betriebsfrequenz, wobei der der Hohlleiter an seinem einen Ende durch eine metallisch leitende Wand verschlossen ist, so dass er einen Boden der Blendenvorrichtung bildet, und an seinem anderen Ende offen ist, wobei die Gesamtlänge des Hohlleiters mindestens ein Viertel bis ein Drittel der Wellenlänge der zum Betrieb der RFID-Module erforderlichen elektromagnetischen Wellen beträgt. Damit wird es überraschend möglich, dass von einer Antenne eines Lesegerätes abgestrahlte Feld quasi einzusperren und auf einen definierten Raumbereich zu begrenzen, in den dann auszulesende oder zu beschreibende RFID-Module, bzw. die mit solchen Modulen markierten Gegenstände, eingebracht werden können. Dabei sei an dieser Stelle betont, dass wenn hier der Kürze halber immer von RFID-Lesegeräten gesprochen wird, solche Geräte immer auch RFID-Lese-/Schreibgeräte und reine RFID-Schreibgeräte umfassen sollen, da die hier beschriebene technische Lösung zwar vorrangig beim Erfassen, das heißt Auslesen von RFID-Modulen verwendet wird, sich aber, wie aus der nachfolgenden Offenbarung deutlich wird, sich in gleicher Weise auch dazu eignet, RFID-Module gezielt zu beschreiben.In one embodiment, the diaphragm device for shaping the near field of an RFID reading device for RFID modules is designed as a waveguide, the lowest cut-off frequency of which is approximately 1.5 times or more higher than that for operating the RFID modules required operating frequency, wherein the waveguide is closed at one end by a metallically conductive wall so that it forms a bottom of the diaphragm device, and is open at the other end, the total length of the waveguide being at least a quarter to a third of the wavelength of the to the Operation of the RFID modules required electromagnetic waves. This surprisingly makes it possible for the field emitted by an antenna of a reading device to be virtually locked in and limited to a defined spatial area, into which RFID modules to be read out or to be written, or the objects marked with such modules, can be introduced. It should be emphasized at this point that if, for the sake of brevity, RFID readers are always used, such devices should always include RFID read / write devices and pure RFID write devices, since the technical solution described here is primarily intended for that is, reading out of RFID modules is used, but, as is clear from the disclosure below, is also suitable in the same way for specifically describing RFID modules.

Bei einer Ausführungsform ist die Blendenvorrichtung als ein einseitig metallisch verschlossener Rechteckhohlleiter mit mehreren Seitenwänden ausgebildet, wobei die Blendenvorrichtung dann z.B. aus einem starren quaderförmigem Gehäuse aus sterilisierbarem Gehäusematerial bestehen, welches zu wenigstens einer Seite, vorzugsweise zu zwei Seiten hin zumindest partiell offen ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Blendenvorrichtung als ein einseitig metallisch verschlossener Rundhohlleiter mit einer umlaufenden Seitenwand ausgebildet ist. Bei noch einer weiteren Ausführungsform sind besitzt der Hohlleiter einen Boden und Seitenwände, die bezüglich des Bodens jeweils nach außen hin schwenkbar sind, wodurch sich das offene Ende des Hohlleiters erweitert und sich gleichzeitig die elektrisch wirksame Gesamtlänge des Hohlleiters verkürzt.In one embodiment, the diaphragm device is designed as a rectangular waveguide which is closed on one side with a plurality of side walls, the diaphragm device then being e.g. consist of a rigid cuboid housing made of sterilizable housing material, which is at least partially open on at least one side, preferably on two sides. In another embodiment, the diaphragm device is designed as a circular waveguide which is closed on one side with a metal metal surface and has a circumferential side wall. In yet another embodiment, the waveguide has a bottom and side walls which can each be pivoted outward with respect to the bottom, as a result of which the open end of the waveguide widens and at the same time the overall electrically effective length of the waveguide is shortened.

Besitzt die Blendenvorrichtung eine oder mehrere Seitenwände, so können diese und der Boden entweder selbst metallisch leitend oder mit einer metallisch leitenden Folie versehen sein, so dass sie eine Seitenwandschirmung und eine Bodenschirmung bilden. Eine entsprechende Folie kann eine selbstklebende Folie mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,2 bis 0,8 mm, vorzugsweise etwa 0,4 bis 0, 6 mm sein.If the diaphragm device has one or more side walls, these and the bottom can either themselves be metallically conductive or be provided with a metallically conductive film, so that they form a side wall shield and a bottom shield. A corresponding film can be a self-adhesive film with a thickness in the range from approximately 0.2 to 0.8 mm, preferably approximately 0.4 to 0.6 mm.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Seitenwand oder eine der Seitenwände eine zum offenen Ende des Hohlleiters hin offene Aussparung, was das Einbringen von RFID-Modulen in den Innenraum der Blendenvorrichtung erleichtert, so dass z.B. an einem Packtisch schnell und effizient einzelne Instrumente erfasst werden können, wenn die Blendenvorrichtung Teil.In a preferred embodiment, the side wall or one of the side walls has a cutout which is open towards the open end of the waveguide, which facilitates the insertion of RFID modules into the interior of the diaphragm device, so that e.g. Individual instruments can be captured quickly and efficiently at a packing table if the aperture device is part.

Ein RFID-Lesegerät zum Erfassen von mit RFID-Modulen markierten Gegenständen umfasst ein Antennenmodul mit einer resonanten Antennenstruktur zum Auslesen entsprechender RFID-Module, wobei das Antennenmodul im Bereich des Bodens einer erfindungsgemäßen Blendenvorrichtung so angeordnet ist, dass seine resonante Antennenstruktur zum offenen Ende des Hohlleiters hin abstrahlt. Der Hohlleiter der Blendenvorrichtung erlaubt es dann vorteilhaft, dass Feld des Antennenmodul auf einen engen Raumbereich zu begrenzen, so dass nur dort befindliche RFID-Module ausgelesen bzw. beschrieben werden können und in der Nähe befindliche MetallflächenAn RFID reader for detecting objects marked with RFID modules comprises an antenna module with a resonant antenna structure for reading out corresponding RFID modules, the antenna module being arranged in the region of the bottom of an aperture device according to the invention in such a way that its resonant antenna structure is at the open end of the waveguide radiates there. The waveguide of the diaphragm device then advantageously allows the field of the antenna module to be limited to a narrow spatial area, so that only RFID modules located there can be read out or written to and metal surfaces located in the vicinity

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die resonante Antennenstruktur des Antennenmoduls auf einem dielektrischen Trägersubstrat aufgebracht, wodurch sich die geometrische Länge, die die Antennenstruktur zur Abstrahlung des zum Auslesen der RFID-Module benötigten Hochfrequenzfeldes besitzen muss, im Vergleich zur Länge ohne Substrat auf wenigstens etwa die Hälfte verkürzt und dadurch geringer ist als die Breite des Hohlleiters.In a preferred embodiment, the resonant antenna structure of the antenna module is applied to a dielectric carrier substrate, as a result of which the geometric length that the antenna structure must have in order to emit the high-frequency field required for reading out the RFID modules is at least about half compared to the length without a substrate shortened and therefore less than the width of the waveguide.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Antennenmodul über eine durch eine Durchführungsöffnung in der Blendenvorrichtung geführte Hochfrequenzleitung mit einer Steuer- und Auswerteelektronik verbunden ist.In a further preferred embodiment, the antenna module is connected to control and evaluation electronics via a high-frequency line which is guided through a through opening in the diaphragm device.

Die Erfindung kann vorteilhaft bei einem Verfahren zur gezielten Erfassung eines mit einem RFI D-Modul gekennzeichneten Gegenstands unter Verwendung eines erfindungsgemäßen RFID-Lesegeräts eingesetzt werden, bei dem zumindest der Teil des Gegenstands, der das RFID-Modul trägt, in das Innere des Hohlleiters verbracht wird, um die in dem RFID-Modul abgespeicherten Daten störungsfrei und ohne Beeinflussung durch etwaig in der Umgebung außerhalb des Hohlleiters vorhandene weitere RFID-Module auszulesen bzw. das Modul zu beschreiben.The invention can advantageously be used in a method for the targeted detection of an object marked with an RFI D module using an RFID reading device according to the invention, in which at least the part of the object which carries the RFID module is brought into the interior of the waveguide is used to read out the data stored in the RFID module without interference and without being influenced by any other RFID modules that may be present in the environment outside the waveguide or to write to the module.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der fünf Figuren umfassenden Zeichnung.Further details and advantages of the invention result from the following purely exemplary and non-limiting description of an exemplary embodiment in connection with the drawing comprising five figures.

FigurenlisteFigure list

1 shows a highly schematized RFID reader according to the prior art.
2nd shows schematically a section through a first embodiment of an RFID reader according to the invention.
3rd shows schematically a section through a second embodiment of an RFID reader according to the invention.
4th shows a schematic perspective view of an embodiment of a housing Forming an aperture device according to the invention.
5 shows schematically in plan view a housing equipped with a diaphragm device and an antenna module according to 4th .

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Bei dem in 1 gezeigten Stand der Technik dient ein Antennenmodul 1 der Erzeugung eines lokal begrenzten elektromagnetischen Feldbereiches 2.At the in 1 The prior art shown serves an antenna module 1 the generation of a locally limited electromagnetic field 2nd .

Die sich in dem Feldbereich 2 befindenden RFID-Module 3 sowie ein speziell zu selektierendes RFID-Modul 4 beziehen ihre zu Betrieb erforderliche Energie aus diesem Feld und nutzen dieses Feld beispielsweise durch rhythmische Absorptionsmodulation gleichzeitig zur Übertragung der in den RFID-Modulen abgespeicherten Daten. Die jeweiligen RFID-Module sind an bestimmten Gegenständen befestigt und damit diesen Gegenständen logistisch zugeordnet.Which is in the field area 2nd RFID modules 3rd and a specially selected RFID module 4th derive their energy required for operation from this field and use this field, for example by rhythmic absorption modulation, to transmit the data stored in the RFID modules at the same time. The respective RFID modules are attached to certain objects and thus logistically assigned to these objects.

Das Antennenmodul 1 ist durch eine Hochfrequenzleitung 5, in der Regel ein dünnes verlustarmes Koaxialkabel, mit einer komplexen, an sich bekannten und daher hier nicht weiter gezeigten Steuer- und Auswerteelektronik verbunden, welche das Antennenmodul einerseits speist und andererseits die von den RFID-Modulen jeweils empfangenen Signale auswertet und verarbeitet.The antenna module 1 is through a radio frequency line 5 , usually a thin, low-loss coaxial cable, connected to a complex control and evaluation electronics, known per se and therefore not shown here, which on the one hand feeds the antenna module and on the other hand evaluates and processes the signals received from the RFID modules.

Die hier gezeigte Anordnung ist typisch für ein UHF-System, welches in Europa im Frequenzbereich von etwa 868 MHz zugelassen ist. Die eigentlich wirksamen Antennen im Antennenmodul 1 sind in der Regel planare metallische Strukturen, die auf einem Trägersubstrat aufgebracht sind. Für diesen Frequenzbereich wird aus finanziellen Gründen ein FR-4-Substrat verwendet, welches in diesem Frequenzbereich noch sehr gut zu gebrauchen ist. Die Antennen werden ähnlich der Microstrip-Technik gestaltet, d. h. das verwendete Substrat besitzt eine durchgehend metallisierte Grundplatte und eine geeignet strukturierte Oberseite mit den stets resonanten Antennenstrukturen. Dies können einfache Dipole, Kreuzdipole oder sogenannte Patch-Antennen sein. Durch solche Antennenstrukturen werden die erzeugten elektromagnetischen Felder 2, wie in 1 gezeigt, von der Grundplatte des Substrates entgegengesetzt fort nach oben hin abgestrahlt. Dort wird also ein Feldbereich 2 erzeugt, dessen Intensität mit zunehmender Entfernung stetig abnimmt. Der hier gestrichelt eingezeichnete Feldbereich 2 markiert den Bereich, bis zu dessen Grenze die jeweiligen RFID-Module 3 noch genügend Betriebsenergie aus dem elektromagnetischen Feld beziehen kann. Bei einer größeren Entfernung können die RFID-Module jedoch nicht mehr aktiviert werden, weil dann die Energiedichte des Feldes zu gering ist.The arrangement shown here is typical of a UHF system which is approved in Europe in the frequency range of approximately 868 MHz. The actually effective antennas in the antenna module 1 are usually planar metallic structures that are applied to a carrier substrate. For financial reasons, an FR-4 substrate is used for this frequency range, which can still be used very well in this frequency range. The antennas are designed similar to the microstrip technique, ie the substrate used has a continuously metallized base plate and a suitably structured top with the always resonant antenna structures. These can be simple dipoles, cross dipoles or so-called patch antennas. The electromagnetic fields generated are generated by such antenna structures 2nd , as in 1 shown, radiated from the base plate of the substrate in the opposite direction upwards. So there is a field area 2nd generated, the intensity of which decreases with increasing distance. The field area shown here with dashed lines 2nd marks the area, up to the limit of which the respective RFID modules 3rd can still get enough operating energy from the electromagnetic field. With a greater distance, however, the RFID modules can no longer be activated because the energy density of the field is then too low.

Wie 1 zu entnehmen ist, kann ein ganzer Pulk von RFID-Modulen gleichzeitig aktiviert werden. Das ist für eine bestimmte Konstellation wie beispielsweise die Erfassung von mit diesen RFID-Modulen markierten Werkzeugen in einem Lagerraum durchaus sinnvoll. Je nach Größe der in den RFID-Modulen verwendeten Antennen können RFID-Module für den 868 MHz-Bereich heutzutage noch in sechs Metern Entfernung problemlos betrieben werden.How 1 can be seen, a whole bunch of RFID modules can be activated at the same time. This makes perfect sense for a specific constellation, such as the detection of tools marked with these RFID modules in a storage room. Depending on the size of the antennas used in the RFID modules, RFID modules for the 868 MHz range can still be operated easily six meters away.

Bei der Markierung z.B. von chirurgischen Instrumenten verwendet man typischerweise miniaturisierte RFID-Module und beschränkt sich auf einen Arbeitsbereich von typischerweise weniger als einem Meter. Trotzdem ergibt sich die oben geschilderte Problematik, wenn beispielsweise nur ein einziges zu selektierendes RFID-Modul 4 innerhalb eines Pulks von RFID-Modulen 3 gezielt ausgelesen werden soll, ohne dabei von weiteren RFID-Modulen 3 im Pulk gestört zu werden.When marking surgical instruments, for example, miniaturized RFID modules are typically used and are limited to a working area of typically less than one meter. Nevertheless, the problem described above arises if, for example, only a single RFID module to be selected 4th within a bunch of RFID modules 3rd is to be read out in a targeted manner without the need for further RFID modules 3rd to be disturbed in the crowd.

Eine Lösung des Problems ist schematisch in 2 gezeigt. Das Antennenmodul 1 wird von einer Blende aus geeignetem Material umschlossen, wodurch nun im Betrieb des Antennenmoduls 1 ein modifizierter Feldbereich 9 entsteht. In der 2 ist zur Erläuterung lediglich eine Querschnittszeichnung dargestellt. Dabei sieht man, wie das Antennenmodul 1 von einem Boden 6, einer linken Seitenwand 7 und einer rechten Seitenwand 8 einer Blendenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umschlossen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Blendenvorrichtung auch eine Vorderwand und eine Rückwand, die hier nicht gezeigt sind. Das Antennenmodul ist wiederum, wie im übrigen auch bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen, über eine Leitung 5 mit einer Steuer- und Auswerteelektronik verbunden, welche das Antennenmodul einerseits speist und andererseits die von den RFID-Modulen jeweils empfangenen Signale auswertet und verarbeitet, so dass Antennenmodul und Steuer- und Auswerteelektronik ein in seiner Gesamtheit mit 20 bezeichnetes RFID-Lesegerät bilden.A solution to the problem is shown schematically in 2nd shown. The antenna module 1 is enclosed by a panel made of suitable material, which means that the antenna module is now in operation 1 a modified field area 9 arises. In the 2nd only a cross-sectional drawing is shown for explanation. You can see how the antenna module 1 from a floor 6 , a left side wall 7 and a right side wall 8th a diaphragm device according to a first embodiment is enclosed. In this embodiment, the diaphragm device also has a front wall and a rear wall, which are not shown here. The antenna module is in turn, as in the rest of the embodiments described below, via a line 5 connected to control and evaluation electronics, which on the one hand feeds the antenna module and on the other hand evaluates and processes the signals received from the RFID modules, so that the antenna module and control and evaluation electronics form an RFID reader, designated as a whole by 20.

Das Material für die Wände ist metallisch leitend, wirkt aber aber im UHF-Bereich auch dämpfend. Dabei sind verschiedene Realisierungen zur Feldformung möglich. Kupferplatten sind wegen zu hoher Leitfähigkeit eher ungeeignet, weil dadurch zu viele Interferenzen entstehen können. Ein leifähiger Lack mit Silberpartikeln oder ein schlecht leitendes Graphitspray ergeben in der Regel zu dünnen Schichten, die durch seitliche Wirbelstrombildung vom intensiven UHF-Feld im Nahbereich des Antennenmoduls durchdrungen werden können. Bewährt hat sich bei einem der getesteten Ausführungsbeispiele eine selbstklebende, etwa 0,4 mm dünne Folie aus gekapseltem bleihaltigem Material, die auf geeignetes Trägermaterial aufgeklebt worden ist. Es sind jedoch auch weitere Metallfolien oder andere metallisch leitende und gleichzeitig verlustbehaftete und somit im UHF-Frequenzbereich dämpfend wirkende Materialien einsetzbar.The material for the walls is metallically conductive, but also has a dampening effect in the UHF range. Various realizations for field formation are possible. Copper plates are unsuitable because of their high conductivity because they can cause too much interference. A conductive paint with silver particles or a poorly conductive graphite spray usually results in thin layers that can be penetrated by the intense UHF field in the vicinity of the antenna module due to lateral eddy current formation. A self-adhesive, approximately 0.4 mm thin one has proven itself in one of the tested exemplary embodiments Foil made of encapsulated lead-containing material, which has been glued onto a suitable carrier material. However, other metal foils or other metallically conductive and at the same time lossy and thus damping materials in the UHF frequency range can also be used.

Gerade in medizinisch steriler Arbeitsumgebung muss ein Kompromiss zwischen den Materialkosten und den medizinischen Erfordernissen gefunden werden. Somit kann dieses zur Abschirmung verwendete Material je nach den jeweiligen Erfordernissen unterschiedlich sein, sofern die elektrische Leitfähigkeit, die Dämpfung der elektromagnetischen Felder im verwendeten Frequenzbereich und die Materialdicke für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden.A compromise must be found between the material costs and the medical requirements, especially in a medically sterile working environment. This material used for shielding can therefore vary depending on the respective requirements, provided the electrical conductivity, the damping of the electromagnetic fields in the frequency range used and the material thickness are optimized for the respective application.

In der 2 ist schematisch gezeigt, wie ein zu selektierendes RFID-Modul 4 mit Hilfe der Blendenvorrichtung einzeln aktiviert werden kann, indem es in einen modifizierten Feldbereich 9 mit einer zum Betrieb des selektierten RFID-Moduls hinreichender Feldenergie verbracht wird, während alle anderen RFID-Module 3 aufgrund zu geringer Feldenergie außerhalb des modifizierten Feldbereichs 9 deaktiviert bleiben.In the 2nd is shown schematically as an RFID module to be selected 4th can be activated individually with the aid of the diaphragm device by moving it into a modified field area 9 is spent with a field energy sufficient to operate the selected RFID module, while all other RFID modules 3rd due to insufficient field energy outside the modified field area 9 remain deactivated.

2 zeigt ferner den grundsätzlichen Aufbau des Antennenmoduls 1, bei dem die Pole 22 und 24 eines Dipols auf einem Trägersubstrat 26 angeordnet sind und so eine resonante Antennenstruktur bilden. 2nd also shows the basic structure of the antenna module 1 where the pole 22 and 24th of a dipole on a carrier substrate 26 are arranged and thus form a resonant antenna structure.

Durch eine einfache Variation des Winkels zwischen dem Boden 6 und den Seitenwänden 7 und 8 kann die Form des Bereiches mit hinreichend hoher Feldenergie den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden. Die 3 zeigt schematisch als Querschnittszeichnung eine solche Variation, die ein zweites Ausführungsbeispiel eines RFID-Lesegerätes 20 bildet. Die Seitenwände 7 und 8 stehen in dieser Variation nicht in einem Winkel von 90 Grad zum Boden der Blende, sondern in einem Winkel von jeweils etwa 110 Grad. Dadurch wird der modifizierte Feldbereich 9 signifikant vergrößert, wodurch in diesem zur Erläuterung dienenden Figur zwei zusätzlich selektierte RFID-Module 10 aktiviert werden können.By simply varying the angle between the floor 6 and the side walls 7 and 8th the shape of the area with a sufficiently high field energy can be adapted to the respective needs. The 3rd shows schematically as a cross-sectional drawing such a variation, the second embodiment of an RFID reader 20th forms. The sidewalls 7 and 8th are not in this variation at an angle of 90 degrees to the bottom of the panel, but at an angle of about 110 degrees each. This will make the modified field area 9 significantly enlarged, which in this figure used for explanation two additionally selected RFID modules 10th can be activated.

Grundsätzlich kann die Blendenvorrichtung zur Formung des Nahfeldes von RFID-Lesegeräten variabel gestaltet werden. Es muss dazu lediglich eine Art fixierbare Scharniervorrichtung zwischen dem Boden 6 und den jeweiligen Seitenwänden 7 und 8 angebracht werden. Dadurch kann der erfindungsgemäß modifizierte Feldbereich den jeweiligen Erfordernissen individuell angepasst werden.In principle, the diaphragm device for shaping the near field of RFID readers can be designed to be variable. All that is required is a kind of fixable hinge device between the floor 6 and the respective side walls 7 and 8th be attached. As a result, the field area modified according to the invention can be individually adapted to the respective requirements.

4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein sterilisierbares leeres Gehäuse 28 zur Aufnahme einer Blendenvorrichtung mit parallel verlaufenden Wänden. Das Gehäuse 28 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem sterilisierbaren Material, welches leichtgewichtig aber mit hinreichender Steifigkeit versehen ist. Das Gehäuse 28 bildet das äußere Skelett für die eigentliche Blendenvorrichtung. Daher sind bis auf die beiden Vorgaben, nämlich Steifigkeit und Sterilisierbarkeit, keine weiteren Bedingungen für die Funktion der Blendenvorrichtung zwingend erforderlich. Insbesondere ist es gleichgültig, ob das Gehäuse aus geeignetem Kunststoff oder beispielsweise aus Edelstahl gefertigt ist, da die charakteristischen elektrischen Eigenschaften durch die im Zusammenhang mit 5 erläuterten zusätzlichen Komponenten festgelegt werden. Für einfache Zwecke wäre aber bereits ein entsprechendes einfaches Gehäuse aus Edelstahl bereits ausreichend. 4th shows schematically an embodiment of a sterilizable empty housing 28 to accommodate a panel device with parallel walls. The housing 28 consists in this embodiment of a sterilizable material, which is lightweight but has sufficient rigidity. The housing 28 forms the outer skeleton for the actual aperture device. Therefore, apart from the two specifications, namely rigidity and sterilizability, no further conditions are absolutely necessary for the function of the diaphragm device. In particular, it is immaterial whether the housing is made of suitable plastic or, for example, stainless steel, since the characteristic electrical properties are related to the 5 explained additional components. For simple purposes, however, a corresponding simple housing made of stainless steel would already be sufficient.

Das in 4 gezeigte Gehäuse besitzt eine linke Gehäusewand 11, eine Gehäuserückseite 12, eine rechte Gehäusewand 13 eine Gehäusevorderseite 14 und einen Gehäuseboden 15. Das Gehäuse ist quaderförmig und nach oben hin offen, d. h. es besitzt keinen Deckel. Zudem ist die Gehäusevorderseite 14 signifikant niedriger, als die anderen Gehäusewände, wodurch das Einbringen von zu untersuchenden Gegenständen, die mit RFID-Modulen markiert worden sind, erheblich erleichtert wird.This in 4th housing shown has a left housing wall 11 , a case back 12th , a right housing wall 13 a case front 14 and a case back 15 . The housing is cuboid and open at the top, ie it has no lid. In addition, the front of the housing 14 significantly lower than the other housing walls, which considerably facilitates the insertion of objects to be examined that have been marked with RFID modules.

Bei einem Ausführungsbeispiel für den UHF- Bereich sind die Gehäusewände 11 und 13 sowie die Gehäuserückseite 12 jeweils etwa 12 cm hoch. Die Gehäuserückseite 12 und die Gehäusevorderseite 14 sind etwa 15 cm breit, wobei die Gehäusevorderseite 14 lediglich etwa 5 cm hoch ist. Die äußere Gesamtlänge des Gehäuses beträgt etwa 24 cm. Zur Durchführung der Hochfrequenzleitung 5 ist eine Durchführungsöffnung 16 vorgesehen, damit ein später in das Gehäuse 28 eingebrachtes Antennenmodul von der Steuer- und Auswerteelektronik gespeist werden kann.In one embodiment for the UHF range, the housing walls 11 and 13 as well as the back of the case 12th each about 12 cm high. The back of the case 12th and the front of the case 14 are about 15 cm wide, with the case front 14 is only about 5 cm high. The overall outer length of the housing is approximately 24 cm. To carry out the high-frequency line 5 is a feedthrough opening 16 provided for a later in the case 28 introduced antenna module can be fed by the control and evaluation electronics.

Zur Vervollständigung der Blendenvorrichtung zur Formung des Nahfeldes von RFID-Lesegeräten sind nun weitere Komponenten nötig, wie sie in 5 dargestellt sind. Zunächst wird das Gehäuse an den jeweiligen Innenseiten der Gehäusewände mit einem geeigneten Material ausgekleidet.To complete the diaphragm device for shaping the near field of RFID readers, additional components are now required, as described in 5 are shown. First, the housing is lined on the inside of the housing walls with a suitable material.

Während das Gehäusematerial 19 in elektrischer Hinsicht zunächst nebensächlich ist und lediglich die Bedingungen hinreichender Steifigkeit und im Falle der Anwendung in medizinischer Umgebung die Bedingung der Sterilisierbarkeit erfüllen muss, so kommt dem Material für die Schirmung eine in elektrischer Hinsicht signifikante Bedeutung zu.While the case material 19th is initially irrelevant from an electrical point of view and only has to meet the conditions of sufficient rigidity and, in the case of use in a medical environment, the condition of sterilizability, the material is of significant electrical significance for the shielding.

Bei dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel ist eine selbstklebende 0,4 mm dicke bleihaltige Folie verwendet worden, wobei das Blei so gekapselt ist, das es nicht freiliegt und keine Gesundheitsschäden durch Kontakt mit der Haut hervorrufen kann. Es können aber auch andere Materialien verwendet werden. Im UHF-Frequenzbereich bewirken die metallischen Eigenschaften des Bleis wegen der elektrischen Leitfähigkeit einen Kurzschluss der elektrischen Felder. Andererseits ist die Leitfähigkeit im UHF-Bereich jedoch deutlich geringer, als es bei Kupfer oder bei Silber der Fall ist, wodurch störende Reflexionen an den jeweiligen Wänden durch die gleichzeitig auftretenden elektrischen Verluste bedämpft werden. Mit dieser Folie werden sämtliche Seitenwände in der jeweiligen Höhe der Wände vollständig beklebt und bilden dadurch die Seitenwandschirmung 17. Ein Bekleben des Gehäusebodens 15 führt zur Bodenschirmung 18.In the embodiment presented here is a self-adhesive 0.4 mm thick lead-containing foil has been used, the lead being encapsulated in such a way that it is not exposed and cannot cause any damage to health through contact with the skin. However, other materials can also be used. In the UHF frequency range, the metallic properties of the lead cause a short circuit of the electrical fields due to the electrical conductivity. On the other hand, however, the conductivity in the UHF range is significantly lower than is the case with copper or silver, which means that disturbing reflections on the respective walls are dampened by the simultaneous electrical losses. With this film, all side walls are completely covered at the respective height of the walls and thus form the side wall shield 17th . A sticker on the case back 15 leads to ground shielding 18th .

Normalerweise ist die Antennenstruktur durch das jeweilige Gehäuse des Antennenmoduls 1 verdeckt. Um die elektrischen Verhältnisse zu erläutern, wird die Oberseite des Antennenmoduls 1 in 5 als transparent angenommen, sodass die strukturierte Oberfläche der wirksamen Antennen direkt betrachtet werden kann. The antenna structure is normally through the respective housing of the antenna module 1 covered. In order to explain the electrical conditions, the top of the antenna module 1 in 5 assumed to be transparent so that the structured surface of the active antennas can be viewed directly.

Die Antennenstruktur wird bei diesem Ausführungsbeispiel von drei Dipolen 30 gebildet, die auf einem Trägersubstrat 32 angeordnet sind. In diesem hier beispielhaft schematisch dargestellten Fall handelt es sich bei der Antennenstruktur um miteinander verkoppelte Dipolantennen 30. Diese Antennen 30 sind stets resonant. Die Gesamtlänge LH der Dipole 30 entspricht stets einer halben Wellenlänge bei der jeweiligen Betriebsfrequenz. Für eine Betriebsfrequenz im UHF-Bereich von 868 MHz kann also die Wellenlänge exakt berechnet werden. Jedoch ist die elektrisch wirksame Wellenlänge signifikant von dem jeweiligen Medium abhängig, mit dem die Dipolfelder verknüpft sind.In this embodiment, the antenna structure is made up of three dipoles 30th formed on a carrier substrate 32 are arranged. In this example shown schematically here, the antenna structure is a dipole antenna coupled to one another 30th . These antennas 30th are always resonant. The total length LH the dipole 30th always corresponds to half a wavelength at the respective operating frequency. For an operating frequency in the UHF range of 868 MHz, the wavelength can be calculated exactly. However, the electrically effective wavelength is significantly dependent on the respective medium with which the dipole fields are linked.

In dem in 5 beispielhaft erläuterten Fall befinden sich die in 5 gezeigten resonanten Dipole 30 des Antennenmoduls auf einem FR-4 Substrat 32. Dadurch verkürzt sich die mechanische Länge jedes auf dem Substrat 32 befindlichen Dipols 30 mit der Quadratwurzel der Permittivitätszahl des jeweiligen Substrates. Bei genauerer Rechnung müssten die jeweilige Breite der streifenförmigen Dipolmetallisierungen und die Verkopplung der Dipole miteinander sowie die sich am Ende der Dipolstreifen sich ergebenden sogenannten kapazitiven Endeffekte aufgrund der lokalen Streufelder zusätzlich berücksichtigt werden. An dieser Stelle sei zur Vereinfachung der Abschätzung in Form einer näherungsweisen Betrachtung lediglich erwähnt, dass ein auf einem FR-4-Substrat angebrachter Dipol mechanisch etwa nur halb so lang ist, als wenn er sich ausschließlich in der Luft befinden würde.In the in 5 exemplary case are those in 5 shown resonant dipoles 30th of the antenna module on an FR-4 substrate 32 . This shortens the mechanical length of each on the substrate 32 located dipoles 30th with the square root of the permittivity number of the respective substrate. With a more precise calculation, the respective width of the strip-shaped dipole metallizations and the coupling of the dipoles to one another and the so-called capacitive end effects resulting at the end of the dipole strips due to the local stray fields would also have to be taken into account. At this point, to simplify the approximation, it should only be mentioned that a dipole attached to an FR-4 substrate is mechanically about half as long as if it were only in the air.

Die einer Frequenz von 868 MHz in der Luft zugeordnete Wellenlänge beträgt etwa 35 cm. Die einer Frequenz von 868 MHz in einem FR-4-Substrat zugeordnete halbe Wellenlänge beträgt etwa 8,6 cm. Dies ist die für den Dipol in etwa erforderliche Länge und entspricht näherungsweise der mindestens erforderlichen Breite des Antennenmoduls. Bei einer Wandstärke von etwa 1 cm des Gehäusematerials 19 und einer Dicke D von 0,4 mm pro Seite der Schirmung verbleiben bei einer äußeren Breite des Gehäuses von 15 cm somit weniger als etwa 13 cm an Blendenbreite BB. Dadurch ergibt sich die folgende Situation: Die jeweiligen Seitenwände, insbesondere die linke Gehäusewand 11 und die rechte Gehäusewand 13 wirken zusammen mit den jeweiligen Seitenwandschirmungen 17 wie die Innenwände eines Rechteckhohlleiters. Durch die in 5 gezeigte Ausrichtung der resonanten Dipole ist die Feldstruktur in diesem so gebildeten Rechteckhohlleiter schaltungstechnisch vorgegeben. Dadurch bestimmt die Blendenbreite BB das charakteristische elektrische Verhalten der in ihr befindlichen elektromagnetischen Energie.The wavelength assigned to a frequency of 868 MHz in the air is approximately 35 cm. The half wavelength associated with a frequency of 868 MHz in an FR-4 substrate is approximately 8.6 cm. This is the length approximately required for the dipole and approximately corresponds to the minimum required width of the antenna module. With a wall thickness of about 1 cm of the housing material 19th and a thickness D of 0.4 mm per side of the shield, with an outer width of the housing of 15 cm, therefore less than about 13 cm of the panel width BB . This results in the following situation: The respective side walls, in particular the left housing wall 11 and the right case wall 13 work together with the respective side shields 17th like the inside walls of a rectangular waveguide. By in 5 shown orientation of the resonant dipoles, the field structure in this rectangular waveguide thus formed is predetermined in terms of circuitry. This determines the aperture width BB the characteristic electrical behavior of the electromagnetic energy in it.

Um eine Welle in diesem so gebildeten Hohlleiter ausbreiten lassen zu können, wäre als einfachster Feldtyp eine sogenannte H20-Welle möglich, weil die Dipolstruktur an ihren Enden ein Spannungsmaximum aufweist, jedoch die Randbedingungen im Hohlleiter an den jeweils äußeren Wänden ein Spannungsminimum erfordern. Dazu müsste die Blendenbreite BB aber mindestens 35 cm weit sein. Sie ist jedoch lediglich etwa 13 cm, also noch nicht einmal halb so breit. Das Antennenmodul befindet sich somit elektrisch und physikalisch innerhalb einer durch metallisch leitende Wände begrenzten Hohlleiteranordnung, welche sich bei einem Frequenzbereich von 868 MHz weit unterhalb ihrer Cut-off-Frequenz befindet und somit keine Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes zulässt. Dies bedeutet, dass die resonante Dipolanordnung des Antennenmoduls 1 zwar mechanisch in die Blendenvorrichtung eingebracht werden kann und auch dort innerhalb der Blendenvorrichtung ein lokales elektromagnetisches Nah- Feld zur Speisung und zum Auslesen von RFID-Modulen erzeugen kann, jedoch kann sich dieses elektromagnetische Feld nicht an den Seitenwänden entlang nach außen hin ausbreiten. Es ist vorteilhaft quasi im Innenraum der Blendenvorrichtung eingesperrt, und das entsprechende Lesegerät 20 erfasst zuverlässig nur RFID-Module, die in den Innenraum eingebracht werden.In order to allow a wave to propagate in this waveguide, the simplest type of field would be a so-called H20 wave, because the dipole structure has a maximum voltage at its ends, but the boundary conditions in the waveguide require a minimum voltage on the respective outer walls. This would require the aperture width BB but be at least 35 cm wide. However, it is only about 13 cm, not even half as wide. The antenna module is thus located electrically and physically within a waveguide arrangement delimited by metallic conductive walls, which is far below its cut-off frequency at a frequency range of 868 MHz and thus does not allow the electromagnetic field to propagate. This means that the resonant dipole arrangement of the antenna module 1 Although it can be introduced mechanically into the diaphragm device and can also generate a local near electromagnetic field for feeding and reading out RFID modules within the diaphragm device, this electromagnetic field cannot spread out along the side walls. It is advantageously locked up, so to speak, in the interior of the aperture device, and the corresponding reading device 20th Only reliably detects RFID modules that are inserted into the interior.

Durch eine Variation der Wandabstände und durch ein Aufweiten der Wände durch eine Änderung des Winkels zum Gehäuseboden kann, wie bereits oben und im Zusammenhang mit 3 erwähnt, der modifizierte Feldbereich wunschgemäß gestaltet werden. Im Grenzfall, also bei einem Winkel zwischen dem Gehäuseboden und den Seitenwänden von 180 Grad, ist der elektrische Einfluss auf den modifizierten Frequenzbereich vollständig aufgehoben und der vom Antennenmodul 1 erzeugte Feldbereich verhält sich so, als wäre keine Blende präsent. Allerdings ist der mechanische Aufwand für eine solche variable Blende aufwendig und oftmals auch nicht erforderlich. Es bleibt dem Anwender überlassen, welche Version einer Blendenvorrichtung zur Formung des UHF-Nahfeldes von RFID-Lesegeräten er benötigt.By varying the wall distances and by expanding the walls by changing the angle to the housing base, as already mentioned above and in connection with 3rd mentioned, the modified field area can be designed as desired. In the extreme case, i.e. at an angle between the case bottom and the side walls of 180 degrees, the electrical influence on the modified frequency range is completely eliminated and that of the antenna module 1 The generated field area behaves as if no aperture was present. However, the mechanical effort for such a variable diaphragm is complex and often not necessary. It is up to the user which version of an aperture device to form the UHF near field of RFID readers he needs.

BezugszeichenlisteReference list

11: AntennenmodulAntenna module
22nd: FeldbereichField area
33rd: RFID-ModulRFID module
44th: zu selektierendes RFID-ModulRFID module to be selected
55: HochfrequenzleitungRadio frequency line
66: Bodenground
77: linke Seitenwandleft side wall
88th: rechte Seitenwandright side wall
99: modifizierter Feldbereichmodified field area
1010th: zusätzlich selektierte RFID-Moduleadditionally selected RFID modules
1111: linke Gehäusewandleft housing wall
1212th: GehäuserückseiteRear of housing
1313: rechte Gehäusewandright housing wall
1414: GehäusevorderseiteFront of the housing
1515: GehäusebodenCase back
1616: DurchführungsöffnungLead-through opening
1717th: SeitenwandschirmungSide wall shielding
1818th: BodenschirmungGround shielding
1919th: GehäusematerialHousing material
2020th: RFID-LesegrätRFID reader
2222: Polpole
2424th: Polpole
2626: TrägersubstratCarrier substrate
2828: Gehäusecasing
3030th: Antennenstruktur (Dipol)Antenna structure (dipole)
3232: TrägersubstratCarrier substrate
BBBB: BlendenbreiteAperture width
DD: Dicke der SchirmungShielding thickness
LHLH: DipollängeDipole length

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 3200119 B1 [0009, 0011]
WO 2015/018902 A1 [0010, 0011]

Claims

Aperture device for shaping the near field (9) of an RFID reader (20) for RFID modules (4), characterized in that the aperture device is designed as a waveguide, the lowest cut-off frequency of which is at least 1.5 times is higher than the operating frequency required to operate the RFID modules, - that the waveguide is closed at one end by a metallically conductive wall, so that it forms a bottom (6) of the diaphragm device, and is open at its other end, the total length of the waveguide being at least a quarter to a third of the wavelength of the electromagnetic waves required to operate the RFID modules (4).

Aperture device after Claim 1 , characterized in that the diaphragm device is designed as a rectangular waveguide closed on one side with a plurality of side walls (11, 12, 13, 14).

Aperture device after Claim 2 , characterized in that the diaphragm device consists of a rigid cuboid housing made of sterilizable housing material (19) which is at least partially open on at least one side, preferably on two sides.

Aperture device after Claim 1 , characterized in that the diaphragm device is designed as a one-sided metallic closed hollow waveguide with a circumferential side wall.

Aperture device after Claim 1 , characterized in that the waveguide has a bottom (6) and side walls (7, 8) which can each be pivoted outwards with respect to the bottom (6), as a result of which the open end of the waveguide expands and at the same time the overall effective electrical length of the waveguide shortened.

Aperture device according to one of the Claims 2 to 5 , characterized in that the side wall / side walls (11-14) and the bottom (6) are metallically conductive or provided with a metallically conductive film and form a side wall shield (17) and a bottom shield (18).

Aperture device after Claim 6 , wherein the side wall / side walls (11-14) and the bottom (6) are provided with a metallically conductive film, characterized in that the metallically conductive film is a self-adhesive film with a thickness in the range from approximately 0.2 to 0.8 mm, preferably about 0.4 to 0.6 mm.

Aperture device according to one of the Claims 2 to 6 , characterized in that the side wall or one of the side walls (14) has a cutout which is open towards the open end of the waveguide, in order to facilitate the introduction of RFID modules (4) into the interior of the diaphragm device (22).

RFID reader (20) for detecting objects marked with RFID modules, comprising an antenna module (1) with a resonant antenna structure (30) for reading out corresponding RFID modules, characterized in that the antenna module (1) is in the region of the floor (6) a diaphragm device according to one of the Claims 1 to 8th is arranged so that its resonant antenna structure (30) radiates towards the open end of the waveguide.

RFID reader (20) after Claim 9 , characterized in that the resonant antenna structure (30) of the antenna module (1) is applied to a dielectric carrier substrate (32), which results in the geometrical length (LH) that the antenna structure has for radiating the high-frequency field required for reading out the RFID modules must, compared to the length without substrate, be shortened to at least about half and is therefore less than the width (BB) of the waveguide.

RFID reader (20) after Claim 9 or 10th , characterized in that the antenna module (1) is connected to control and evaluation electronics via a high-frequency line (5) which is guided through a through opening (16) in the diaphragm device.