CN101006607A

CN101006607A - 用于与多个应答器通信的天线

Info

Publication number: CN101006607A
Application number: CN200580023837.7A
Authority: CN
Inventors: 保罗·胡伯默尔; 克里斯蒂安·施韦尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2025-07-13
Also published as: EP1771916B1; EP1771916A1; US7570168B2; DE602005010871D1; US20080169985A1; WO2006008705A1; CN101006607B; ATE413696T1; JP2008507185A

Abstract

提供了一种与多个应答器(6a..6c)通信的天线(1)，该天线(1)具有天线导线(2)，天线导线(2)完全独立地包围供应答器(6c)使用的至少一个读/写区域(4c)，和/或当将多个读/写区域(4a、4b)设置在由天线导线(2)包围的连续内部区域(3)内时，内部区域(3)在读/写区域(4a、4b)之间具有收缩(5a)，使得天线导线(2)大部分独立地包围这些读/写区域(4a、4b)。从而天线(1)辐射的电磁场集中在读/写区域(4a..4c)。

Description

用于与多个应答器通信的天线

技术领域

本发明涉及一种与多个应答器进行通信的天线，具体地，涉及一种与多个所谓射频识别标签(简称为RFID标签)进行通信的天线，该天线具有天线导线，该天线导线包围供应答器使用的多个读/写区域。

本发明还涉及一种具有根据本发明的天线的通信系统，以及涉及根据本发明的天线或这种通信站的使用。

背景技术

所述RFID标签在现有技术中已知，并且通常用于存储数据或用于目标识别。例如，消费类物品配备有这种标签，以便以简单的方式电子地揭示价格、成分、使用说明等。因此，本发明一般涉及可以无线地读写的数据载体。

上述RFID标签通常比较小，并黏着在目标上、或者直接包含于目标内。在通常与RFID标签集成在一起的天线的帮助下，可以与所谓“阅读器”的通信站进行通信。主动和被动RFID标签之间通常也有不同，被动RFID标签不具有其自身的电流或能量供应。在这种情况下，在集成的天线的帮助下，给RFID标签提供从通信站或收发设备所辐射的电磁场中汲取的能量。以这种方式，可以从被动应答器中读取数据、或向被动应答器写入数据。

然而，为了实现对上述应答器充分的能量供给，通信站的天线必须提供相应的强场。此外，存在在非常狭窄的空间内设置了多个这种应答器、或具有这种应答器的目标的系统，使得根据应答器和/或具有这种应答器的目标的位置，通信系统的天线必须也与该应答器的位置匹配。

为了同时拾取多个应答器，根据现有技术，还可以使用公共天线。通常，天线只包围应答器的读/写区域。然而，由于与单个应答器的天线相比的多个应答器天线的较大尺寸，所以在远离天线导线的区域中的场强极大地下降，使得在该区域中不能够进行通信站和应答器之间的通信，或者只可以在有限范围内进行这样的通信。

在基本上沿直线来排列多个应答器、天线的相应设计具有远大于1的长宽比的情况下，也出现了上述问题。在这种情况下，沿纵向延伸的互相平行的天线导线部分主要导致了场的形成，而在宽度方向上横向延伸的天线导线部分对场的形成几乎没有贡献。因此，利用这种天线，当符合传统的间距时，还必须假设在中心区域中没有足够强的电磁场以给正常的应答器提供足够的能量。

因此，在用于多个应答器的天线的情况下，必须确保给天线提供更强的能量、该天线因而需要更大的导线横截面，或者将应答器或配备有应答器的产品放置于更靠近天线的位置。然而，当将这种应答器集成于配备有该应答器的产品中时，天线和应答器之间的任何距离减小通常受限于设计条件。

尽管由于各个天线的端部以及电源线或连接线的增加，以下结构是不利的，并且需要增加成本和设计开销，但是为了实现足够大的场，可选地，例如，可以以与多个应答器位置相对应的排或行的形式来设置多个天线。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种与多个应答器通信的天线，以及具有所述天线的通信站，其中，克服了上述缺陷。

为了实现上述目的，本发明涉及一种在第一段中提到的类型的天线，其中

-天线导线完全独立地包围至少两个读/写区域，或者其中

-天线导线包围连续内部区域，该连续内部区域在包含于其中的多个读/写区域之间具有收缩(constriction)，使得天线导线大部分独立地包围至少两个读/写区域，或者其中

-天线导线完全独立地包围至少一个读/写区域，并且还包围连续内部区域，该连续内部区域在包含于其中的多个读/写区域之间具有收缩，使得天线导线大部分独立地包围至少两个读/写区域。

由根据本发明的特征所实现的效果在于，所述读/写区域中的电磁场集中在单个天线上。这实质上可以改善通信站和应答器之间的通信。

在伸长的天线的情况下，除了沿天线的最大尺寸方向延伸的天线导线部分的子区域之外，横向延伸的嵌入的天线导线部分也导致了天线场的形成，使得整体上，即使利用低功率，也可以产生足够大的电磁场，以在应答器中提供足够的能量来发送数据。

因此，可以提供足够高的电磁场，而不需要增加要发送到天线的功率。因此，根据结构条件的预定条件，根据本发明提出的天线配置可以在天线和应答器之间提供更大的距离。

利用根据本发明的天线，还可以从例如以排或行或列的形式设置的多个应答器、或者配备有该应答器的产品中同时拾取数据。因此，可以使用具有简化的电源线或连接线的单个天线。此外，即使在天线与数据介质、或配备有该数据介质的产品之间具有相当大的距离，但是通过提供足够的场以在数据介质中产生能量，可以实现数据的可靠获取。

有利地，在完全包围的读/写区域的情况下，天线导线的包络角度大于360度。从而可以在读/写区域附近实现极其强的电磁场。

本发明的有利实施例还提供了一种天线，其中，天线导线沿相反方向围绕相邻的读/写区域。当各个读/写区域彼此之间仅具有较小的间距时，这种设置尤其适用。这是由于如果沿相同的方向围绕紧密相邻的读/写区域，则由于载有相反方向电流的天线导线部分靠在一起，所以将发生电磁场的抵消或至少衰减现象。此外，上述设置的材料开销比较小。

在连续内部区域内的多个读/写区域的情况下，有利地，在内部区域中环绕读/写区域的最大圆周与在内部区域中环绕收缩的最小圆周之比至少是1.5。实际上，利用这种比率，根据本发明的将电磁场集中在读/写区域上的效果变得尤其明显。

此外，有利地，在内部区域中环绕相邻的读/写区域、并且彼此具有最小间距的两个最大圆周的中心间距与这两个最大圆周的半径之和的至少1.5倍相对应。按照这种方式，横向延伸至天线的纵向尺寸的天线导线部分具有足够大的间距，使得由于导线间距较小，所以由所述导线部分产生的电磁场实质上不会彼此影响。

此外，有利地，读/写区域分别位于互相平行的平面或单个平面内，以及天线导线同样布置在读/写区域的各个平面内。例如，尤其是在具有以矩阵形式设置的读/写区域时，这种天线尤其适用于其中存储了要识别的目标的展览架或自动售货机。在这种情况下，天线可以放置在展览架的后侧。

此外，有利地，读/写区域位于几何表面上、以及天线导线同样布置在该表面上。不需要位于平面上的目标也可以配备有多个RFID标签。一个示例是立方体包装，该立方体包装在两个不同的立方体表面上具有针对两个不同投送业务的RFID标签。为了能够可靠地与这种RFID标签配置进行通信，几何弯曲的天线是有利的。

此外，尤其有利地，配置读/写区域，使得应答器的天线可以完全设置在该读/写区域内，这是由于在该区域中收发单元的天线和应答器的天线之间的耦合极其强。

尤其有利地，还配置读/写区域，使得配备有应答器的多个目标的每个都可以完全设置在各自的读/写区域内。应答器通常比配备有应答器的产品小。因此，例如当不可以从产品中看到RFID标签确切所处的位置时，使天线适应目标的尺寸会是有利的。

有利地，不将与未由天线导线包围的内部区域的位置邻接的任意收缩或读/写区域计算在内，具有收缩的至多两个区域邻接读/写区域，以及反之亦然。这是由于如图所示，实质上具有一维方向的天线尤其容易生产。尽管例如弯曲的实施例也是可以的，但是实质上，直天线是尤其优选的。

还有利地，不将与未由天线导线包围的内部区域的位置邻接的任意收缩或读/写区域计算在内，至少一个收缩邻接多于两个的读/写区域，和/或反之亦然。如图所示，具有分支的天线适用于读/写位置实质上不位于一行的设置。因此，具体地，矩阵形式的设置也是可以的。

还由一种用于与多个应答器进行通信的通信站实现了根据本发明的目的，该通信站包括：至少一个天线；供给设备，用于给天线提供电源；以及评估单元，与天线耦合。

根据本发明，尤其在展览架中(具体地，在零售展览架中)、在实际使用项目(例如，打印机、用于容纳数据介质的存储器等)中、或者自动售货机中，提供了根据本发明的天线、和/或根据本发明的通信站的使用。对于这种应用，如图所示，通常需要对可以以行或列设置的多个数据介质、或者具有该数据介质的产品的数据询问。

当在展览架中使用(具体地，在零售展览架中使用)时，例如，这种数据询问可以用于盘点。例如，可选地，当检测到已经将具有数据载体的产品从展览架移开时，可以使附加信息在位于零售展览架旁的显示屏上可用。

当在实际使用项目(例如，打印机)中使用时，例如，可以根据配备有数据介质的各个打印盒的位置，来监控各个打印盒的使用频率或使用长度，并且可以使与这种打印盒的填充度有关的信息可用。

当在自动售货机中使用时，对于盘点或自动移开所期望的产品，有着同样的可能。

本发明的这些和其它方面将从下面所述的实施例中显而易见，以及将参考下面所述的实施例来阐明本发明的这些和其它方面，但是本发明不局限于下面所述的实施例。

附图说明

在附图中：

图1a-1c示出了其中多个读/写区域设置在由天线导线包围的连续内部区域内的天线。

图2a-2d示出了其中天线导线完全独立地包围多个读/写区域的天线。

图3示出了具有图1a和图2c的组合形式的天线。

图4a示出了根据图1c的天线，其中，读/写区域以矩阵形式设置。

图4b示出了根据图4a的天线，其中，读/写区域以不完全的矩阵形式设置。

图5示出了根据图2b的天线，其中，读/写区域以矩阵形式设置。

图6示出了用于与多个应答器通信的通信站。

图7示出了通信站，其中，读/写区域设置在几何表面上。

具体实施方式

图1a示出了具有天线导线2的天线1，用于与多个应答器6a..6c进行通信，为了与多个应答器6a..6c通信，天线1包括沿直线排列的三个读/写区域4a..4c。天线导线2包围连续内部区域3，连续内部区域3在读/写区域4a..4c之间具有收缩5a..5b。为了比较，虚线表示根据现有技术的设置，该设置不具有任何收缩5a..5b。现在，通过设置收缩5a..5b所实现的效果在于，天线导线2大部分包围了每个读/写区域4a..4c。在这种情况下，读/写区域4a..4c以及收缩5a..5b均由天线导线2的互相相对平行的部分组成，这些部分分别由斜向延伸部分连接。与根据现有技术的配置相比，对于具有收缩5a..5b的天线1，读/写区域4a..4c中的电磁场强更大，但是电感更小。在图1a中由箭头示出电磁场的效应，这些箭头从天线导线2的各个部分指向应答器6a..6c。

图1b示出了与图1a所示类似的天线1，其中，读/写区域4a..4c由天线导线2的互相相对的椭圆形部分组成，并且收缩5a..5b由天线导线2的互相相对的平行部分组成。还示出了内部区域3中针对读/写区域4a的最大可环绕圆周7a、以及内部区域3中针对收缩5a的最小可环绕圆周8a。图1b清楚地表明了最大圆周7a的半径R7a与最小圆周8a的半径R8a之比明显大于1.5。

图1c示出了根据本发明的天线1的另一实施例。在这种情况下，如图1a所示，尽管天线导线2的互相相对的平行部分由与之垂直延伸的部分相连，但是读/写区域4a..4c和收缩5a..5b由这些互相相对的平行部分组成。图1c中还示出了内部区域3中针对读/写区域4a的最大可环绕圆周7a、以及内部区域3中针对读/写区域4b的最大可环绕圆周7b。在这种情况下，两个圆周7a和7b彼此之间具有最小的间距。因此，图1c清楚地示出了两个圆周7a和7b的中心间距A7a/7b大于这两个圆周的半径R7a、R7b之和的1.5倍。

图2a也示出了具有天线导线2的天线1，用于与多个应答器6a..6c进行通信，在这种情况下，天线1包括沿直线排列的三个读/写区域4a..4c，但是其中，天线导线2完全独立地包围了每个读/写区域4a..4c。为此，天线导线2具有包围读/写区域4a..4c的环。同样，读/写区域4a..4c中的电磁场强大于根据现有技术的配置中的电磁场强。再次由箭头示出电磁场的效应，这些箭头从天线导线2的各个部分指向应答器6a..6c。由于天线导线2的更大的包络角度，所以在读/写区域4a..4c上的电磁场集中强于图1a..1c中所示的实施例。在第三读/写区域4c中，包络角度甚至具有540度的值。在图2a中，在第三读/写区域4c处，将外部导线2的重叠表示为位于平面内。当然，也可以设想，外部导线2的相应部分彼此重叠。

图2b示出了根据图2a的天线1，但是其中，天线导线2的分别在读/写区域4a..4c之间通过的线性延伸且互相平行的部分之间的间距小于图2a中的间距。从而电磁场更加良好地集中在读/写区域4a..4c上，并且天线1的电感减小。这是由于，由于相反方向的电流流动，实质上抵消了在天线导线2的线性延伸且互相平行的部分上的电磁场。

图2c示出了天线2的另一优选实施例，其中，天线导线2扭转至特定程度，并在各个交叉点之间包含读/写区域4a..4c。尽管图2c中的天线1的材料开销略少，但是如图所示的天线1的效果与图2b中所示的变体相似。

最后，图2d示出了用于通信站9的天线1，其中，天线1的两个端部物理地分离。天线导线2形成单环路，所述单环路分别独立地包括读/写区域4a..4c。尽管在这种情况下，将读/写区域4a..4c设置在直线上，但是当然，其它配置也是可以的。

最后，图3示出了组合了图1a和图2c的形式的天线1。在这种情况下，天线导线2完全包围连续内部区域3，连续内部区域3具有在读/写区域4a..4b之间的收缩5a，并且还具有读/写区域4c。天线1在各个部分上的效果与在图1a和图2c中所述的效果类似。在这点上，应该注意，图3仅意在示出组合已经提到的形式的可能性，以及本发明决不局限于特别示出的组合。而是，所有可设想的组合都落入本发明的广义范围内。具体地，这同样适用于在图4a、4b和5中所示的实施例。

图4a示出了根据图1c的天线，但是其中，读/写区域4a..4f以矩阵形式设置。这里，第一三个读/写区域4a..4c位于第一行，以及第二三个读/写区域4d..4f位于第二行。在这种情况下，天线1的效果与图1c所示的天线1的效果类似。再次由虚线表示根据现有技术的配置。天线导线2实质上形成了读/写区域4a..4f的包围。与根据现有技术的设置相比，这里电磁场再次集中在读/写区域4a..4f中。

此外，图4b示出了根据图4a的天线1，其中，读/写区域4a..4f以不完全的、但是偏离严格的行/列形式的矩阵形式设置。此外，在这种情况下，读/写区域4a..4f并不以图4a所示的链的形式连接，而是经由分支相连。然而，天线1的效果与图4a所示的天线1的效果类似。

最后，图5示出了根据图2b的天线，其中，读/写区域4a..4f同样以矩阵形式设置，并且再次由天线导线2以链的形式连接。在这种情况下，根据图2b的天线1经水平轴进行反折。因此，在图5中，天线导线2环绕读/写区域4a..4f的各行之间的区域，这在该区域中产生实际并不期望的电磁场。然而，可以通过将图2b中所示的形式进行简单地重复(duplicate)而不是镜像，来容易地避免该问题，在这种情况下，需要在左手边设置天线导线2的适当连接部分。然而，在该变体中，需要增加材料开销。

现在，图6示出了与安装至目标12a..12c的多个应答器6a..6c进行通信的通信站9。通信站9包括：具有天线导线2的天线1；供给设备10，用于给天线1提供电能；以及评估单元11，与天线1耦合。可以清楚地看出，读/写区域4a..4c位于单个平面内，在该平面中还布置了天线导线2。还可以清楚地看出，配置读/写区域4a..4c，使得应答器6a..6c及其天线中的每个都可以同时完全设置在各个读/写区域4a..4c内。在所示设置中，即使是目标12a..12c自身的每个也可以设置在各个读/写区域4a..4c中。

最后，图7示出了通信站9，其中，读/写区域4a..4c设置在几何表面上，天线导线2同样布置在该表面内。由于立方体目标12具有三个应答器6a..6c，所以每个应答器位于不同侧面是必需的。然而，可以假设，目标12仅具有一个应答器6a，即使在目标12处于不同的空间位置时，也倾向于由通信站9读取该应答器6a。这里双箭头表示目标12的可能的传送方向。这里应该提到，仅用于示例，目标12可以是包裹或行李，在传送带(未示出)的帮助下，沿传送方向传递到通信站9。通信站9则可以是分类机的一部分，例如位于上述包裹的邮局、或上述行李的机场处。

最后，应该提到，当然不一定需要天线导线2形成为单条。而是，天线导线2当然可以由多个独立的部分组成。利用适当的设计，天线1可以包括可以有效制造的多个类似模块。

还应该提到，根据本发明的特征可以单独地使用或组合地使用。

最后，本发明并不意在限制于天线导线2的所示形式。具体地，例如，可以考虑圆形或环形、矩形或方形、以及多边形的读/写区域4a..4f，以便使读/写区域4a..4f适应应答器6a..6f的外部形状，在这种情况下，读/写区域4a..4f优选地还与应答器6a..6f的大小匹配。

除了各种形式之外，具体地，对于根据图2a-2d、3以及5的天线1，例如，位于一个平面内或者彼此重叠的多层环也是可以的，以便使电磁场更强烈地集中在读/写区域4a..4f上。在任意情况下，本发明实现了读/写区域4a..4f中的增强的电磁场，使得与公知的天线相比，需要更小的电流以用于天线1的应答器6a..6f的充分供给。

还应该提到，可以利用天线1同时读取的应答器6a..6f的数目并不局限于如图所示的至多六个应答器6a..6f的数目，而是可以根据需要或应用来使天线1适应。

最后，应该注意，上述实施例示出了本发明而不是限制本发明，并且本领域的技术人员能够在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，设计出多种备选实施例。在权利要求中，圆括号中的任何参考符号不应被理解为限制权利要求。单词“包括”等整体上并不排除在权利要求或说明书中列出的单元或步骤之外的单元或步骤的存在。对元件的单数引用并不排除该元件的复数引用，反之亦然。在列举多个装置的设备权利要求中，这些装置中的多个可以由同一个硬件来具体实现。唯一的事实是，在相互不同的从属权利要求中所述的特定措施并不表示不能够有利地使用这些措施的组合。

Claims

1.一种用于与多个应答器(6a..6f)通信的天线(1)，所述天线(1)具有天线导线(2)，所述天线导线(2)包围供应答器(6a..6f)使用的多个读/写区域(4a..4f)，其中

所述天线导线(2)完全独立地包围至少两个读/写区域(4a..4f)，或者其中

所述天线导线(2)包围连续内部区域(3)，所述连续内部区域(3)在包含于其中的多个读/写区域(4a..4f)之间具有收缩(5a..5e)，使得所述天线导线(2)大部分独立地包围至少两个读/写区域(4a..4f)，或者其中

所述天线导线(2)完全独立地包围至少一个读/写区域(4a..4f)，并且还包围连续内部区域(3)，所述连续内部区域(3)在包含于其中的多个读/写区域(4a..4f)之间具有收缩(5a..5e)，使得天线导线(2)大部分独立地包围至少两个读/写区域(4a..4f)。

2.根据权利要求1所述的天线(1)，其特征在于，在完全包围读/写区域(4a..4f)的情况下，所述天线导线(2)的包络角度大于360度。

3.根据权利要求2所述的天线(1)，其特征在于，所述天线导线(2)沿相反方向围绕相邻的读/写区域(4a..4f)。

4.根据权利要求1所述的天线(1)，其特征在于，在连续内部区域(3)中的多个读/写区域(4a..4f)的情况下，在所述内部区域(3)中环绕读/写区域(4a)的最大圆周(7a)与在所述内部区域(3)中环绕收缩(5a)的最小圆周(8a)之比是至少1.5。

5.根据权利要求4所述的天线(1)，其特征在于，在所述内部区域(3)中环绕相邻读/写区域(4a..4b)、并且彼此具有最小间距的两个最大圆周(7a、7b)的中心间距(A7a/7b)与所述两个最大圆周的半径(R7a、R7b)之和的至少1.5倍相对应。

6.根据权利要求1所述的天线(1)，其特征在于，所述读/写区域(4a..4f)分别位于互相平行的平面或单个平面内，以及所述天线导线(2)同样布置在读/写区域(4a..4f)的各个平面内。

7.根据权利要求1所述的天线(1)，其特征在于，读/写区域(4a..4f)位于几何表面上，以及所述天线导线(2)同样布置在所述表面上。

8.根据权利要求1至7之一所述的天线(1)，其特征在于，配置读/写区域(4a..4f)，使得应答器(6a..6f)的天线可以完全设置在所述读/写区域(4a..4f)内。

9.一种用于与多个应答器(6a..6f)通信的通信站(9)，包括：

如权利要求1至8之一所述的至少一个天线(1)；

供给设备(10)，用于给所述天线(1)提供电源；以及

评估单元(11)，与所述天线(1)耦合。

10.根据权利要求1至8之一所述的天线(1)和/或根据权利要求9所述的通信站(9)在展览架、实际使用项目或自动售货机中的使用。