Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen kostengünstigen
Identifikations-Datenträger bereitzustellen,
mit dem eine ausreichend große Menge
von Information übertragbar
ist.
Das
Problem wird durch einen Identifikations-Datenträger, durch eine Lese-Vorrichtung,
durch ein Identifikations-System und durch ein Verfahren zum Herstellen
eines Identifikations-Datenträgers mit den
Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Ein
Identifikations-Datenträger
enthält
ein Substrat und eine Mehrzahl von auf dem Substrat gebildete Schwingkreisstrukturen,
wobei die Schwingkreisstrukturen unterschiedliche Resonanzfrequenzen
aufweisen.
Darüber hinaus
ist erfindungsgemäß eine Lese-Vorrichtung
zum Auslesen von in einem Identifikations-Datenträger enthaltener
Information geschaffen, die eine elektromagnetische Strahlungsquelle
zum Emittieren elektromagnetischer Energie in einem vorgebbaren
Frequenzbereich aufweist. Ferner enthält die Lese-Vorrichtung eine
Detektionseinrichtung zum Erfassen der Absorption emittierter elektromagnetischer
Energie bei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen mehrerer Schwingkreise des
Identifikations-Datenträgers,
und eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von denjenigen Schwingkreisstrukturen
des Identifikations-Datenträgers,
die emittierte elektromagnetische Energie absorbiert haben.
Anders
ausgedrückt
dient die Ermittlungseinrichtung zur Entscheidung anhand der Leistung,
die in Form der emittierten elektromagnetischen Strahlung bei unterschiedlichen
Resonanzfrequenzen mehrerer Schwingkreise des Identifikations-Datenträgers abgegeben
wird, ob ein Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz, die der Frequenz
der emittierten elektromagnetischen Welle entspricht, vorhanden
ist oder nicht.
Ein
erfindungsgemäßes Identifikations-System
enthält
einen Identifikations-Datenträger
mit den oben beschriebenen Merkmalen und eine Lese-Vorrichtung mit
den oben beschriebenen Merkmalen zum Auslesen von in dem Identifikations-Datenträger enthaltener
Information.
Ferner
ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum
Herstellen eines Identifikations-Datenträgers geschaffen, bei dem auf
einem Substrat eine Mehrzahl von Schwingkreisstrukturen gebildet
wird, wobei die Schwingkreisstrukturen derart gebildet werden, dass
sie unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen.
Eine
Grundidee der Erfindung ist darin zu sehen, dass ein Identifikations-Datenträger mit
einer Mehrzahl, d.h. mit mindestens zwei, von separat vorgesehenen
(insbesondere voneinander elektrisch und ggf. funktionell entkoppelten)
unterschiedlichen elektromagnetischen Schwingkreisstrukturen (Antennenstrukturen)
mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen geschaffen ist. Jede der
Schwingkreisstrukturen kann entweder in einem aktivierten Zustand
(d.h. in einem Zustand, in dem die Schwingkreisstruktur die Funktionalität eines
funktionsfähigen elektromagnetischen
Schwingkreises erfüllt,
insbesondere vergleichsweise viel Energie aus elektromagnetischen
Wellen in einem Umgebungsbereich seiner Resonanzfrequenz aufnehmen
kann) oder in einem deaktivierten Zustand (d.h. in einem Zustand,
in dem die Schwingkreisstruktur die Funktionalität eines funktionsfähigen elektromagnetischen
Schwingkreises nicht erfüllt,
insbesondere im Vergleich zum Resonanzfall wenig Energie aus elektromagnetischen Wellen
in einem Umgebungsbereich seiner Resonanzfrequenz aufnehmen kann)
vorgesehen sein. Das Deaktivieren einer Schwingkreisstruktur kann realisiert
werden, indem eine zunächst
tatsächlich funktionsfähig gebildete
Schwingkreisstruktur z.B. gezielt zerstört wird oder auf einem Schwingkreisstruktur-Bereich
des Identifikationsdatenträgers
gar nicht vorgesehen wird. Ein solcher Identifikations-Datenträger enthält eine
Dateninformation von mehreren Bits, da der Anwesenheit (Aktivierung)
bzw. der Abwesenheit (Deaktivierung) von jedem der Schwingkreisstrukturen
auf bestimmten Schwingkreis-Bereichen
des Substrats jeweils ein logischer Wert "1" bzw.
ein logischer Wert "0" zugewiesen werden
kann. Indem die unterschiedlichen Schwingkreise oder Antennen mit
unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (das heißt mit unterschiedlichen Werten von
Kapazität
und Induktivität)
gebildet werden, ist es möglich,
aufgrund der unterschiedlichen frequenzabhängigen Leistungsaufnahme-Eigenschaften der
unterschiedlichen Schwingkreise das individuelle Vorhandensein bzw.
Fehlen der einzelnen Schwingkreise auf einem Identifikations-Datenträger unabhängig voneinander
zu erfassen. Anders ausgedrückt
ist eine Analyse im Frequenzraum sensitiv auf unterschiedliche Schwingkreise
mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, da jeder der Schwingkreise
bei unterschiedlichen Frequenzen (nämlich in einem Umgebungsbereich
der jeweiligen Resonanzfrequenz, siehe Gleichung (1)) vergleichsweise
viel oder wenig Energie aufnimmt.
Anschaulich
wird der erfindungsgemäße Identifikations-Datenträger im Frequenzraum
abgetastet, indem die Resonanzfrequenzen des Identifikations-Datenträgers ermittelt
werden, indem ein Leistungs-Absorptionsspektrum aufgenommen wird. Somit
ist die gespeicherte Information in Frequenzwerten (bzw. in Funktionen
davon, z.B. in Frequenzdifferenzen) kodiert. Im Gegensatz dazu erfolgt
bei einem herkömmlichen
RFID-Tag die Abtastung im Zeitraum. Es ist anzumerken, dass auch
die Kombination einer Informationskodierung im Frequenzraum und
zusätzlich
eine Informationskodierung im Zeitraum unter die Erfindung fällt.
Bei
einem Identifikations-Datenträger
gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung sind auf dem Substrat eine Mehrzahl
von Schwingkreisen mit bestimmten Resonanzfrequenzen gebildet, wobei
Schwingkreise anderer Frequenzen fehlen können. Werden elektromagnetische
Wellen in einem Frequenzintervall auf den Identifikations-Datenträger eingestrahlt, in
welchem Frequenzintervall möglicherweise
auf dem Identifikations-Datenträger enthaltene
Schwingkreise vorzugsweise in Resonanz geraten können, so kann aus dem Fehlen/Vorhandensein
einer solchen Resonanz auf das Fehlen/Vorhandensein des jeweiligen
Schwingkreises geschlossen werden.
Bei
einem Identifikations-Datenträger
gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung sind zunächst alle im Rahmen eines Identifikations-Systems
berücksichtigten
Schwingkreise gebildet. Nachfolgend wird einer oder werden mehrere
dieser aktiviert, d.h. funktionsfähig gebildeten, Schwingkreise
deaktiviert, so dass diese deaktivierten Schwingkreise auch bei ihrer
ursprünglichen/ehemaligen
Resonanzfrequenz eine geringere elektromagnetische Energie absorbieren
können
und hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Eigenschaften anschaulich
so wirken, als ob sie auf dem Substrat gar nicht gebildet sind.
Als
aktivierter Schwingkreis gilt somit ein Schwingkreis mit einer Kapazität und mit
einer Induktivität,
der bei einer bestimmten Frequenz gemäß Gleichung (1) elektromagnetische
Energie absorbieren kann. Als deaktivierter Schwingkreis gilt ein Schwingkreis,
bei dem infolge einer Zerstörung
seiner Kapazität
und/oder seiner Induktivität
die Fähigkeit
zur Energieabsorption elektromagnetischer Wellen bei einer bestimmten
Frequenz deaktiviert worden ist.
Insbesondere
zum Zusammenwirken mit erfindungsgemäßen Identifikations-Datenträgern in
einem Identifikations-System ist die Lese-Vorrichtung der Erfindung
geschaffen, mit der die auf den Identifikations-Datenträgern gespeicherte
Information von mehreren Bits auslesbar ist. Hierfür wird elektromagnetische
Strahlung mittels der Lese-Vorrichtung erzeugt und auf einen oder
mehrere Identifikations-Datenträger abgestrahlt.
Liegt die Frequenz der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung
ausreichend nahe bei der Resonanzfrequenz von einem der Schwingkreise
eines Identifikations-Datenträgers,
so erfolgt eine Absorption der elektromagnetischen Energie, so dass
die absorbierte Energie in einem von der Lese-Vorrichtung ermittelbaren
Absorptionsspektrum besonders groß ist. Diese Größe der absorbierten
elektromagnetischen Energie bei einer bestimmten Frequenz im Absorptionsspektrum
wird in der Lese-Vorrichtung
detektiert. Dadurch kann die Information, die in dem Identifikations-Datenträger in Form
des Vorhandenseins/Nichtvorhandenseins mehrerer Antennen mit einer
bestimmten Absorptionscharakteristik gespeichert ist, ausgelesen
werden.
Die
erfindungsgemäße Identifizierungsmarke
kann mit sehr niedrigen Kosten hergestellt werden. Das Herstellen
der Marke ist mit Kosten unterhalb von 0.01 Eur möglich und
stellt somit eine wirtschaftlich konkurrenzfähige Alternative zu Barcode-Systemen dar.
Anschaulich
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
mehrere Antennen auf einem gemeinsamen Substrat (zum Beispiel eine
Plastikfolie) oder auf der Verpackung eines zu identifierendes Stückguts zu
realisieren. Jede Antenne soll dabei eine andere Resonanzfrequenz
haben. Eine logische "1" wird durch Realisierung
eines jeweiligen Schwingkreises, eine logische "0" durch
Nichtanwesenheit eines jeweiligen Schwingkreises kodiert. Das Lesegerät der Erfindung
ist entsprechend auf mehrere Frequenzen eingestellt. Vorzugsweise
wird die Frequenz innerhalb eines vorgebbaren Intervalls durchgefahren ("gewobbelt"). Bei Anwesenheit
einer Antenne ergibt sich eine höhere
Absorption der elektromagnetischen Energie als bei Abwesenheit,
wo sich eine niedrigere Absorption ergibt. Daraus resultiert ein
Absorptionsspektrum mit Maxima und Minima, wobei Minima das Fehlen
eines Schwingkreises anzeigen. Abhängig von der Güte der verwendeten
Schwingkreise (welche mit der Halbwertsbreite der Resonanzkurven
korreliert ist) überlagern
sich die Absorptionskurven stärker
oder schwächer.
Da vorzugsweise eine möglichst
große
Anzahl von Tags pro Zeiteinheit ausgelesen werden soll, ist eine
rasche Erfassung der Daten wichtig. Auf diesem Grund erfolgt der "Wobbel"-Vorgang vorzugsweise
so schnell wie möglich.
Das
Absorptionsspektrum, welches während des
Lesevorgangs aufgenommen werden kann, beinhaltet die in der Anzahl/Anordnung
von Antennen eingeschriebene Information. Das System der Erfindung
verhält
sich somit ähnlich
wie ein herkömmliches
Datenübertragungssystem
mit dem Unterschied, dass die Information vorzugsweise frequenzkodiert
(das heißt
zeitlich unveränderlich) übertragen wird.
In üblichen
Datenübertragungssystemen
werden Informationen jedoch aufeinanderfolgend in sogenannten Datensymbolen übertragen.
Bei dem erfindungsgemäßen System
wird vorzugsweise nur ein Datensymbol übertragen. In herkömmlichen
Datenübertragungssystemen
wird hingegen ebenfalls davon Gebrauch gemacht, einzelne Datensymbole
auf unterschiedlichen Übertragungsfrequenzen,
sogenannten Multi-Carrier-Systemen, zu übertragen, siehe [1]. Insbesondere
sind hier Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) Systeme
zu nennen, die unabhängige Übertragungskanäle benutzen.
Neben der Steigerung der Gesamtdatenrate dienen die sogenannten
Frequency Division Multiplex (FDM) Verfahren vor allem bei drahtlosen Übertragungssystemen dazu,
ein Übersprechen
der einzelnen Verbindungen zwischen unterschiedlichen Teilnehmern
zu vermeiden und somit einzelne Signale unterscheidbar zu machen.
Diese Verfahren sind erfindungsgemäß genauso anwendbar mit der
Maßgabe,
dass von dem Tags der Erfindung ein (mehrwertiges) Datensymbol übertragen
wird. Somit sind entsprechende Algorithmen beschrieben, die das
Auslesen des erfindungsgemäßen Systems
mit hoher Güte
ermöglichen
und in gewissem Grad gegen ein Übersprechen
simultan aktiver Tags tolerant sind.
Selbstverständlich können bei
dem erfindungsgemäßen Lesegerät bekannte
Verfahren zur Fehlererkennung und Fehlerkorrektur eingesetzt werden,
um die Nachweissensitivität
zu erhöhen.
Mit
dem erfindungsgemäßen Identifikations-Datenträger, der
erfindungsgemäßen Lese-Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Identifikations-System
ist ein Kostenniveau ähnlich
dem einer Einzelantenne auf einem Träger erreichbar, da wesentliche
Kostenanteile (Applikation des Tags, Prozesstechnik) im Wesentlichen
unabhängig
von der Anzahl von Schwingkreisen auf einem Identifikations-Datenträgers sind.
Lediglich solche Kostenanteile, die von der Größe der Tags abhängig sind
(zum Beispiel Materialkosten), sind bei dem erfindungsgemäßen Identifikations-Datenträger gegenüber der Einzelantenne
erhöht.
Solche Kostenanteile sind jedoch sehr gering.
Hinsichtlich
der Realisierung der Schwingkreise und der Personalisierung der
Schwingkreise (d.h. dem gezielten Vorsehen/Nichtvorsehen von Schwingkreisen)
sind folgende Optionen zu unterscheiden:
Gemäß einer
ersten Möglichkeit
werden zunächst alle
Schwingkreise in einem einzigen Prozess realisiert. Die Personalisierung
geschieht dann irreversibel, zum Beispiel durch mechanische Zerstörung oder
mittels Durchbrennens mit einem hohen elektromagnetischen Feld der
entsprechenden Resonanzfrequenz, zum Beispiel anwenderseitig (d.h.
angepasst auf eine gewünschte
Kundenapplikation).
Gemäß einer
zweiten Möglichkeit
wird bereits bei dem Ausbilden der Schwingkreise personalisiert,
das heißt,
es werden bestimmte Schwingkreise realisiert (was später einem
logischen Wert "1" zugeordnet wird),
andere werden nicht gebildet (was später einen logischen Wert "0" zugeordnet wird). Insbesondere serielle
Strukturierungsmethoden (Laserschreiben, Druckverfahren) sind hierfür besonders
gut geeignet.
Gemäß einer
dritten Möglichkeit
werden zunächst
alle Schwingkreise in einem einzigen Prozess realisiert. Die Personalisierung
geschieht dann durch reversible Deaktivierung/Aktivierung, zum Beispiel indem
mittels eines Schalters bei jeder der Schwingkreisstrukturen zwischen
einem aktivierten und einem deaktivierten Zustand hin und her geschaltet werden
kann. Ein solcher Schalter kann zum Beispiel als ferroelektrisches
Material in einer Schwingkreisstruktur gebildet sein. Mittels externen
Vorgebens der Polarisationsrichtung einer solchen ferroelektrischen Schicht
kann die Resonanzfrequenz beeinflusst werden und somit der Schwingkreis
zwischen einem aktivierten Zustand mit einer ersten Resonanzfrequenz, korreliert
mit einer ersten Polarisationsrichtung, und einem deaktivierten
Zustand mit einer zweiten Resonanzfrequenz, korreliert mit einer
zweiten Polarisationsrichtung, geschaltet werden.
Ein
grundlegendes Prinzip der Erfindung besteht darin, anstelle nur
eines Schwingkreises mehrere Schwingkreise auf einem Identifikations-Datenträger zu realisieren,
diese mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen vorzusehen und einen
so gebildeten Identifikations-Datenträger über ein intelligentes Lesegerät (mittels
vorzugsweise repetitiven Durchfahrens der Frequenz) auszulesen,
wodurch mehrere Bits an Information erhalten werden können. Logisch "1" kann durch Anwesenheit und logisch "0" durch Abwesenheit eines bestimmten
Schwingkreises einer Schwingkreis-Anordnung realisiert sein oder
umgekehrt.
Auch
ein RFID-Tag mit mehreren separat ausgeführten Schwingkreisen ist erfindungsgemäß geschaffen.
In diesem Fall sind die Schwingkreisstrukturen mit einem integrierten
Schaltkreis auf und/oder in dem Substrat gekoppelt, welcher integrierte
Schaltkreis im Wesentlichen so gebildet sein kann wie bei bekannten
RFID-Tags.
Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei
dem Identifikations-Datenträger
kann jede der Schwingkreisstrukturen selektiv in einem aktivierten
Zustand oder in einem deaktivierten Zustand vorgesehen sein. Einem
dieser Zustände
kann ein logischer Wert "1", dem jeweils anderen
Zustand ein logischer Wert "0" zugeordnet sein.
Das
Substrat kann ein Kunststoffträger
oder die Verpackung eines zu identifizierenden Objekts sein.
Jede
Schwingkreisstruktur weist vorzugsweise eine Kapazität und eine
Induktivität
auf.
Zumindest
bei einer der Schwingkreisstrukturen kann die Kapazität und die
Induktivität
in einer gemeinsamen (Metallisierungs-)Ebene gebildet sein. Das
Vorsehen des Schwingkreises in einer einzigen Metallisierungsebene
führt zu
einem besonders kostengünstigen
und Planaren Identifikations-Datenträger.
Bei
zumindest einer der Schwingkreisstrukturen kann die Kapazität mittels
zweier elektrisch leitfähiger
Bereiche in zwei parallel zu einer Oberflächenebene des Substrats verlaufenden
Ebenen gebildet sein. Diese Realisierung stellt eine besonders platzsparende
Implementierung der Kapazität
eines Schwingkreises dar.
Bei
zumindest einer der Schwingkreisstrukturen kann die Induktivität als Planare
Spiralstruktur gebildet sein. Gemäß dieser Ausgestaltung kann
die Induktivität
in einer einzigen Metallebene erfolgen, was zu Kostenvorteilen führt und
eine planare Prozessierung der Induktivität ermöglicht.
Im
Weiteren werden Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lese-Vorrichtung
beschrieben.
Bei
der erfindungsgemäßen Lese-Vorrichtung
kann die elektromagnetische Strahlungsquelle und die Detektionseinrichtung
zum einmaligen oder vorzugsweise mehrmaligen Anlegen bzw. Abtasten elektromagnetischer
Energie mit einer Frequenz in einem Frequenzintervall eingerichtet sein,
welches Frequenzintervall die Resonanzfrequenzen von zumindest einem
Teil der Schwingkreisstrukturen aufweist.
Anders
ausgedrückt
durchfährt
die elektromagnetische Strahlungsquelle mit der von ihr emittierten
elektromagnetischen Strahlung einen solchen Frequenzbereich, dass
in diesem die Resonanzfrequenzen der einzelnen Schwingkreise enthalten sind,
welche in einem mit der Lese-Vorrichtung
zusammenwirkenden Identifikations-Datenträger enthalten oder nicht enthalten
sein können.
Somit wird ein ausreichend breiter Bereich des Frequenzraums abgetastet,
um alle möglichen
Schwingkreise erfassen zu können.
Auch die Absorption der emittierten elektromagnetischen Energie
wird von der Detektionseinrichtung der Lese-Vorrichtung frequenzabhängig in
dem gesamten Frequenzintervall detektiert.
Die
Ausgestaltung sind bezugnehmend auf den erfindungsgemäßen Identifikations-Datenträger und
auf die erfindungsgemäße Lese-Vorrichtung
beschrieben. Selbstverständlich
gelten diese Ausgestaltungen auch für das Identifikations-System,
das einen Identifikations-Datenträger und eine Lese-Vorrichtung
aufweist.
Im
Weiteren werden Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen eines Identifikations-Datenträgers beschrieben. Ausgestaltungen
des Identifikations-Datenträgers
gelten auch für
das Herstellungsverfahren und umgekehrt.
Vorzugsweise
werden die Schwingkreisstrukturen auf dem Substrat in einem gemeinsamen Verfahrensschritt
gebildet. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund der einfachen Prozessführung ein
sehr kostengünstiger
Identifikations- Datenträger hergestellt wird,
der insbesondere zu der konkurrierenden Barcode-Technologie wirtschaftlich
konkurrenzfähig
ist.
Nach
dem Bilden aller elektromagnetischen Schwingkreise auf dem Identifikations-Datenträger kann
zumindest einer der gebildeten Schwingkreise deaktiviert werden,
zum Beispiel indem der zu deaktivierende Schwingkreis mechanisch
zerstört
wird oder indem elektromagnetische Strahlung ausreichender Intensität in einem
Frequenzbereich nahe der Resonanzfrequenz des zu deaktivierenden Schwingkreises
auf den zu deaktivierenden Schwingkreis eingestrahlt wird. Mindestens
ein anderer der gebildeten Schwingkreise kann aktiviert bleiben.
Mit
anderen Worten wird gemäß dieser
Ausgestaltung zunächst
eine gesamte Anordnung aller Schwingkreise auf dem Substrat des
Identifikations-Datenträgers
gebildet, wofür
nur ein einziger Abscheide- und Strukturierungsprozess erforderlich
ist. Danach werden selektiv einzelne Schwingkreise gezielt deaktiviert,
das heißt
mechanisch zerstört,
wobei sich ein deaktivierter Schwingkreis hinsichtlich seiner elektromagnetischen
Absorptionseigenschaften vollkommen passiv verhält. Anders ausgedrückt kann
ein deaktivierter Schwingkreis selbst bei seiner (ehemaligen) Resonanzfrequenz
keine elektromagnetische Energie mehr absorbieren.
Die
zuletzt beschriebene Ausgestaltung ist eine bevorzugte Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Personalisierens
des Identifikations-Datenträgers.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren
näher erläutert.
Es
zeigen:
1A ein
Identifikations-System gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
1B ein
Identifikations-System gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
1C ein
Diagramm, das eine von einer erfindungsgemäßen Lese-Vorrichtung der in 1A, 1B gezeigten
Identifikations-Systeme aufgenommene Absorptionskurve in Abhängigkeit
der Frequenz zeigt,
2A bis 2G bevorzugte
Ausführungsbeispiele
für erfindungsgemäße Schwingkreisstrukturen.
Gleiche
oder ähnliche
Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern
versehen.
Die
Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Im
Weiteren wird bezugnehmend auf 1A ein
Identifikations-System 100 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
Das
Identifikations-System 100 enthält in einem Identifikations-Bereich 101 ein
Lesegerät 102 und
einen Identifikations-Datenträger 103.
Der
Identifikations-Datenträger 103 enthält einen
Kunststoffträger 104,
auf dem ein erster aktivierter Schwingkreis 105 (Scharingkreisstruktur),
ein zweiter aktivierter Schwingkreis 106 (Schwingkreisstruktur),
ein deaktivierter Schwingkreis 107 (Schwingkreisstruktur)
und ein dritter aktivierter Schwingkreis 108 (Schwingkreisstruktur)
gebildet sind.
Das
Lesegerät 102 zum
Auslesen von in dem Identifikations-Datenträger 103 enthaltener
Information enthält
eine elektromagnetische Strahlungsquelle 109 zum Emittieren
von elektromagnetischer Strahlung im Radiofrequenz-Bereich. Ferner enthält das Lesegerät 102 eine
Detektionseinrichtung 110 zum Erfassen der durch die aktivierten Schwingkreise 105, 106 und 108 erfolgten
Absorption der emittierten elektromagnetischen Energie. Ferner enthält das Lesegerät 102 eine
Ermittlungseinrichtung 111 zum Ermitteln von denjenigen
Schwingkreisen 105, 106, 108, die elektromagnetische
Energie absorbiert haben.
Der
Identifikations-Datenträger 103 wird
hergestellt, indem zunächst
alle vier Schwingkreise 105 bis 108 in aktiviertem
Zustand, d.h. funktionsfähig zum
Absorbieren von elektromagnetischer Strahlung eines jeweiligen Wellenlängenbereichs,
gebildet werden. Nachfolgend wurde selektiv nur der Schwingkreis 107 mittels
Einstrahlens ausreichend intensiver elektromagnetischer Strahlung
in einem Resonanzfrequenzbereich des Schwingkreises 107 zerstört und somit
deaktiviert. Nach dem Deaktivieren von Schwingkreis 107 ist
dieser nicht mehr in der Lage, bei seiner ehemaligen Resonanzfrequenz
elektromagnetische Energie zu absorbieren.
In
einem ersten Betriebszustand des Identifikations-Systems 100 emittiert
die elektromagnetische Strahlungsquelle 109 elektromagnetische Strahlung
in den Resonanzfrequenzbereichen der Schwingkreise 105 bis 108.
Nur die aktivierten, das heißt nicht
zerstörten,
Schwingkreise 105, 106 und 108 können bei
ihrer jeweiligen Resonanzfrequenz, die sich voneinander unterscheiden,
elektromagnetische Energie der elektromagnetischen Strahlungsquelle 109 absorbieren.
Diese von den Lasten 105, 106, 108 entnommene
elektromagnetische Energie wird dem Gesamtsystem entzogen. Die Detektionseinrichtung 110 detektiert
das Absorptionsspektrum des Identifikations-Systems 100.
Diejenigen Frequenzen, bei denen dem elektromagnetischen System
mittels Resonanzabsorption elektromagnetischer Energie durch die
aktivierten Schaltkreise 105, 106, 108 entnommen
worden ist, können
von der Ermittlungseinrichtung 111 ermittelt werden, so
dass die Ermittlungseinrichtung 111 darauf schließen kann,
dass bei dem Identifikations-Datenträger 103 der erste
aktivierte Schwingkreis 105 aktiviert ist, der zweite aktivierte
Schwingkreis 106 aktiviert ist, der Schwingkreis 107 deaktiviert
ist und der dritte aktivierte Schwingkreis 108 aktiviert
ist. Darin ist eine logische Information "1", "1", "0", "1" kodiert, d.h. eine Datenmenge von vier
Bit.
Im
Weiteren wird das in 1B gezeigte Identifikations-System 120 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben.
Das
Identifikations-System 120 unterscheidet sich von dem Identifikations-System 100 dadurch,
dass der Identifikations-Datenträger 103 aus 1A durch
den Identifikations-Datenträger 121 aus 1B ersetzt
ist. Bei dem Identifikations-Datenträger 121 sind von Beginn
an nur die aktivierten Schaltkreise 105, 106 und 108 gebildet,
wobei an der Stelle, an der in 1A der
deaktivierte Schaltkreis 107 gebildet ist, gar kein Schaltkreis
gebildet ist.
Hinsichtlich
der Funktionalität
entspricht das Tdentifikations-System 120 jenem aus 1A.
Im
Weiteren wird bezugnehmend auf 1C ein
Diagramm 140 beschrieben, anhand welchem die Absorptionseigenschaften
der Identifikations-Datenträger 103 bzw. 121 verständlich werden.
Entlang
einer Abszisse 141 ist eine Frequenz der elektromagnetischen
Strahlung aufgetragen, entlang einer Ordinate 142 von Diagramm 140 ist
die Absorption A aufgetragen. Bei einem Durchfahren des Frequenzintervalls
entlang der Abszisse 141 aus 1C erfolgt
Absorption nur bei den Frequenzen, die in Umgebungsbereichen der
Resonanzfrequenzen der aktivierten Schwingkreise 105, 106 und 108 liegen.
Diese Resonanzfrequenzen sind in 1C mit
den Zahlen 1, 2 und 4 gekennzeichnet. Bei den Identifikations-Datenträgern 103, 121 ist
der dritte Schaltkreis 107 deaktiviert, so dass in diesem
Bereich keine Resonanzabsorption eingestrahlter elektromagnetischer
Energie erfolgt. Bei dem Identifikations-Datenträger 121 fehlt der
dritte Schaltkreis ganz, so dass auch in diesem Fall keine Absorption
erfolgen kann.
Messtechnisch
erfasst wird die in 1C dick gezeichnete Absorptionslinie,
aus der geschossen werden kann, dass der erste, der zweite und der dritte
aktivierte Schaltkreis 105, 106, 108 (entsprechend
Zahlen 1, 2 und 4 in 1C) vorhanden sind, wohingegen
der Schaltkreis 107 mit der Zahl 3 nicht bzw. nicht in
aktiviertem Zustand vorgesehen ist. Darin ist die Information "1", "1", "0", "1" kodiert.
Anders
ausgedrückt
zeigt 1C ein Absorptionssignal als
Funktion der Frequenz für
mehrere Schwingkreise im Lesefeld.
Exemplarisch
sind vier Frequenzen gezeigt, von denen die Nummern 1, 2 und 4 (durchgezogene dünne Linie)
realisiert sind. Die dritte Resonanzlinie (gestrichelte Linie) fehlt
beim Lesesignal (fette Linie).
Im
Weiteren werden bezugnehmend auf 2A bis 2G Schwingkreise 210 bis 260 beschrieben,
die auf einem Identifilcations-Datenträger gemeinsam vorgesehen sein
können,
und unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen.
Die
Resonanzfrequenz eines Schwingkreises ist gegeben durch Gleichung
(1) und hängt
von dem Wert der Kapazität
C und dem Wert der Induktivität
L ab.
Die
Kapazität
C eines Kondensators mit relativer Dielektrizitätskonstante ε, Fläche A und
Plattenabstand d ergibt sich zu: C = εA/d (2)Die Induktivität L einer
Spule mit Permeabilität μ, Windungszahl
N, Fläche
A und Länge
1 ergibt sich zu: L
= μN2A/l (3).
Aus
Gleichungen (1) bis (3) geht hervor, dass mittels Auswählens geometrischer
Parameter der Wert für
die Kapazität
und für
die Induktivität
der Schwingkreise eingestellt werden können, und somit die Resonanzfrequenz.
2A zeigt
einen Schwingkreis 200 mit einer als Planarspiral-Struktur
gebildeten Induktivität 201 und
mit einer Kapazität 202,
die mittels zweier Metallisierungsebenen gebildet ist.
2B zeigt
einen Schwingkreis 210 aus einer Planarspiral-Induktivität 211 und
aus einer neben der Induktivität 211 gebildeten
Kapazität 212,
wobei die geometrischen Dimensionen der Kapazität 212 und der Induktivität 211 kleiner
sind als die der Kapazität 202 und
der Induktivität 201 aus 2A.
Der
Schwingkreis 220 aus 2C enthält wiederum
eine als planare Spiralstruktur ausgeführte Induktivität 221 und
eine in einem zentralen Abschnitt dieser Induktivität gebildete
Kapazität 222,
die aus in zwei unterschiedlichen Metallisierungsebenen gebildeten
und voneinander beabstandeten elektrisch leitfähigen Bereichen besteht.
Der
in 2D gezeigte Schwingkreis 230 enthält eine
Induktivität 231,
die lediglich als eine Windung ausgeführt ist, welche durch zwei
streifenartige Strukturen unterbrochen ist, die eine Kapazität 232 bilden.
Der
in 2E gezeigte Schwingkreis 240 aus Induktivität 241 und
Kapazität 242 entspricht
im Wesentlichen dem Aufbau des Schwingkreises 230, weist
jedoch geringere Strukturdimensionen und somit andere Werte der
Kapazität
und Induktivität
auf.
Bei
dem Schwingkreis 250 sind Induktivität und Kapazität nicht
mehr anschaulich trennbar, jedoch weist Schwingkreis 250 einen
effektiven Wert der Kapazität
und einen effektiven Wert der Induktivität auf. Der Schwingkreis 260 aus 2G entspricht hinsichtlich
des geometrischen Aufbaus jenem aus 2F, weist
jedoch geringere Dimensionen auf. Die Struktur der Schwingkreise 250, 260 kann
als zwei große
Buchstaben L angesehen werden, deren kürzere Seiten zueinander parallel
und deren längere Seiten
zueinander in Fluchtrichtung angeordnet sind.
Bei
den Schwingkreisen aus 2A bis 2C sind
zwei Metalllagen und eine Durchkontaktierung erforderlich. Die Resonanzfrequenzen
dieser drei Schaltkreise liegt bei relativ geringen Werten. Die
Resonanzfrequenzen der Schwingkreise aus den 2D bis 2G liegen
höher (zum
Beispiel im Gigaherzbereich), allerdings sind diese Schwingkreise in
nur einer Metalllage und somit mit geringen Kosten fertigbar.
In
diesem Dokument ist folgende Veröffentlichung
zitiert:
- [1] Proakis, JG "Digital Communications", McGraw-Hill, New
York, 2001, 4. Auflage, Kapitel 12.2
