DE102006021839A1

DE102006021839A1 - Antenne und Sende-/Empfangseinheit

Info

Publication number: DE102006021839A1
Application number: DE102006021839A
Authority: DE
Inventors: Karl Asperger; Janos Dr. Gila; Leopold Resel; Zach-Kiesling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-11-15
Also published as: WO2007128598A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antenne mit zwei Dipolen, wobei jeder der beiden Dipole von der Dipolmitte ausgehend zwei mäanderartig ausgebildete Dipolhälften aufweist, wobei jede mäanderartig ausgebildete Dipolhälfte eine Mittelachse aufweist, wobei die Mittelachsen der beiden Dipolhälften eines jeden Dipols einen vorgegebenen Winkel einschließen, wobei sich die beiden Dipole jeweils in der Dipolmitte kreuzen und wobei jeweils eine Mittelachse einer Dipolhälfte des einen Dipols im Wesentlichen einen Winkel von 90° mit einer Mittelachse einer Dipolhälfte des anderen Dipols einschließt. Die Antenne weist ferner zwei Impedanztransformatoren, zwei Balune und einen 90° Hybridkoppler auf. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Sende-/Empfangseinheit, ein Schreib-/Lesegerät sowie ein Verfahren zur Erzeugung und zur Detektion von elektromagnetischen Wellen mittels der Antenne.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne und eine Sende-/Empfangseinheit im Allgemeinen sowie eine Antenne, eine Sende-/Empfangseinheit und ein Verfahren zur Erzeugung und Detektion von zirkular polarisierten Wellen im Besonderen.
Stand der Technik
Die Radio Frequency Identification (RFID) Technologie erlaubt es, berührungslos und ohne Sichtkontakt Daten auf einem Transponder zu lesen und zu speichern. Dieser Transponder kann an einem Objekt angebracht sein, welches dann anhand der auf dem Transponder gespeicherten Daten automatisch und schnell identifiziert werden kann. Zur Kommunikation mit einem Transponder wird eine Sende-/Empfangseinheit verwendet. Eine Sende-/Empfangseinheit wird im Zusammenhang mit der RFID-Technologie auch als Reader oder als Schreib-/Lesegerät bezeichnet. Die Datenübertragung zwischen Transponder und Sende-/Empfangseinheit findet dabei mittels elektromagnetischer Wellen, deren Frequenzen zum Beispiel im UHF-Band liegen, statt. Zur Emission bzw. zum Empfang der elektromagnetischen Wellen weist sowohl die Sende-/Empfangseinheit als auch der Transponder eine Antenne auf.
Nach dem Stand der Technik werden Antennen, die zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen im UHF-Band emittieren als so genannte Patch-Antennen ausgebildet. Diese sind relativ groß und unhandlich, so dass sie sich zum Einbau in portablen Sende-/Empfangseinheiten, die zum Beispiel auch als Hand Helds bezeichnet werden, nicht oder nur bedingt eignen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Antenne, eine verbesserte Sende-/Empfangseinheit sowie ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung und Detektion von elektromagnetischen Wellen anzugeben.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird eine Antenne mit zwei Dipolen, wobei jeder der beiden Dipole von der Dipolmitte ausgehend zwei mäanderartig ausgebildete Dipolhälften aufweist, wobei jede mäanderartig ausgebildete Dipolhälfte eine Mittelachse aufweist, wobei die Mittelachsen der beiden Dipolhälften eines jeden Dipols einen vorgegebenen Winkel einschließen, wobei sich die beiden Dipole jeweils in der Dipolmitte kreuzen und wobei jeweils eine Mittelachse einer Dipolhälfte des einen Dipols im wesentlichen einem Winkel von 90° mit einer Mittelachse einer Dipolhälfte des anderen Dipols einschließt, angegeben. Die Mittelachsen der beiden Dipolhälften eines jeden Dipols schließen, wie oben angegeben, einen vorgegebenen Winkel ein. Die beiden Dipolhälften eines Dipols bilden somit ein V. Beide Dipole kreuzen sich in der Dipolmitte, also jeweils in der Spitze des V. Durch diese V-förmige Bauform der einzelnen Dipole und durch die mäanderartige Ausbildung der Dipolhälften wird eine besonders kleine und kompakte Antenne realisiert. Die Dipolhälften bestehen dabei im Wesentlichen aus einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel einem Metall wie etwa Kupfer.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung liegt der vorgegebene Winkel zwischen 0° und 180°.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Antenne Impedanztransformatoren auf. Dabei ist jeweils ein Impedanztransformator zwischen der einen Dipolhälfte und der anderen Dipolhälfte eines jeden Dipols geschaltet. Mit dem Impedanztransformator lässt sich die Impedanz der Antenne, z.B. durch eine T-Anpassung, auf einen gewünschten Wert, z.B. auf etwa 50 Ohm, einstellen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Antenne ferner zwei Balune auf, wobei zwischen der einen Dipolhälfte und der anderen Dipolhälfte eines jeden Dipols jeweils anschließend an den Impedanztansformator ein Balun geschaltet ist. Balun ist ein Kunstwort, das sich aus den englischen Worten „balanced" und „unbalanced" zusammensetzt. Ein Balun ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes elektrotechnisches Bauteil, welches im Wesentlichen eine symmetrische Leitung oder eine Antenne mit symmetrischer Speisung mit einer unsymmetrischen Leitung verbindet. Ein Balun kann auch zusätzlich ein Impedanzwandler und ein Isolationswandler sein.
Alternativ können die Balune mit den Dipolhälften gekoppelt sein und die Impedanztransformatoren können den Balunen dann nachgeschaltet werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Antenne ferner einen 90 Grad Hybridkoppler auf, wobei der 90 Grad Hybridkoppler zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist, wobei jeweils ein Balun an einen Ausgang des 90 Grad Hybridkopplers angeschlossen ist. Ein 90 Grad Hybridkoppler ist auch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Bauteil. Oft findet man auch die englische Bezeichnung 90°-Hybrid-Coupler.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Antenne ferner eine Spannungsquelle auf, wobei die Spannungsquelle an einem der Eingänge des 90 Grad Hybridkopplers angeschlossen ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Eingang des 90 Grad Hybridkopplers, an dem nicht die Spannungsquelle angeschlossen ist, zur Detektion von empfangenen Signalen vorgesehen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Impedanz der Antenne mittels einer Impedanztransformation angepasst. Idealerweise ist die Impedanz der Antenne an einen Wert von 50 Ohm angepasst. Bei der Impedanztransformation kann es sich zum Beispiel um eine T-Anpassung handeln. Dazu wird typischerweise eine Anpassschaltung, die der Impedanztransformator aufweist, entsprechend angepasst.
Die Antenne ist sowohl als auch für die Abstrahlung und den Empfang von elektromagnetischen Wellen mit Frequenzen im UHF-Band vorgesehen. Insbesondere kann die Antenne zur Abstrahlung von zirkular polarisierten Wellen, zum Beispiel von links zirkular polarisierten Wellen verwendet werden, wobei elektromagnetische Wellen mit rechts zirkular polarisierter Polarisation dann von der Antenne empfangen werden können. Dies steht im Gegensatz zu einer herkömmlichen, einfachen zirkular polarisierten Antennen, welche mit derselben Händigkeit der zirkularen Polarisation sendet und empfängt.
Der Antennenwiderstand, den die vier Dipolhälften aufweisen, beträgt in etwa 18 Ohm. Der Balun passt die Dipolantenne von einem symmetrischen Betrieb zu einem unsymmetrischen Betrieb an. Zusätzlich muss, um den Antennenwiderstand bzw. die Antennenimpedanz auf ca. 50 Ohm zu erhöhen, eine Impedanztransformation zum Beispiel in Form einer T-Anpassung durchgeführt werden. Die Impedanztransformatoren weisen eine Anpassschaltung auf, die entsprechend der T-Anpassung so eingestellt wird, dass die Impedanz der Antenne von 18 Ohm auf etwa 50 Ohm erhöht wird. Die für die Erzielung der zirkularen Polarisation notwendigen 90° Phasenverschiebung wird mit den 90 Grad Hybridkoppler realisiert. Mit diesem wird auch der Sende- und Empfangspfad entkoppelt, wobei die Isolation zwischen dem Sende- und Empfangspfad im Wesentlichen durch die Rückflussdämpfung der beiden Antennenports der gekreuzten Dipole begrenzt ist. Aufgrund der so erzielten Isolation zwischen Sende- und Empfangspfad kann die Antenne zum gleichzeitigen Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen verwendet werden, wobei ein großer und ein teurer Isolator eingespart werden kann und zugleich eine Übersteuerung des Empfängers vermieden wird.
Die Erzeugung von zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen, zum Beispiel im UHF-Bereich, ist für die Anwendung im RFID-Bereich von großer Bedeutung, da die anzusprechenden Transponder eine beliebige Ausrichtung im Feld haben können und diese häufig eine linear polarisierende Antenne aufweisen. Bei diesen häufig verwendeten linear polarisierten Antennen ergeben sich deutliche Reichweitenunterschiede in Abhängigkeit der Ausrichtung der Transponder im Antennenfeld. Durch die Verwendung von Antennen, die zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen abstrahlen, werden diese Reichweitenunterschiede vermieden.
Durch die Verwendung des 90 Grad Hybridkopplers in Kombination mit den zwei Balunen und durch die Anordnung der einzelnen Dipolhälften wird somit eine Self-Diplexing-Antenne geschaffen. Die Antenne besitzt die inhärente Fähigkeit, die Sende- und Empfangssignale zu trennen. Das empfangene Signal kann zum Beispiel am zweiten Eingang des 90 Grad Hybridkopplers, der nicht zur Einspeisung der hochfrequenten Wechselspannung verwendet wird, detektiert werden. Zwischen dem Empfangspfad und dem Sendepfad wird bei einem aufgebauten Prototyp der Antenne eine Mindestisolation von ca. 20 dB (Dezibel) erzielt.
Durch die Schaffung der erfindungsgemäßen Antenne wird auch eine besonders kostengünstige Antenne realisiert, da zum Beispiel auf einem relativ teueren Isolator zwischen Empfangs- und Sendepfad sowie auf teures verlustarmes Substrat mit hoher Dielektrizitätszahl bei Realisierung einer Patchantenne verzichtet werden kann.
In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung eine Sende-/Empfangseinheit mit einer Antenne, wobei die Antenne zwei Dipole aufweist, wobei jeder der beiden Dipole von der Dipolmitte ausgehend zwei mäanderartig ausgebildete Dipolhälften aufweist, wobei jede mäanderartig ausgebildete Dipolhälfte eine Mittelachse aufweist, wobei die Mittelachsen der beiden Dipolhälften eines jeden Dipols einen vorgegebenen Winkel einschließen, wobei sich die beiden Dipole jeweils in der Di polmitte kreuzen und wobei jeweils eine Mittelachse einer Dipolhälfte des einen Dipols im wesentlichen einen Winkel von 90° mit einer Dipolachse einer Dipolhälfte des anderen Dipols einschließt.
Bei der Sende-/Empfangseinheit kann es sich zum Beispiel um einen Transponder oder um einen RFID-Tag handeln.
In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Schreib-/Lesegerät, mit einer Sende-/Empfangseinheit, die für die Kommunikation mit einem Transponder vorgesehen ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung und zur Detektion von elektromagnetischen Wellen mit einer Antenne mit zwei Dipolen, wobei jeder der beiden Dipole von der Dipolmitte ausgehend zwei mäanderartig ausgebildete Dipolhälften aufweist, wobei jede mäanderartig ausgebildete Dipolhälfte eine Mittelachse aufweist, wobei die Mittelachsen der beiden Dipolhälften eines jeden Dipols einen vorgegebenen Winkel einschließen, wobei sich die beiden Dipole jeweils in der Dipolmitte kreuzen, wobei jeweils eine Mittelachse einer Dipolhälfte des einen Dipols im wesentlichen einem Winkel von 90° mit einer Mittelachse einer Dipolhälfte des anderen Dipols einschließt, wobei nach einem Impedanztransformator jeweils daran anschließend ein Balun zwischen der einen Dipolhälfte und der anderen Dipolhälfte eines jeden Dipols der Antenne geschaltet ist, wobei jeweils ein Balun an einen Ausgang eines 90 Grad Hybridkopplers angeschlossen ist, und wobei das Verfahren den Schritt der Speisung eines ersten Eingangs des 90 Grad Hybridkopplers mit einer elektrischen Wechselspannung aufweist, wobei der 90 Grad Hybridkoppler den ersten Eingang und einen zweiten Eingang aufweist. Das Verfahren weist ferner den Schritt der Detektion von empfangenen elektromagnetischen Wellen am zweiten Eingang des 90 Grad Hybridkopplers auf.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Antenne,
2 eine Fotographie eines Prototypen einer erfindungsgemäßen Antenne,
3 eine Fotographie des Prototypen aus einer anderen Perspektive,
4 ein Diagramm mit Messwerten betreffend die Isolation zwischen den beiden Eingängen des 90 Grad Hybridkopplers,
5 ein dreidimensionales Richtdiagramm,
6 ein Richtdiagramm und
7 ein Flussdiagramm, das wesentliche Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
1 zeigt ein Blockdiagramm 100 einer erfindungsgemäßen Antenne. Die Antenne weist zwei Dipole auf, wobei jeder Dipol zwei Dipolhälften 106 und 108 bzw. 110 und 112 aufweist. Die Dipolhälften 106 und 108 bzw. 110 und 112 eines jeden der beiden Dipole sind mäanderförmig ausgebildet. Die beiden Dipolhälften 106 und 108 bzw. 110 und 112 sind im wesentlichen zwei gleich lange Stäbe aus leitfähigem Material, zum Beispiel Metallstäbe, die bei Speisung mit hochfrequentem Wechselstrom elektromagnetische Wellen erzeugen und in den Raum abstrahlen. Die mäanderförmige Ausführung der Dipolhälften 106 und 108 bzw. 110 und 112 wird zum Beispiel dadurch bewerkstelligt, dass zuvor gerade Metallstäbe so umgeformt werden, dass diese nach Umformung mäanderartig ausgebildet sind. Mit mäanderartiger Ausbildung ist zum Beispiel gemeint, dass die Dipolhälften so ausgebildet sind, dass diese ein Mäandermuster, wie es etwa aus Ornamenten seit der Antike bekannt ist, nachbilden. Jede mäanderartig ausgebildete Dipolhälfte 106, 108, 110 und 112 weist eine Mittelachse 114, 116, 118 bzw. 120 auf.
Die Mittelachsen können zum Beispiel als geometrisch gedachte Symmetrieachsen der entsprechenden Dipolhälften angesehen werden. Die beiden Dipolhälften eines jeden Dipols sind von der Dipolmitte 122 ausgehend angeordnet. Die beiden Dipole, also der Dipol, der die Dipolhälften 106 und 108 aufweist, und der Dipol, der die Dipolhälften 110 und 112 aufweist, kreuzen sich jeweils in der Dipolmitte 122.
Im Blockdiagramm 100 ist schematisch die Anordnung der Dipolhälften im Raum, der von den X-, Y-, Z-Achsen aufgespannt wird, dargestellt. Zur Verdeutlichung der Anordnung der Dipolachsen relativ zueinander ist ein Schnitt 102 durch die X-Z-Ebene und eine Aufsicht 104 auf die X-Y-Ebene gezeigt. Die beiden Mittelachsen 116 und 118 der Dipolhälften 110 und 112 liegen in der X-Z-Ebene. Entsprechend liegen die Mittelachsen 114 und 120 der Dipolhälften 106 und 108 in der Y-Z-Ebene, die hier nicht abgebildet ist. Die Mittelachsen 116 und 118 der beiden Dipolhälften 110 und 112 schließen einen vorgegebenen Winkel, der zwischen 0° und 180° betragen kann, ein. Entsprechend schließen die Mittelachsen 114 und 120 der anderen Dipolhälften 106 und 108 den vorgegebenen Winkel ein.
Aus der Aufsicht 104 auf die X-Y-Ebene ist zu erkennen, dass sich die Dipole jeweils in der Dipolmitte 122 kreuzen. Dabei schließen die Mittelachsen 114 bzw. 120 des einen Dipols jeweils einen Winkel von etwa 90° mit den Mittelachsen 116 bzw. 118 der Dipolhälften des anderen Dipols ein.
Durch die mäanderartig ausgebildeten Dipolhälften und durch die V-förmige Anordnung der Dipolhälften eines Dipols konnte die Ausdehnung der Dipolantenne in der X-Y-Ebene deutlich verringert werden. Dadurch lässt sich eine besonders kompakte Antenne realisieren.
Wie aus dem Blockdiagramm 100 zu erkennen ist, werden in einer erfindungsgemäßen Antenne jede der beiden Dipolhälften eines Dipols jeweils über Impedanztransformatoren 140, 142 miteinander galvanisch gekoppelt. Die Dipolhälfte 106 ist da zu über einen Impedanztransformator 140 mit der Dipolhälfte 108 galvanisch gekoppelt. Entsprechend ist die Dipolhälfte 110 über den Impedanztransformator 142 mit der Dipolhälfte 112 galvanisch gekoppelt.
Die Impedanztransformatoren 140 und 142 werden verwendet, um die Impedanz der Antenne auf etwa 50 Ohm anzupassen. Dazu werden die entsprechenden Dipolhälften 106 und 108 bzw. 110 und 112 mittels einer Anpassschaltung, z.B. einer T-Anpassschaltung, miteinander galvanisch gekoppelt.
Daran anschließend folgt jeweils ein Balun 124 und 126. Jedes Balun 124 und 126 ist an einem der beiden Ausgänge 134 und 136 eines 90 Grad Hybridkopplers angeschlossen. Der 90 Grad Hybridkoppler weist ferner zwei Eingänge 130 und 132 auf. Eine Spannungsquelle 138 ist an den Eingang 130 des 90 Grad Hybridkopplers angeschlossen. Der andere Eingang 132 des 90 Grad Hybridkopplers wird zur Detektion von den Antennen-Dipolen empfangenen Signalen verwendet.
Zur Erzeugung von elektromagnetischen Wellen wird eine hochfrequente Wechselspannung, die von der Spannungsquelle 138 erzeugt wird, über den Eingang 130 in den 90 Grad Hybridkoppler eingespeist. Der 90 Grad Hybridkoppler liefert an seinen Ausgängen Signale mit derselben Frequenz wie das eingespeiste Signal. Die Phasen der Signale an den Ausgängen sind jedoch um 90° zueinander in der Phase verschoben. Die beiden räumlich orthogonal zueinander stehenden Dipole mit den Dipolhälften 106 und 108 bzw. 110 und 112 werden jeweils über die Balune 124 und 126 und die Impedanztransformatoren 140 und 142 mit den um 90° phasenverschobenen Signalen gespeist. Dies führt dazu, dass die Antenne zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen abstrahlt. Die Verwendung einer zirkular polarisierten Welle zur Übermittlung von Daten, zum Beispiel an einen Transponder, ist für die Anwendung im RFID-Bereich von großer Bedeutung, da die anzusprechenden Transponder eine beliebige Ausrichtung im Feld haben können. Bei den häufig verwendeten linear polarisierten Antennen er geben sich deutliche Reichweitenunterschiede in Abhängigkeit der Ausrichtung der Transponder im Antennenfeld. Durch die Verwendung von zirkular polarisierten Antennen, wie der erfindungsgemäßen Antenne, fällt diese Abhängigkeit der Reichweite weg, da auch Transponder mit einer linear polarisierenden Antenne immer "optimal" zum Feld der zirkular polarisierten Welle ausgerichtet sind.
2 zeigt eine Fotographie 200 eines Prototypen einer erfindungsgemäßen Antenne. Man erkennt darin in etwa in der Bildmitte den 90 Grad Hybridkoppler 128, sowie dessen Eingänge 130 und 132 als auch dessen Ausgänge 134 und 136. Ein Balun 124 befindet sich unterhalb des 90 Grad Hybridkopplers. Die Abbildung zeigt ferner jeweils eine Dipolhälfte 106 und 110 der beiden Dipole.
3 zeigt eine Fotographie 300 des Prototypen der erfindungsgemäßen Antenne. Bezogen auf die 2 blickt man nun in der Fotographie 300 auf die untere Seite des Prototypen. Man erkennt in der Fotographie 300 die Anordnung der Dipolhälften 106, 108, 110 und 112 an der Platine 302. Die Platine 302 weist, wie in 2 dargestellt, z.B. den Balun 124 auf.
4 zeigt ein Diagramm 400, das eine Messkurve 406 betreffend die Isolation zwischen den Eingängen 130 und 132 des 90 Grad Hybridkopplers als Funktion der Frequenz zeigt. Die in der Messkurve 406 angegebenen Messwerte sind als Übertragungsfaktor S21 404 (Y-Achse) über der Frequenz 402 (X-Achse) dargestellt. Die Isolation I in [dB] bei einer Frequenz ist dabei gleich dem inversen Übertragungsfaktor (I = –S21).
Der Übertragungsfaktor 404 bzw. die Isolation ergeben sich aus dem Verhältnis der am Eingang 132, an den nicht die Spannungsquelle 138 (vgl. 1) angeschlossen ist, detektierten Signalleistung zu der am Eingang 130 eingespeisten Leistung bei einer vorgegebenen Frequenz. Die Frequenzen, für die die Isolation zwischen den Eingängen 130 und 132 ermittelt wurde, liegen dabei im Frequenzbereich zwischen ca. 700 MHz und 1.1 GHz.
Wie bereits weiter oben erwähnt, handelt es sich bei der Antenne um eine Self-Diplexing-Antenne. Sende- und Empfangssignale werden von der Antenne inhärent getrennt. Die Antenne kann zum Beispiel links zirkular polarisiertes Wellen senden und rechts zirkular polarisiertes Wellen empfangen. Da zum Beispiel eine linear polarisierte Welle als Überlagerung einer links und rechts zirkular polarisierten Welle aufgefasst werden kann, können somit mit der Antenne elektromagnetische Wellen, wenn sie die entsprechende Frequenz aufweisen, in allen Polarisationsrichtungen, außer in der Polarisationsrichtung, in der die Antenne sendet, empfangen werden. Der Sende- und Empfangspfad wird mit Hilfe des 90 Grad Hybridkopplers entkoppelt.
Die Messkurve des Übertragungsfaktors S21 406 zeigt bei einer Frequenz von etwa 873 MHz einen Dip mit einer Bandbreite von etwa 14 MHz für eine Isolation von kleiner gleich 20 dB. Die Frequenz von etwa 873 MHZ entspricht somit der Resonanzfrequenz der Antenne. Der Übertragungsfaktor S21 hat dabei an den Flanken einen Wert von ca. –20 dB. Innerhalb der Bandbreite ist die Isolation folglich größer als 20 dB. Die Isolation zwischen Sende- und Empfangspfad ist dabei im Wesentlichen aufgrund der Rückflussdämpfung der beiden Antennenports begrenzt. Aufgrund der zwischen Sende- und Empfangspfad innerhalb der Bandbreite erzielten Isolation kann ein großer und teuerer Isolator gespart werden. Eine Übersteuerung des Empfängers wird aufgrund der relativ großen Isolation vermieden.
5 zeigt ein dreidimensionales Richtdiagramm 500, in dem die Abstrahlungscharakteristik 508, wie sie für den Prototypen in 2 gemessen wurde, graphisch dargestellt ist. Die X'-Achse 502 und die Y'-Achse 504 sind dabei jeweils um 45° gegenüber der Orientierung der X- und Y-Achsen in 1 gedreht. Die Z'-Achse 506 entspricht der Z-Achse in 1.
Die Abstrahlcharakteristik 508 bezieht sich zum Beispiel auf eine links zirkular oder rechts zirkular polarisierte elektromagnetische Welle.
6 zeigt ein horizontales Richtdiagramm 600, in der die horizontale Abstrahlcharakteristik 602 als Funktion 604 der abgestrahlten Leistung normiert auf einen vorgegebenen Wert über dem Elevationswinkel 606 aufgetragen ist. Der Elevationswinkel 606 wird in der in 5 dargestellten Z'-Y'-Ebene abgetragen, wobei der Elevations-Winkel 0° der Z'-Achse entspricht.
Bei dem Elevations-Winkel 0° ist somit die Abstrahlcharakteristik der Antenne längs der Z'-Achse 506 gemäß 5 angegeben. Der Gewinn in Hauptstrahlrichtung, das heißt bei einem Elevations- Winkel von 0°, gegenüber einem isotropen Strahler mit rechtshändig zirkular polarisierter Polarisation (RHCP-Polarisation) beträgt 1,7 dBic.
7 zeigt ein Flussdiagramm 700 eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Schritt 702 erfolgt die Speisung eines ersten Eingangs des 90 Grad Hybridkopplers mit einer elektrischen Wechselspannung, wobei der 90 Grad Hybridkoppler den ersten Eingang sowie einen zweiten Eingang aufweist. Im Schritt 704 erfolgt die Detektion von empfangenen elektromagnetischen Wellen am zweiten Eingang des 90 Grad Hybridkopplers.

Claims

Antenne mit zwei Dipolen, wobei jeder der beiden Dipole von der Dipolmitte (122) ausgehend zwei mäanderartig ausgebildete Dipolhälften (106, 108, 110, 112) aufweist, wobei jede mäanderartig ausgebildete Dipolhälfte (106, 108, 110, 112) eine Mittelachse (114, 116, 118, 120) aufweist, wobei die Mittelachsen (114, 116, 118, 120) der beiden Dipolhälften (106, 108, 110, 112) eines jeden Dipols einen vorgegebenen Winkel (120) einschließen, wobei sich die beiden Dipole jeweils in der Dipolmitte (122) kreuzen, wobei jeweils eine Mittelachse (116, 118) einer Dipolhälfte (110, 112) des einen Dipols im wesentlichen einen Winkel von 90° mit einer Mittelachse (114, 120) einer Dipolhälfte (106, 108) des anderen Dipols einschließt.
Antenne nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Winkel (122) zwischen 0° und 180° beträgt.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit Impedanztransformatoren (140, 142), wobei jeweils ein Impedanztransformator (140, 142) zwischen der einen Dipolhälfte (112, 108) und der anderen Dipolhälfte (106, 110) eines jeden Dipols geschaltet ist.
Antenne nach Anspruch 3, wobei die Antenne ferner zwei Balune (124, 126) aufweist, wobei jeweils ein Balun (124, 126) an einen Impedanztransformator (140, 142) angeschlossen ist.
Antenne nach Anspruch 4, wobei die Antenne ferner einen 90 Grad Hybridkoppler (128) aufweist, wobei der 90 Grad Hybridkoppler (128) zwei Eingänge (130, 132) und zwei Ausgänge (134, 136) aufweist, wobei jeweils ein Balun (124, 126) an einen Ausgang (134, 136) des 90 Grad Hybridkopplers (128) angeschlossen ist.
Antenne nach Anspruch 5, wobei eine Spannungsquelle (138) an einem der Eingänge (130) des 90 Grad Hybridkopplers (128) angeschlossen ist.
Antenne nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Eingang (132) des 90 Grad Hybridkopplers (128), an dem nicht die Spannungsquelle angeschlossen ist, zur Detektion von empfangenen Signalen vorgesehen ist, wobei der Eingang (130), an dem die Spannungsquelle angeschlossen ist, von dem Eingang (132), an dem nicht die Spannungsquelle angeschlossen ist, im Resonanzbereich der Antenne mit einer Isolation von etwa 20 dB getrennt ist.
Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Impedanz der Antenne mittels einer Impedanztransformation auf etwa 50 Ohm angepasst ist.
Antenne nach Anspruch 8, wobei es sich bei der Impedanztransformation um eine T-Anpassung handelt.
Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne für die Abstrahlung und den Empfang von elektromagnetischen Wellen mit Frequenzen im UHF-Band vorgesehen ist.
Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne zur Abstrahlung von zirkular polarisierten Wellen vorgesehen ist.
Sende- und Empfangseinheit mit einer Antenne, wobei die Antenne zwei Dipole aufweist, wobei jede der beiden Dipole von der Dipolmitte (122) ausgehend zwei mäanderartig ausgebildete Dipolhälften (106, 108, 110, 112) aufweist, wobei jede mäanderartig ausgebildete Dipolhälfte (106, 108, 110, 112) eine Mittelachse (114, 116, 118, 120) aufweist, wobei die Mittelachsen (114, 116, 118, 120) der beiden Dipolhälften (106, 108, 110, 112) eines jeden Dipols einen vorgegebenen Winkel (120) einschließen, wobei sich die beiden Dipole je weils in der Dipolmitte (122) kreuzen, wobei jeweils eine Mittelachse (114, 120) einer Dipolhälfte (106, 118) des einen Dipols im Wesentlichen einen Winkel von 90° mit einer Mittelachse (116, 118) einer Dipolhälfte (110, 112) des anderen Dipols einschließt.
Sende-/Empfangseinheit nach Anspruch 12, wobei die Antenne ferner zwei Impedanztransformatoren (140, 142) aufweist, wobei jeweils ein Impedanztransformator (140, 142) zwischen der einen Dipolhälfte (112, 108) und der anderen Dipolhälfte (106, 110) eines jeden Dipols geschaltet ist.
Sende-/Empfangseinheit nach Anspruch 13, ferner mit zwei Balunen (124, 126), wobei jeweils ein Balun nach einem Impedanztransformator (140, 142) geschaltet ist.
Sende-/Empfangseinheit nach Anspruch 12, 13 oder 14, ferner mit einem 90 Grad Hybridkoppler (128).
Sende-/Empfangseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 15, ferner mit einer Spannungsquelle (138).
Sende-/Empfangseinheit nach Anspruch 16, wobei der 90 Grad Hybridkoppler zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist, wobei jeweils ein Balun (124, 126) an einen Ausgang (134, 136) des 90 Grad Hybridkopplers (128) angeschlossen ist, wobei die Spannungsquelle (138) an einen der Eingänge (130) angeschlossen ist, und wobei der andere Eingang (132) zur Detektion von empfangenen Signalen vorgesehen ist.
Sende-/Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 17, wobei die Impedanz der Antenne mittels einer Impedanztransformation angepasst ist.
Sende-/Empfangseinheit nach Anspruch 18, wobei die angepasste Impedanz der Antenne in etwa 50 Ohm beträgt.
Sende-/Empfangseinheit nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei es sich bei der Impedanztransformation um eine T-Anpassung handelt.
Sende-/Empfangseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei die Sende-/Empfangseinheit in einem Transponder oder einem RFID-Tag integriert ist.
Schreib-/Lesegerät mit einer Sende-/Empfangseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 21 oder mit einer Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Schreib-/Lesegerät für die Kommunikation mit einem Transponder vorgesehen ist.
Verfahren zur Erzeugung und zur Detektion von elektromagnetischen Wellen mit einer Antenne mit zwei Dipolen, wobei jeder der beiden Dipole von der Dipolmitte (122) ausgehend zwei mäanderartig ausgebildete Dipolhälften (106, 108, 110, 112) aufweist, wobei jede mäanderartig ausgebildete Dipolhälfte (106, 108, 110. 112) eine Mittelachse (114, 116, 118, 120) aufweist, wobei die Mittelachsen (114, 116, 118, 120) der beiden Dipolhälften (106, 108, 110, 112) eines jeden Dipols einen vorgegebenen Winkel (120) einschließen, wobei sich die beiden Dipole in der Dipolmitte (122) kreuzen, wobei jeweils eine Mittelachse (116, 118) einer Dipolhälfte (110, 112) des einen Dipols im wesentlichen einen Winkel von 90° mit einer Dipolachse (114, 120) einer Dipolhälfte (106, 108) des anderen Dipols einschließt, wobei jeweils ein Impedanztransformator (140, 142) zwischen der einen Dipolhälfte (106, 110) und der anderen Dipolhälfte (108, 112) eines jeden Dipols der Antenne geschaltet ist, wobei jeweils ein Balun (124, 126) an einen Impedanztransformator angeschlossen ist, wobei jeweils ein Balun (124, 126) an einen Ausgang (134, 136) eines 90 Grad Hybridkopplers (128) angeschlossen ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Speisung eines ersten Eingangs (130) des 90 Grad Hybridkopplers (128) mit einer elektrischen Wechselspannung, wobei der 90 Grad Hybridkoppler (128) den ersten Eingang (130) und einen zweiten Eingang (132) aufweist; – Detektion von empfangenen elektromagnetischen Wellen am zweiten Eingang des 90 Grad Hybridkopplers (128).
Verfahren nach Anspruch 23, wobei elektromagnetische Wellen mit einer links zirkularen Polarisation gesendet werden und wobei elektromagnetische Wellen mit einer rechts zirkularen Polarisation empfangen werden oder wobei elektromagnetische Wellen mit einer links zirkularen Polarisation empfangen werden und wobei elektromagnetische Wellen mit einer rechts zirkularen Polarisation gesendet werden.