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Die
Erfindung betrifft eine Antenne zur Messung einer Bewegungsinformation,
insbesondere Geschwindigkeit oder Abstand, nach dem Doppler-Prinzip, einen Transponder
mit einer solchen Antenne, ein System mit Transpondern und einer
Leseantenne sowie ein entsprechendes Verfahren.
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Ein
Transponder weist eine Antenne und einen mit der Antenne gekoppelten
oder koppelbaren Chip auf, die auf einem Träger angeordnet sind. Ein beispielhafter
Mikrowellen-Transponder gemäß dem Stand
der Technik ist in 1 dargestellt. Im Chip sind
Daten abgespeichert, die mit einer geeigneten Leseeinrichtung über die
Antenne kontaktlos zugänglich
sind.
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Transponder
finden beispielsweise im sogenannten Ticketting-Bereich als elektronische
Fahrscheine Anwendung, beispielsweise im öffentlichen Personenverkehr.
Jeder zahlungspflichtige Fahrgast führt bei der Nutzung von betroffenen
Verkehrsmitteln des öffentlichen
Personenverkehrs einen Transponder mit sich, in dem Daten abgespeichert
sind, die eine Berechnung des für
die Nutzung zu bezahlenden Fahrpreises ermöglichen. Wahlweise kann in dem
Chip ein Guthaben abgespeichert sein, das direkt für die Bezahlung
des Fahrpreises verwendet wird.
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Als
Transponder für
das Ticketting werden beispielsweise Remote-Coupling-Systeme mit einer Reichweite
von bis zu 1 m verwendet, genauer typischerweise Proximity-Coupling-Kontaktlos-Chipkarten
gemäß der ISO-Norm 14443, die eine
Reichweite von ca. 7 bis ca. 15 cm haben und bei einer Resonanzfrequenz
von 13,56 MHz arbeiten. Lesegeräte zur
Erfassung von Transpondern sind beispielsweise an Zugängen zu
zugangsbeschränkten
Bereichen in der Umgebung der Verkehrsmittel wie z. B. Bahnsteigen
oder/und an Türen
von Verkehrsmitteln angeordnet und erfordern, dass ein- oder aussteigende
Fahrgäste
ihren Transponder direkt an das Lesegerät halten und hierdurch ihr
Ein- oder Aussteigen registrieren lassen. Ein derartiges System,
bei dem das Ein- und/oder Aussteigen von Fahrgästen registriert wird, wird
auch als Check-in-/Check-out-System bezeichnet.
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Alternativ
werden für
das Ticketting in sogenannten Long-Range-Systemen langreichweitige Transponder
verwendet, mit einer Reichweite von 1 m bis typischerweise 10 m,
die bei einer Resonanzfrequenz im Mikrowellenbereich von 2,45 GHz,
915 MHz oder 868 MHz arbeiten. Zu Transpondern bei Long-Range-Systemen zählen auch
Transponder mit einer Resonanzfrequenz bei 5,8 GHz oder 24,125 GHz.
In Long-Range-Systemen muss ein ein- oder aussteigender Fahrgast
seinen Transponder nicht aktiv an ein Lesegerät halten, sondern der beispielsweise
in der Tasche mitgeführte
Transponder wird automatisch erfasst, sobald der Fahrgast in den
Sendebereich des Lesegeräts
gerät.
Beispielsweise ist an Türen
zu einem Verkehrsmittel ein Lesegerät angebracht, das den Transponder
aus einem Ruhezustand aufweckt und registriert. Innerhalb des Verkehrsmittels
ist ein Überwachungs-Lesegerät angebracht,
das laufend in kurzen Zeitabständen
die Anwesenheit von registrierten Transpondern überwacht. Ein Fahrpreis wird
aus der Anwesenheit des Transponders innerhalb des Verkehrsmittels
bzw. aus der während
der Anwesenheit zurückgelegten Strecke
ermittelt. Ein derartiges System, bei dem die Anwesenheit von Fahrgästen registriert
wird, wird auch als Be-in-/Be-out-System
bezeichnet. Ein Beispiel für
ein Be-in-/Be-out-System stellt das Dresdner Pilotprojekt ALLFA
dar (siehe z. B. http://efa.vvoonline.de/allfa/index.html).
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Transponder
werden weiterhin beispielsweise bei der Lagerhaltung verwendet.
Hierbei ist an jeder gelagerten Ware oder an Containern zur Lagerung
von Waren ein Transponder angebracht, in dem für die Ware spezifi sche Daten
abgespeichert sind. Um die Daten aus Transpondern auszulesen, muss ein
Lesegerät
in die Reichweite der Transponder gelangen.
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Relativ
langreichweitige Messungen unter Verwendung von Transpondern sind
nach dem Doppler-Prinzip möglich.
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Das
Prinzip der Messung einer Bewegungsinformation, insbesondere Geschwindigkeit
oder Abstand, nach dem Doppler-Prinzip mittels eines Mikrowellen-Transponders
ist beispielsweise in „Klaus
Finkenzeller, RFID-Handbuch,
2. Auflage 2000, Carl Hanser Verlag München Wien, („RFID-Handbuch") Kapitel
10.4.2" beschrieben.
Eine von einer Leseantenne zum Transponder ausgesandte und vom Transponder
zur Leseantenne zurück
reflektierte elektromagnetische Welle mit einer bestimmten Frequenz
wird abhängig
von der Relativbewegung von Leseantenne und Transponder zueinander
verzerrt. Bewegen sich Leseantenne und Transponder aufeinander zu,
wird die am Transponder reflektierte Welle gestaucht und somit die
an der Leseantenne detektierte Frequenz gegenüber der Frequenz der ausgesandten
Welle erhöht.
Bewegen sich Leseantenne und Transponder voneinander weg, wird die
reflektierte Welle gedehnt und somit die an der Leseantenne detektierte
Frequenz gegenüber
der Frequenz der ausgesandten Welle verringert. Die Frequenzdifferenz
zwischen der von der Leseantenne ausgesandten Frequenz und der an
der Leseantenne detektierten Frequenz der reflektierten Welle wird
als Dopplerfrequenz bezeichnet. Durch eine Messung der Dopplerfrequenz
kann die Relativgeschwindigkeit zwischen Transponder und Leseantenne
bestimmt werden und zudem zwischen einen Transponder, der sich auf
die Leseantenne zu bewegt, und einem Transponder, der sich von der
Leseantenne weg bewegt, unterschieden werden.
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Ein
Doppler-Radar-Geschwindigkeitsmesser für den Mikrowellenbereich ist
beispielsweise in
DE 3219
819 C2 beschrieben. Bei dem Geschwindigkeitsmesser ist
ein Doppler-Radar-Sensor an einem bewegten Körper befestigt und sendet Mikrowellen aus,
die vom (unbewegten) Boden reflektiert werden. Teile der ausgesandten
und der reflektierten Mikrowellen werden gemischt und dadurch Doppler-Signale
erzeugt, aus denen die Geschwindigkeit des bewegten Körpers abgeleitet
wird.
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US 5,680,459 beschreibt
ein elektronisches Identifizierungssystem für eine automatische Fahrpreiserhebung
mit mehreren Transpondern, bei dem die simultane Identifikation
mehrerer Transponder dadurch ermöglicht
wird, dass die einzelnen Transponder in unterschiedlichen Zeitfenstern
ausgelesen werden.
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DE 100 56 148 A1 beschreibt
eine Kontaktlos-Chipkarte mit zwei Antennen für zwei unterschiedliche Frequenzen,
so dass die Kontaktlos-Chipkarte mit unterschiedlichen Lesegeräten betrieben
werden kann.
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Prinzipiell
wäre eine
Messung einer Bewegungsinformation, insbesondere Geschwindigkeit oder
Abstand, nach dem Doppler-Prinzip auch z. B. im Ticketting oder
bei der Lagerhaltung wünschenswert.
Dies würde
langreichweitige Messungen ermöglichen,
ohne die Notwendigkeit, den Transponder direkt an ein Lesegerät zu halten,
und somit die Erfassung von Transpondern komfortabel machen. Die
Dopplerfrequenz fD ergibt sich aus der Differenz der ausgesendeten
Frequenz f und der durch die Relativbewegung mit Relativgeschwindigkeit
v von Lesegerät
und Transponder verzerrten Frequenz f' als fD
= f' – f = f·(1 + v/c) – f = f· v/c (Gleichung 1)mit
der Lichtgeschwindigkeit c. Bei einer Resonanzfrequenz des Transpon ders
von 868 MHz und einer relativen Bewegungsgeschwindigkeit zwischen Transponder
und Lesegerät
von 1 m/s ergibt sich eine Dopplerfrequenz von 6 Hz, die zu messen
fast unmöglich
ist. Durch eine Erhöhung
der ausgesendeten Frequenz kann in anderen Anwendungen die Dopplerfrequenz
erhöht
werden, beispielsweise bei der Fahrzeugerfassung. Zudem ist die
Bewegungsgeschwindigkeit bei der Fahrzeugerfassung in der Regel
hoch, so dass der Dopplereffekt problemlos messbar ist. In den Bereichen
z. B. Ticketting und Lagerhaltung ist zu berücksichtigen, dass einerseits
die Sendefrequenz der verwendeten Lesegeräte für die Transponder durch Normen
wie z. B. ISO 18000-6 oder ISO 18000-4 festgelegt sind und im Mikrowellenbereich
von ungefähr
800 MHz bis ungefähr
6 GHz liegen müssen.
Die Bewegungsgeschwindigkeiten v bei z. B. Ticketting und Lagerhaltung
sind andererseits in aller Regel gering, z. B. in der Größenordnung
von 1 m/s oder sogar darunter. Eine direkte Übertragung eines für beispielsweise
Fahrzeugerfassung bekannten Systems der Geschwindigkeitserfassung
mittels Doppler-Effekt auf Bereiche wie Ticketting oder Lagerhaltung,
mit niedrigen Frequenzen und Bewegungsgeschwindigkeiten, ist daher nicht
möglich,
da die Dopplerfrequenz bei einer zu niedrigen Frequenz liegen würde.
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Frequenzselektive
Oberflächen
(FSS, frequency selective surfaces) sind periodische leitfähige Strukturen
auf Oberflächen
welche gegenüber
elektromagnetischen Wellen Filtereigenschaften aufweisen. Je nach
geometrischer Dimensionierung der Strukturen sind damit Tiefpass-,
Hochpass-, Bandpass- oder
Bandsperre-Eigenschaften gegenüber
einer einfallenden elektromagnetischen Welle realisierbar.
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Frequenzselektive
Oberflächen
sind bereits seit fast 100 Jahren bekannt (erste Patente in 1919 durch
Marconi) und werden seit den 60er Jahren intensiv untersucht. Bekannte
Anwendungen sind z. B. Gebäudekonstruktionen
wie Radarkuppeln, welche für
den Radarfrequenzbereich ungehindert durchgängig sein sollen, Fensterabdeckungen
für Mikrowellenherde,
welche im Mikrowellenfrequenzbereich eine besonders hohe Dämpfung erreichen
sollen, oder aber auch Tapeten, welche spezielle Frequenzbereiche
sperren (z. B. Bluetooth), benachbarte Frequenzbereiche aber ungehindert
passieren lassen (z. B. Mobilfunk). Frequenzselektive Schichten
dienen im Mikro- und Millimeterwellenbereich zur effektiven Nutzung
von Reflektorantennen, als Filter und künstliche Dielektrika, als Spiegel
zur Erhöhung
der Pumpeffektivität
von Lasern sowie als Polarisatoren, Strahlteiler oder Filter und
im optischen Bereich zur Steigerung der Effektivität von Sonnenkollektoren.
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Befinden
sich auf einer nichtleitfähigen
Fläche
leitfähige
Bereiche, spricht man von Patchgeometrien, befinden sich auf einer
leitfähigen
Fläche nichtleitfähige Bereiche,
spricht man von Aperturgeometrien.
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Fällt eine
elektromagnetische Welle auf eine FSS, erzeugt sie auf den leitfähigen Bereichen
der FSS elektrische Ströme.
Dadurch kann ein Teil der Welle beim Auftreffen auf die Schicht
reflektiert werden. Die komplexen Amplituden der reflektierten bzw. transmittierten
Anteile, bezogen auf die Amplitude der einfallenden Welle, werden
als Reflexions- bzw. Transmissionskoeffizienten bezeichnet. Der
sogennannte Rückstreuquerschnitt
der FSS für
die einfallende Welle gibt an, welcher Anteil der einfallenden Welle
an der FSS reflektiert wird. Liegt die Wellenlänge einer auf eine FSS einfallenden
Welle in der gleichen Größenordnung
wie die Abmessungen der Elementarzelle (einzelnen Bereiche) der
FSS, treten bei Veränderungen
der Frequenz der einfallenden Welle starke Resonanzen auf. Bei einer
Anregung einer Patchgeometrie durch eine einfallende elektromagnetische
Welle wird bei der Resonanzfrequenz – und in realen FSS in einem
umgebenden Frequenzbereich – im
Wesentlichen die gesamte Welle reflektiert. Der Rückstreuquerschnitt
der FSS für
die einfallende Welle, hat bei einer FSS in Patchgeometrie bei der Resonanzfrequenz
ein Maximum. Dagegen wird bei der Aperturgeometrie die einfallende
Welle bei der Resonanzfrequenz im Wesentlichen vollständig transmittiert.
Der Rückstreuquerschnitt
der FSS für die
einfallende Welle hat bei einer FSS in Aperturgeometrie bei der
Resonanzfrequenz ein Minimum. Durch ein Ankoppeln eines Lastwiderstandes
an die FSS lässt
sich bei einer Frequenz der einfallenden elektromagnetischen Welle
in der Nähe
der Resonanzfrequenz der FSS der Rückstreuquerschnitt der FSS
für die
Welle stark verändern.
Hierdurch kann durch An- bzw. Abkoppeln eines geeigneten Lastwiderstandes
der an der RSS reflektierte Anteil der elektromagnetischen Welle
stark variiert werden. Das Prinzip, den Rückstreuquerschnitt einer Antenne durch
An- oder Abkoppeln eines geeigneten Lastwiderstandes wird auch als
modulierter Rückstreuquerschnitt
bezeichnet und ist beispielsweise im o. g. RFID-Handbuch,
Kapitel 4.2.4 beschrieben.
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WO 2006/027112 A1 beschreibt
die Verwendung einer frequenzselektiven Oberfläche als Echtheitsmerkmal für z. B.
Banknoten oder Chipkarten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Messungen einer Bewegungsinformation,
insbesondere Geschwindigkeit oder Abstand, nach dem Doppler-Prinzip auch für Systeme
mit Transpondern zu ermöglichen,
deren Dopplerfrequenz ohne weitere Vorkehrungen kaum oder nicht
messbar ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Antenne nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Antenne
nach Anspruch 1 ist zur Messung einer Bewegungsinformation, insbesondere
Geschwindigkeit oder Abstand, nach dem Doppler-Prinzip vorgesehen
und weist eine Antennenfläche
aus einem leitfähigen
Material auf. Die Antenne hat eine vorbestimmte Antennenstruktur,
durch welche eine erste Resonanzfrequenz der Antenne eingestellt
ist. Die Antenne zeichnet sich dadurch aus, dass die Antennenfläche mit
einer frequenzselektiven Oberfläche
(FSS) versehen ist, durch welche eine zweite Resonanzfrequenz der
Antenne eingestellt ist, die von der ersten Resonanzfrequenz unterschiedlich
ist.
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Die
zweite Resonanzfrequenz führt
zu einer zweiten Dopplerfrequenz, die ebenfalls bei einer unterschiedlichen
Frequenz liegt als die Dopplerfrequenz auf Grund der ersten Resonanzfrequenz,
unter der Annahme der gleichen Relativgeschwindigkeit zwischen der
Antenne und einer Leseantenne eines Lesegeräts.
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Mit
der erfindungsgemäßen Antenne
gemäß Anspruch
1 ist daher eine Möglichkeit
geschaffen, Messungen einer Bewegungsinformation, insbesondere Geschwindigkeit
oder Abstand, nach dem Doppler-Prinzip auch für Systeme mit Transpondern durchzuführen, deren
Dopplerfrequenz ohne weitere Vorkehrungen kaum oder nicht messbar
ist, da die Dopplerfrequenz zu niedrig oder zu hoch ist, um sie zu
messen.
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Wahlweise
liegt die zweite Resonanzfrequenz bei einer höheren Frequenz als die erste
Resonanzfrequenz. Diese Alternative der Erfindung ist besonders
für Anwendungen
wie Ticketting, Lagerhaltung, Tierüberwachung und dergleichen
bevorzugt, da hierbei relativ niedrige erste Resonanzfrequenzen
durch Normen festgeschrieben sind und andererseits die Relativbewegungen
von Antenne und Leseantenne eines Lesegeräts niedrig sind.
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Die
frequenzselektive Oberfläche
besteht wie aus dem Stand der Technik bekannt aus einer periodisch
strukturierten leitfähigen
Struktur.
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Wahlweise
ist dabei die frequenzselektive Oberfläche in Aperturgeometrie gestaltet,
wobei die elektrisch leitfähige
Antennefläche
mit einer periodischen Anordnung von Aperturen versehen ist. Die Aperturen
können
als Öffnungen
in der elektrisch leitfähigen
Antennenfläche
gestaltet sein und wahlweise mit einem Dielektrikum gefüllt sein.
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Wahlweise
ist die frequenzselektive Oberfläche
in Patchgeometrie gestaltet, wobei die Antennefläche mit einer periodischen
Anordnung von elektrisch leitfähigen
Elementen versehen ist, die von der Antennenfläche elektrisch isoliert sind,
z. B. durch eine dielektrische Zwischenschicht.
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Wahlweise
weist die Antenne mit der frequenzselektiven Oberfläche weiter
eine Einstelleinrichtung auf, mit der ein Rückstreuquerschnitt der frequenzselektiven
Oberfläche
in einem zumindest die zweite Resonanzfrequenz umfassenden Frequenzbereich
veränderbar
ist. Die Einstelleinrichtung kann beispielsweise bei einer frequenzselektiven
Oberfläche
in Patchgeometrie einen oder mehrere Lastwiderstände aufweisen, die an die leitfähigen Elemente wahlweise
ankoppelbar oder abkoppelbar sind. In Abhängigkeit vom an die leitfähigen Elemente
angekoppelten Lastwiderstand ist der Rückstreuquerschnitt der Antenne
auf Grund der frequenzselektiven Oberfläche unterschiedlich. Bei dieser
Variante kann die frequenzselektive Oberfläche gegenüber einer Leseantenne eines
Lesegeräts,
die bei einer festen Frequenz, insbesondere der zweiten Resonanzfrequenz,
elektromagnetische Wellen aussendet, wahlweise ein- und ausgeschaltet
werden.
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Die
erste Resonanzfrequenz liegt wahlweise im Mikrowellenbereich, insbesondere
im Frequenzbereich von ungefähr
800 MHz bis ungefähr
6 GHz, insbesondere bei einer Frequenz von 868 MHz oder 915 MHz
oder 2,45 GHz, wahlweise bei einer durch eine Norm festgesetzten
Frequenz.
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Der
erfindungsgemäße Transponder
ist mit einer erfindungsgemäßen Antenne
nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen und Varianten
und mit einem mit der Antenne elektrisch gekoppelten oder koppelbaren
Chip ausgestattet. Wahlweise sind die Antenne und der Chip auf einem
beliebig gestalteten Träger
angeordnet. Wahlweise ist der Transponder als Etikett, (Kontaktlos-)Chipkarte,
volumiger Transponder oder Transponder sonstiger Bauform gestaltet.
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Der
erfindungsgemäße Transponder
kann wahlweise als elektronischer Fahrschein, insbesondere für zahlungspflichtige
Verkehrsmittel, verwendet werden, oder wahlweise bei der Lagerhaltung,
oder wahlweise bei der Gepäckabfertigung
im Reiseverkehr, insbesondere Flugverkehr, Fährverkehr oder/und Bahnverkehr,
oder bei der Tierüberwachung
oder weiteren Anwendungen, insbesondere bei weiteren Anwendungen,
bei denen die Verwendung von RFID-Etiketten bekannt ist.
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Das
erfindungsgemäße System
zur Verwaltung der Benutzung mindestens eines zahlungspflichtigen
Verkehrsmittels durch Fahrgäste
weist Folgendes auf: für
jeden zahlungspflichtigen Fahrgast mindestens einen Transponder,
wobei jeder zahlungspflichtige Fahrgast, der das Verkehrsmittel nutzt,
verpflichtet ist, während
der Nutzung des Verkehrsmittels den Transponder mit sich zu führen; mindestens
eine an einem Zugang zu dem Verkehrsmittel angebrachte Leseantenne,
die zur Kommunikation mit dem Transponder bei der zweiten Resonanzfrequenz
eingerichtet ist, und mit der eine Bewegungs information, insbesondere
Geschwindigkeit oder Abstand, eines Transponders relativ zur Leseantenne
nach dem Doppler-Prinzip bei der zweiten Resonanzfrequenz messbar
ist, derart, dass zwischen einem mit Transponder ausgestatteten
Fahrgast, der das Verkehrsmittel oder einen das Verkehrsmittel umgebenden
zugangsbeschränkten
Bereich betritt bzw. verlässt,
unterscheidbar ist. Die Leseantenne ist wahlweise zur Kommunikation
mit der Antenne eingerichtet, nicht aber zur Kommunikation mit dem
Chip. Wahlweise ist eine Kommunikation mit dem Chip bei der ersten
Resonanzfrequenz möglich, wahlweise
mit einer von der Leseantenne unterschiedlichen geeigneten Leseeinrichtung.
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Das
erfindungsgemäße System
ist somit ein Ticketting-System. Es ist insbesondere für öffentliche Verkehrsmittel
anwendbar. Das erfindungsgemäße System
ist gegenüber
bekannten Ticketting-Systemen besonders komfortabel. Da bei dem
erfindungsgemäßen System
die Erfassung der Transponder nach dem Doppler-Prinzip erfolgt,
ist eine sehr langreichweitige Messung möglich. Folglich lässt sich
das Einsteigen und Aussteigen von Fahrgästen erfassen, ohne dass diese
ihren als Fahrkarte verwendeten Transponder an ein Lesegerät zu halten
brauchen, was einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Check-in/Check-out-Systemen
darstellt. Andererseits braucht innerhalb des Fahrzeugs keine Überwachungsantenne
vorgesehen zu sein, um die Anwesenheit erfasster Fahrgäste während der
ganzen Fahrt zu überwachen,
was einen Vorteil gegenüber herkömmlichen
langreichweitigen Be-in/Be-out-Systemen
darstellt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen System
zur Verwaltung der Benutzung mindestens eines zahlungspflichtigen
Verkehrsmittels wird die zweite Resonanzfrequenz zur Messung einer
Bewegungsinformation nach dem Doppler-Prinzip verwendet, insbesondere
um das Ein- bzw. Aussteigen von Fahrgästen zu erfassen. Eine Kommunikation
mit dem Chip des Transponders erfolgt dagegen vorzugsweise bei der
ersten Resonanzfrequenz, die beispielsweise durch eine Norm wie
z. B. ISO 18000-6 oder ISO 18000-4 festgelegt ist, wahlweise gemäß einem
beliebigen Kommunikationsverfahren nach dem Stand der Technik.
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Als
Zugang zu dem Verkehrsmittel kann beispielsweise eine Tür oder ein
Türdurchgang
oder ein Türrahmen
oder dergleichen eines Verkehrsmittels (z. B. Bus, U-Bahn-Zug, Eisenbahnwaggon,
Straßenbahnwagen
etc.) vorgesehen sein. Als Zugang zu einem zugangsbeschränkten Bereich
kann beispielsweise ein Zugang zu einem Bahnsteig vorgesehen sein.
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Bei
dem System ist wahlweise an jedem für Fahrgäste vorgesehenen Zugang zu
einem Verkehrsmittel oder zu dem zugangsbeschränkten Bereich eine Leseantenne
angeordnet.
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Wahlweise
ist zwischen einem mit Transponder ausgestatteten Fahrgast, der
das Verkehrsmittel oder einen das Verkehrsmittel umgebenden zugangsbeschränkten Bereich
betritt bzw. verlässt,
dadurch unterscheidbar, dass die Leseantenne für die Doppler-Messung eine
räumliche
Richtcharakteristik aufweist, so dass der Transponder in eine Innen-Richtung
in das Verkehrsmittel oder den zugangsbeschränkten Bereich hinein mit der
Leseantenne stärker
oder schwächer
detektierbar ist als in eine Außen-Richtung
aus dem Verkehrsmittel oder dem zugangsbeschränkten Bereich heraus. Beispielsweise
hat eine Leseantenne an einem Türdurchgang
eines Verkehrsmittels (Bus, Bahn etc.) eine ins Äußere des Verkehrsmittels gerichtete Richtcharakteristik.
Ein einsteigender Fahrgast wird somit detektiert als ein sich auf
die Leseantenne zu bewegender Transponder, bis der Fahrgast den
Türdurchgang
durchschreitet. Sobald der Fahrgast den Türdurchgang durchschritten hat,
wird sein Transponder im Innern des Verkehrsmittels durch die Leseantenne
nicht mehr detektiert. Ein aussteigender Fahrgast wird erst detektiert,
sobald der den Türdurchgang
von innen nach außen
passiert und wird dann als sich von der Leseantenne weg bewegender Transponder
detektiert.
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Das
System weist weiter wahlweise eine an einem Zugang zu dem Verkehrsmittel
angebrachte Leseeinrichtung auf, die zur Kommunikation mit dem Transponder,
insbesondere mit dem Chip des Transponders, bei der ersten Resonanzfrequenz
eingerichtet ist. Die Leseeinrichtung ist beispielsweise insbesondere
dazu eingerichtet, Fahrpreisinformationen über einen durch den Fahrgast
zu zahlenden Fahrpreis in den Chip des Transponders zu schreiben oder
aus dem Chip zu lesen.
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Das
System, das zusätzlich
eine zur Kommunikation mit dem Transponder bei der ersten Resonanzfrequenz
eingerichtete Leseeinrichtung aufweist, ist wahlweise weiter folgendermaßen gestaltet.
- – Die
Transponder haben – wahlweise
in Patchgeometrie gestaltete – frequenzselektive
Oberflächen
und eine Einstelleinrichtung, mittels derer ein Rückstreuquerschnitt
der frequenzselektiven Oberfläche
in einem zumindest die zweite Resonanzfrequenz umfassenden Frequenzbereich veränderbar
ist.
- – Die
Transponder sind in einem Grundzustand des Systems nicht aktiviert,
wobei die Transponder bei der zweiten Resonanzfrequenz einen Grundzustand-Rückstreuquerschnitt
haben.
- – Die
Leseantenne für
die zweite Resonanzfrequenz und die Leseeinrichtung für die erste
Resonanzfrequenz sind derart zum Zusammenarbeiten eingerichtet,
dass mindestens ein beliebiger einzelner Transponder durch die Leseeinrichtung für die erste
Resonanzfrequenz (d. h. z. B. die Leseeinrichtung für insbesondere
die Kommunikation mit dem Chip) mittels der Einstelleinrichtung aktiviert
wird, indem an dem Transponder ein vom Grundzustand- Rückstreuquerschnitt unterschiedlicher
Aktiv-Rückstreuquerschnitt,
insbesondere ein extremer – wahlweise
maximaler oder minimaler – Rückstreuquerschnitt,
eingestellt wird, und an dem aktivierten einzelnen Transponder bei
der zweiten Resonanzfrequenz eine Messung einer Bewegungsinformation
nach dem Doppler-Prinzip bei der zweiten Resonanzfrequenz durchgeführt wird.
Wahlweise wird der Transponder zudem durch die Leseeinrichtung bei
der ersten Resonanzfrequenz mit Energie versorgt.
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Bei
dem derart gestalteten System wird also ein Transponder bei der „Grundfrequenz" des Transponders
(ersten Resonanzfrequenz) aufgeweckt und anschließend am
aufgeweckten Transponder bei der „FSS-Frequenz" (zweiten Resonanzfrequenz)
die Doppler-Messung durchgeführt.
Hierdurch können bei
einer Vielzahl von gleichzeitig vorhandenen Transpondern gezielt
einzelne Transponder für
die Messung nach dem Doppler-Prinzip isoliert werden, um Kollisionen
zu vermeiden, die durch eine gleichzeitige Kommunikation mit der
Vielzahl von Transpondern auftreten könnten.
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Wahlweise
wird bei dem vorstehend beschriebenen System in einem vorbestimmten
räumlichen
Bereich, z. B. an einem einzelnen Zugang, z. B. an einem einzelnen
Türdurchgang
zu einem Verkehrsmittel, jeweils nur ein einzelner Transponder zeitgleich
aktiviert. Auf diese Weise werden Kollisionen durch eine gleichzeitige
Kommunikation mit der Vielzahl von Transpondern vermieden.
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Bei
einem Verfahren zur Messung einer Bewegungsinformation nach dem
Doppler-Prinzip mit dem vorstehend beschriebenen System wird mindestens
ein, wahlweise genau ein, beliebiger einzelner Transponder durch
die Leseeinrichtung für
die erste Resonanzfrequenz mittels der Einstelleinrichtung aktiviert
und an dem aktivierten einzelnen Transponder eine Messung einer
Bewegungsinformation nach dem Doppler-Prinzip bei der zweiten Resonanzfrequenz
durchgeführt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher
erläutert,
in der zeigen:
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1 einen
Transponder mit einem Chip und einer Antenne, gemäß dem Stand
der Technik;
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2 einen
Transponder mit einem Chip und einer Antenne mit einer FSS in Aperturgeometrie,
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
-
3 einen
Transponder mit einem Chip und einer Antenne mit einer FSS in Patchgeometrie, gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
einen Transponder 100 mit einem Chip 110 und einer
Antenne 120, die auf einem Träger 130 angeordnet
sind, gemäß dem Stand
der Technik. Der Transponder 100 ist hier beispielhaft
als Chipkarte im Format ID-1 gemäß ISO 7810
gestaltet. Die Antenne 120 hat durch ihre Bauform und ihre
geometrischen Abmessungen eine erste Resonanzfrequenz bei 868 MHz.
Für diese
Frequenz eignet sich die in 1 beispielhaft
dargestellte flächige
Antennen-Bauform, bei der die Antenne 120 eine flächige Antennenfläche hat.
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2 zeigt
einen Transponder 200 mit einem Chip 210 und einer
Antenne 220 auf einem Träger 230, wobei die
Antenne 220 mit einer FSS 240 in Aperturgeometrie
versehen ist, gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung. Im Vergleich zum Transponder 100 aus 1 hat
der Transponder 200 aus 2 an der
Antennenfläche
der Antenne 220 eine Vielzahl von periodisch angeordneten
Aperturen (Öffnungen) 250,
die in ihrer Gesamtheit die frequenzselektive Oberfläche FSS 240 bilden.
Die Antenne 220 hat durch ihre Bauform und geometrischen Abmessungen
eine erste Resonanzfrequenz bei 868 MHz. Auf Grund der FSS 240 hat
die Antenne 220 eine zweite Resonanzfrequenz bei einer
Frequenz von über
10 GHz, typischerweise ca. 70 ... 150 (200) ... GHz. Die der zweiten
Resonanzfrequenz entsprechende Dopplerfrequenz liegt für v = 1
m/s und eine zweite Resonanzfrequenz von 200 GHz bei größenordnungsmäßig ca.
1300 Hz, also in einem gut messbaren Frequenzbereich.
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3 zeigt
einen Transponder 300 mit einem Chip 310 und einer
Antenne 320 mit einer FSS 340 in Patchgeometrie,
angeordnet auf einem Träger 330,
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung. Im Vergleich zum Transponder 100 aus 1 hat
der Transponder 300 aus 3 auf der
Antennenfläche
der Antenne 320 eine Vielzahl von periodisch angeordneten
leitfähigen
Elementen 350, die in ihrer Gesamtheit die frequenzselektive
Oberfläche FSS 340 bilden.
Zwischen der Antennenfläche
der Antenne 320 und den leitfähigen Elementen 350 der FSS 340 ist
eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 360 angeordnet,
mit der die Antenne 320 und die leitfähigen Elemente 350 der
FSS 340 elektrisch voneinander isoliert sind. Die Zwischenschicht 360 ist
aus einem Dielektrikum gebildet, beispielsweise aus einem Kunststoff,
z. B. aus einer Kunststofffolie. Die einzelnen leitfähigen Elemente 350 sind
untereinander elektrisch verbunden. Die untereinander verbundenen
leitfähigen
Elemente 350 sind, z. B. über ein oder mehrere Versorgungsleitungen
und Logikleitungen, mit dem Chip 310 elektrisch gekoppelt
oder koppelbar. An die leitfähigen
Elemente 350 ist weiter ein – vorzugsweise variierbarer – Lastwiderstand (nicht
gesondert dargestellt) ankoppelbar. Der Schichtaufbau des Transponders 300 mit
dem Träger 330,
der auf dem Trä ger 330 angeordneten
Antenne 320, der auf der Antenne 320 angeordneten
isolierenden Zwischenschicht 360 und den auf der Zwischenschicht 360 angeordneten
elektrisch leitfähigen Elementen 350 ist
im unteren Teil von 3 in einer Schnittansicht entlang
der Linie AB im oberen Teil von 3 veranschaulicht.
Die Antenne 320 hat durch ihre Bauform und geometrischen
Abmessungen eine erste Resonanzfrequenz bei 868 MHz. Auf Grund der
FSS 340 hat die Antenne 320 eine zweite Resonanzfrequenz
bei einer Frequenz von ca. weit über
10 GHz, z. B. 70 ... 150 (200) ... GHz.
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Die
leitfähigen
Elemente 350 des Transponders 300 aus 3 sind
als rechteckige Flächen
gestaltet. Wahlweise können
die Elemente 350 jede beliebige geeignete andere Gestalt
haben. Analog können
die Aperturen 250 des Transponders 200 aus 2 jede
beliebige geeignete Gestalt haben.
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Um
an einem Transponder 300 mit einer Leseantenne eine Messung
nach dem Doppler-Prinzip bei der zweiten Resonanzfrequenz durchzuführen, wird
an die leitfähigen
Elemente 350 ein geeignet dimensionierter Lastwiderstand
angekoppelt. Das Signal zum Ankoppeln des Lastwiderstandes wird
bei der ersten Resonanzfrequenz mit einem entsprechenden geeigneten
Lesegerät
an den Chip 310 übertragen.
Der Chip 310 veranlasst das Ankoppeln des Lastwiderstands.
Durch das Ankoppeln des Lastwiderstands wird der Rückstreuquerschnitt
der frequenzselektiven Oberfläche 340,
der ohne den Lastwiderstand niedrig ist, auf einem Maximalwert erhöht. Hierdurch
ist der Transponder 300 aktiviert und die Doppler-Messung
bei der zweiten Resonanzfrequenz kann durchgeführt werden.