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Die
Erfindung betrifft ein RFID-Antennen-System, mit einer RFID-Antenneneinrichtung
für ein elektronisches Artikel-Sicherungs-System (EAS) und
mit einer RFID-Antenneneinrichtung für ein Waren-Identifikations-System
(WIS) nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Insbesondere
zur Sicherung von Waren beispielsweise am Ausgang von Kaufhäusern,
Läden etc. werden sog. elektronische Artikel-Sicherungen verwendet.
Diese bestehen aus RFID-Antennensystemen, die im Abstand zueinander
im Bereich des Ausgangs oder einer Passage angeordnet werden und
zwischen denen hindurch der zu überwachende Durchlassweg
gebildet ist.
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Die
entsprechenden, im Laden erhältlichen Produkte und Waren
werden beispielsweise mittels eines elektronischen Warensicherungsetiketts
gesichert. Wird die Ware ordnungsgemäß bezahlt,
wird vom Verkaufspersonal das entsprechende Warensicherungsetikett
entfernt, so dass der Kunde mit der Ware die überwachte
Ausgangspassage problemlos durchlaufen kann.
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Wird
die Ware noch im gesicherten Zustand durch den überwachten
Auslassweg mitgenommen, wird in dem überwachten Bereich
in der Regel ein akustisches Warnsignal ausgegeben, um beispielsweise
zu melden, dass versucht wird, unbezahlte Ware aus dem Laden mitzunehmen.
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Es
sind unterschiedliche elektronische Warensicherungssysteme bekannt
geworden.
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Gemäß einem
bekannten Verfahren werden sog. Radiofrequenz-Etiketten (RF-Etiketten)
verwendet. Auf einem derartigen Radiofrequenz-Etikett ist eine Spule
vorgesehen, deren Anschlussenden kapazitiv miteinander verbunden
sind. Als Überwachungs-Antennen werden Sendeantennen verwendet,
die beispielsweise in einem Bereich von 6 bis 10 MHz elektromagnetische
Strahlen aussenden. Wird ein entsprechendes RF-Etikett durch den Überwachungsbereich
hindurchgeführt, entzieht es dem System Sendeenergie, was
mittels einer entsprechenden elektronischen Auswerteeinrichtung
detektierbar ist.
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Daneben
ist auch ein elektromagnetisches Verfahren bekannt geworden, bei
welchem an der zu sichernden Ware lange Metallstreifen angebracht werden.
Diese Metallstreifen bestehen aus einer magnetisierbaren Legierung.
Wird eine so gesicherte Ware durch das magnetische Wechselfeld der
entsprechenden, der Überwachung dienenden Antennen geführt,
die beispielsweise mit einer Frequenz von 10 Hz bis 20 KHz strahlen,
so führt dies zu einer Sättigungsmagnetisierung
der Metallstreifen, wobei die steilen Flanken der Magnetisierung
Oberwellen im Wechselfeld erzeugen, die nachweisbar sind.
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Die
vorstehend genannten ERS-Systeme arbeiten nach Art eines 1-Bit-Transponders,
in welchem das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandenseins eines bestimmten
Etiketts im Überwachungs- und Lesebereich erkannt werden
kann.
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Neben
der Überwachung dienenden Verfahren und Systemen werden
darüber hinaus auch schon sog. UHF-RFID-Verfahren zur Artikel-Erfassung
und -Identifikation eingesetzt. Dabei wird eine zu detektierende
Ware mit einem RFID-Tag versehen. Dieses Verfahren bietet zu den
oben genannten Verfahren zunächst einmal den wesentlichen
Vorteil, dass mittels eines RFID-Etiketts nicht nur ein einzelnes
Bit als Information ausgewertet werden kann, sondern dass diese
UHF-RFID-Etiketten mit einem Mikrochip versehen sind, auf denen
Informationen mit einer Wortlänge von mehreren Stellen
gespeichert und von diesen ausgelesen werden können. Bevorzugt
werden sog. passive RFID's verwendet, die ihre Energie zum Auslesen
des Tag-Inhalts und Rückübersenden der entsprechenden
Informationen aus dem elektromagnetischen Feld des Antennensystems
erhalten. Der RFID-Tag besteht dabei aus einer Antennenstruktur
mit dem erwähnten Mikrochip. Zum Auslesen der Informationen
wird dazu – wie bekannt ist – ein sog. Reader
verwendet, der beispielsweise über ein Antennensystem den
Tags die notwendige Energie zum Betrieb durch das elektromagnetische
Feld zuführt, wobei die mit dem Mikrochip versehenen Tags
dann die gespeicherten Informationen unter Verwendung dieser Energie
eine entsprechende Antwort aussenden können, die über
ein Antennensystem und einen nachgeschalteten RFID-Reader gelesen
und ausgewertet werden können.
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Bezüglich
des Aufbaus eines RFID-Antennensystems für ein elektronisches
Artikel-Sicherungs-System (EAS) wird beispielsweise auf die Vorveröffentlichung
WO99/30384 A1 verwiesen.
Ebenso wird auf die Vorveröffentlichung
"3 Fundamental Operating
Principles" in RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless
Smart Cards and Identification, Second Edition, Klaus Finkenzeller, Copyright © 2003,
John
Wiley & Sons,
Ltd., ISBN: 0-470-84402-7, Kapitel 1.2, 1.3, 2.3 bis 2.5.4 sowie 3.1
bis 3.1.2 verwiesen.
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Grundsätzlich
ist es wünschenswert, neben einem Antennensystem für
ein elektronische Artikel-Sicherungs-System (EAS) auch, wie erwähnt, eine
Antenneneinrichtung, beispielsweise eine UHF-RFID-Antenneneinrichtung
zu verwenden, um hierüber ein Waren-Identifikations-System
aufzubauen. Hierüber könnten bestimmte Informationen über im Überwachungsbereich
vorbeigeführte Waren und Produkte ausgelesen werden, die
für verschiedene Prozesse von Bedeutung sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es von daher, ein verbessertes RFID-Antennensystem zu
schaffen, welches einerseits eine Antenneneinrichtung für
ein elektronisches Artikel-Sicherungs-System und andererseits eine
Antenneneinrichtung für ein Waren-Identifikations-System
(WIS) zum Auslesen von mit einem Mikrochip versehenen Tags umfasst.
Dabei soll es sich um ein grundsätzlich einfach aufgebautes
System handeln, wobei sichergestellt sein soll, dass die unterschiedlichen
Antennensysteme zum einen für das EAS-System und zudem
für das WIS-System sich nicht nachteilig beeinflussen sollen.
Mit anderen Worten soll eine optimale Integration beider Systeme
ermöglicht werden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den
im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird ein erweiteres RFID-System zur elektronischen
Artikelüberwachung (EAS) einerseits und zur Realisierung eines
Waren-Identifikations-Systems (WIS) andererseits geschaffen, welches
sich eher durch seine hohe Integrationsfähigkeit und durch
einen optimalen Einsatz auszeichnet. Dabei lässt sich das
erwähnte Waren-Identifkations-System sowie die zugehörige
Antenneneinrichtung auch bei einem bestehenden RFID-Antennensystem
für ein elektronisches Artikelüberwachungssystem
(EAS) noch nachträglich nachrüsten, ohne dass
die Funktions- und Wirkungsweise dieses EAS-Systems oder des Waren-Identifikations-Systems
durch die Nachrüstung nachteilig beeinflusst wird.
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Das
erfindungsgemäß verbesserte System arbeitet dabei
auf der Basis der RFID-Technik.
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Um
dabei ein einfach aufgebautes System mit hoher "Trefferquote" und
hoher Funktionstauglichkeit zu realisieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass das seitlich von einem zu überwachenden Durchgangsbereich
vorgesehene Antennensystem zumindest zwei Antennen umfasst, wobei
diese zumindest beiden Antennen in Durchgangsrichtung oder zumindest
mit einer Komponente in Durchgangsrichtung nebeneinander angeordnet
sind. Sie müssen dabei nicht zwingend in der gleichen Höhenlage
(also beispielsweise parallel zum Niveau des Durchgangsweges) angeordnet
sein, sondern können dazu auch teilweise in unterschiedlicher
Höhenlage positioniert werden. Allerdings sollte eine durch die
Mittel- oder Schwerpunkte der beiden benachbart zueinander angeordneten
Antennensysteme liegende Gerade gegenüber einer horizontalen
Ebene (oder einer parallel zum Durchgangsweg verlaufenden Ebene)
eine Winkelabweichung aufweisen, die bevorzugt nicht größer
als 45° ist.
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Erfindungsgemäß umfasst
das UHF-RFID-System Patchantennen oder besteht aus Patchantennen.
Diese weisen eine besonders niedrige Bauhöhe auf und können
von daher problemlos auch in bestehende, häufig aus rahmenförmigen
Antennen bestehende EAS-Antennensystemeinrichtungen nachgerüstet
werden, beispielsweise innerhalb der rahmenförmigen Antenne
des bereits bestehenden EAS-Überwachungssystems.
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Durch
die Anordnung zweier Patchantennen, die mit Seitenversatz in Durchgangsrichtung
oder mit einer Komponente in Durchgangsrichtung versetzt zueinander
angeordnet sind, lässt sich mit einfachen Mitteln eine
verbesserte Bündelung des Überwachungsbereiches
realisieren. Dies bietet wesentliche Vorteile insoweit, da entsprechend
mit Tags versehene Waren oder Produkte nur dann detektiert und ausgelesen
werden, wenn eine Person mit einem einen Mikrochip umfassenden RFID-Tag
ausgstatteten Produkt tatsächlich den definierten Lesebereich
(also den Überwachungsbereich) durchschreitet und nicht nur
in der Nähe dieses Lesebereiches vorbeigeht. Sichergestellt
wird dadurch vor allem, dass keine zu frühe Erfassung dadurch
ausgelöst wird, dass beispielsweise eine Person an dem
durch zwei seitlich aufgestellte Antennensysteme gesicherten Durchgang
nur in unmittelbarer Nähe (beispielsweise noch im Laden)
vorbei schreitet und dabei ein mit einem Tag gesichertes Produkt
schon in den Erfassungs- und/oder Lese bereich des Antennensystems
gelangen kann.
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Die
erfindungsgemäßen Patchantennen können
als einzelne Patchantennen ausgebildet sein. Sie können
aber auch als kombinierte Patchantennen ausgebildet sein, die beispielsweise
auf einer gemeinsamen Massefläche, auf einem gemeinsamen
Substrat etc. ausgebildet sind, so dass nur die Patchflächen
auf diesem Substrat voneinander getrennt angeordnet sind. Hier sind
beliebige Abwandlungen möglich.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
sind beispielsweise an jeder Seiten-Antennen-Einrichtung zumindest
zwei Paare von Patchantennen übereinander angeordnet, also auf
zwei unterschiedlichen Niveaus oder Ebenen (wobei die jeweils paarweise
zusammenwirkenden Patchantennen, wie oben erwähnt, nicht
zwingend auf dem gleichen Höhenniveau, sondern zumindest im
angegebenen Maße versetzt zueinander angeordnet sein können).
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Möglich
ist aber genauso, dass in Durchlassrichtung nicht nur zwei, sondern
mehrere Antennen, beispielsweise drei oder mehr Patchantennen, verwendet
werden, um auch hierdurch den Bündelungsbereich und damit
die Verschmälerung des Überwachungsbereiches in
Richtung des Durchlassweges auf eine möglichst schmale
Durchlasszone zu reduzieren.
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In
Ergänzung zu den oben erwähnten bevorzugten Varianten
hat es sich ferner als günstig erwiesen, gegebenenfalls
im unteren Übergangsbereich von den seitlichen, die Antennensysteme
aufnehmenden Begrenzungseinrichtungen zum Bodenbereich (und/oder
zum Deckenbereich) zusätzliche, der Detektion dienende
Antenneneinrichtungen, insbesondere Patchantennen, zu verwenden,
ebenfalls wieder in einer bevorzugt paarweisen Anordnung, und zwar
in Durchlassrichtung versetzt zueinander liegend. Vorzugsweise die
am Übergangsbereich zum Boden und/oder im Übergangsbereich
zu einer Decke können die Patchantennen mechanisch so vorjustiert
sein, dass ihre Hauptstrahlrichtung im Wesentlichen nicht parallel
zur Ebene des Durchgangsweges (der Bodenfläche), sondern
davon abweichend mit einer in Vertikalrichtung verlaufenden Komponente
ausgerichtet sind. Dadurch ist es also möglich, beispielsweise
sehr tief angeordnete Antennensysteme mit ihrer Hauptstrahlrichtung
etwas nach oben auszurichten und sehr hohe angeordnete Antennensysteme
mit ihrer Strahlrichtung etwas nach unten verlaufend ausgerichtet
werden. Dadurch kann unabhängig von der Positionierung
der Antennen eine Optimierung des Überwachungsbereiches
vorgenommen werden.
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Möglich
ist aber auch, alternativ oder zusätzlich eine elektronische
Ausrichtung und/oder Justierung der Antennen vorzunehmen, um den
Erkennungs- und/oder Lesebereich zumindest in einem bestimmten Maß unterschiedlich
voreinzustellen und dadurch zu optimieren. Dies kann beispielsweise durch
einen vorgegebenen oder gegebenenfalls auch einstellbaren Phasenversatz
zwischen zwei übereinander angeordneten Patchantennen realisiert werden.
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Ebenso
ist es erfindungsgemäß möglich, durch
eine mechanische Vorjustierung und/oder eine Speisung zweier in
Durchgangsrichtung benachbart zueinander sitzender Patchantennen
mit einem Phasenversatz durchzuführen, wodurch der zu überwachende
Bereich aus einer Symmetrieebene zwischen den beiden Patchantennen
heraus in der einen oder anderen Richtung des Durchgangsweges verstellt werden
kann.
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Erfindungsgemäß können
die Patchantennen linear oder zirkular polarisiert arbeiten. Insbesondere
der zirkular polarisierte Betrieb der Patchantennen weist Vorteile
insoweit auf, dass sichergestellt ist, dass eine mit RFID-Tags bestückte
Ware stets sicher erkannt wird und die auf dem Tag gespeicherten
Informationen problemlos und vollständig ausgelesen werden
können, unabhängig von der Ausrichtung des Tags
beim Durchschreiten des Lesebereiches.
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Bevorzugt
arbeitet dieses RFID-System im UHF-Bereich, also beispielsweise
im 800 MHz- bis 1000 MHz-Bereich (insbesondere im 800 MHz- bis 950
MHz-Bereich – z. B. 868 MHz-Bereich). Die Leseweite der
Patchantennen kann dabei bis zu 1,5 m und mehr (also beispielsweise
bis 2 m etc.) betragen.
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Weitere
Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
den anhand verschiedener Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen im Einzelnen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Überwachungsbereiches
oder -durchganges, wobei in dem linken Antennensystem die der elektronischen
Artikel-Sicherung dienenden Antennen sowie die für das
Waren-Identifikations-System vorgesehenen Antennen beispielhaft
angedeutet bzw. gezeigt sind;
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2:
eine schematische Ansicht auf die erfindungsgemäße
UHF-Antennenanordnung für ein elektronisches Artikel-Sicherungs-System
(EAS) in Durchgangsblickrichtung;
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3:
eine schematische Draufsicht auf ein verwendetes Patch-Antennen-Paar;
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4:
eine entsprechende Querschnitts-Ansicht parallel zur Durchgangsrichtung
auf das in 3 wiedergegebene Patch-Antennen-Paar;
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5:
ein zu 3 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in
Querschnittsdarstellung;
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6:
ein zu 3 und 4 abweichendes Ausführungsbeispiel
eines Patch-Antennen-Paares;
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7:
ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel in Draufsicht
auf die verwendeten Patchantennen;
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8:
eine weitere Detaildarstellung einer möglichen Ausführungsvariante;
und
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9:
eine vereinfachte Ausführungsvariante in entsprechender
Darstellung zu 8.
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In 1 ist
der schematische Grundaufbau eines elektronischen Artikel-Sicherungs-Systems (EAS)
wiedergegeben, und zwar mit zwei versetzt zueinander angeordneten
Antenneneinrichtungen 1, zwischen denen hindurch ein Durchlassweg 3 längs der
Durchlassrichtung 3' auf einer Bodenfläche 5 hindurch
verläuft.
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Die
Antenneneinrichtungen 1 sind nach Art von Seitenbe grenzungen 1' gebildet,
die im Wesentlichen eine quer oder insbesondere senkrecht zur Bodenfläche 5 verlaufende
Höhen- oder Vertikalerstreckung 7, eine parallel
oder im Wesentlichen parallel oder mit einer Komponente parallel
zum Durchlassweg 3 verlaufenden Quer- oder Horizontalerstreckung 9 und
eine demgegenüber vergleichsweise schmal gestaltete Dickenerstreckung 11 quer
oder senkrecht zur Durchlassrichtung 3 und damit insbesondere
parallel zur Bodenfläche 5 aufweisen.
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Ein
herkömmliches EAS-Überwachungssystem ist in der
Regel so aufgebaut, dass die Antenneneinrichtung in einer Seitenbegrenzung 1' beispielsweise
eine oder vorzugsweise zwei näherungsweise rechteckförmige
Rahmenantennen 15 umfasst, die entsprechend angesteuert
werden.
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Eine
Sende- und/oder Auswerteeinheit 17 ist bevorzugt im Fußbereich 1'' dieser
Seitenbegrenzung 1 vorgesehen.
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Die
Ansteuerung und Auswertung eines so gebildeten elektronischen Artikelüberwachungs-Systems
(EAS) auf Basis einer sogenannten RFID-Technik gehört zum
Stand der Technik und ist insoweit hinlänglich bekannt.
Es wird insoweit auf bekannte Verfahren und Vorrichtungen verwiesen.
Derartige Systeme arbeiten üblicherweise in einem Frequenzbereich
von z. B. 10 Hz bis 20 kHz (wenn beispielsweise ein elektromagnetisches
Verfahren angewandt wird, oder beispielsweise bei 8 bis 9 MHz (typischerweise
um 8,2 MHz), wenn beispielsweise ein Radiofrequenz-Verfahren zum
Einsatz gelangt).
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Zusätzlich
zu dem vorstehend beschriebenen Antennensystem für das
elektronische Artikelüberwachungs-Systems (EAS) sind im
vorliegenden Falle ein UHF-RFID-System vorgesehen, welches zur Waren-Identifikation
dient. Hierzu sind zusätzliche Antennen in Form von Patchantennen
vorgesehen.
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Dieses
System (WIS) dient – wie ausgeführt – vor
allem durch die Verwendung von Tags mit Mikrochips der Erfassung
und dem Auslesen von produktbezogenen Informationen, also Informationen über
jene Waren, auf denen der betreffende Tag angebracht ist. Letztlich
können in einem weiteren Schritt diese Informationen aber
auch mit herangezogen werden, um hierüber letztlich auch
eine elektronische Artikelüberwachungs-Einrichtung aufzubauen (wenn
beispielsweise die auf dem Tag gespeicherten produktbezogenen Informationen
ausgelesen und beispielsweise mit über ein Kassensystem
abgespeicherten Informationen verglichen werden, um abzufragen,
ob ein mit dem betreffenden Tag versehenes Produkt bereits bezahlt
ist oder nicht).
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Bereits
in 1 ist eine erste Ausführungsvariante
des UHF-RFID-Waren-Identifikations-Systems in schematischer Darstellung
wiedergegeben.
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Dort
ist jeweils ein Paar von Patchantennen 21 in einem oberen
Bereich und ein weiteres Paar von Patchantennen 21 in einem
unteren Bereich der Seitenbegrenzung 1' bzw. der seitlichen
Antenneneinrichtung 1 angeordnet, und zwar im gezeigten Ausführungsbeispiel
bei Betrachtung quer zu den Seitenbegrenzungen innerhalb der rahmenförmigen Rahmenantennen 15.
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Bei
den Patchantennen handelt es sich um Antennen, die entsprechend
der Darstellung nach 3 in senkrechter Draufsicht
und in 4 in Queransicht ein Substrat 23 (aus
dielektrischem Material oder beispielsweise Luft) aufweisen, wobei
zwischen diesem Substrat 23 beabstandet eine oben liegende Patchfläche 25 und
eine unten liegenden Massefläche 27 vorgesehen
ist. Die Patchfläche 25 und die Massefläche 27 sind
in einem Abstand 23' entsprechend der Dicke des Substrats 23 zueinander
angeordnet.
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Wie
aus der zeichnerischen Darstellung insbesondere aus 4 auch
zu ersehen ist, sind die beiden Patchantennen 21 parallel
vor einer Massefläche 31 angeordnet, und zwar
derart, dass die untere Massefläche 27 der jeweiligen
Patchantenne 21 von der Massefläche 31 galvanisch
getrennt (also in kapazitiver Anordnung dazu) zu liegen kommt. Die Massefläche 31 überragt
dabei in Draufsicht die Patchantennen und steht in allen Richtungen
seitlich über die Patchantennen über. Die Massefläche 31 kann
beispielsweise aus Metall oder einem Metallblech oder beispielsweise
auch aus einer mit Kupfer beschichteten Leiterplatine bestehen.
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Dass
die Massefläche 27 der Patchantenne 21 von
der gemeinsamen Massefläche 31 galvanisch getrennt
ist, kommt insbesondere dann in Betracht, wenn herkömmliche
Patchantennen verwendet werden, die beispielsweise auf der Massefläche 31 unter Verwendung
eines Klebers aufgeklebt werden (wenn dieser elektrisch nicht leitfähig
ist). Grundsätzlich könnte eine erwähnte
Patchantenne mit ihrer unteren Massefläche 27 auch
direkt unter Herstellung eines gleichstrommäßigen
oder galvanischen Kontaktes auf der Massefläche 31 aufgelegt
werden. Dabei ist es grundsätzlich auch möglich,
dass beispielsweise auf die auf dem Substrat befindliche Massefläche 27 verzichtet
wird, dann nämlich, wenn die Chipantenne direkt mit ihrem
Substrat auf der Massefläche 31 aufgebaut ist.
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Ferner
ist bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel in
der unteren gemeinsamen Massefläche 31 eine Durchtrittsöffnung 31',
in der jeweiligen zur Patchantenne 21 gehörenden
Massefläche 27 eine dazu deckungsgleiche Durchtrittsöffnung 27' und durch
das Substrat 23 hindurch laufend ein Durchlasskanal 35 ausgebildet,
so dass durch diese gesamte Anordnung eine Speiseleitung 37 verläuft,
die elektrischgalvanisch mit der oben liegenden Patchfläche 25 an
einem Speisepunkt 25' verbunden ist.
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Alternativ
dazu ist aber auch eine kapazitive Kopplung im Bereich des Speisepunktes 25' mit
der Patchfläche 25 möglich. Schließlich
ist auch eine Anspeisung der Patchfläche 25 so
möglich, dass beispielsweise die Speiseleitung 37 auf
der Oberfläche des Substrates 23 liegend und/oder
verlaufend (also planparallel zur Ebene der Patchfläche)
an der Patchfläche angeschlossen ist, beispielsweise am Rand
der Patchfläche. Die Patchfläche kann aber auch
beispielsweise eine U-förmige Ausnehmung oder ähnliches
aufweisen, so dass die in der Ebene der Patchfläche 25 verlaufende
Speiseleitung beispielsweise am Ende der U-förmigen Ausnehmung (also
gegenüber dem umlaufenden Rand der Patchfläche
weiter nach innen versetzt liegend) mit der Patchfläche
elektrisch verbunden ist.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die unten
liegende Massefläche 27 bis zur Umfangs-Seitenfläche 123 des
Substrats 23, wohingegen die in der Draufsicht gemäß 3 ersichtliche Patchfläche 25 im
Abstand 39 vor der Seitenbegrenzung oder Seitenfläche 123 des
Substrats 23 endet, also in Draufsicht mit kleinerer Längs-
und Querstreckung ausgebildet ist, als die untere Massefläche 27 der
Patchantenne 21.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zumindest näherungsweise
quadratisch gebildete Fläche der Patchantenne 21 an
zwei diagonal gegenüber liegenden Ecken mit einer Abschrägung 41 versehen,
die der Abstimmung der Antenne dient.
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Falls
als Substrat 23 Luft verwendet wird, müssten entsprechende,
lediglich der mechanischen Halterung der Patchfläche 25 dienende
dielektrische Abstandshalter verwendet werden, worüber
die Patchfläche 25 im Abstand gegenüber
der Massefläche 21 gehalten und fixiert ist.
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Zwei
so gebildete Patchantennen gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach 3 und 4 sind in einem Seitenabstand 43 (also
in einem lichten Seitenabstand 43 zwischen zwei aufeinander
zu weisenden Seitenbegrenzungsflächen 123 der
beiden benachbarten Patchantennen) angeordnet, und zwar auf einer
gemeinsamen Massefläche 31.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen
den beiden Mittelpunkten der Patchantennen bzw. den Schwerpunkten
der beiden Patchantennen mit 45 bezeichnet.
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Dieser
Mitten-Abstand 45 sollte größer oder gleich
dem 0,2-Fachen von λ (Lamda) bezogen auf die verwendete
Betriebsfrequenz der Patchantennen, vorzugsweise der Mitten-Wellenlänge
der verwendeten Frequenz sein, nämlich beispielsweise bei 0,2 × 34
cm = 5 cm liegen.
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Ein
optimaler Abstand könnte bei 0,5 × λ(≅ 0,5 × 34
cm ≅ 17 cm)liegen, insbesondere dann wenn beispielsweise
das UHF-RFID-Antennensystem bei einer Frequenz von 868 MHz arbeitet.
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Die
Patchantennen müssen aber nicht zwangsläufig gleich
gestaltet oder gleich groß sein. Sie müssen auch
nicht zwangsläufig exakt im Horizontalversatz, also in
Parallelrichtung zur Durchlassrichtung 3' nebeneinander
angeordnet sein (wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel
davon ausgegangen wird, dass die in Horizontalrichtung verlaufende Durchlassrichtung 3' parallel
zur Bodenfläche 5 verläuft).
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Anhand
von 5 ist ferner angedeutet, dass ein zusammenwirkendes
Patch-Antennen-Paar nicht grundsätzlich aus zwei insgesamt
einzelnen Patchantennen 21 gebildet sein muss, sondern
einen gemeinsamen Aufbau aufweisen kann.
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Das
Patch-Antennen-Paar gemäß 5 weist
eine gemeinsame Massefläche 27 auf der Unterseite
eines gemeinsamen Substrates 23 auf, wobei auf der Oberseite
des Substrates 23 dann die beiden voneinander getrennten
Patchflächen 25 ausgebildet sind, die über
eine separate Speiseleitung 37 gespeist werden, die an
einem Speisepunkt 25' an den zugehörigen Patchflächen 25 endet.
Das so gebildete Patch-Antennen-Paar ist in einem geringen Abstand
oberhalb der gemeinsamen Massefläche 31 angeordnet,
so dass die Massefläche 27 auf der Unterseite
des Substates in engem Abstand zur gemeinsamen Massefläche 31 verläuft.
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Die
in den Figuren teilweise gezeigten Patch-Antennen- Paare sind in
Durchlassrichtung 3' versetzt zueinander liegend angeordnet.
Sie müssen dabei nicht exakt parallel zur Durchgangsrichtung 3' angeordnet
sein. Insbesondere auch dann, wenn beispielsweise der Durchgang
sich chronisch erweitert oder verjüngt, könnte
der Seitenabstand von einer in Durchgangsrichtung 3' liegenden
Vertikalebene zur betreffenden Patchfläche 25 einer
Patchantenne 21 unterschiedlich sein. Das erwähnte
Patch-Antennen-Paar stellt dabei eine Grundausführung der
Erfindung dar, bei der zumindest zwei Patchantennen 21 eine
erste Gruppe A von zusammenwirkenden Patchantennen bildet. Es können
in Durchgangsrichtung oder mit einer Komponente in Durchgangsrichtung
zueinander versetzt liegend aber noch mehrere Patchantennen angeordnet
sein, beispielsweise drei Patchantennen usw.
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Anhand
von 6 ist gezeigt, dass ein derartiges zusammenwirkendes
Paar von Patchantennen 21 nicht nur in Durchlassrichtung 3',
sondern auch in Höhen- oder Vertikalrichtung 7 mit
einem gewissen Versatz zueinander angeordnet sein können. Bevorzugt
ist eine maximale Abweichung in Höhen- und/oder Vertikalrichtung
jedoch so vorzunehmen, dass eine durch die Mittel- oder Schwerpunkte
des zugehörigen Patchantennen-Paares gelegte Gerade 47 zu
einer Horizontalebene bzw. zu einer parallel zum Durchlassweg oder
zur Bodenfläche 5 verlaufenden Ebene 48 einen
Winkel α einschließt, der kleiner oder gleich
45° ist.
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Zusätzlich
könnten aber die in den 1 bis 6 gezeigten
Patchantennen auch verdreht zueinander angeordnet sein, so dass
bei einer Patchantenne der Speisepunkt 25' beispielsweise
eher oben und bei der benachbarten Patchantenne eher unten oder
bei der einen Antenne eher auf der rechten und bei der anderen Patchantenne
beispielsweise eher auf der linken Seite etc. liegt. Auch hier bestehen grundsätzlich
keine Einschränkungen.
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Anhand
von 7 ist gezeigt, dass beispielsweise eine Vierergruppe
von Patchantennen 21 oder mehrere Zweier- oder Vierergruppen
etc. in einer Antenneneinrichtung 1 verwendet werden können.
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Dabei
ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 neben
einer unteren oder tiefer liegenden Patch-Antennen-Gruppe A (im
gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines Patch-Antennen-Paares A)
eine demgegenüber höher liegende zweite Patch-Antennen-Gruppe
B (im gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines höher
liegenden Patch-Antennen-Paares B) vorgesehen, wobei das höher
liegende Patch-Antennen-Paar B zwar mit einem gleichen Höhen-
oder Vertikalversatz (was nicht zwingend so sein muss) angeordnet
ist, allerdings in Durchlassrichtung 3' unterschiedlich
positioniert gegenüber dem unteren Patch-Antennen-Paar
A. Dadurch ergibt sich ein größerer Seitenversatz 43 bis 45 zwischen
den beiden Patchantennen 21 des weiter oben liegenden Patch-Antennen-Paares.
Jede der erwähnten Gruppen A oder B oder jeder weiteren Patch-Antennen-Gruppe
kann dabei – wie bereits erwähnt – auch
mehr als zwei Patchantennen aufweisen, die in Durchgangsrichtung
oder zumindest in einer Komponente in Durchgangsrichtung versetzt
zueinander liegend angeordnet sind.
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Abweichend
vom gezeigten Ausführungsbeispiel können die Speisepunkte 25' aber
an unterschiedlichen Stellen zu liegen kommen, also nicht alle mit
der entsprechend gleichen Ausrichtung, wie dies in 7 gezeigt
ist.
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Die
lichten Abstände 43 in Horizontal- oder Durchlassrichtung 3' bzw.
in Höhen- oder Vertikalrichtung 7 können
dabei in der Größenordnung von einigen mm bis
einigen cm liegen (ohne grundsätzliche Einschränkung
auf diesen Größenbereich).
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich nunmehr der weitere
Vorteil, dass beispielsweise die untere Reihe A von Patchantennen 21 im
Verhältnis zur oberen Reihe B von Patchantennen 21 mit
einem Phasenversatz zueinander gespeist werden können, wodurch
sich ein elektrischer Uptilt oder je nach Anordnung, falls gewünscht,
ein sog. elektrischer Down-tilt erzeugen lässt. Mit anderen
Worten wird dadurch die Hauptausstrahlungsrichtung oder Hauptkeule
eher in aufsteigender Vertikalausrichtung oder eher in nach unten
abgesenkter Vertikalausrichtung elektrisch voreingestellt. Hierdurch
kann also eine bestimmte Feinanpassung des Überwachungsbereiches
vorgenommen werden.
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Werden
beispielsweise die erwähnten vier Patchantennen gemäß 7 eher
in dem unteren Überwachungsbereich X1 (1)
gemäß 1 eingesetzt, kann die Ansteuerung
der Patchantennen so erfolgen, dass der Überwachungsbereich
eher vom unteren Boden nach oben weg elektrisch voreingestellt wird.
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Wird
eine derartige, anhand von 7 gezeigte
Patch-Antennengruppe beispielsweise im unteren Bereich der Antenneneinrichtung 1 (wie
in 1 gezeigt) eingesetzt, kann also eine unterschiedliche
Phasenansteuerung bezüglich der in den verschiedenen Reihen
oder Ebenen übereinander angeordneten Patchantennen derart
erfolgen, dass beispielsweise die Hauptkeule oder der Hauptüberwachungs bereich
nicht senkrecht zur Massefläche 31 der Patchantennen
verläuft, sondern mit einer Komponente in Vertikalrichtung
nach oben verlaufend ausgerichtet ist.
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Wird
eine entsprechende Patch-Antennengruppe gemäß 7 beispielsweise
in dem oberen Bereich X2 (1) der Antenneneinrichtung 1 eingesetzt,
könnte hier eine unterschiedliche Phasenspeisung beispielsweise
so vorgenommen werden, dass die Hauptstrahlrichtung der Patchantennen
in einem bestimmten Winkelbereich eher nach unten verlaufend in
den Überwachungsbereich hinein ausgerichtet ist.
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Ebenso
kann aber die unterschiedliche Phasenansteuerung zwischen den beiden
etwa in gleicher Höhenlage benachbart nebeneinander angeordneten
Patchantennen 21 eine Gruppe A und/oder B so erfolgen,
dass die Ausrichtung des Überwachungsbereiches entsprechend
der Hauptstrahlrichtung (Richtung der Hauptkeule) der Patchantenne
in der einen oder in einer entgegen gesetzten Richtung bezogen auf
den Durchgangsweg 3 aus einer quer dazu verlaufenden Mittelsymmetrieebene
heraus abgelenkt ist.
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Anhand
von 2 ist nur schematisch gezeigt, dass beispielsweise
auch noch ergänzend im Bodenbereich oder im Deckenbereich
oder beispielsweise am Fußbereich 1'' der Antenneneinrichtung 1 (oder
aber auch am oberen Endbereich der Antenneneinrichtung 1)
zusätzliche Patchantennen 21 vorgesehen sein können.
Hier können auch einzelne Patchantennen verwendet werden.
Bevorzugt werden aber auch hier jeweils in Durchgangsrichtung oder
mit einer Komponente in Durchgangsrichtung versetzt zueinander liegende
mehrere Patchantennen verwendet, zumindest jeweils ein Paar von Patchantennen
oder beispielsweise drei, vier oder mehrere Patchantennen. Insbesondere
die am unteren Fußbereich oder am oberen Endbereich vorgesehenen
Patchantennen können dabei auch mechanisch nach oben bzw.
nach unten voreingestellt ausgerichtet sein, insbesondere dann,
wenn nicht eine elektronische Strahlformung und -ausrichtung, wie oben
anhand von 7 erläutert, vorgenommen wird.
Werden die im unteren oder oberen Bereich der Seitenteile 1' oder
im Bodenbereich oder oberhalb des Durchgangsweges (beispielsweise
in einer Decke oder davon abgehängt) erwähnten
Patchantennen als zusätzliche Patchantennen eingesetzt,
können hier auch einzelne Patchantennen verwendet werden.
Bevorzugt werden aber auch hier in Durchgangsrichtung oder zumindest
mit einer Komponente in Durchgangsrichtung oder zumindest mit einer Komponente
in Durchgangsrichtung versetzt liegend zwei oder mehrere Patchantennen
nebeneinander liegend verwendet, die so Gruppen von Patchantennen
bilden, die zusammenwirken.
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Anhand
von 1 und 2 sowie 8 ist ferner
gezeigt, dass beispielsweise die beiden seitlichen Antenneneinrichtungen 1,
also die beiden Seitenbegrenzungen 1' in einem Seitenabstand 51 voneinander
angeordnet sein können, der beispielsweise zwischen 0,8
m bis 2,5 m, insbesondere zwischen 1,4 und 2,0 m variieren kann
(wobei diese Grenzen auch unter- oder überschritten werden
können).
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Bevorzugt
weist die seitliche Antenneneinrichtung 1, d. h. die Seitenbegrenzung 1' eine
Höhe 7 auf, die beispielsweise 1 m bis 1,80 m
oder 2,0 m im Durchschnitt betragen kann.
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Die
Höhe einer Patchantenne oder eines Patchantennenpaares,
d. h. insbesondere der zugehörigen Massefläche 31, kann
beispielsweise vorzugsweise zwischen 5 cm bis 40 cm betragen.
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Werden
zwei Patchantennen-Kombinationen 125a und 125b entsprechend
den 1, 2 oder 8 verwendet
(also z. B. eine Patchantennen-Kombination A und eine Patchantennen-Kombination,
die im unteren Bereich X1 und im oberen Bereich X2 gemäß 1, 2 oder 8 vorgesehen
sind), so sollte der Abstand 55 der unteren Patchantennen-Kombination 125a zur
Bodenfläche zumindest 0,5 bis 1 m betragen. Der Abstand 57 zwischen
der unteren Patchantennen-Kombination 125a und der oberen
Patchantennen-Kombination 125b sollte bevorzugt zwischen
0,1 m bis 2 m, insbesondere um 0,2 m bis 1,2 m aufweisen. Der Abstand
kann auch beliebig größer sein, wenn besonders
hohe Seitenbegrenzungen 1' verwendet werden und die oberen
Antenneneinrichtungen besonders liegen sollen.
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Wird
lediglich eine Patchantennen-Kombination mit zugehöriger
Massefläche 31 verwendet, wie beispielsweise anhand
von 9 gezeigt ist, so sollte der Abstand dieser Patchantennen-Kombination 125 zum
Boden 5 ein Maß von zumindest 0,5 m und mehr aufweisen,
wobei die Gesamthöhe der Anordnung wieder 1 bis 2 m betragen
kann.
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Die
verwendeten Patchantennen 21 zur Ermöglichung
eines elektronischen Waren-Identifikations-Systems (WIS) arbeiten
bevorzugt in dem UHF-Frequenzbereich, also beispielsweise in einem 800
MHz- bis 950 MHz- oder 1000 MHz-Bereich (insbesondere im Bereich
von 868 MHz). Wird dieses WIS-System zusätzlich zu einem
herkömmlichen SAS-Überwachungssystem, welches
ohne die erwähnten Patchantennen arbeitet, verwendet, so
wird bevorzugt ein herkömmliches Überwachungssystem eingesetzt,
welches beispielsweise im 10 Hz bis 20 kHz (insbesondere bei elektromagnetischen EAS-Verfahren)
oder beispielsweise im 5 MHz bis 10 MHz-Bereich (beispielsweise
um 8,2 MHz) arbeitet, wenn es sich insbesondere um ein Radiofrequenz-EAS-Verfahren
handelt.
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Die
erfindungsgemäß verwendeten Patchantennen werden
für ein RFID-Überwachungssystem eingesetzt, so
dass zu überwachende Produkte, Waren und/oder Personen
etc. dann detektiert werden können, wenn sie noch ein RFID-Tag
mit sich führen, der beim Hindurchführen längs
des Durchlassweges erkannt und die entsprechenden Informationen
mittels eines hierfür vorgesehenen "Readers" ausgelesen
und ausgewertet werden können.
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Das
erfindungsgemäße System ist insbesondere anhand
eines Durchlassweges beschrieben worden. Das insbesondere anhand
von 1 und 2 beschriebene Überwachungssystem
mit einem Durchlasstor längs eines Durchlassweges kann aber
auch so aufgebaut sein, dass entsprechende Seitenbegrenzungen mehrfach
nebeneinander im Seitenabstand angeordnet sind, beispielsweise fünf Seitenbegrenzungen 1',
wodurch vier parallel nebeneinander liegende Durchlasswege 3 definiert
werden. In den mittig liegenden Antenneneinrichtungen 1 (also
nicht in den zu äußerst liegenden Antenneneinrichtungen 1)
sind dann jeweils Patchantennen so eingebaut, dass sie teilweise
in die eine und teilweise in die gegenüber liegende Richtung
zur Erfassung beider Durchlasswege strahlen.
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Grundsätzlich
werden die erwähnten Antenneneinrichtungen 1 zur Überwachung
eines Durchlassweges so eingesetzt und verwendet, dass jeweils ein
Paar derartiger Antennenein richtungen 1 vorgesehen ist,
also jeweils eine entsprechende Antenneneinrichtung 1 bzw.
eine Seitenbegrenzung 1', die gegenüber liegend
zu dem zu überwachenden Durchlassweg angeordnet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - "3 Fundamental
Operating Principles" in RFID Handbook: Fundamentals and Applications
in Contactless Smart Cards and Identification, Second Edition, Klaus
Finkenzeller, Copyright © 2003 [0010]
- - John Wiley & Sons,
Ltd., ISBN: 0-470-84402-7, Kapitel 1.2, 1.3, 2.3 bis 2.5.4 sowie
3.1 bis 3.1.2 [0010]