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Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsvorrichtung für ein Funkerkennungssystem auf Basis von Transpondern, mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit, wobei mit der Sendeeinheit Signale zur Anregung wenigstens eines Transponders emittierbar sind, und mit der Empfangseinheit von dem Transponder emittierte und/oder beeinflußte Signale auswertbar sind. Die Erfindung betrifft ferner auch ein Funkerkennungssystem mit einer Sende- und Empfangsvorrichtung und mit wenigstens einem passiven Transponder, der mit der Sende- und Empfangsvorrichtung zusammenwirkt.
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Sende- und Empfangsvorrichtungen der in Rede stehenden Art sind seit längerem bekannt und werden in der industriellen und gewerblichen Praxis oft im Rahmen der sogenannten Radio-Frequenz-Identifizierung (RFID) verwendet. Häufiges Einsatzgebiet ist beispielsweise die Überwachung von Versorgungs- und Lieferketten, und zwar in allen Teilschritten von der Produktion einer Ware bis zur Auslieferung an den Endkunden. Im folgenden soll unter einem Funkerkennungssystem nicht einengend nur ein solches System verstanden werden, das im Bereich der Funkfrequenzen arbeitet, sondern jedes Erkennungs- oder Identifikationssystem, das auf Grundlage des Sendens und Empfangens/Rückkoppelns elektromagnetischer Strahlung bzw. elektrischer oder magnetischer Anteile dieser Strahlung funktioniert.
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Funkerkennungssysteme der hier in Rede stehenden Art beruhen grundsätzlich auf der folgenden Funktionsweise:
Die Sende- und Empfangsvorrichtung emittiert elektromagnetische Strahlung, wobei diese elektromagnetische Strahlung häufig eine konstante Frequenz aufweist. Die elektromagnetische Strahlung wird dabei von einer Sendespule emittiert, die häufig Bestandteil eines Schwingkreises ist, der auf die Frequenz der zu emittierenden elektromagnetischen Strahlung abgestimmt ist. Die emittierte elektromagnetische Strahlung transportiert eine bestimmte Energie durch den Raum, die von einem Transponder teilweise empfangen wird. Im Falle eines passiven Transponders wird diese Energie gesammelt und beispielsweise in dem elektrischen Feld eines Kondensators gespeichert, wobei der Kondensator dann eine zu dem Transponder gehörende elektronische Schaltung mit Energie versorgt. Im Gegensatz dazu verfügen aktive Transponder über eine separate Energieversorgung, die den Energiebedarf des Transponders – zumindest teilweise – deckt.
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Im Falle eines passiven Transponders dienen die von der Sende- und Empfangsvorrichtung bzw. die von der Sendeeinheit emittierten Signale einerseits der Energieversorgung des Transponders und andererseits als Aufforderungssignal an den Transponder, ein Identifikationssignal an die Sende- und Empfangsvorrichtung zurückzusenden. Im Falle eines aktiven Transponders dienen die emittierten Signale folglich im wesentlichen nur als Aufforderung an den Transponder, ein Identifikationssignal an die Sende- und Empfangsvorrichtung zurückzusenden.
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Als Antenne verfügt der Transponder im Regelfall über eine Antennenspule, die in Verbindung mit einer Kapazität einen Resonanzkreis für die Frequenz bildet, mit der die Signale in Form elektromagnetischer Strahlung von der Sendeeinheit der Sende- und Empfangsvorrichtung emittiert werden. Die Sendespule der Sendeeinheit und die Antennenspule des Transponders sind folglich induktiv gekoppelt, wobei die Gegeninduktivitäten, über die die beiden Spulen miteinander gekoppelt sind, wechselseitig gleich sind. Das bedeutet, daß die in dem Transponder induzierte elektrische Schwingung infolge der Gegeninduktion auch auf die Sende- und Empfangsvorrichtung des Funkerkennungssystems zurückwirkt. Eine darüber hinausgehende Informationsübertragung – nämlich die Übertragung eines Identifikationssignals – von dem Transponder zu der Sende- und Empfangseinheit erfolgt auf dem Transponder häufig durch Lastmodulation, bei der der Resonanzkreis durch Zu- und Abschalten eines Lastwiderstandes be- und entlastet wird. Die so hervorgerufene Amplitudenmodulation ist nicht nur auf dem Transponder, sondern aufgrund der Gegeninduktion auch in der Sende- und Empfangsvorrichtung erkennbar, wobei aus dem Stand der Technik bekannt ist, daß die Sendespule der Sendeeinheit gleichzeitig auch als Empfangsspule der Empfangseinheit dient.
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Die gleichzeitige Nutzung einer einzigen Spule sowohl als Sendespule als auch als Empfangsspule hat zwar den Vorteil eines geringen gerätetechnischen Aufwandes, jedoch beinhaltet diese Lösung den Nachteil, daß das Sendesignal der Sende- und Empfangsvorrichtung von dem Empfangssignal grundsätzlich nicht trennbar ist, das Empfangssignal ist dem Sendesignal stets überlagert und muß durch Demodulation zur weiteren Verarbeitung von ihm getrennt werden. Durch die transponderseitige Lastmodulation wird das Identifikationssignal mit dem von der Sendeeinheit emittierten Sendesignal gemischt (Amplitudenmodulation), so daß das Identifikationssignal insbesondere in den durch die Mischung entstehenden Seitenbändern des gemischten Signals enthalten ist. Insgesamt ist der Modulationsgrad, also das Verhältnis der Amplitude des Modulationssignals zur Amplitude des Signals der Trägerfrequenz in der kombinierten Sende- und Empfangsspule, – insbesondere bei Verwendung passiver Transponder – bei derartigen Anwendungen sehr klein.
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Soll der Funktionsabstand zwischen Sende- und Empfangsvorrichtung und Transponder – also die Reichweite des Funkerkennungssystems – erhöht werden, so muß zwangsläufig die Sendeleistung der Sendeeinheit erhöht werden, damit der Transponder ausreichend mit Energie versorgt werden kann. Die Erhöhung der Sendeleistung bringt es jedoch mit sich, daß das in der Sende- und Empfangsvorrichtung empfangene Identifikationssignal verhältnismäßig schwächer ausgeprägt ist, da der Effekt der Rückkopplung des Identifikationssignals in die Sende- und Empfangsspule etwa gleich bleibt, das Sendesignal der Sendeeinheit jedoch zur Erzielung einer höheren Reichweite eine höhere Amplitude aufweist; der Modulationsgrad des empfangenen Signals sinkt also mit zunehmender Reichweite.
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Aus der
DE 699 33 405 T2 ist eine gattungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung mit einer besonderen Modulationseinheit bekannt, wobei die Empfangseinheit eine eigene von der Sendespule getrennte Empfangsspule aufweist, was wegen deren unmittelbar benachbarten Anordnung aber noch keine ausreichende Entkopplung der beiden Spulen bewirkt, wobei unter einer Entkopplung die Verringerung des Übersprechens der von der Sendespule der Sende- und Empfangsvorrichtung emittierten Signale auf die Empfangsspule der Sende- und Empfangsvorrichtung verstanden werden soll.
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Erst die Entkopplung der Sendespule von der Empfangsspule ermöglicht eine Erhöhung der Sendeleistung im Rahmen der gesetzlich zulässigen Werte und damit eine Reichweitenerhöhung des Funkerkennungssystems, ohne daß gleichzeitig die Auswertbarkeit der von dem Transponder emittierten Signale verschlechtert wird, weil die von der Sendeeinheit emittierten Signale und die von der Empfangseinheit empfangenen Signale durch diese Maßnahme voneinander getrennt sind.
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Die
DE 37 82 203 T2 offenbart eine derartige Anordnung mit zwei Antennenpaaren, wobei das auf die Empfangsspule der Sende- und Empfangsvorrichtung unerwünscht übertragene und damit als Störsignal zu betrachtende Sendesignal durch Addition eines entgegengesetzten Signals mit einer annähernd gleichen Amplitude und einer inversen Phasenlage kompensiert wird. Das geschieht durch eine gegensinnig gewickelte zusätzliche (zweite) Sende- oder Empfangsantenne (Spule) mit kleinerer Windungszahl, die induktiv mit der Sende- oder der Empfangsantenne gekoppelt ist, und das oben genannte entgegengesetzte Signal mit inverser Phasenlage überträgt.
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Die
US 4 600 829 A offenbart eine ähnliche Anordnung, wobei auf die zusätzliche Spule verzichtet wird und statt dessen die Gegeninduktivitäten (zero mutual inductance) zwischen den zur Sende- und Empfangsvorrichtung gehörenden Sende- und Empfangsspulen aufgehoben werden, was durch teilweise Überdeckung der als Flachspulen ausgeführten Spulen geschieht. Das Ergebnis befriedigt offenbar noch nicht, denn für die beiden Übertragungswege, (radiation flux lines) zwischen dem Transponder und der Sende- und Empfangsvorrichtung und umgekehrt, werden unterschiedliche Frequenzen angegeben. Offenbar werden bei verschwindender Gegeninduktivität immer noch unerwünschte Sendesignale auf die Empfangsvorrichtung übertragen, was der Erhöhung der Reichweite entgegensteht.
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Die
WO 01/31741 A1 offenbart eine Sende- und Empfangsvorrichtung eines kapazitiven Funkerkennungssystems, was nun folgerichtig eine kapazitive Abschirmung zwischen Sendeantenne und Empfangsantenne erfordert. Wodurch induktives Übersprechen allerdings nicht verhindert wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile der bekannten Sende- und Empfangsvorrichtungen für Funkerkennungssysteme weiter zu verringern, um so die Reichweite der genannten Funkerkennungssysteme zu vergrößern, ohne eine transponderseitige Veränderung vorzunehmen.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Der nebengeordnete Anspruch betrifft deren Verwendung.
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Die Entkopplung von Sendespule und Empfangsspule ermöglicht eine Erhöhung der Sendeleistung – jedenfalls im Rahmen der gesetzlich zulässigen Werte – und damit eine Reichweitenerhöhung des Funkerkennungssystems, ohne daß gleichzeitig die Auswertbarkeit der von dem Transponder emittierten Signale verschlechtert wird, da die von der Sendeeinheit emittierten Signale und die von der Empfangseinheit empfangenen Signale erfindungsgemäß getrennt voneinander vorliegen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sende- und Empfangsvorrichtung ist es in der Praxis ohne weiteres möglich, die Distanz eines herkömmlichen Funkerkennungssystems, das elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von 125 kHz emittiert, zu verdoppeln, was es gestattet, die bereits verwendeten Transponder für Anwendungsfälle zu verwenden, die zuvor ausgeschlossen waren.
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Durch die erfindungsgemäße, lediglich die Sende- und Empfangsvorrichtung betreffende Maßnahme können bereits verwendete Transponder ohne weiteres auch für größere Funktionsabstände eingesetzt werden, was enorme ökonomische Vorteile mit sich bringt, da Aufwendungen für diesbezügliche Neuanschaffungen und Umrüstungen entfallen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Entkopplung von Sendespule und Empfangsspule durch besondere räumliche Anordnung der Sendespule und der Empfangsspule zueinander erzielt. Bekanntlich hängt die elektromagnetische – als auch die nur induktive und die nur kapazitive – Kopplung zweier Objekte ab von der Geometrie dieser Objekte und ihrer Anordnung zueinander, wie auch von den Materialeigenschaften des Raumes, in dem die Objekte angeordnet sind (zum Beispiel Materialeigenschaften, die durch die Dielektrizitätszahl εr und die Permeabilitätszahl μr beschrieben werden). Der Vorteil der Entkopplung durch lediglich eine besondere räumliche Anordnung der Sendespule und der Empfangsspule zueinander besteht darin, daß in der Sende- und Empfangsvorrichtung keine weiteren konstruktiven Maßnahmen erforderlich sind, wie beispielsweise das Einbringen von bestimmten abschirmenden – also eine elektromagnetische oder nur elektrische oder nur magnetische Kopplung verhindernden – Materialien.
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In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Sendespule und die Empfangsspule flachförmig ausgebildet und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, und zwar so, daß die Sendespule und die Empfangsspule sich derart gegenseitig überdecken bzw. derart gegeneinander verschoben sind, daß die Gegeninduktivitäten zwischen der Sendespule und der Empfangsspule klein sind.
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Mit einer kleinen Gegeninduktivität ist gemeint, daß das induktiv in die Empfangsspule eingekoppelte Sendesignal der Sendespule klein ist gegenüber dem Sendesignal des Transponders, das von der Empfangsspule empfangen wird. Besonders vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die Gegeninduktivitäten zwischen der Sendespule und der Empfangspule klein sind gegenüber den Gegeninduktivitäten zwischen der Sendespule und dem Transponder einerseits und/oder der Empfangsspule und dem Transponder andererseits; auch in diesen Fällen sind die Sendespule und die Empfangsspule – zumindest im wesentlichen – voneinander entkoppelt. Ganz besonders vorteilhaft ist es natürlich, wenn die Gegeninduktivitäten zwischen der Sendespule und der Empfangsspule komplett eliminiert werden.
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Wenn davon die Rede ist, daß die flachförmig ausgebildete Sendespule und die flachförmig ausgebildete Empfangsspule im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, dann ist damit die Vorstellung verbunden, daß die Sendespule und die Empfangsspule jeweils – im wesentlichen – in einer Ebene liegen und diese beiden Ebenen im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Die im wesentlichen parallele Anordnung zweier flachförmig ausgebildeter Spulen ist deshalb vorteilhaft, weil dadurch eine gewisse Richtcharakteristik erreicht wird, insbesondere nämlich aus jener Raumrichtung von der Empfangsspule Signale gut erfaßbar sind, in die die Sendespule zuvor elektromagnetische Wellen emittiert hat.
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Eine Entkopplung von Sendespule und Empfangsspule könnte beispielsweise auch erreicht werden, indem diese orthogonal zueinander ausgerichtet werden, jedoch stünden dann auch Sende- und Empfangsrichtung der Sende- und Empfangsvorrichtung senkrecht aufeinander, was für Funkerkennungssysteme im Regelfall wenig praktikabel ist.
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Durch die teilweise Überdeckung der Sendespule und der Empfangsspule – gesehen in Sende- und Empfangsrichtung beider Spulen, also im wesentlichen senkrecht zu den Ebenen, in denen sie liegen – tritt ein Teil des von der Sendespule erzeugten magnetischen Flusses in der einen Richtung durch die Empfangsspule und ein anderer Teil des von der Sendespule erzeugten magnetischen Flusses genau in der entgegengesetzten Richtung durch die Empfangsspule, so daß sich die Flüsse hinsichtlich der Induktionswirkung in der Empfangsspule gegeneinander schwächen. Sind die beiden Flüsse genau gleichgroß, sind die wechselseitigen Gegeninduktivitäten zwischen der Sendespule und der Empfangsspule gleich Null; dadurch ist die erfindungsgemäße Entkopplung erreicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung sind die Sendespule und die Empfangsspule zur – zumindest teilweisen – Vermeidung einer kapazitiven Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule symmetrisch ausgestaltet. Insbesondere sind die an sich symmetrische Sendespule und die an sich symmetrische Empfangsspule auch so zueinander angeordnet, daß die Anordnung beider Spulen eine Symmetrie aufweist.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine kapazitive Abschirmung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule angeordnet sein, wobei diese Abschirmung insbesondere leitend ist und eine Fingerstruktur aufweist, die für Magnetfelder durchlässig ist, so daß die für die Funktionsfähigkeit des Funkerkennungssystems notwendige Emittierung von Magnetfeldern zur Realisierung der induktiven Kopplung über Luft nicht beeinträchtigt ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsspule Bestandteil eines Empfangsschwingkreises ist und der Empfangsschwingkreis insbesondere abgeglichen ist auf die Frequenz des zu empfangenden Signals, also auf die Frequenz des von dem Transponder emittierten Signals. Für den Fall, daß der Transponder das von der Sendeeinheit der Sende- und Empfangsvorrichtung emittierte Signal moduliert – beispielsweise durch Lastmodulation, eine Art der Amplitudenmodulation – und das durch Modulation entstandene Mischsignal neben dem Basisband auch Anteile in Seitenbändern aufweist, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Empfangsschwingkreis auf wenigstens ein Seitenband des durch den Transponder erzeugten Mischsignals abgestimmt ist, so daß die Signale mit der Frequenz des Seitenbandes – und damit die informationstragenden Signale – besonders gut extrahiert werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind/ist die Sendespule und/oder die Empfangsspule innerhalb einer Multilayer-Leiterplatte realisiert. Dies ist in dem Fall, daß beide Spulen gleichzeitig in derselben Multilayer-Leiterplatte realisiert sind, deshalb vorteilhaft, weil die Sendespule und die Empfangsspule schon bei der Herstellung hochpräzise gegeneinander ausrichtbar sind und damit eine nahezu vollständige Entkopplung von Sendespule und Empfangsspule gewährleistet werden kann. Es entfällt ferner die Notwendigkeit, die Sendespule und/oder die Empfangsspule in irgendeiner Form einstellbar vorzusehen, da eine nachträgliche Verschlechterung der Entkopplung – und eine bei Produktion der Leiterplatten erzielte vollständige Entkopplung vorausgesetzt – nicht mehr möglich ist. Ebenso bietet es sich aus den gleichen Gründen an, die zuvor beschriebene kapazitive Abschirmung innerhalb der Multilayer-Leiterplatte zu realisieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Sende- und Empfangsvorrichtung ist die Sendespule und/oder die Empfangsspule zu der dem Überwachungsbereich abgewandten Seite elektromagnetisch abgeschirmt, beispielsweise durch eine Ferritplatte. Dadurch wird die Richtcharakteristik der Anordnung auf eine Raumrichtung begrenzt, wobei es sich anbietet, die schaltungstechnischen Bestandteile der Sende- und Empfangsvorrichtung in dem abgeschirmten Bereich anzuordnen, um eine ausreichende elektromagnetische Verträglichkeit zu gewährleisten.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein komplettes Funkerkennungssystem, mit einer Sende- und Empfangsvorrichtung, wie sie voranstehend beschrieben worden ist, wobei das Funkerkennungssystem funktionsnotwendig einen Transponder umfaßt, der mit der Sende- und Empfangsvorrichtung zusammenwirkt.
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Im einzelnen gibt es noch eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Funkerkennungssystem mit einer Sende- und Empfangsvorrichtung und mit einem Transponder,
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2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung mit separaten und entkoppelten Sende- und Empfangsspulen,
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3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung mit entkoppelter Sendespule und Empfangsspule aufgrund besonderer räumlicher Anordnung,
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4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung mit symmetrisch geformter Sendespule und Empfangsspule,
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5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung mit D-förmig ausgestalteter Sendespule und Empfangsspule,
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6 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung mit einer lemniskartenförmigen Empfangsspule,
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7 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung mit zwei benachbarten, antiseriellen Empfangsspulteilen,
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8 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung mit als Differentialtransformator ausgestalteten Sendespule und Empfangsspule und
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9 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung mit einem zum Feinabgleich schwenkbaren Abgleichelement.
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Das in der 1 dargestellte und aus dem Stand der Technik bekannte Funkerkennungssystem weist eine Sende- und Empfangsvorrichtung 1 und einen Transponder 2 auf, wobei zu der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 eine Sendeeinheit 3 und eine Empfangseinheit 4 gehören. Dabei sind mit der Sendeeinheit 3 grundsätzlich Signale emittierbar, die zur Anregung des Transponders 2 dienen. Auf eine Anregung hin emittiert der Transponder 2 Signale, genauer Identifikationssignale, die ganz allgemein von der Empfangseinheit 4 empfangbar und auswertbar sind.
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Das Emittieren der Signale durch die Sendeeinheit 3 geschieht durch eine Sendespule 5, die Bestandteil eines Schwingkreises ist, der vorliegend mit einer konstanten Frequenz schwingt; damit werden über die Sendespule 5 auch elektromagnetische Wellen gleichbleibender Frequenz emittiert.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist die genaue technische Ausgestaltung des Transponders 2 unerheblich. Der in 1 dargestellte Transponder 2 weist eine Empfangsspule 6 auf, über die die von der Sendeeinheit 3 emittierten Signale empfangen werden können. Bei dem in 1 dargestellten Transponder 2 bildet die Empfangsspule 6 ebenfalls den Teil eines Schwingkreises. Die Empfangsspule 6 lädt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels der Energie der empfangenen elektromagnetischen Strahlung einen Kondensator auf, und der Schwingkreis des Transponders 2 beginnt zu schwingen.
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Die von dem Transponder 2 auszusendenden Identifikationssignale werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Lastmodulation erzeugt. Dabei wird der Schwingkreis des Transponders 2 durch eine zu- und abschaltbare Last beeinfluß, so daß die Schwingung des Schwingkreises des Transponders 2 mehr oder weniger gedämpft ist. Die von der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 bzw. von der Sendeeinheit 3 emittierten Signale werden im Transponder 2 einer Amplitudenmodulation unterzogen, im nachrichtentechnischen Sinne also mit den Identifikationssignalen gemischt. Da die Sendespule 5 der Sendeeinheit 3 mit der Empfangsspule 6 des Transponders 2 – induktiv – gekoppelt ist, wirken die Schwingungen des Schwingkreises des Transponders 2 auf die Sendespule 5 der Sendeeinheit 3 zurück, so daß die Identifikationssignale auch in der Sendespule 5 der Sendeeinheit 3 erkennbar sind. Die Sendespule 5 wird also gleichzeitig auch als Empfangsspule 7 verwendet.
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Im Ausführungsbeispiel der bekannten Sende- und Empfangsvorrichtung 1 nach 1 ist der Modulationsgrad, also das Verhältnis der Amplitude des Modulationssignals zur Amplitude des Signals der Trägerfrequenz in der kombinierten Sende- und Empfangsspule 5, 6 extrem klein. Wenn die Reichweite des Funkerkennungssystems erhöht werden soll und dazu die Sendeleistung der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 erhöht wird, wird automatisch die Amplitude des Signals der Trägerfrequenz – also die Amplitude der Schwingung in dem Schwingkreis, zu dem die Sendespule 5 gehört – erhöht, so daß der Modulationsgrad des auszuwertenden Signals vermindert wird, wodurch die Auswertbarkeit des Identifikationssignals verschlechtert wird.
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Die 2 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung, die sich gemeinsam dadurch auszeichnen, daß die Sendeeinheit 3 eine Sendespule 5 umfaßt und die Empfangseinheit 4 – eine von der Sendespule 5 separate – Empfangsspule 7 umfaßt, wobei die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 – zumindest im wesentlichen – voneinander entkoppelt sind. Mit Entkopplung ist vor allem eine elektromagnetische Entkopplung zwischen der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 gemeint, wobei besondere Bedeutung dem magnetischen Feldanteil in der elektromagnetischen Welle zukommt, da über die induktive Kopplung der Spulen der größte Energieanteil wechselseitig von den Spulen ein- und gegengekoppelt werden kann.
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Die in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele haben gemeinsam, daß die Entkopplung der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 durch eine besondere räumliche Anordnung der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 zueinander erzielt wird. Das bedeutet, daß zur Entkopplung keine weiteren konstruktiven Maßnahmen erforderlich sind, wie beispielsweise das Einbringen von abschirmenden Materialien in den Raum, in dem die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 angeordnet sind.
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In den Ausführungsbeispielen in den 3 und 4 ist die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 flachförmig ausgebildet, und die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 sind im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, und zwar so, daß sich die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 derart gegenseitig überdecken bzw. derart gegeneinander verschoben sind, daß die Gegeninduktivitäten zwischen der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 klein sind. ”Klein” bedeutet in diesem Fall, daß die Sendespule 5 in die Empfangsspule 7 nur in einem so geringen Umfang einkoppelt, daß das von dem – in den 2 bis 4 nicht dargestellten – Transponder emittierte und von der Empfangsspule 7 empfangene Signal gut auswertbar ist durch die Empfangseinheit 4. In den 3 und 4 sind die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 sogar so gegeneinander ausgrichtet, daß eine – insbesondere induktive – Kopplung zwischen der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 vollständig vermieden wird, das heißt also nur noch eine – insbesondere induktive – Kopplung zwischen der Sendespule 5 und dem Transponder bzw. dem Transponder und der Empfangsspule 7 besteht. In diesem Fall kann also die Sendeleistung der Sendespule 5 und damit die Reichweite der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 ohne weiteres erhöht werden, ohne daß dies gleichzeitig mit dem Nachteil verbunden ist, daß der Modulationsgrad und damit die Auswertbarkeit des auszuwertenden Signals vermindert wird.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß den 3 und 4 sind die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 symmetrisch ausgestaltet zur – zumindest teilweisen – Vermeidung einer kapazitiven Kopplung zwischen der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7. Insbesondere weist auch die Anordnung der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 zueinander eine Symmetrie auf, so daß kapazitive Einflüsse reduziert werden und sei es nur, indem sich kapazitive Einflüsse symmetrisch auf beide dargestellten Anschlüsse sowohl der Sendeeinheit 3 als auch der Empfangseinheit 4 auswirken.
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Bei anderen – hier nicht dargestellten – Ausführungsbeispielen wird eine kapazitive Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule dadurch vermieden, daß eine leitende Abschirmung mit Fingerstruktur zwischen der Sendespule und der Empfangsspule angeordnet ist, wobei die Fingerstruktur zwar ein für den kapazitiven Energieaustausch verantwortliches elektrisches Feld abfängt, für Magnetfelder jedoch durchlässig ist.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 3 und 4 ist die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 sowie eine kapazitive Abschirmung zwischen der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 innerhalb einer einzigen Multilayer-Leiterplatte realisiert. Dies hat den Vorteil, daß die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 sowie die – nicht dargestellte – kapazitive Abschirmung in der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 sich nicht mehr gegeneinander verschieben können, also eine gleichbleibend gute Entkopplung gewährleistet ist und eine hochpräzise Entkopplung auch durch den Herstellungsprozeß von Multilayer-Leiterplatten gegeben ist.
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Die Ausführungsbeispiele in den 5 bis 9 zeigen weitere Möglichkeiten, wie die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 angeordnet werden können, so daß eine wirksame Entkopplung zwischen der Sendespule 5 einerseits und der Empfangsspule 7 andererseits erzielt werden kann.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 offenbart eine im wesentlichen D-förmige Empfangsspule 7 und eine spiegelbildlich D-förmige Sendespule 5, wobei sich die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 wiederum so weit überdecken, daß ihre Gegeninduktivität möglichst gering – im Idealfall gleich Null – ist. In dm dargestellten Ausführungsbeispiel ergänzen sich die jeweils D-förmig ausgestalteten Spulen 5, 7 im zusammengefügten, entkoppelten Zustand mit ihrer Außenkontur zu einem Kreis, was besondere Vorteile bei der gegenseitigen Ausrichtung der Sendespule 5 und der Sendespule 7 mit sich bringt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in 6 sind die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 wiederum – wie auch in den vorherigen Ausführungsbeispielen – jeweils flachförmig ausgebildet und im wesentlichen in einer Ebene angeordnet, wobei die Sendespule 5 die Empfangsspule 7 umgibt bzw. umrandet. Im Zentralpunkt 8 der lemniskartenförmigen Empfangsspule 7 kreuzen sich die dargestellten Leiterbahnen der Empfangsspule 7 – ohne elektrischen Kontakt miteinander zu haben, – so daß die beiden Schlaufen der lemniskartenförmigen Empfangsspule 7 zueinander eine gegensinnige Durchlaufungsrichtung haben. In diesem Fall wird die Entkopplung zwischen der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 nicht dadurch erzielt, daß sich die beiden Spulen 5, 7 nur zu einem gewissen Grad überdecken, sondern vielmehr dadurch, daß ein von der Sendespule 5 erzeugter und die Empfangsspule 7 in einheitlicher Richtung durchsetzender magnetischer Fluß aufgrund der unterschiedlich orientierten Schlaufen der Empfangsspule 7 eine insgesamt kompensierte – und damit keine – Induktionswirkung auf die Empfangsspule 7 hat.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in 7 wird die Entkopplung von der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 nach einem ähnlichen Prinzip erzielt wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 6, wobei hier jedoch die Entkopplung der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 dadurch erzielt wird, daß die Empfangsspule 7 aus einer ersten Empfangsspule 7a und einer zweiten Empfangsspule 7b besteht, wobei die erste Empfangsspule 7a und die zweite Empfangsspule 7b antiseriell geschaltet sind und damit praktisch einen umgekehrten Wickelsinn aufweisen.
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Die in den 6 und 7 dargestellten winkligen Spulenverläufe sind nur beispielhaft zu verstehen. Genauso gut können die Spulen insgesamt eher geschwungene bzw. bogenförmige Verläufe aufweisen, wodurch sich am Prinzip der Entkopplung der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 bzw. der Sendespule 5 und der ersten Empfangsspule 7a und der zweiten Empfangsspule 7b nichts ändert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 wird als Empfangsspule 7 ebenfalls eine erste Empfangsspule 7a und eine zweite Empfangsspule 7b verwendet, die antiseriell miteinander verbunden sind, wobei die Spulen 5, 7a, 7b hier jedoch nicht flachförmig im Sinne der vorangehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sendespule 5 und die erste Empfangsspule 7a und die zweite Empfangsspule 7b auf einem Ferrit-Stab 9 angeordnet und bilden zusammen insgesamt von ihrer Anordnung zueinander einen Differentialtransformator. Ein dahingehender Abgleich der Anordnung, daß die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 – bestehend aus der ersten Empfangsspule 7a und der zweiten Empfangsspule 7b – voneinander entkoppelt sind, läßt sich besonders vorteilhaft durch das Verschieben der Sendespule 5 auf dem Ferrit-Stab 9 erzielen. Alternativ – und ebenfalls in 8 dargestellt – kann die Entkopplung der Sendespule 5 und der Empfangsspulen 7a, 7b auch durch einen Abgleichwiderstand 10 erzielt werden, durch dessen Abgleich entweder der Widerstand der ersten Empfangsspule 7a oder der zweiten Empfangsspule 7b beeinflußt wird, wobei in 8 dargestellt ist, daß der Abgleichwiderstand 10 den Widerstand der zweiten Empfangsspule 7b beeinflußt.
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In 9 ist dargestellt, wie besonders vorteilhaft ein Feinabgleich realisiert werden kann, um die Sendespule 5 von der Sendespule 7 möglichst weitgehend zu entkoppeln. Dazu wird ein Abgleichelement 11 – beispielsweise aus Kupfer oder Ferrit – vorgesehen, daß in dem Einflußbereich der Sendespule 5 und/oder der Empfangsspule 7 verschwenkt werden kann und dadurch den die Spulen 5, 7 durchdringenden magnetischen Fluß beeinflußt. Das Abgleichelement 11 kann beispielsweise nur während des Fertigungsprozesses der Sende- und Empfangsvorrichtung beeinflußbar sein und kann bei zufriedenstellendem Feinabgleich dauerhaft fixiert werden, beispielsweise durch Vergießen von Sendespule 5, Empfangsspule 7 und Abgleichelement 11. Ebenso kann das Abgleichelement 11 jedoch dauerhaft einstellbar in der Sende- und Empfangsvorrichtung vorgesehen werden, so daß die Sende- und Empfangsvorrichtung dauerhaft feinabgleichbar bleibt.
