DE102007042623A1

DE102007042623A1 - Transponder for use in fluid reservoir, has antenna formed of conducting loops, whose biggest expansion corresponds to half of wavelength of electromagnetic field of work and main axis is designed parallel to assembly subsurface

Info

Publication number: DE102007042623A1
Application number: DE102007042623A
Authority: DE
Inventors: Hardy Zissel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2007-09-08
Publication date: 2008-03-27
Also published as: DE202006014334U1

Abstract

The transponder has an identification chip (13) and an antenna, where the antenna is formed of conducting loops (11), whose biggest expansion corresponds to multiple of half of wavelength of electromagnetic field of work, and main axis is designed parallel to an assembly subsurface (12) and whose level is designed perpendicular to the assembly subsurface. The conducting loops possess the form of very slim rectangle and its longest expansion is arranged parallel to the surface level of the assembly subsurface.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transponder für metallische Körper und Flüssigkeitsbehälter zur Identifizierung einzelner dieser Gegenstände mittels Datenkommunikation über hochfrequente elektromagnetische Wellen.The The invention relates to a transponder for metallic bodies and Liquid container for Identification of individual objects by means of data communication via high-frequency electromagnetic waves.

Stand der TechnikState of the art

Zur Identifizierung und Kennzeichnung von einzelnen Gegenständen aus Metall oder Körpern aus hochfrequente Wellen absorbierenden Materialien werden derzeit Barcodeaufkleber oder Transponder, die im Niederfrequenzbereich arbeiten, eingesetzt. Diese Kennzeichen haben allerdings folgende Nachteile:
Die Verwendung von optisch lesbarem Barcode stellt aufgrund einiger Nachteile keine technische Alternative zu auf Datenfunk basierenden Transpondern dar.Barcode labels or transponders operating in the low frequency range are currently used to identify and label individual items of metal or bodies of high frequency wave absorbing materials. However, these characteristics have the following disadvantages:
The use of optically readable barcode, due to some disadvantages, is not a technical alternative to radio-based transponders.

Transponder, mit denen im Niederfrequenzbereich kommuniziert wird, sind gegen Verschmutzungen resistent. Allerdings arbeitet die Energieübertragung und die Datenkommunikation auf der Grundlage des Transformatorprinzips. Es stehen sich also zwei Spulen gegenüber, deren Magnetfelder ineinander greifen. Da bei Entfernungen der beiden Spulen (Spule des Schreib-Lesegerätes und Spule des Transponders) von einigen Dezimetern die Feldlinien eher von einem Pol einer Spule zu deren anderem Pol verlaufen als von einer Spule zur anderen, ist die Kommunikationsreichweite stark eingeschränkt.transponder, with which in the low frequency range is communicated, are against Pollution resistant. However, the energy transfer works and data communication based on the transformer principle. So there are two coils facing each other, whose magnetic fields into each other to grab. Because at distances of the two coils (coil of the read-write device and Coil of the transponder) of a few decimetres the field lines rather from one pole of a coil to the other pole run as of one coil to another, the communication range is strong limited.

Seit einigen Jahren sind auch Transponder und Lesegeräte in höheren Frequenzbereichen zugelassen. Diese werden auch schon in größeren Stückzahlen in der Praxis eingesetzt. Wenn also Arbeitsfrequenzen von mehr als 860 MHz für die Kommunikation benutzt werden liegt die Wellenlänge in der Größenordnung der Baugröße des Transponders. Das hat den Vorteil, dass mit Antennen gearbeitet werden kann, die auch auf die elektrische Komponente des Feldes abgestimmt werden können. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die elektromagnetischen Wellen sich ähnlich den Rundfunkwellen von der Antenne „ablösen" und wesentlich werter übertragen werden können. Die derzeit für nichtmetallische Untergründe verfügbaren Transponder sind über Distanzen von einigen Metern sicher identifizierbar. Wird allerdings ein solcher Transponder auf einem metallischen Untergrund befestigt, wird die Antenne durch die für die Arbeitsfrequenz recht großen Kapazitäten zwischen Antennenleiter und Untergrund kurzgeschlossen. Bei der Anbringung auf Materialien, die viel Wasser oder ähnliche Flüssigkeiten enthalten, absorbiert die Flüssigkeit die für den Transponder notwendige Energie. Dieser Effekt ist von Mikrowellenherden bekannt.since In recent years, transponders and readers in higher frequency ranges have also been approved. These are already in larger quantities used in practice. So if working frequencies of more than 860 MHz for the communication used is the wavelength in the Magnitude the size of the transponder. This has the advantage that you can work with antennas that be tuned to the electrical component of the field can. This results in the advantage that the electromagnetic waves similar "detach" the radio waves from the antenna and transmit much more valuable can be. Currently for non-metallic substrates available Transponders are over Distances of a few meters can be reliably identified. Will, however such a transponder is mounted on a metallic underground, the antenna is replaced by the for the working frequency quite big Capacities between Antenna conductor and ground shorted. When attaching on materials that contain a lot of water or similar liquids absorbed the liquid the for the transponder necessary energy. This effect is from microwave ovens known.

Um den störenden Einflüssen des Untergrundes entgegenzuwirken arbeitet man derzeit mit Isolier- und Abschirmmaterialien, die zwischen den zu identifizierenden Gegenstand und die Antennenkonstruktion des Transponders gebracht werden. Durch diese Aufbauten werden immerhin Reichweiten erzielt, die in der Größenordnung von 2 m bis 3 m Metern liegen. Dennoch haben derartige Lösungen entscheidende Nachteile.Around the disturbing influences of the underground is currently being worked on with insulating and shielding materials interposed between the object to be identified and the antenna construction of the transponder are brought. By these structures are nevertheless achieved ranges, which in the Magnitude from 2 meters to 3 meters. Nevertheless, such solutions have crucial Disadvantage.

Ein wichtiger Nachteil derartiger Konstruktionen liegt im Preis. Dieser ist wegen der eingesetzten speziellen Materialien erhöht. Ein weiterer Nachteil ist der dicke Aufbau. Dadurch werden Handlingprozesse, besonders von massiven Körpern, beeinflusst und das Risiko der Zerstörung des Transponders erhöht.One important disadvantage of such constructions is the price. This is increased because of the special materials used. One Another disadvantage is the thick structure. This makes handling processes, especially of massive bodies, influences and increases the risk of destruction of the transponder.

Die ErfindungThe invention

Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Transponder zu schaffen, der unter Verwendung marktüblicher Identifizierungschips mit gängigen Kommunikationsprotokollen für die Anbringung an Materialien geeignet ist, die bisher als schwierig beherrschbar galten. Dazu gehören Körper aus Metall und Kunststoffbehälter, die Wasser oder ähnliche Hochfrequenzenergie absorbierende Stoffe enthalten. Dabei wird besonderer Wert auf eine große Schreib-Lesereichweite gelegt.task This invention is to provide a transponder which is under Use according to market conditions Identification chips with common ones Communication protocols for the attachment to materials is suitable, previously difficult controllable. This includes body made of metal and plastic containers, the water or similar Radio frequency energy absorbing substances. It will be special Value a big one Read-write range set.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Aufbau nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst, welcher die Funktionsgrundlage für einen per elektromagneti scher Wellen lesbaren Transponder für metallische und Hochfrequenzenergie absorbierende Untergründe darstellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.These The object is achieved by a Construction after the independent Claim 1 solved, which the functional basis for a transponder readable by electromagnetic waves for metallic and high frequency energy absorbing substrates. advantageous Embodiments of the invention are the subject of dependent subclaims.

Die Leiterschleife stellt das negative Abbild einer Dipolantenne dar. D.h. dort, wo bei einem Stabdipol Metall ist, ist hier keines und wo um den Stabdipol herum kein Metall ist, ist hier welches. Dieser „negative" Aufbau bringt eine Vertauschung der Polarisierungsrichtung mit sich. Die Polarität des E-Feldes und des H-Feldes sind also vertauscht. Diese Eigenschaft ermöglicht bei flachem Aufbau der Konstruktion die Gewährleistung der Polarisierungsrichtung des Feldes, die der eines Stabdipols entspricht, der senkrecht auf dem Montageuntergrund montiert ist, ohne dabei eine senkrecht auf dem Metall stehende Antenne anbringen zu müssen. Der Effekt der Vertauschung der Polarisierungsrichtung bringt den Vorteil mit sich, dass die Arbeitsweise der Antenne durch die unmittelbare Nähe z.B. zum Metall nicht beeinträchtigt wird. Die Metalloberfläche unterstützt sogar noch die Wellenleitung und dient als Reflektor. Die gesamte Anordnung beeinträchtigt das Handling der mit diesem Transponder ausgerüsteten Körper nicht oder nur unwesentlich, da die Bauhöhe der Anordnung gegenüber einer senkrecht stehenden Antenne oder anderer bekannter Lösungen erheblich geringer ausfällt.The conductor loop represents the negative image of a dipole antenna. That is, where there is metal on a rod dipole, there is none here and where there is no metal around the rod dipole, here is one. This polarity reverses the direction of the polarization, which reverses the polarity of the E field and the H field, allowing the design of the field to be polarized in the same way as that of a rod dipole The effect of reversing the polarization direction has the advantage that the mode of operation of the antenna is not impaired by the immediate proximity to the metal, for example even supports the waveguide and serves as a reflector The entire arrangement does not affect the handling of the body equipped with this transponder or only insignificantly, since the overall height of the arrangement compared to a vertical antenna or other known solutions significantly lower.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference on figures of a drawing closer explained. Hereby show:

1 eine Darstellung eines Transponders mit Identifikationschip und länglicher Antenne bestehend aus einer Leiterschleife, angeordnet über einer Montageebene z.B. aus Metall, 1 a representation of a transponder with identification chip and elongated antenna consisting of a conductor loop, arranged over a mounting plane such as metal,

2 eine vertikal um 90° gedrehte Darstellung der Anordnung aus 1 2 a vertically rotated by 90 ° view of the arrangement 1

3 eine Darstellung der in 1 und 2 gezeigten Anordnung mit gekrümmt ausgeführter Schleife, 3 a representation of in 1 and 2 shown arrangement with a curved executed loop,

4 eine Darstellung mit der Leiterschleife aus 1, deren Enden auf Grund der starken Krümmung in einen gemeinsamen Leiter übergehen. 4 a representation of the conductor loop off 1 whose ends merge into a common conductor due to the strong curvature.

1 zeigt den Aufbau eines Transponders, der einen Identifizierungschip (13) und eine Antenne (11) umfasst. Die Antenne (11) ist hier länglich, in ihrer Hauptachse parallel zur Ebene des Montageuntergrundes (12) als Leiterschleife (11) ausgeführt und hat die Länge der halben Wellenlänge. Die Leiterschleife (11) kann gemeinsam mit dem an den Längsseiten galvanisch oder kapazitiv kontaktierten Identifizierungschip (13) mit Kunststoff umschlossen bzw. umgossen werden. Da diese Anordnung sehr dünn ausgeführt werden kann, und rechtwinklig (siehe 2) zur Montageebene (12) installiert wird, benötigt sie nur sehr wenig Fläche auf dem Montageuntergrund (12). 1 shows the structure of a transponder, which contains an identification chip ( 13 ) and an antenna ( 11 ). The antenna ( 11 ) is elongated here, in its main axis parallel to the plane of the mounting surface ( 12 ) as conductor loop ( 11 ) and has the length of half the wavelength. The conductor loop ( 11 ) can be used together with the identification chip (galvanically or capacitively contacted on the longitudinal sides) ( 13 ) are enclosed with plastic or poured around. Since this arrangement can be made very thin, and at right angles (see 2 ) to the assembly level ( 12 ) is installed, it requires very little surface on the mounting surface ( 12 ).

Wird der Montageuntergrund (12) aus einem elektrisch leitenden Material ausgeführt, der die Abmessungen des Grundrisses der Leiterschleife (11) überragt und mittels Verbindungsstück (14) mit der Leiterschleife (11) verbunden, verbessert sich deutlich die Empfindlichkeit für elektromagnetische Wellen. Es werden also größere Schreib-Lesereichweiten erreicht. Außerdem verliert die Anordnung ihre Abhängigkeit vom Material des Montageuntergrundes. Das macht die Anordnung interessant für die verschiedensten Anwendungen wie z.B. die Anbringung auf Metalluntergründen (z.B. Rückabdeckungen von Leiterkarten in Racks, Behälter, Fässer, Flugzeugteile, Fahrzeugteile), auf Flüssigkeitsbehältern aus Kunststoff oder auch an menschlicher Kleidung zur Identifizierung des, die Kleidung tragenden, Menschen oder an Halsbändern von Tieren zu deren Identifizierung.Is the mounting surface ( 12 ) made of an electrically conductive material, the dimensions of the outline of the conductor loop ( 11 ) surmounted and by means of connector ( 14 ) with the conductor loop ( 11 ), significantly improves the sensitivity to electromagnetic waves. Thus, larger read-write ranges are achieved. In addition, the arrangement loses its dependence on the material of the mounting surface. This makes the arrangement interesting for a variety of applications such as mounting on metal substrates (eg, back covers of printed circuit boards in racks, containers, barrels, aircraft parts, vehicle parts), on plastic liquid containers or even on human clothes to identify the person wearing the clothes or on collars of animals for their identification.

2 verdeutlicht lediglich die senkrechte Anordnung der Ebene der Leiterschleife (11, 21) zum Montageuntergrund (12, 22). Ebenfalls dargestellt ist das Verbindungsstück (24) zwischen Leiterschleife (11, 21) und leitendem Montageuntergrund (12, 22) wirkend. Durch diese Anordnung wird eine zur Montageebene (12, 22) senkrechte Ausrichtung der Polarisation der elektrischen Feldkomponente erreicht und damit die Wirkung des Transponders deutlich verbessert. Die Ausbreitungsrichtung des Antennenfeldes ist bei der beschriebenen Anordnung rechtwinklig zur Hauptachse der Leiterschleife und etwa parallel zum Montageuntergrund bis etwa 45° gegenüber diesem angehoben. Dies verringert zusätzlich die Einflüsse des Untergrundes auf die Schreib-Lesereichweite. 2 illustrates only the vertical arrangement of the plane of the conductor loop ( 11 . 21 ) to the mounting surface ( 12 . 22 ). Also shown is the connector ( 24 ) between conductor loop ( 11 . 21 ) and conductive mounting surface ( 12 . 22 ) acting. By this arrangement, one to the mounting level ( 12 . 22 ) vertical alignment of the polarization of the electric field component and thus significantly improves the effect of the transponder. The propagation direction of the antenna array is raised in the arrangement described at right angles to the main axis of the conductor loop and approximately parallel to the mounting surface to about 45 ° relative to this. This additionally reduces the influences of the background on the read-write range.

3 zeigt eine Konstruktion, die einen ähnlichen Aufbau wie die in 1 dargestellte besitzt. Der Unterschied besteht lediglich in der Krümmung der Leiterschleife (31). Durch die Krümmung steigt die Breite und damit die mechanische Stabilität erheblich. Weiterhin kann die Leiterschleife an eventuell vorhandenen erhabenen Teilen wie Signal- oder Bedienelementen von Geräten oder Frontplatten vorbei geführt werden. Die Verkürzung der Längsausdehnung ist bei einigen Applikationen von Vorteil. 3 shows a construction that has a similar construction as in 1 has shown. The difference is only in the curvature of the conductor loop ( 31 ). The curvature increases the width and thus the mechanical stability considerably. Furthermore, the conductor loop on any existing raised parts such as signal or operating elements of devices or front panels are passed over. The shortening of the longitudinal extent is advantageous in some applications.

Die in 4 dargestellte Konstruktion zeigt eine Leiterschleife (41), die maximal gekrümmt ist. Hier fallen die beiden Schmalseiten zusammen und werden durch eine gemeinsame elektrische Verbindung (45) realisiert. Der Vorteil dieser Anordnung besteht in den geringeren Abmessungen bezüglich der größten Ausdehnung. Diese Anordnung ist vorteilhaft, wenn z.B. der Montageuntergrund eine Frontplatte mit relativ vielen Anzeige- oder Bedienelementen ist und der gestreckte Aufbau der Antenne (11) dadurch erschwert ist oder wenn der Untergrund beweglich ist, wie es bei Menschen und Tieren aber auch bei Kunststoffbehältern für Flüssigkeiten der Fall ist. Je nach Applikation kann die Krümmung der Leiterschleife auch eckig z.B. in der Draufsicht quadratisch oder rechteckig erfolgen. Die Form der leitenden Fläche (42) sollte an die Form der Draufsicht der Leiterschleife angepasst sein und ihre Größe überschreiten.In the 4 shown construction shows a conductor loop ( 41 ), which is maximally curved. Here, the two narrow sides coincide and are connected by a common electrical connection ( 45 ) realized. The advantage of this arrangement is the smaller dimensions with respect to the largest extent. This arrangement is advantageous if, for example, the mounting base is a front panel with a relatively large number of display or operating elements, and the extended structure of the antenna (FIG. 11 ) is made difficult or if the ground is mobile, as is the case in humans and animals but also in plastic containers for liquids. Depending on the application, the curvature of the conductor loop can also be square, for example square or rectangular in plan view. The shape of the conductive surface ( 42 ) should be adapted to the shape of the top view of the conductor loop and exceed its size.

Die beschriebenen Ausführungsformen lassen sich gut mit Kunststoff umschließen. Das kann mittels vorgeformtem Spritzgussgehäuse oder aber auch mittels Einspritzen oder Vergießen erfolgen. Durch das Aufbringen einer selbstklebenden Schicht und einer Abziehfolie können die vorgefertigten Transponder gut an festen Untergründen befestigt werden. Zur Befestigung an Textilien oder anderen flexiblen Untergründen empfiehlt sich eine dickere Klebeschicht.The described embodiments can be easily encased in plastic. This can be done by means of preformed Molded case or else by means of injection or pouring. By applying a self-adhesive layer and a release liner, the prefabricated transponder can be attached well to solid surfaces. to Attachment to textiles or other flexible surfaces is recommended get a thicker adhesive layer.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.The in the above description, the Claims and drawings disclosed features of the invention may be both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments of importance.

Claims

Transponder consisting of identification chip and antenna, characterized in that the antenna consists of a conductor loop ( 11 . 21 ), the largest extent of which corresponds to a multiple of half the wavelength of the electromagnetic working field whose main axis is parallel to the mounting surface ( 12 . 22 ) and their plane perpendicular to the mounting surface ( 22 ) is formed, is formed.

Transponder according to Claim 1, characterized in that the conductor loop ( 11 ) has the shape of a very slender rectangle and its longest extent parallel to the surface plane of the mounting surface ( 12 ) is arranged.

Transponder according to Claim 1, characterized in that the conductor loop ( 11 ) is designed such that the electrical component of its working field perpendicular to the plane of the mounting surface ( 12 ) is polarized.

Transponder according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor loop ( 31 ) parallel to the plane of the mounting surface ( 32 ) is curved.

Transponder according to Claim 4, characterized in that the conductor loop ( 41 ) is curved so that their ends touch and electrically into a common conductor ( 45 ) pass over.

Transponder according to one of the preceding claims, characterized in that the identification chip ( 13 ) with the two longitudinal sides of the conductor loop ( 11 ) is electrically connected.

Transponder according to claim 6, characterized in that the conductor loop ( 11 . 21 . 31 . 41 ) at a small distance above an electrically conductive surface ( 12 . 22 . 32 . 42 ) is arranged.

Transponder according to Claim 7, characterized in that the conductor loop ( 11 . 21 . 31 . 41 ) with the electrically conductive base ( 12 . 22 . 32 . 42 ) by means of electrically conduct the connector ( 14 . 24 . 34 . 44 ) connected is.

Transponder according to claim 8, characterized that the identification chip with the conductor loop and the electric conductive base connected is.

Transponder according to one of claims 7 to 9, characterized in that the electrically conductive base ( 12 . 22 . 32 . 42 ) is formed by the metal object carrying the transponder.

Transponder according to one of Claims 7 to 10, characterized in that a part of the conductor loop ( 11 . 21 . 31 . 41 ) through the metallic base ( 12 . 22 . 32 . 42 ) is formed.

Transponder according to one of claims 7 to 11, characterized in that the identification chip at a great distance from the connector ( 14 . 24 . 34 . 44 ) with the conductor loop ( 11 . 21 . 31 . 41 ) and the metallic base ( 12 . 22 . 32 . 42 ) connected is.

Transponder according to one of the preceding claims, characterized in that the conductive base ( 12 . 22 . 32 . 42 ) with the conductor loop ( 11 . 21 . 31 . 41 ) facing away from a radio frequency energy absorbing medium is arranged.

Transponder according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor loop ( 11 . 21 . 31 . 41 ) is interrupted at least at one point.

Transponder according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive base ( 12 . 22 . 32 . 42 ) is formed wholly or partly by narrow individual conductors.

Transponder according to one of the preceding claims, characterized in that the immediate vicinity of the conductor loop ( 11 . 21 . 31 . 41 ) is filled with dielectric material.