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Die
Erfindung betrifft eine Antennenanordnung und ein RF-Bauteil mit
einer solchen Antennenanordnung. Ferner betrifft die Erfindung ein
elektronisches Gerät mit einem RF-Bauteil zur berührungslosen Übertragung
von Energie und Daten auf das elektronische Gerät.
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Auf
dem Gebiet der berührungslosen Energie- und Datenübertragung
ist es bekannt, Antennen einzusetzen. Insbesondere bei der berührungslosen Datenübertragung
werden RFID-Systeme (Radio Frequency Identification) eingesetzt.
Ein solches System besteht üblicherweise aus einem RFID-Chip (Transponder/Tag),
der beispielsweise an einem Gegenstand, einem Lebewesen oder an
einer festen Position angebracht ist, und einer oder mehreren Lese-
und/oder Schreibeinrichtungen. Der RFID-Chip kann mit der Lese-
und/oder Schreibeinrichtung berührungslos über
hochfrequente Signale ausgelesen bzw. beschrieben werden, wenn sich
der RFID-Chip in Reichweite einer dieser Einrichtungen befindet.
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RFID-Systeme
und die zugehörigen Transponder können sich technisch
stark voneinander unterscheiden. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal
ist dabei die Art der Energieversorgung eines Transponders. Dabei
unterscheidet man zwischen aktiven und passiven RFID-Transpondern,
wobei aktive Transponder über eine eigene Energieversorgung
beispielsweise in Form einer Batterie verfügen, während
passive Transponder die für ihren Betrieb erforderliche
Energie aus dem Funksignal einer Basisstation gewinnen. Üblicherweise
werden passive RFID-Tags verwendet, wenn bei möglichst
geringen Baugrößen niedrige Herstellungskosten
zu erzielen sind. Aktive Transponder mit eigener Energieversorgung
sind dagegen größer und ihre Herstellung ist mit
höheren Kosten verbunden.
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Ein
passiver Transponder weist eine Antenne beispielsweise in Form einer
Antennenspule mit zumindest einer Windung auf, über die
Energie aus dem Signal eines Lese- und/oder Schreibgeräts
gewonnen werden kann. Batterielose Transponder gewinnen ihre Versorgungsspannung
dabei üblicherweise durch Induktion aus den Funksignalen
der jeweiligen Basisstation. Mit einer Spule als Antenne wird durch
Induktion ein Kondensator aufgeladen, welcher den Transponder mit
Energie versorgt. Die Spule kann beispielsweise gewickelt oder aufgedruckt
sein und steht in Verbindung mit einem Chip. Sobald die Antennenspule
in das hochfrequente elektromagnetische Feld einer Basisstation
gelangt, entsteht in der Antennenspule ein Induktionsstrom, der
gleichgerichtet wird und von dem Chip verwendet werden kann.
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Auch
Daten werden berührungslos über Antennen zwischen
dem Transponder und einer Basisstation übertragen. Dabei
beruht die Übermittelung von Informationen zwischen dem
Transponder und einem Lesegerät auf der Modulation des
elektromagnetischen Feldes, das von einer Spule des Lesegerätes
erzeugt wird. Befindet sich der Transponder im elektromagnetischen
Feld des Lesegerätes, kann er daraus für seinen
Betrieb Energie erzeugen und daraufhin eine Fluktuation im Feld
der Trägerwelle bewirken, die von dem Lesegerät
detektiert und ausgewertet werden kann.
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Die
geringe Baugröße passiver Transponder geht einher
mit einer geringeren Reichweite als bei aktiven Transpondern. Die
Reichweite beträgt bei passiven Transpondern je nach gewählter
Frequenz und daraus folgender Kopplung zwischen einigen Zentimetern
und bis zu 10 m, während aktive Transponder eine Reichweite
von bis zu 100 m erreichen können. Der Einsatz aktiver
oder passiver Transponder hängt somit unter anderem vom
Einsatzgebiet und den erforderlichen Reichweiten ab.
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RF-Bauteile
können jedoch nicht nur zur Identifikation von Gegenständen,
Lebewesen oder Positionen über RFID-Tags eingesetzt werden,
sondern sie können für jegliche berührungslose Übertragungen
von Energie und/oder Daten mittels hochfrequenter Signale verwendet
werden. Dies ist beispielsweise bei elektronischen Etiketten auf
der Basis von elektronischer Tinte der Fall. Die internationale
Patentanmeldung
WO
02/063602 A1 offenbart elektronische Etiketten, bei denen
RF-Bauteile dazu verwendet werden, Informationen auf ein Label mit elektronischer
Tinte zu übertragen. Ein solches Etikett kann ebenfalls
passiv ohne eigene Energieversorgung ausgestaltet sein, wobei die
erforderliche Energie über hochfrequente Signale an eine
Antenne des Etiketts übertragen wird. Dabei kann vorgesehen sein,
dass jeweils eine Antenne für die Energieübertragung
und eine Antenne für die Datenübertragung vorgesehen
ist. Ein solches elektronisches Etikett muss nicht zwingend auch
Daten an eine Leseeinrichtung übermitteln, sondern gegebenenfalls
werden lediglich Informationen von einer Schreibeinrichtung an das
Etikett übermittelt, damit diese durch die bistabilen Elemente
der elektronischen Tinte angezeigt werden.
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Bei
passiven RFID-Systemen mit hohem Energiebedarf ist das Problem zu
lösen, dass eine ausreichende Energieversorgung mit Antennenstrukturen
höherer Güte ermöglicht werden muss,
mit deren Hilfe große Leistungen bei frei wählbaren
Spannungen übertragen werden können. Solche Antennenstrukturen
lassen sich jedoch faktisch nicht mit Antennenstrukturen eines RFID-Chips
oder ähnlicher Kommunikationseinheiten kombinieren. Üblicherweise
verhindert ein Überspannungsschutz des Transponderchips
höhere Spannungen. Die Spannung kann beispielsweise auf
8–10 V begrenzt sein, so dass höhere Spannungen
an der Antenne nicht erreicht werden können. Durch entsprechende
Schaltungen könnte die Spannung zwar nachträglich
erhöht werden, dies ist allerdings aus Kostengründen und
Gründen der Funktionalität nicht erstrebenswert. Andererseits
benötigt ein Transponderschwingkreis eine niedrigere Güte
als ein Energiekreis, da hier Daten auf den Modulationsseitenbändern übertragen werden
müssen. Dies ist jedoch mit einer schmalbandigen Antenne,
die für eine effiziente Energieübertragung erstrebenswert
ist, nicht oder nur sehr schwer möglich.
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Auch
für andere Problemlösungen im Bereich der Daten-
und/oder Energieübertragung bei RF-Systemen kann es zweckmäßig
sein, an einem RF-Bauteil mehrere Antennen vorzusehen, die sich jedoch
gegenseitig nicht beeinflussen dürfen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Antennenanordnung für
RF-Systeme bereitzustellen, welche die Verwendung von wenigstens
zwei Antennen ermöglicht, die sich jedoch gegenseitig nicht
beeinflussen. Insbesondere soll ein RF-Bauteil bereitgestellt werden,
das auf einfache Weise dazu verwendet werden kann, sowohl Energie
als auch Daten auf ein elektronisches Gerät mit hohem Energiebedarf
zu übertragen. Das RF-Bauteil soll sich insbesondere zur Übertragung
von Energie und Daten auf flache elektronische Etiketten auf der
Basis elektronischer Tinte eignen.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch eine Antennenanordnung mit den Merkmalen des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen dieser Antennenanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen
2–8. Die Aufgabe wird ferner durch ein RF-Bauteil nach
einem der Ansprüche 9 und 10 und insbesondere durch ein
elektronisches Gerät nach Anspruch 11 gelöst.
Eine vorteilhafte Ausführungsform eines solchen elektronischen
Gerätes ergibt sich beispielsweise aus dem Unteranspruch
12.
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Die
erfindungsgemäße Antennenanordnung für
RF-Systeme umfasst wenigstens zwei Antennenspulen, die übereinander
in wenigstens zwei verschiedenen Lagen angeordnet sind und sich
dabei nicht berühren. Eine erste Antennenspule ist versetzt zu
einer zweiten Antennenspule angeordnet, und die Gegeninduktivität
zwischen den beiden Antennenspulen ist minimiert. Dabei überlappen
sich die Windungen der ersten Antennenspule und die Windungen der
zweiten Antennenspule vorzugsweise in einem Teilbereich der jeweiligen
Antennenspule.
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Vorzugsweise
liegt der Abstand zwischen den beiden Lagen aus Antennenspulen in
der Größenordnung von 0,1 mm bis 2 mm, insbesondere
bei etwa 1 mm. Beide Antennenspulen können ferner mit der
gleichen Frequenz betrieben werden, die in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung bei 13,56 MHz liegt.
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Vorzugsweise
sind die beiden Antennenspulen auf einem flachen, nicht leitenden
Träger angebracht. Sowohl die erste Antennenspule als auch
die zweite Antennenspule können aus einer oder mehreren
Windungen bestehen, die auf den Träger aufgebracht sind,
wobei die beiden so gebildeten Antennenspulen entlang einer Achse
A, welche durch den jeweiligen Mittelpunkt der beiden Antennenspulen verläuft,
zueinander versetzt angeordnet sind.
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Beispielsweise
sind die beiden Antennenspulen rechteckig mit üblicherweise
abgerundeten Ecken ausgebildet, wobei sie jeweils eine äußere Länge
L = 50 mm und eine äußere Breite B = 50 mm haben
und die Mittelpunkte der jeweiligen Antennenspulen entlang einer
Achse A, welche parallel zu vier gegenüberliegenden Seiten
der beiden Antennenspulen verläuft, um Δ = 39
mm zueinander versetzt angeordnet sind, wobei die erste Antennenspule
eine Leiterbahnbreite von etwa 1 mm und die zweite Antennenspule
eine Leiterbahnbreite von etwa 0,75 mm aufweist.
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Von
der Erfindung umfasst ist ferner ein RF-Bauteil, das eine solche
Antennenanordnung aufweist. Vorzugsweise handelt es sich bei einer
der Antennenspulen um eine schmalbandige Energiespule, die auf der
Oberfläche des Trägers versetzt zu einer breitbandigen
Datenspule angeordnet ist, wobei die Gegeninduktivität
zwischen den beiden Antennenspulen minimiert ist, und beide Antennenspulen
an eine elektronische Baugruppe wie beispielsweise einen Mikrochip
angeschlossen sind.
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Darüber
hinaus umfasst die Erfindung ein elektronisches Gerät mit
einem solchen RF-Bauteil zur berührungslosen Übertragung
von Energie und Daten auf das elektronische Gerät. Bei
dem elektronischen Gerät handelt es sich vorzugsweise um
eine elektronische Anzeige auf der Basis von elektronischer Tinte
mit bistabilen Elementen, wobei die elektronische Anzeige ein erfindungsgemäßes
RF-Bauteil zur berührungslosen Übertragung von
Energie und Daten auf die elektronische Anzeige aufweist.
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Die
Erfindung bringt im Bereich der Radiofrequenztechnik den wesentlichen
Vorteil mit sich, dass in einem Bauteil zwei Antennen verwendet
werden können, ohne dass sich diese gegenseitig beeinflussen.
Die beiden Antennen können auf kleinem Raum angeordnet
werden und sogar mit der gleichen Frequenz betrieben werden. Dabei
kann es sich beispielsweise um zwei Energiespulen, zwei Datenspulen
oder eine Datenspule kombiniert mit einer Energiespule handeln.
Ferner können in einem Bauteil zwei Transponder realisiert
werden, deren Antennen sich nicht gegenseitig beeinflussen. Auch
verschiedene Protokolle beim Auslesen von Transpondern, wie beispielsweise ISO14443 und ISO15693,
können so mit unterschiedlich ausgelegten Antennen auf
einem Label verwendet werden. Ein zusätzlicher Sicherheitsaspekt
ergibt sich ferner, wenn mehrere Transponder mit unterschiedlichen
Frequenzen verwendet werden.
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Insbesondere
bei Anwendung auf elektronische Geräte ermöglicht
es die Erfindung, dass mit ihr drahtlos Energie und Daten auf solche
elektronische Geräte übertragen werden kann, die
bisher wegen ihres hohen Energiebedarfs nicht mit RF-Technologie betrieben
werden konnten. Die erfindungsgemäße planare Integration
mehrerer Antennenstrukturen in unmittelbarer Nachbarschaft ermöglicht
den Einsatz mehrerer Antennen mit unterschiedlichen Anforderungen,
ohne dass die Baugröße eines elektronischen Gerätes
wesentlich vergrößert werden muss. So können
verschiedene Spannungsebenen bereitgestellt und die Energie- und
Datenübertragung voneinander getrennt werden, wobei die
Erfindung den Anforderungen an beide Übertragungsarten
gerecht wird.
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Der
Transponderchip bleibt von der Energieübertragung nahezu
ungestört und das zugehörige Antennendesign mit
einer Antenne niedrigerer Güte kann standardisiert sein.
Die Energiespule besitzt wiederum eine höhere Güte,
um die möglicherweise höheren Spannungsebenen
zu erreichen. Durch eine gezielte Verschiebung der beiden Spulen
zueinander kann auf einfache Weise erreicht werden, dass die Gegeninduktivität
und somit auch die Kopplung der beiden Spulen minimiert werden oder
sogar gleich Null sind.
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Dies
hat den Vorteil, dass beide Antennen völlig losgelöst
voneinander ausgelegt und optimiert werden können. Eine
solche Optimierung kann beispielsweise die Wahl unterschiedlicher
Bandbreiten, eine Anzahl verschiedener Windungen und verschiedener
Leiterbahnbreiten umfassen.
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Ein
wesentlicher Vorteil ist ferner, dass beide Antennen auf derselben
Frequenz betrieben werden können, wodurch an einem zugehörigen
Lese- und/oder Schreibgerät kein Multiantennensystem vorgesehen
werden muss.
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Weitere
Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Abbildungen.
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Von
den Abbildungen zeigt:
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1 ein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
RF-Bauteils;
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2 eine
elektronische Anzeige mit einem RF-Bauteil gemäß 1;
und
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3 eine
Darstellung des Koppelfaktors zwischen zwei Antennenspulen in Abhängigkeit
von der relativen Verschiebung der beiden Antennenspulen zueinander.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
RF-Bauteils dargestellt, wobei unter einem RF-Bauteil (RF = Radio
Frequency) im Sinne dieser Erfindung eine Komponente zu verstehen ist,
welche Mittel aufweist, um hochfrequente Radiosignale zu empfangen
und zu verarbeiten. Unter der Verarbeitung von Radiosignalen ist
unter anderem die Energiegewinnung aus Funksignalen einer Basisstation
durch Induktion und/oder die Modulation eines elektromagnetischen
Feldes einer Basisstation zu verstehen.
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Das
RF-Bauteil 10 besteht wenigstens aus einem nicht leitenden
Träger 30, auf dem zwei Antennenspulen 40 und 41 und
eine elektronische Baugruppe wie beispielsweise ein Mikrochip 20 mit
integriertem Schaltkreis angeordnet sind. Der Träger ist vorzugsweise
flach und plattenförmig. Er kann jedoch beispielsweise
auch durch eine Folie gebildet werden. Die beiden Antennenspulen
sind an den Mikrochip angeschlossen, der wiederum an ein elektronisches
Gerät angeschlossen sein kann, das über die Antennen
mit Energie und Daten versorgt werden soll. Alternativ sind jedoch
auch jegliche andere Bauformen und Anschlüsse möglich.
Beispielsweise kann je eine Antennenspule an jeweils einen Mikrochip
angeschlossen sein, oder eine erste Antennenspule ist an einen Mikrochip
angeschlossen, während eine zweite Antennenspule an diskrete
Bauelemente angeschlossen ist.
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Bei
den elektronischen Geräten, welche mit dem erfindungsgemäßen
RF-Bauteil betrieben werden können, handelt es sich beispielsweise
um elektronische Anzeigen oder Sensoren. Die Erfindung kann jedoch
für jegliche Anwendungen eingesetzt werden, bei denen elektronisch
Informationen und Energie übertragen werden müssen.
Beispielhaft seien dazu Datenschreiber, medizinische Implantate wie
Cochlea Implantate, Retina Implantate, Herzschrittmacher und neuronale
Stimulatoren genannt. Ferner kommen drahtlos betriebene Aktuatoren
wie beispielsweise passiv betriebene Schließeinheiten oder
Pumpen in Betracht. Das RF-Bauteil kann jedoch auch als eigenständige
Komponente in Form eines RFID-Tags an Gegenständen, Lebewesen
oder Positionen eingesetzt werden, falls der Mikrochip beispielsweise
einen Speicher umfasst, in dem Daten abgelegt und von einem Lesegerät
abgerufen werden können.
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Die
Erfindung eignet sich jedoch insbesondere zum Betrieb einer Anzeige 70 basierend
auf elektronischer Tinte, wie sie in 2 mit einer
Anzeige oberhalb eines Trägers 30 mit zwei Antennen 40 und 41 dargestellt
ist. Das RF-Bauteil ist an die Anzeige 70 angeschlossen
und empfängt von einer Basisstation veränderliche Daten,
die auf der Anzeige angezeigt werden sollen. Alternativ sind veränderliche
Daten in einem Speicher des Mikrochips 20 bzw. einem weiteren
Speicher der elektronischen Anzeige 70 hinterlegt, die
durch Signale einer Basisstation aktiviert und mittels der bistabilen
Elemente der elektronischen Tinte zur Anzeige gebracht werden. Um
die Ausrichtung der bistabilen Elemente der elektronischen Tinte
zu beeinflussen, ist Energie erforderlich, die ebenfalls über
das RF-Bauteil 10 empfangen wird.
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Der
nicht leitende Träger 30 besteht vorzugsweise
aus einem Kunststoff. Beispielsweise können mit Epoxidharz
getränkte Glasfasermatten zum Einsatz kommen, die auch
für Leiterplatten bekannt sind. Auf den Träger 30 sind
wenigstens zwei leitende Antennenspulen 40 und 41 aufgedruckt
oder mit Ätzverfahren ausgebildet. Zur besseren Unterscheidung der
beiden Spulen sind die Windungen einer ersten Antennenspule 40 in 1 mit
einer unterbrochenen Linie dargestellt, während die Windungen
einer zweiten Antennenspule 41 mit einer durchgezogenen
Linie dargestellt sind. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich dabei um viereckige Spulen mit jeweils wenigstens
einer Windung und abgerundeten Ecken. Es sind jedoch jegliche Kurven-
und Polygonzüge mit wenigstens einer Windung denkbar.
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Vorzugsweise
umfasst eine Antennenspule mehrere Windungen und ihre Enden sind
beispielsweise an den Mikrochip 20, weitere Mikrochips
oder andere diskrete Bauteile angeschlossen. Es ist ferner möglich,
mehr als zwei Antennen auf einem Träger 30 vorzusehen.
Die Spulen müssen dabei entsprechend der erfindungsgemäßen
Antennenanordnung so gegeneinander verschoben angeordnet sein, dass ihre
Kopplung sehr gering ist beziehungsweise bei Null liegt. Die dazu
erforderlichen Anordnungen können bei mehreren Spulen durch
analytische Ausdrücke, Simulationswerkzeuge oder durch
empirische Ermittlung bestimmt werden.
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Bei
einer ersten Antennenspule 40 handelt es sich erfindungsgemäß um
eine schmalbandige Energiespule höherer Güte.
Diese Spule dient zur Versorgung des Mikrochips 20 und
eines angeschlossenen Gerätes mit Energie, indem durch
Induktion ein Stromfluss erzeugt wird, sobald die Energiespule 40 in
das hochfrequente elektromagnetische Feld einer Basisstation gelangt.
Bei einer zweiten Antennenspule 41 handelt es sich um eine
breitbandige Datenspule niedrigerer Güte. Diese Antennenspule 41 dient
zur Übertragung von Daten auf den Mikrochip bzw. ein angeschlossenes
elektronisches Gerät.
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Die
beiden Antennen sind gemäß der erfindungsgemäßen
Antennenanordnung in zwei verschiedenen Lagen auf dem Träger 30 angeordnet und
berühren sich dabei nicht. Die Antennenspulen 40 und 41 sind
ferner versetzt zueinander auf der Oberfläche des Trägers 30 angeordnet.
Die beiden Antennen sind dabei so positioniert, dass die Gegeninduktivität
und damit die Kopplung beider Antennenspulen minimiert oder sogar
gleich Null ist. Fließt in der einen Antenne ein Strom,
hat dies keinen bzw. kaum Einfluss auf die andere Antenne. Ein Stromfluss,
beispielsweise in der Energiespule 40, verursacht einen
magnetischen Fluss, der jedoch in der Datenspule bei vollständiger
Entkopplung keine Spannung induziert und umgekehrt. Die Feldlinien verlaufen
zu Teilen in Richtung des Normalenvektors und zu anderen Teilen
entgegengesetzt zu diesem, so dass sich der Gesamtfluss zu Null
addiert. Die beiden Antennen sind somit voneinander entkoppelt und können
völlig losgelöst voneinander betrieben werden.
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Die
viereckigen Antennenspulen 40 und 41 sind dabei
vorzugsweise so angeordnet, dass sich die Windungen der Energiespule 40 und
die Windungen der Datenspule 41 in einem Teilbereich der
jeweiligen Antennenspule überlappen. In dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel überlappen sich die Windungen
der beiden Spulen beispielsweise im Bereich einer jeweiligen langen
Seite einer Spule. Um diese Überlappung zu erreichen, werden
die beiden Antennen zweckmäßigerweise in zwei
verschiedenen Lagen aufgebracht. Der Abstand zwischen diesen Lagen
liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 1
mm.
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Bestehen
die Energiespule 40 und die Datenspule 41 wie
bei dem Ausführungsbeispiel in 1 aus einer
oder mehreren viereckigen Windungen, die auf den Träger 30 aufgedruckt
sind, haben die beiden so gebildeten viereckigen Antennenspulen
vorzugsweise die gleiche Ausrichtung. Die jeweils gegenüberliegenden
Seiten 50 und 52 einer ersten Antennenspule 40 verlaufen
somit parallel zu den entsprechenden Seiten 51 und 53 der
zweiten Antennenspule 41. Die Antennenspulen sind in diesem
Fall entlang einer Achse A, welche parallel zu diesen vier gegenüberliegenden
Seiten 50, 51, 52 und 53 der beiden
Antennenspulen 40 und 41 verläuft, zueinander
versetzt angeordnet. Dabei erfahren die Mittelpunkte 60 und 61 der
beiden Antennenspulen eine relative Verschiebung von Δ.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
beide Antennen 40 und 41 gleich groß und
haben eine äußere Länge von L = 50 mm
und eine äußere Breite von B = 50 mm. Die erste
Spule 40 umfasst dabei vier Windungen, während
die zweite Spule 41 sechs Windungen umfasst. Die Leiterbahnbreite
liegt bei der ersten Spule 40 bei etwa 1 mm, während
sie bei der zweiten Spule bei etwa 0,75 mm liegt. Der Abstand zwischen
den Leiterbahnen beträgt bei beiden Antennenspulen 40 und 41 etwa 0,3
mm. Der Abstand zwischen den beiden Lagen der Antennenspulen liegt
in der Größenordnung von 0,1–2 mm und
vorzugsweise bei etwa 1 mm. Es können jedoch jegliche Abstände
realisiert werden, die bei dem gewünschten Bauteil möglich
sind.
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In
diesem Fall hat es sich ergeben, dass die beiden Antennen so zueinander
verschoben werden müssen, dass ihre Mittelpunkte 60 und 61 entlang
einer Achse A um etwa Δ = 39 mm zueinander versetzt angeordnet
werden müssen, um eine Entkopplung der beiden Antennenspulen
zu erreichen. Bei anderen Spulenformen und -größen
ergeben sich andere erforderliche Verschiebungen, die im Einzelfall
bestimmt werden müssen. Dies kann durch Tests und/oder
Computersimulationen erfolgen. Eine simulierte Kopplung der zwei
beschriebenen Spulen ist der Graphik in 3 zu entnehmen.
Dabei ist auf der Abszisse die erforderliche relative Verschiebung Δ in Millimetern
aufgetragen, während auf der Ordinate der Koppelfaktor
der Spulen aufgetragen ist.
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Der
Koppelfaktor ist definiert als das Verhältnis zwischen
der Gegeninduktivität und der Quadratwurzel des Produktes
der Eigeninduktivitäten. Der Koppelfaktor wird auch mit
k bezeichnet:
wobei M die Gegeninduktivität
der beiden Spulen zueinander ist und L
1 und
L
2 die Selbstinduktivitäten der Spulen
sind.
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Wie
aus 3 ersichtlich, ergibt sich bei einer relativen
Verschiebung der beiden Antennenspulen zueinander von etwa Δ =
39 mm ein Koppelfaktor von Null, so dass die beiden Antennen bei
einer solchen Anordnung entkoppelt sind und unabhängig voneinander
betrieben werden können.
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In
einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind die Energiespule 40 und die Datenspule 41 auf
der gleichen Frequenz betreibbar. Diese Frequenz liegt beispielsweise
bei 13,56 MHz. Dies hat den Vorteil, dass eine zugehörige
Basisstation zur Bereitstellung von Energie und Daten kein Multiantennensystem
benötigt, sondern auf einer Frequenz betrieben werden kann.
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In 2 ist
eine elektronische Anzeige 70 oberhalb eines erfindungsgemäßen
RF-Bauteils 10 dargestellt. Die Anzeige 70 ist
vorzugsweise wie das RF-Bauteil 10 sehr flach ausgebildet,
um auf dem RF-Bauteil angebracht ein flaches elektronisches Gerät
zu bilden, das beispielsweise als Label in verschiedenen Anwendungsbereichen
verwendet werden kann, in denen veränderliche Informationen
auf einem Display angezeigt werden sollen. Als elektronisches Anzeigemedium
wird vorzugsweise elektronische Tinte, basierend auf bistabilen
Elementen verwendet. Dabei handelt es sich chemisch um Mikrokapseln,
die zwei verschiedene Farbkomponenten unterschiedlicher Ladung enthalten,
welche sich im elektrischen Feld ausrichten. Aufgrund der Partikelgrößen
und der Viskosität des Systems erfolgt nach dem Abschalten
des elektrischen Feldes keine sofortige Rückrelaxion in
einen ungeordneten Ausgangszustand. Es erfolgt somit kein Verlust
der eingeschriebenen Informationen, sondern es tritt gegebenenfalls
lediglich eine Abnahme des Kontrastes ein.
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Als
Beispiele für elektronische Tinte sind die Produkte SmartPaperTM des Unternehmens Gyricon und elektrophoretische
Displays des Unternehmens E-Ink zu nennen. Elektrophoretische Anzeigen
weisen günstige Eigenschaften insbesondere bezüglich der
mechanischen Anforderungen an Flexibilität, Stoßempfindlichkeit
und Druckstabilität auf, so dass sie sich insbesondere
für die Verwendung als Label eignen. Ferner bieten sie
ein ausreichend bistabiles Verhalten und durch die vergleichsweise
niedrige Ansteuerungsspannung ist der schaltungstechnische Aufwand
für die Energieversorgung begrenzt.
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Die
durch die Energiespule 40 von einer Basisstation empfangene
Energie dient zum Betrieb des Mikrochips 20 und der elektronischen
Anzeige 70. Darüber hinaus kann eine logische
Schaltung für das Datenmanagement integriert sein, welche
den Transfer von Daten von der Datenspule 41 des RF-Bauteils 10 zum
Display durchführt. Auf dem Display können sowohl
Texte als auch verschlüsselte Informationen beispielsweise
in Form von Barcodes angezeigt werden, indem die bistabilen Elemente
der elektronischen Tinte entsprechend ausgerichtet werden. Die Informationen
werden solange angezeigt, bis eine Basisstation die Anzeige einer
neuen Information aktiviert, wobei die einmalig für die
neue Informationsanzeige erforderliche Energie über die
Energiespule 40 erhalten wird.
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- 10
- RF-Bauteil
- 20
- Elektronische
Baugruppe, Mikrochip
- 30
- Träger
- 40
- Antennenspule,
Energiespule
- 41
- Antennenspule,
Datenspule
- 50,
51, 52, 53
- Viereckseiten
- 60,
61
- Mittelpunkt
einer Antennenspule
- 70
- Elektronische
Anzeige
- L
- Äußere
Länge einer Antennenspule
- B
- Äußere
Breite einer Antennenspule
- Δ
- Relative
Verschiebung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ISO14443 [0018]
- - ISO15693 [0018]
