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Die
Erfindung betrifft eine Zweiband-Antenne.
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Zweiband-Antennen
erlauben die Benutzung von Frequenzen in verschiedenen Bändern. Bei
kontaktlosen Datenspeichermedien, wie zum Beispiel Radio-Frequency-Identification
(RFID) Tags, können verschiedene
Frequenzbänder
eingesetzt werden, um einen optimalen Betrieb bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen
zu erreichen. Frequenzen in dem Ultra-High-Frequency (UHF)-Band
von 300 MHz bis 3 GHz ermöglichen
einen größeren Lesebereich,
werden aber leicht durch Flüssigkeiten,
wie zum Beispiel Wasser, absorbiert. Frequenzen in dem High-Frequency
(HF)-Band zwischen 3 MHz und 30 MHz können besser Wasser und andere
dielektrische und verlustbehaftete Materialien durchdringen, haben
aber einen geringeren Lesebereich. Die Kombination einer UHF-Band-Antenne
mit einer HF-Band-Antenne erlaubt es, die Vorteile aus jedem Frequenzband
zu nutzen. Weiter ermöglicht
eine Zweiband-Antenne eine höhere
Flexibilität,
da sie in beiden Frequenzbändern
betrieben werden kann. Eine Herausforderung beim Entwerfen von Zweiband-Antennen
besteht jedoch darin, dass die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen
Antennen minimiert wird.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Zweiband-Antenne anzugeben.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Zweiband-Antenne, welche eine kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne
(shorted loop slot antenna) und eine Spiralantenne umfasst. Die
Antennen werden kombiniert, um die Vorteile von jedem Antennentyp
zu nutzen. Da die Antennen ähnliche
geometrische Strukturen haben, ist die gegenseitige Beeinflussung
der zwei Antennen minimal.
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In
einer Weiterbildung weist die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne
eine Resonanzfrequenz auf, die um zwei Größenordnungen höher ist
als eine Resonanzfrequenz der Spiralantenne. Das Verhältnis der
Frequenzen von ungefähr
1:100 kann zum Auswählen
von Strompfaden mit Hilfe von Kondensatoren benutzt werden.
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In
einer Weiterbildung ist die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne
eine Ultra-High-Frequency(UHF)-Band-Antenne. UHF-Band-Antennen haben
einen großen
Lesebereich und eine hohe Datenübertragungsrate.
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In
einer Weiterbildung weist die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne
eine Resonanzfrequenz auf, die zwischen 860 MHz und 960 MHz liegt.
Der Frequenzbereich gehört
zu dem Industrial-Scientific-Medical(ISM)-Band, in welchem kontaktlose
Datenübertragung,
wie zum Beispiel mit Radio-Frequency-Identification Tags oder kontaktlosen Smartcards,
möglich
ist.
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In
einer Weiterbildung ist die Spiralantenne eine High-Frequency(HF)-Band-Antenne. HF-Band-Antennen
sind gegenüber
dem Vorhandensein von Wasser und anderen verlustbehafteten Materialien
weniger empfindlich.
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In
einer Weiterbildung weist die Spiralantenne eine Resonanzfrequenz
von 13,56 MHz auf. Die Frequenz von 13,56 MHz liegt auch im ISM-Band
und kann frei benutzt werden.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Zweiband-Antenne weiter einen nicht-leitenden
Träger
mit einer Oberseite und einer Unterseite, Metallisierungen auf der
Oberseite des Trägers
und Metallisierungen auf der Unterseite des Trägers. Die kurzgeschlossene
Schleifenschlitzantenne und die Spiralantenne werden in den Metallisierungen
auf dem Träger
gebildet.
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In
einer Weiterbildung weist der Träger
eine Dicke von weniger als 100 μm
auf. Der Träger
ist dünn
genug, um biegbar zu sein und kann als Aufkleber für RFID-Tags
für Produktidentifikation
eingesetzt werden. Weiter ermöglicht
es die Dicke, Kondensatoren aus dem Träger und den Metallisierungen
auf seiner Ober- und Unterseite zu bilden.
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In
einer Weiterbildung hat der Träger
Abmessungen, die kleiner als 71 mm × 44 mm sind. Die Zweiband-Antenne
ist daher kleiner als eine Kreditkarte, wodurch das Aufbringen der
Zweiband-Antenne auf kleinere Gegenstände möglich wird.
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In
einer Weiterbildung umfasst die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne
einen äußeren Ring
und eine Platte, die von dem äußeren Ring
umgeben wird, wodurch ein Schleifenschlitz in den Metallisierungen
auf der Oberseite des Trägers
gebildet wird. Die Länge
des Schleifenschlitzes bestimmt die Frequenz der Zweiband-Antenne
und ist ungefähr λ/2, wobei λ die Wellenlänge der
Resonanzfrequenz ist.
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In
einer Weiterbildung sind die Platte und der äußere Ring elektrisch verbunden.
Die elektrische Verbindung führt
zur Reflexion von elektromagnetischen Wellen, so dass der Schleifenschlitz
bei einer bestimmten Frequenz als Resonator wirkt.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Platte einen Ausschnitt, wodurch
ein innerer Ring gebildet wird. Der Ausschnitt in der Platte ist
notwendig, damit ein magnetischer Fluss durch die Spiralantenne,
welche außerhalb
der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne angeordnet ist, fließen kann,
ohne durch die Metallisierung blockiert zu werden. Weiter reduziert
der Ausschnitt Wirbelströme,
die in den kurzgeschlossenen Schleifen der Antenne fließen, wenn
die Zweiband-Antenne HF-Frequenzen
ausgesetzt ist.
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In
einer Weiterbildung koppelt ein Nebenschlussstreifen (bypass strip)
eine Seite des inneren Rings an eine gegenüberliegende Seite des inneren Rings.
Der Nebenschlussstreifen leitet Oberflächenströme, die zuvor in der Platte
ohne Ausschnitt vorhanden waren und bewahrt die Charakteristik der kurzgeschlossenen
Schleifenschlitzantenne.
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In
einer Weiterbildung ist der Nebenschlussstreifen durch Kondensatoren
gekoppelt, welche bei Ultra-High-Frequencies(UHF) leiten und bei High-Frequencies(HF)
nicht leiten. Die Kondensatoren umfassen eine erste Metallisierung
auf der Unterseite des Trägers,
welche sich zumindest über
die Metallisierung auf einer Seite des inneren Rings bis zur Metallisierung
auf der gegenüberliegenden
Seite des inneren Rings erstreckt.
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In
einer Weiterbildung umfasst der innere Ring eine nichtleitende Unterbrechung,
die den inneren Ring durchtrennt.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Zweiband-Antenne weiter eine zweite
Metallisierung auf der Unterseite des Trägers, welche sich zumindest über die
Unterbrechung in dem inneren Ring erstreckt. Die zweite Metallisierung,
der Träger
und die Metallisierung auf jeder Seite der Unterbrechung in dem
inneren Ring bilden zwei Kondensatoren. Jeder Kondensator weist
eine Kapazität
auf, so dass Ultra-High-Frequencies über die Unterbrechung in dem inneren
Ring geleitet und High-Frequencies
nicht geleitet werden.
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In
einer Weiterbildung umfasst der äußere Ring
eine nichtleitende Unterbrechung, die den äußeren Ring durchtrennt.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Zweiband-Antenne weiter eine dritte
Metallisierung auf der Unterseite des Trägers, welche sich zumindest über die
Unterbrechung in dem äußeren Ring
erstreckt. Die dritte Metallisierung, der Träger und die Metallisierung
auf jeder Seite der Unterbrechung in dem äußeren Ring bilden zwei Kondensatoren,
die je eine Kapazität
aufweisen, so dass Ultra-High-Frequencies(UHF) über die Unterbrechung in dem äußeren Ring
geleitet und High-Frequencies(HF) nicht geleitet werden. Die erste,
zweite und dritte Metallisierung zusammen mit den Unterbrechungen
in dem inneren und äußeren Ring
dienen zum Kombinieren der High-Frequency (HF) Spiralantenne mit
der Ultra-High-Frequency (UHF) kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne.
Die realisierten Kondensatoren leiten nur bei Ultra-High-Frequencies
(UHF) und stellen einen Leerlauf für HF-Frequencies (HF) dar,
so dass der innere und äußere Ring
der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne als zwei Leiterschleifen
für die
Spiralantenne eingesetzt werden können, ohne die Charakteristik
der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne zu beeinflussen.
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In
einer Weiterbildung wird die Resonanzfrequenz der kurzgeschlossenen
Schleifenschlitzantenne durch die Schleifenschlitzlänge bestimmt.
Die Resonanzfrequenz kann zum Beispiel zu 868 MHz gewählt werden.
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In
einer Weiterbildung wird die Eingangsimpedanz der kurzgeschlossenen
Schleifenschlitzantenne durch die Schleifenschlitzlänge bestimmt. Nachdem
ein elektronischer Chip im Allgemeinen kapazitiv ist, ist es zum
Erreichen von Leistungsanpassung notwendig, dass die kurzgeschlossene
Schleifenschlitzantenne ein induktives Verhalten aufweist. Dies
wird dadurch erreicht, dass die Resonanzfrequenz der kurzgeschlossenen
Schleifenschlitzantenne höher
als die gewünschte
Arbeitsfrequenz gewählt
wird.
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In
einer Weiterbildung wird die Eingangsimpedanz der kurzgeschlossenen
Schleifenschlitzantenne durch eine Einspeiseposition entlang dem Schleifenschlitz
bestimmt. Die Einspeiseposition ist eine Stelle entlang dem Schleifenschlitz,
bei der ein elektronischer Chip mit der Antenne verbunden ist. Die
Eingangsimpedanz kann angepasst werden, in dem die Position, an
der der elektronische Chip verbunden ist, variiert wird.
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In
einer Weiterbildung wird die Eingangsimpedanz der kurzgeschlossenen
Schleifenschlitzantenne durch eine Weite des Schleifenschlitz bestimmt.
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In
einer Weiterbildung ist die Spiralantenne in der Metallisierung
auf der Oberseite des Trägers gebildet
und umfasst Leiterschleifen, welche um dem äußeren Ring der kurzgeschlossenen
Schleifenschlitzantenne herum angeordnet sind oder umfasst Leiterschleifen,
die innerhalb des inneren Rings der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne
angeordnet sind. Da die Spiralantenne aus Leiterschleifen besteht
und der äußere Ring,
ebenso wie der innere Ring ebenfalls eine Schleifenform aufweist,
entsteht nur eine minimale Beeinflussung zwischen der Spiralantenne
und der kurzgeschlossenen Schleifenschlitz antenne. Die Spiralantenne
wird außerhalb der
kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne angeordnet, damit die
Fläche,
durch welche der Magnetfluss fließt, maximal wird. Wird sie
innerhalb der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne angeordnet,
kann die Größe der Zweiband-Antenne
weiter reduziert werden.
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In
einer Weiterbildung umfassen zusätzliche Leiterschleifen
der Spiralantenne den äußeren Ring und
den inneren Ring der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne.
Der äußere Ring
und der innere Ring der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne werden
somit als zusätzliche
Leiterschleifen für
die Spiralantenne wiederverwendet. Die Kopplung und Entkopplung
des inneren Rings und des äußeren Rings
wird durch das Vorsehen von Kondensatoren, welche Ultra-High-Frequencies(UHF)
leiten und bei High-Frequencies(HF) nicht leiten, erreicht.
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In
einer Weiterbildung wird die Resonanzfrequenz der Spiralantenne
durch die Anzahl der Leiterschleifen der Spiralantenne bestimmt.
Die Resonanzfrequenz wird durch die Induktivität und die Kapazität der Spiralantenne
bestimmt. Die Induktivität nimmt
mit der Anzahl der Leiterschleifen zu.
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In
einer Weiterbildung umfasst die Antenne zum Abstimmen der Mittenfrequenz
der Spiralantenne weiter vierte und fünfte Metallisierungen auf der Unterseite
des Trägers
zum Verändern
der Kapazität der
Spiralantenne.
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In
einer Weiterbildung wird der Gütefaktor der
Spiralantenne durch die Breite des Leiters der Leiterschleifen bestimmt.
Eine geringere Breite des Leiters führt zu höheren Verlusten und zu einem
kleineren Gütefaktor.
Die größere Bandbreite, die
mit einem geringeren Gütefaktor
einhergeht, führt
zu einer nutzbaren Robustheit gegenüber Verstimmungen.
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In
einer Weiterbildung ist ein elektronischer Chip parallel an die
kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne und die Spiralantenne gekoppelt. Der
elektronische Chip benötigt
daher nur eine Verbindung mit der Zweiband-Antenne und ein Umschalten
zwischen der High-Frequency- und Ultra-High-Frequency-Antenne ist nicht
notwendig.
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In
einer Weiterbildung ist der elektronische Chip an den inneren Ring
und den äußeren Ring
gekoppelt. Der elektronische Chip kann daher von der kurzgeschlossenen
Schleifenschlitzantenne mit elektrischer Leistung versorgt werden.
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In
einer Weiterbildung ist der elektronische Chip elektrisch mit sechsten
und siebten Metallisierungen auf der Unterseite des Trägers verbunden.
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In
einer Weiterbildung sind die erste Metallisierung, die zweite Metallisierung,
die vierte Metallisierung und die sechste Metallisierung elektrisch
verbunden.
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In
einer Weiterbildung sind die dritte Metallisierung, die fünfte Metallisierung
und die siebte Metallisierung elektrisch verbunden. Nachdem die
erste, zweite, dritte, vierte, fünfte,
sechste und siebte Metallisierung alle eine ähnliche Funktion erfüllen, nämlich eine
Kapazität
bereitstellen, können
sie kombiniert werden, um Ein-Flächen
zu bilden.
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In
einer Weiterbildung ist der elektronische Chip über eine erste Durchkontaktierung
mit dem inneren Ring elektrisch verbunden. Der innere Ring ist nicht
nur mit der kurzgeschlosse nen Schleifenschlitzantenne verbunden,
sondern bildet auch eine Schleife der Spiralantenne, so dass der
Chip auch von der Spiralantenne versorgt werden kann.
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In
einer Weiterbildung ist der elektronische Chip über eine zweite Durchkontaktierung
mit der äußersten
Leiterschleife der Spiralantenne elektrisch verbunden.
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In
einer Weiterbildung weist zumindest der innere Ring, der äußere Ring
oder die Leiterschleifen eine viereckige, kreisförmige oder elliptische Form auf.
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Die
Erfindung sieht weiter den Einsatz der Zweiband-Antenne in einem
kontaktlosen Datenspeichermedium vor. Die Stromversorgung und die
Datenübertragung
können
daher kontaktlos in zwei verschiedenen Frequenzbändern erfolgen.
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In
einer Weiterbildung ist das kontaktlose Datenspeichermedium ein
Radio-Frequency-Identification-Tag oder eine Smartcard.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe
der Figuren in mehr Detail beschrieben.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne,
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2 zeigt
ein modifiziertes Ausführungsbeispiel
einer kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne mit einem Ausschnitt
und einem Nebenschlussstreifen,
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3 zeigt
ein modifiziertes Ausführungsbeispiel
einer kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne zum Kombinieren
mit einer Spiralantenne,
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Kondensators, und
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Zweiband-Antenne
mit einer kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne und einer Spiralantenne.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne 1, welche
einen leitenden äußeren Ring 9 und
eine leitende Platte 10 umfasst. Ein Schleifenschlitz 12 wird
durch den äußeren Ring 9 und
der Platte 10 gebildet. Die Länge des Schleifenschlitz 12 stimmt
die Resonanzfrequenz der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne 1 und
ist ungefähr λ/2, wobei λ die Wellenlänge der
Resonanzfrequenz ist. Ein Kurzschluss 11 verbindet den äußeren Ring 9 elektrisch
mit der Platte 10, wodurch den elektromagnetischen Wellen
in dem Schleifenschlitz 12 Randbedingungen aufgezwungen
werden und man einen Resonator erhält. Ein elektronischer Chip 4 ist
mit einem Anschluss mit der Platte 10 und mit dem anderen
Anschluss mit dem äußeren Ring 9 verbunden.
Um Leistungsanpassung zu erreichen, können die Einspeisestelle F
des elektronischen Chips 4 und die Breite W des Schleifenschlitzes 12 eingestellt
werden. Weiter kann, da der elektronische Chip 4 meistens
ein kapazitives Verhalten aufweist, die Schleifenschlitzlänge verkleinert
werden, so dass die Antenne 1 eine leicht erhöhte Resonanzfrequenz
mit induktivem Verhalten zeigt.
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2 zeigt
ein modifiziertes Ausführungsbeispiel
der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne 1 aus 1.
Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf die gleichen Merkmale und
werden nicht noch einmal beschrieben. Die große leitende Platte 10 in 1 verhindert,
dass ein magnetischer Fluss durch die in 5 gezeigte
Spiralantenne 2 fließt. Weiter
werden durch die Spiralantenne 2 Wirbelströme in der
Platte 10 verursacht. Ein Ausschnitt 16 in der
Metallplatte 10 reduziert die Wirbelströme und ermöglicht, dass mehr Fluss durch
die Spiralantenne 2 fließen kann. Die Platte 10 bildet
mit dem Ausschnitt 16 einen inneren Ring 17. Ein
Nebenschlussstreifen (bypass strip) 18 von einer Seite 19 des
inneren Rings zu einer gegenüberliegenden
Seite 20 des inneren Rings ist vorgesehen, damit Oberflächenströme, die
in der Platte 10 bei UHF-Frequenzen auftreten, fließen können, um
so die Charakteristik der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne
zu bewahren.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
das auf einer Modifikation der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne
von 2 basiert. Das Ausführungsbeispiel erlaubt die
Kombination der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne 1 und
der Spiralantenne 2 und erhöht die Effizienz der Spiralantenne 2.
Wenn die Spiralantenne HF-Frequenzen 2 ausgesetzt wird,
werden Ströme
in dem inneren Ring 17 und dem äußeren Ring 9 induziert,
welche das Magnetfeld an die Außenseite
schieben und so den magnetischen Fluss in der Spiralantenne 2 reduzieren. Weiter
ist es gewünscht,
den inneren Ring 17 und den äußeren Ring 9 auch
als zusätzliche
Schleifen der Spiralantenne 2 zu verwenden.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, sind in den inneren Ring 17 und
dem äußeren Ring 9 nicht-leitende
Unterbrechungen 23, be ziehungsweise 26, vorgesehen.
Die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 wird mit
Metallisierungen auf der Oberseite 6 eines Trägers 5 gebildet.
Auf einer Unterseite 7 des Trägers 5 sind eine zweite
Metallisierung 24 und eine dritte Metallisierung 27 vorgesehen,
welche sich über die
Unterbrechung 23 in dem inneren Ring 17, beziehungsweise
die Unterbrechung 26 in dem äußeren Ring, erstrecken. In ähnlicher
Weise ist der Nebenschlussstreifen 18 aus 2 nicht
mehr länger
elektrisch mit der Seite 19 und der gegenüberliegenden Seite 20 des
inneren Rings 17 verbunden, sondern ist als eine erste
Metallisierung 22 auf der Unterseite 7 des Trägers 5 ausgebildet.
Metallisierungen auf der Unterseite des Trägers sind mit gestrichelten
Linien gezeigt.
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Die
erste Metallisierung 21, die zweite Metallisierung 24 und
die dritte Metallisierung 27 auf der Unterseite 7 und
der innere Ring 17 und der äußere Ring 9 auf der
Oberseite 6 des Trägers 5 bilden
Kondensatorpaare 21, 25 und 28. Die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 ist
zum Betrieb im Ultra-High-Frequency(UHF)-Bereich ausgelegt, während die
Spiralantenne 2 für
den Einsatz im High-Frequency(HF)-Bereich ausgelegt ist. Die Betriebsfrequenzen
der beiden Antennen 1, 2 weichen voneinander um
zwei Größenordnungen
ab. Es ist daher möglich,
Kondensatoren, welche bei der Ultra-High-Frequency (UHF) leiten und bei der High-Frequency
(HF) nicht leiten, einzusetzen. Die Begriffe „leiten" und „nicht leiten" werden relativ zueinander
benutzt, da ein Kondensator normalerweise alle Wechselströme leitet.
Falls die Frequenzen zueinander ein Verhältnis von 1:100 aufweisen,
ist die Leitfähigkeit
des Kondensators bei der höheren
Frequenz 100%, während
er bei der niedrigeren Frequenz mit 1% relativ nichtleitend ist.
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Bei
Ultra-High-Frequencies(UHF) leiten die Kondensatoren 21, 25 und 28,
so dass die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 in 3 auf die
gleiche Weise funktioniert, wie die kurzgeschlossene Schleifen-Loop-Antenne 1 aus 2,
indem die Unterbrechungen 23 in dem inneren Ring und die Unterbrechung 26 in
dem äußeren Ring
kurzgeschlossen werden, und auch der Nebenschlussstreifen von der
Seite 19 des inneren Ring 17 an die gegenüberliegende
Seite 20 des inneren Rings gekoppelt wird. Bei High-Frequencies(HF)
leiten die Kondensatoren 21, 25 und 28 nicht,
so dass der äußere Ring 9 und
der innere Ring 17 als zusätzliche Leiterschleifen der
Spiralantenne 2 benutzt werden, wie es zusammen mit 5 beschrieben
wird.
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4 dient
dazu, die Kondensatoren 25 und 28 in dem inneren
Ring 17 und dem äußeren Ring 9 von 3 zu
beschreiben. Ein Träger 5 hat
eine Oberseite 6 und eine Unterseite 7, auf denen
Metallisierungen vorgesehen sind. Für den inneren Ring-Kondensator 25 ist
die Oberseitenmetallisierung der durch die nicht-leitende Unterbrechung 23 geöffnete innere
Ring 17, während
die Unterseitenmetallisierung die zweite Metallisierung 24 ist.
Für den äußeren Ring-Kondensator 28 ist
die obere Metallisierung der äußere Ring 9 mit
der den äußeren Ring 9 durchtrennenden
nicht-leitenden Unterbrechung 26 und die untere Metallisierung
ist die dritte Metallisierung 27. Metallisierungen auf
der Ober- und der Unterseite 6, 7 des Trägers 5 bilden
Plattenkondensatoren. Die Kondensatoren sind so dimensioniert, dass
Ultra-High-Frequencies(UHF) sie durchqueren und High-Frequencies(HF)
blockiert werden. Bei Ultra-High-Frequencies(UHF) fließen Ströme von der
linken oberen Metallisierung 9, 17 durch den Träger 5 zu
der unteren Metallisierung 24, 27 und zurück durch
den Träger 5 zu
der rechten oberen Metallisierung 9, 17. Die Wirkung
der Unter brechungen 23 und 26 wird bei Ultra-High-Frequencies(UHF)
durch die Kondensatoren 25 und 28 aufgehoben.
Die Dimensionierung der Kondensatoren wird durch die Fläche der
Metallisierungen auf der Oberseite 6 und der Unterseite 7,
der Distanz zwischen den Metallisierungen auf der Oberseite 6 und
der Unterseite 7 und der Dielektrizitätskonstante des Trägers 5 beeinflusst.
Beispielshafterweise kann die Dicke des Trägers 5 zu 25 μm gewählt werden
und das Material ein Polyimid, wie ESPANEX MB FRG-Z, sein. Ein Fachmann
weiß, wie
die Abmessungen der ersten, zweiten und dritten Metallisierungen 22, 24 und 27 gewählt und
die Dicke des Trägers 5 bestimmt
wird, und ist fähig,
verschiedene Materialien für
den Träger 5 einzusetzen,
um die gewünschten
Kapazitäten
der Kondensatoren 21, 25 und 28 zu erreichen.
Die 3 und 5 zeigen verschiedene Dimensionierungen
der ersten, zweiten und dritten Metallisierungen 21, 24 und 27 als
Illustration. Die kapazitive Kopplung des Nebenschlussstreifens
durch die erste Metallisierung 22 wird in einer ähnlichen
Weise, wie oben beschrieben, erreicht.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Zweiband-Antenne, welche eine kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 und
eine Spiralantenne 2 umfasst. Die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 entspricht
der in 3 gezeigten, mit zusätzlichen Änderungen in den Metallisierungen
auf der Unterseite 7. Die Spiralantenne 2 besteht
aus Leiterschleifen 29, die bei einer äußersten Leiterschleife 30 anfangen
und bei einer innersten Leiterschleife 31 aufhören und
spiralförmig
angeordnet sind. Die Spiralantenne 2 hat einen Anfang 37 an
der äußersten Leiterschleife 30 und
eine Ende 38 an der innersten Leiterschleife 31,
durch welche auf die induzierte Spannung zugegriffen werden kann.
Die gezeigte Anzahl von Leiterschleifen 29 ist drei. Allerdings
kann auch eine andere Anzahl von Leiterschleifen 29 benutzt
werden. Die Anzahl der Leiterschleifen 29 bestimmt die
Resonanzfrequenz der Spiralantenne 22 und gibt ihr ein
induktives Verhalten. Mehr Leiterschleifen 29 führen zu
einer höheren
induzierten Spannung in der Spiralantenne 2. Die Breite
C der Leiterschleifen 29 kann benutzt werden, um den Gütefaktor
der Spiralantenne 2 einzustellen. Um Verstimm-Effekten
entgegenzuwirken, kann eine niedrigere Verstärkung und eine größere Bandbreite
der Spiralantenne 2 benutzt werden. Die Spiralantenne 2 ist
um die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 herum
angeordnet, so dass mehr magnetischer Fluss durch die Leiterschleifen 29 fließt, um eine
höhere
Spannung in der Spiralantenne 2 zu induzieren. Alternativ
kann die Spiralantenne 2 auch innerhalb des inneren Ring 17 der
kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne 1 angeordnet
werden, wodurch sich die Größe der Zweiband-Antenne
reduziert. Die ähnliche
geometrische Schleifenstruktur der Leiterschleifen 29 und
der Ringe 9 und 17 führt zu einer minimalen gegenseitigen
Beeinflussung der Antenneneigenschaften, wenn diese zusammen auf
einem Träger 5 angeordnet
sind. Die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 und
die Spiralantenne 2 sind als rechteckförmige Schleifenmetallisierungen gezeigt,
was besonders nützlich
ist, wenn die Zweiband-Antenne bei Smartcards mit einem kreditkartengroßen Träger eingesetzt
wird. Die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 und
die Spiralantenne 2 können
auch mit kreis- oder elliptischförmigen
Metallisierungen entworfen werden.
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Die
Funktion der Zweiband-Antenne ist wie folgt. Bei High-Frequencies(HF),
zum Beispiel bei 13,56 MHz, leiten die Kondensatoren 21, 25 und 28 nicht,
so dass die Unterbrechungen 23 in dem inneren Ring und 26 in
dem äußeren Ring
nicht überbrückt werden
und der Nebenschlussstreifen nicht verbunden ist. Das Ende 38 der
innersten Leiterschleife 31 ist mit einem Ende des äußeren Ring 9 verbunden.
Das andere Ende des äußeren Rings 9 ist
durch den Kurzschluss 11 mit einem Ende des inneren Ring 17 verbunden.
Die andere Seite des inneren Ring 17 ist mit einer ersten
Durchkontaktierung 35 verbunden, welche durch den Träger 5 zur
Unterseite 7 reicht. Eine Metallisierung auf der Unterseite 7 verbindet
die erste Durchkontaktierung 35 mit einem Anschluss des
elektronischen Chips 4. Der äußere Ring 9 und der
innere Ring 17 wirken so als zusätzliche Leiterschleifen für die Spiralantenne 2.
Der Anfang 37 der äußersten
Leiterschleife 30 ist mit einer zweiten Durchkontaktierung 36 verbunden,
welche durch den Träger 5 zu
einer Metallisierung auf der Unterseite 7 des Trägers 5 führt, die
mit dem anderen Anschluss des elektronischen Chips 4 verbunden
ist. Bei High-Frequencies wirkt die Zweiband-Antenne wie eine Spiralantenne, bei
der die Anzahl der Leiterschleifen aufgrund des inneren Rings 17 und des äußeren 9 um
zwei erhöht
ist.
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Bei
Ultra-High-Frequencies(UHF), wie zum Beispiel bei 868 MHz, leiten
die Kondensatoren 21, 25 und 28, so dass
die Zweiband-Antenne wie die in 2 gezeigte
kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 wirkt. Im Unterschied
zu 2 ist der elektronische Chip 4 auf der
Unterseite 7 des Trägers 5 angeordnet.
Durch die Kondensatoren 39 und 40 wird ein Anschluss
des elektronischen Chips an den inneren Ring 17 und der
andere Anschluss an den äußeren Ring 9 elektrisch
gekoppelt. Die Kondensatoren 39 und 40 werden
durch die sechste und siebte Metallisierung 41 und 42 auf
der Unterseite 7, dem Träger 5 und den Metallisierungen
des inneren Ring 17 und des äußeren Ring 19 auf
der Oberseite 6 gebildet und leiten bei UHF-Frequenzen
und sind nicht-leitend bei HF-Frequenzen. Im Prinzip kann der elektronische
Chip 4 auch über
die Metalli sierungen 24 und 27 über den
Unterbrechungen gekoppelt werden, wobei jedoch das Vorsehen der
zusätzlichen Kondensatoren 39 und 40 es
erlaubt, die Position des elektronischen Chips unabhängig von
der Position der Unterbrechungs-Kondensatoren auszuwählen, um
zum Beispiel eine Leistungsanpassung des elektronischen Chips an
die kurzgeschlossene Schleifenschlitzantenne 1 zu erreichen.
Der Anfang 37 der äußersten
Leiterschleife 30 und das Ende 38 der innersten
Leiterschleife 31 der Spiralantenne 2 sind über die
zweite Durchkontaktierung 36 und den leitenden Kondensator
zwischen der unteren Schicht-Metallisierung und dem äußeren Ring 9, kurzgeschlossen.
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In 5 wurden
die Metallisierungen auf der Unterseite 7 des Trägers 5 aus 3 modifiziert.
Die erste Metallisierung 22 für den Nebenschlussstreifen ist
mit der zweiten Metallisierung 24 des inneren Unterbrechungs-Kondensators 25 und
mit der sechsten, mit dem elektronischen Chip 4 verbundenen
Metallisierung 41 verbunden. Weiter ist die in 5 gezeigte
Metallisierung größer, da
eine zusätzliche
vierte Metallisierung 33 hinzugefügt wurde. Die vierte Metallisierung 33 dient
dazu, die Kapazität
der Spiralantenne 2 beim Betrieb mit High-Frequencies (HF)
zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Spiralantenne 2 zu
erhöhen.
In ähnlicher
Weise ist die dritte Metallisierung 27 der äußeren Unterbrechungs-Kondensatoren 28 mit
der siebten, mit dem elektronischen Chip 4 verbundenen
Metallisierung 42 verbunden und ist mit einer fünften Metallisierung 34 kombiniert,
um die Kapazität
der Spiralantenne 2 zum Einstellen ihrer Resonanzfrequenz
zu erhöhen.
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Die
Zweiband-Antenne wird benutzt, um ein kontaktloses Datenspeichermedium 3 mit
elektrischer Energie und Daten zu ver sorgen. Das kontaktlose Datenspeichermedium 3 kann
ein RFID-Tag sein,
welcher ein Befestigungsmittel, wie zum Beispiel ein Klebeband,
zum Befestigen an einem zu identifizierenden Produkt aufweist. Der
flexible Träger 5 kann
an einer Vielzahl von Objekten mit unterschiedlicher Größe angebracht
werden. Falls die Zweiband-Antenne in einer Smartcard benutzt wird, kann
sie zum Schutz auf einen dickeren Träger fixiert werden.
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Die
Erfindung stellt eine kleine und biegbare Zweiband-Antenne zur Verfügung, welche
den Vorteil einer sehr geringen Beeinflussung zwischen den Antennen
aufweist und die Wiederbenutzung der kurzgeschlossenen Schleifenschlitzantenne 1 als
Leiterschleifen der Spiralantenne 2 ermöglicht. Die Eingangsimpedanz
von beiden Antennen, so wie auch der Gütefaktor und die Resonanzfrequenz
kann durch einfache geometrische Variationen in den Metallisierungen
eingestellt werden.
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- 1
- Kurzgeschlossene
Schleifenschlitzantenne
- 2
- Spiralantenne
- 3
- Kontaktloses
Datenspeichermedium
- 4
- Elektronischer
Chip
- 5
- Träger
- 6
- Oberseite
des Trägers
- 7
- Unterseite
des Trägers
- 9
- Äußerer Ring
- 10
- Platte
- 11
- Kurzschluss
- 12
- Schleifenschlitz
- 16
- Ausschnitt
- 17
- Innerer
Ring
- 18
- Nebenschlussstreifen
- 19
- Seite
des inneren Rings
- 20
- Gegenüber liegende
Seite des inneren Rings
- 21
- Kondensatorpaar
des Nebenschlussstreifens
- 22
- Erste
Metallisierung
- 23
- Nicht-leitende
Unterbrechung im inneren Ring
- 24
- Zweite
Metallisierung
- 25
- Kondensatorpaar
des inneren Rings
- 26
- Nicht-leitende
Unterbrechung im äußeren Ring
- 27
- Dritte
Metallisierung
- 28
- Kondensatorpaar
des äußeren Rings
- 29
- Leiterschleife
- 30
- Äußerste Leiterschleife
- 31
- Innerste
Leiterschleife
- 33
- Vierte
Metallisierung
- 34
- Fünfte Metallisierung
- 35
- Erste
Durchkontaktierung
- 36
- Zweite
Durchkontaktierung
- 37
- Anfang
der Spiralantenne
- 38
- Ende
der Spiralantenne
- 39
- Chipkoppelkondensator
- 40
- Chipkoppelkondensator
- 41
- Sechste
Metallisierung
- 42
- Siebte
Metallisierung
- C
- Breite
des Leiters
- F
- Einspeisestelle
des elektronischen Chips
- W
- Breite
des Schleifenschlitzes