DE102008031534B4

DE102008031534B4 - Transponder und Anordnung mit einem solchen Transponder

Info

Publication number: DE102008031534B4
Application number: DE102008031534.6A
Authority: DE
Inventors: Herbert Froitzheim; Herbert Zimmer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: DE102008031534A1

Abstract

Anordnung mit einem Transponder (2) und einer Transponderanregungseinheit (1), bei derdie Transponderanregungseinheit (1) mindestens einen Schwingkreis mit mindestens einer Spule (L) und eine mit dem Schwingkreis verbundene Spannungsquelle (U) aufweist, wobei die Transponderanregungseinheit (1) dazu ausgebildet ist, den Schwingkreis mittels der Spannungsquelle (U) zum Schwingen anzuregen und durch die Spule (L) ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen;der Transponder (2) drei auf den Schwingkreis der Transponderanregungseinheit (1) abgestimmte Transponderschwingkreise mit jeweils einer Spule (L, L, L) zur induktiven Kopplung mit dem elektromagnetischen Feld aufweist, wobei die Spulen (L, L, L) der Transponderschwing-kreise orthogonal zueinander räumlich angeordnet sind, wobei der Transponder (2) einen Modulator aufweist, der dazu ausgebildet ist, das in die Spulen (L, L, L) der Transponderschwingkreise eingekoppelte elektromagnetische Feld in der Amplitude zu modulieren;die Transponderanregungseinheit (1) einen Demodulator (3) aufweist, der dazu ausgebildet ist, die über einem Kondensator (Q) des Schwingkreises der Transponderanregungseinheit (1) abfallende modulierte Spannung (ΔU), die durch in den Schwingkreis der Transponderanregungseinheit (1) rückgekoppelte elektromagnetische Felder aufgrund der Modulation mindestens eines der Transponderschwingkreise erzeugt wird, zu demodulieren; undder Modulator zwei Spannungsquellen (U, U) aufweist, die zur Modulation mindestens eines der Transponderschwingkreise auf diese(n) jeweils für sich oder zusammen aufgeschaltet werden, so dass eine modulierte Transponderschwingkreisspannung (U-U) an dem mindestens einen Transponderschwingkreis erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transponder zur elektromagnetischen Kopplung mit einer Transponderanregungseinheit, unabhängig von der räumlichen Ausrichtung sowie eine Anordnung mit einem solchen Transponder.
Bei Transpondern handelt es sich um Kommunikationsanordnungen, die eingehende Signale aufnehmen und automatisch (sofort) beantworten. Eingehende Signale werden dabei auch als Transponderanregungssignale bezeichnet, ausgehende Signale als Transponderantwortsignale. Die Übertragung der Signale zu und von Transpondern erfolgt dabei typischerweise drahtlos von und zu einer oder mehreren entsprechenden Transponderanregungseinheiten. Solche Transponderanregungseinheiten können dabei stationär, zum Beispiel an einem Gebäude, oder quasistationär, zum Beispiel in einem Flugzeug, einem Wasserfahrzeug oder einem Kraftfahrzeug angeordnet sein.
Weiterhin unterscheidet man zwischen so genannten aktiven und passiven Transpondern. Unter passiven Transpondern versteht man Kommunikationsanordnungen, die die zur Kommunikation mit Transponderanregungseinheiten und zur Abarbeitung interner Prozesse benötigte Energie ausschließlich aus dem Signalfeld der Transponderanregungseinheiten beziehen. Aktive Transponder weisen dagegen eine eigene Energieversorgung auf.
Die Druckschrift DE 197 18 423 A1 offenbart einen Signalempfänger der drei Spulen aufweist, die jeweils senkrecht zueinander angeordnet sind und somit eine Empfangscharakteristik im Wesentlichen in je eine Raumrichtung aufweisen.
Die Druckschrift DE 100 63 792 A1 offenbart eine Vorrichtung bestehend aus einem Gehäuse mit einer internen elektronischen Steuer- und Auswerteschaltung, wobei das Gehäuse durch Anlegen von Wicklungen und / oder Leiterbahnen in Form von Beschichtungen als Antenne gebildet wird. Das Gehäuse besteht aus einem schwach magnetischen Ferritmaterial, einem Material, das Ferrit enthält, einem Eisenleistungsmaterial oder einem anderen magnetisch wirksamen Material.
Die Druckschrift DE 101 60 452 A1 offenbart eine Codeträgervorrichtung zur Montage an einem Materialflussobjekt, mit einem Codeträger, welcher einen Speicher zum Speichern eines individuellen Kennzeichens und eine Sendevorrichtung zum Senden des Kennzeichens aufweist, so dass das Kennzeichen berührungslos von einem Empfänger auslesbar ist, wenn Sendervorrichtung und Empfänger in einem bestimmten Relativpositionsbereich zueinander liegen. Die Sendervorrichtung weist eine erste Sendefläche und mindestens eine zweite quer dazu liegende Sendefläche auf, über die das Kennzeichen jeweils auslesbar ist, wobei die Auslesbarkeit durch die Relativposition zwischen einem Empfänger und einer Sendefläche bestimmt ist.
Die Druckschrift DE 602 21 781 T2 offenbart eine Vorrichtung zum Verfolgen eines Objekts. Die Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von Feldgeneratoren, die elektromagnetische Felder bei verschiedenen jeweiligen Frequenzen in der Umgebung des Objekts erzeugen, und einen Hochfrequenztreiber (RF-Treiber), der ein HF-Treiberfeld auf das Objekt ausstrahlt. Ein drahtloser Transponder ist am Objekt befestigt. Der Transponder umfasst mindestens eine Sensorspule, in der ein Signalstrom als Reaktion auf die elektromagnetischen Felder fließt, und eine Leistungsspule, die das HF-Treiberfeld empfängt und elektrische Energie vom Treiberfeld zum Antrieb des Transponders überträgt. Die Leistungsspule überträgt auch ein Ausgangssignal, das auf den Signalstrom anspricht, an einen Signalempfänger, der das Signal verarbeitet, um Koordinaten des Objekts zu bestimmen.
Die Druckschrift DE 699 33 996 T2 offenbart eine Kommunikationsstation, die zur kontaktlosen Kommunikation mit mindestens einem Transponder ausgebildet ist und eine Sendespulenkonfiguration aufweist, die mit einem aktiven ersten Sendespulenkreis versehen ist, der eine erste Sendespule enthält, durch die ein Spulenstrom getrieben werden kann, und die mit einem passiven zweiten Sendespulenkreis versehen ist, der eine zweite Sendespule enthält, die im Wesentlichen parallel zur ersten Sendespule ausgerichtet, der ersten Sendespule gegenüberliegend angeordnet und mit der ersten Sendespule induktiv gekoppelt ist und durch die als Folge der induktiven Kopplung mit der ersten Sendespule ein zu dem durch die erste Sendespule treibbaren Spulenstrom im Wesentlichen um 90° phasenverschobener Spulenstrom getrieben werden kann, und die außerdem Sendemittel aufweist, die zum Erzeugen eines Sendesignals ausgebildet und mit dem ersten Sendespulenkreis verbunden sind, und die außerdem erste Empfangsmittel aufweist, die mit dem ersten Sendespulenkreis verbunden und zum Empfangen eines mit Hilfe des im ersten Sendespulenkreises erhaltenen ersten Empfangssignals ausgebildet sind, und die außerdem Auswertemittel aufweist, die mit den ersten Empfangsmitteln verbunden sind und mit denen empfangene Daten, die dem durch die ersten Empfangsmittel empfangenen ersten Empfangssignal entsprechen, ausgewertet werden können.
In einer Vielzahl von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, wird bereits heute eine Vielzahl von Funktionen über mobile, von Benutzern mitgeführte Transponder ausgelöst oder gesteuert. Für den Fahrzeugzugang sind dies so genannte „Remote Keyless Entry“ Systeme (kurz: RKE-Systeme), wie sie zum Beispiel zur Zentralverriegelung verwendet werden. RKE-Systeme sind inzwischen die Standardlösung nicht nur für komfortables Ver- und Entriegeln eines Fahrzeuges, sondern auch für weitere Komfortfunktionen, die neben dem Ver- und Entriegeln der Türen und des Kofferraums auch zum Aktivieren und Deaktivieren der Wegfahrsperre verwendet werden.
Ein weiteres Transponder basierendes System ist das so genannte PASE-System. PASE steht dabei für PAsive Start and Entry und beschreibt eine schlüsselloses Zugangs- und Startsystem. Bei diesem schlüssellosen Fahrzeugzugangssystem muss der Fahrer lediglich einen Identifikationsgeber (Transponder) mit sich führen. Die quasistationären Transponderanregungseinheiten suchen durch zyklisches Aussenden von Transponderanregungssignalen nach der Präsenz von Transpondern und der Benutzer erhält Zugang zum Fahrzeug, wenn er sich im Wirkungsbereich einer oder mehrerer quasistationärer, im und/oder am Fahrzeug angeordneter Transponderanregungseinheiten befindet. Dabei besteht üblicherweise auch die Möglichkeit der Personalisierung der Transponder für ausgewählte Nutzer.
Bei Transpondern mit einer Energieversorgung, auf Basis elektromagnetischer Kopplung wird von einer Transponderanregungseinheit in einer Spule eines Schwingkreises ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das in die Spule eines im Transponder angeordneten Schwingkreises eingekoppelt wird. Damit ein Schwingkreis im Transponder seinerseits zum Schwingen angeregt, wodurch eine bestimmte elektrische Spannung in diesem Transponderschwingkreis erzeugt wird. Durch Anlegen einer zeitabhängig steuerbaren Spannung an den Transponderschwingkreis kann das elektromagnetische Feld verändert beziehungsweise bedämpft werden. Eine solche Bedämpfung wirkt sich durch Rückkopplung auch auf den Schwingkreis der Transponderanregungseinheit aus. Durch entsprechende gezielte Veränderung der steuerbaren Spannung können zum Beispiel durch Amplitudenmodulation Informationen vom Transponder an die Transponderanregungseinheit übertragen werden, die diese durch geeignete Demodulation des elektromagnetischen Feldes auswerten kann.
Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass die Kopplung zwischen den Schwingkreisen der Transponderanregungseinheit und des Transponders von der räumlichen Ausrichtung der Spulen des Schwingkreises in der Transponderanregungseinheit und des Schwingkreises im Transponder zueinander abhängig ist. Die Stärke dieser Kopplung wird dabei als Koppelfaktor bezeichnet. Je nach Ausrichtung der Spule im Schwingkreis der Transponderanregungseinheit und der Spule im Transponderschwingkreis zueinander kann dieser Koppelfaktor stark schwanken oder in ungünstigen Fällen sogar einen Wert gleich Null annehmen. Es ist offensichtlich, dass dadurch die Kommunikation zwischen Transponderanregungseinheit und Transponder gestört werden oder sogar ganz zum Erliegen kommen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur elektromagnetischen Kopplung eines Transponders mit einer Transponderanregungseinheit anzugeben, bei der eine von der Ausrichtung von Transponderanregungseinheit und Transponder zueinander weitgehend unabhängige Kopplung zwischen Transponderanregungseinheit und Transponder erzielt wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung zur elektromagnetischen Kopplung eines Transponders mit einer Transponderanregungseinheit gemäß Anspruch 1 sowie einen Transponder gemäß Anspruch 11. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine Anordnung zur elektromagnetischen Kopplung eines Transponders mit einer Transponderanregungseinheit, wobei der mindestens drei Transponderschwingkreise aufweist, deren Spulen orthogonal zueinander angeordnet sind. Die Transponderschwingkreise können einzeln auswählbar sein und die nicht verwendeten Transponderschwingkreise können elektrisch kurzgeschlossen werden. Im Transponder kann daher derjenige Transponderschwingkreis zum Betrieb der Anordnung ausgewählt werden, der den größten Koppelfaktor zur Spule des Schwingkreises der Transponderanregungseinheit aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:

1 eine Schaltungsanordnung mit einer Transponderanregungseinheit und einem Transponder nach dem Stand der Technik;
2 eine Schaltungsanordnung mit einer Transponderanregungseinheit und einem erfindungsgemäßen Transponder;
3 eine Schaltungsanordnung mit einer Transponderanregungseinheit und einem weiteren erfindungsgemäßen Transponder; und
4 eine Schaltungsanordnung mit einer Transponderanregungseinheit und einem weiteren erfindungsgemäßen Transponder.

1 zeigt eine Schaltungsanordnung einer Transponderanregungseinheit 1 und einem Transponder 2 nach dem Stand der Technik. Die Transponderanregungseinheit 1 umfasst eine Spannungsquelle Uosz, einen Widerstand R_a , eine Spule L_a , einen Kondensator Q_a und einen Demodulator 3 auf. Der Transponder 2 weist einen Schalter S_mod , eine Spannungsquelle U_Tlim , eine Spannungsquelle U_Tmod , einen Kondensator Q_T und eine Spule L_T auf. Die Spannungsquelle Uosz ist mit ihrem einem (z.B. negativen) Pol an Masse gelegt und mit ihrem anderen (z.B. positiven) Pol über einen Widerstand R_a mit der Spule L_a verbunden. Die Spule L_a ist mit dem Demodulator 3 und dem Kondensator Q_a verbunden, der andererseits an Masse angeschlossen ist.
Die Spannungsquelle U_Tlim ist mit ihrem einen (z.B. negativen) Pol mit der Spule L_T und dem Kondensator Q_T verbunden, der andere (z.B. positive) Pol der Spannungsquelle U_Tlim führt zu einem der beiden Schaltkontakte des Schalters S_mod . Die Spannungsquelle U_Tmod ist mit ihrem einen (z.B. negativen) Pol mit jeweils dem selben Anschluss der Spule L_T und dem selben Anschluss des Kondensators Q_T verbunden wie die Spannungsquelle U_Tlim, der andere (z.B. positive) Pol der Spannungsquelle U_Tmod führt zu dem anderen der beiden Schaltkontakte des Schalters S_mod. Der Schalter S_mod wiederum ist mit den verbleibenden Anschlüssen der Spule L_T und des Kondensators Q_T verbunden. Durch den Widerstand R_a , die Spule L_a und den Kondensator Q_a wird in der Transponderanregungseinheit 1 ein Schwingkreis ausgebildet, der durch die Wechselspannung der Spannungsquelle U_OSZ zum Schwingen angeregt wird, wodurch über die Spule L_a ein entsprechendes elektromagnetisches Feld erzeugt wird.
Gleichzeitig fällt über den Kondensator Q_a die Spannung U_a ab, die dem Demodulator 3 zur Verfügung gestellt wird.
Das durch die Spule L_a erzeugte elektromagnetische Wechselfeld wird mit einem Koppelfaktor k in die Spule L_T des Transponders 2 eingekoppelt. Dadurch wird in dem aus der Parallelschaltung der Spule L_T mit dem Kondensator Q_T gebildeten Transponderschwingkreis eine entsprechende Spannung induziert. Die Größe des Koppelfaktors k hängt dabei von der räumlichen Ausrichtung der Spulen L_a und L_T zueinander ab. Befindet sich die Spule L_T bedingt durch entsprechende Ausrichtung des Transponders 2 beispielsweise in einer Ausrichtung senkrecht zur Spule L_a der Transponderanregungseinheit 1, geht der Koppelfaktor k gegen Null und es wird keine oder eine nur sehr geringe Spannung in der Spule L_T der Transpondereinheit 2 induziert. Durch Betätigen des Modulationsschalters S_mod wird zwischen den Spannungsquellen U_Tlim und U_Tmod des Transponders 2 umgeschaltet, wodurch der Transponderschwingkreis das von der Transponderanregungseinheit 1 herrührende elektromagnetische Feld zeitabhängig bedämpft (impedanzmodulierte Amplitudenmodulation).
Wenn ein ausreichend großer Koppelfaktor k zur Verfügung steht, wird durch Rückkopplung des elektromagnetischen Feldes in den Schwingkreis der Transponderanregungseinheit 1 dadurch die dem Demodulator 3 zugeführte Spannung U_a am Kondensator Q_a um einen Wert ΔU_a variiert und kann von diesem Demodulator 3 demoduliert werden. Auf diese Weise wird eine gewünschte Information vom Transponder 2 an die Transponderanregungseinheit 1 übertragen. Im Fall abgestimmter Schwingkreise in der Transponderanregungseinheit 1 und des Transponders 2 ergibt sich die Spannungsmodulation zu: $Δ U_{a} = Q_{a} \cdot k \cdot \sqrt{\frac{L_{a}}{L_{T}}} \cdot (U_{T lim} - U_{T mod})$
Dabei ist die erzielbare Spannungsmodulation ΔU_a direkt vom aktuell vorliegenden Koppelfaktor k abhängig, der wie oben beschrieben in ungünstigen Fällen Werte nahe Null annehmen kann. Die mit U_Tlim - U_Tmod bezeichnete Spannung stellt dabei eine zeitabhängige Spannung dar, die durch Umschaltung des Schalters S_mod zwischen der Spannungsquelle U_Tlim und der Spannungsquelle U_Tmod erzielt und auf den Transponderschwingkreis angewendet wird, der aus einer Parallelschaltung von Spule L_T und Kondensator Q_T ausgebildet ist.
2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung aus Transponderanregungseinheit 1 und Transponder 2. Die Transponderanregungseinheit 1 sei dabei gleich der Transponderanregungseinheit 1 gemäß 1. Der Transponder 2 weist wiederum einen Schalter S_mod , eine Spannungsquelle U_Tlim und eine Spannungsquelle U_Tmod auf. Im Gegensatz zum Transponder 2 gemäß 1 weist der Transponder 2 gemäß 2 drei Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 sowie drei orthogonal zueinander angeordnete Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 auf. Die Verschaltung der Komponenten der Transponderanregungseinheit 1 entspricht der gemäß 1. Es sind auch noch weitere Komponenten enthalten, die aber der Übersichtlichkeit halber nicht in der Zeichnung gezeigt sind.
Die Spannungsquelle U_Tlim des Transponders 2 ist an ihrem negativen Pol mit jeweils einem Anschluss der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 und einem Anschluss der Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 verbunden, der positive Pol der Spannungsquelle U_Tlim führt zu einem der beiden Schaltkontakte des Schalters S_mod . Die Spannungsquelle U_Tmod ist an ihrem negativen Anschluss mit jeweils den selben Anschlüssen der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 und den selben Anschlüssen der Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 verbunden wie die Spannungsquelle U_Tlim , der positive Anschluss der Spannungsquelle U_Tmod führt zu dem anderen der beiden Schaltkontakte des Schalters S_mod .
Der Schalter S_mod wiederum ist über in Sperrrichtung geschaltete Dioden D₁ , D₂ und D₃ mit den jeweils anderen Anschlüssen der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 und der Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 verbunden. Durch den Widerstand R_a , die Spule L_a und den Kondensator Q_a wird in der Transponderanregungseinheit 1 ein Schwingkreis ausgebildet, der durch die Wechselspannung der Spannungsquelle U_OSZ zum Schwingen angeregt wird, wodurch über die Spule L_a ein entsprechendes elektromagnetisches Feld erzeugt wird. Gleichzeitig fällt über den Kondensator Q_a die Spannung U_a ab, die dem Demodulator 3 zur Verfügung gestellt wird. Das durch die Spule L_a erzeugte elektromagnetische Feld wird mit den entsprechenden Koppelfaktoren k₁, k₂ und k₃ in die Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 der parallel geschalteten Transponderschwingkreise des Transponders 2 eingekoppelt.
Dadurch wird in den aus den Parallelschaltungen der Spule L_T1 mit dem Kondensator Q_T1 , der Spule L_T2 mit dem Kondensator Q_T2 und der Spule L_T3 mit dem Kondensator Q_T3 gebildeten Transponderschwingkreisen über die Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 eine entsprechende Spannung induziert. Die Größe der Koppelfaktoren k₁, k₂ und k₃ hängt dabei von der räumlichen Ausrichtung der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 zur Spule L_a ab. Diese Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 des Transponders 2 sind dabei - wie oben bereits dargelegt - orthogonal zueinander angeordnet.
In jedem Fall wird so immer mindestens eine der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 eine Ausrichtung zur Spule L_a der Transponderanregungseinheit 1 aufweisen, die eine ausreichende Kopplung mit dem elektromagnetischen Feld der Transponderanregungseinheit 1 beziehungsweise einen entsprechenden ausreichend hohen Koppelfaktor k₁, k₂ und/oder k₃ ermöglicht, um die erwünschten Funktionen auszuführen. Damit ist die Funktion der Anordnung aus Transponderanregungseinheit 1 und Transponder 2 gemäß 2 erfindungsgemäß von der Orientierung des Transponders 2 zur Transponderanregungseinheit 1 unabhängig. Durch die orthogonale Anordnung der der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 zueinander ist weiterhin eine unerwünschte magnetische Kopplung dieser Spulen untereinander ausgeschlossen.
Bei einer Beaufschlagung der Transponderschwingkreise mit den drei orthogonal zueinander angeordneten Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 mit der aus 1 bekannten zeitabhängigen modulierenden Spannung U_Tlim - U_Tmod addieren sich die in die Transponderanregungseinheit 1 rückgekoppelten Auswirkungen auf die Spannung U_a (am Kondensator Q_a ) auf eine Spannungsmodulation ΔU_a3D zu: $Δ U_{a 3 D} = Q_{a} \cdot (U_{T lim} \sim U_{T mod}) \cdot \sqrt{L_{a}} \cdot [\frac{k_{1}}{\sqrt{L_{T 1}}} + \frac{k_{2}}{\sqrt{L_{T 2}}} + \frac{k_{3}}{\sqrt{L_{T 3}}}]$
Für den bevorzugten Fall, dass die Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 mit gleichen Induktivitäten L_T1 = L_T2 = L_T3 = L_T ausgeführt sind, ergibt sich vereinfachend: $Δ U_{a 3 D} = Q_{a} \cdot (U_{T lim} - U_{T mod}) \cdot \sqrt{\frac{L_{a}}{L_{_{T}}}} \cdot [k_{1} + k_{2} + k_{3}]$
Da es sich bei der Summenbildung der Koppelfaktoren k₁, k₂ und k₃ in der letztgenannten Gleichung um eine skalare Addition handelt, wird der Wert der Summenbildung bei beliebiger Ausrichtung der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 des Transponders 2 zur Spule L_a der Transponderanregungseinheit 1 Werte zwischen k und $k \cdot \sqrt{3}$
annehmen. Dabei tritt ein Koppelfaktor von k auf, wenn 2 der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 senkrecht zur Spule L_a der Transponderanregungseinheit 1 ausgerichtet sind, wodurch eine dritte der orthogonal angeordneten Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 parallel zur Spule L_a der Transponderanregungseinheit 1 ausgerichtet ist. Ein Koppelfaktor von $k \cdot \sqrt{3}$
tritt dann auf, wenn alle der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 so zur Spule L_a der Transponderanregungseinheit 1 ausgerichtet sind, dass sie gleiche Koppelfaktoren k₁ = k₂ = k₃ = k aufweisen.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Transponderanregungseinheit 1 und des Transponders 2. Die Transponderanregungseinheit 1 ist dabei gleich der Transponderanregungseinheit 1 gemäß 1.
In dem Transponder 2 ist die Spannungsquelle U_Tlim mit ihrem negativen Anschluss mit jeweils einem Anschluss der Spulen L_T1, L_T2 und L_T3 und einem Anschluss der Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 verbunden, der positive Anschluss der Spannungsquelle U_Tlim führt zu einem der beiden Schaltkontakte des Schalters S_mod. Die Spannungsquelle U_Tmod ist mit ihrem negativen Anschluss mit jeweils den gleichen Anschlüssen der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 und den gleichen Anschlüssen der Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 verbunden wie die Spannungsquelle U_Tlim , der positive Anschluss der Spannungsquelle U_Tmod führt zu dem anderen der beiden Schaltkontakte des Schalters S_mod .
Die Signalleitung des Schalters S_mod ist mit jeweils einem Schaltkontakt der drei Schalter S₁ , S₂ und S₃ verbunden. Der jeweils andere Schaltkontakt der drei Schalter S₁ , S₂ und S₃ ist jeweils mit den Anschlüssen der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 und den Anschlüssen der Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 verbunden, die auch mit dem negativen Anschluss der Spannungsquelle U_Tlim verbunden sind. Die Signalleitungen der drei Schalter S₁ , S₂ und S₃ sind jede jeweils mit einem der anderen Anschlüsse der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 und der Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 verbunden (S₁ mit L_T1 und Q_T1 , S₂ mit L_T2 und Q_T2 , S₃ mit L_T3 und Q_T3). Wie schon beim Ausführungsbeispiel nach 2 werden die drei Transponderschwingkreise wiederum durch die Parallelschaltung der entsprechenden Spulen und Kondensatoren ausgebildet und die Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 sind orthogonal zueinander angeordnet.
In dem Transponder 2 können die Schalter S₁ , S₂ und S₃ durch entsprechende Betätigung individuell mit jeweils einem der beiden Schaltkontakte verbunden werden. In der in 3 gezeigten Stellung ist der Schalter S₁ mit der Signalleitung verbunden, die vom Schalter S_mod kommt. In dieser Stellung wird der betreffende Schwingkreis wiederum mit der aus den 1 und 2 bekannten, zeitabhängig modulierten Spannung U_Tlim-U_Tmod beaufschlagt, wenn der Schalter S_mod entsprechend betätigt wird.
In der anderen, in 3 nicht gezeigten Stellung der Schalter S₁ , S₂ und S₃ , können ausgewählte Schalter elektrisch kurz geschlossen werden, so dass die entsprechenden kurzgeschlossenen Transponderschwingkreise keinen Beitrag zu den modulierenden Veränderungen des durch Rückkopplung in die Transponderanregungseinheit 1 auf die Spannung U_a wirkenden elektromagnetischen Feldes aufweisen. Sinnvollerweise ist dabei immer mindestens ein Transponderschwingkreis des Transponders 2 aktiv, um eine erwünschte Kommunikation mit der Transponderanregungseinheit 1 aufrecht zu erhalten. Ein Anwendungsfall kann zum Beispiel ein stromsparender Modus sein, in dem der Transponder 2 in bestimmten Fällen betrieben werden soll und in dem die Anzahl der aktivierten Transponderschwingkreise reduziert wird.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Transponderanregungseinheit 1 und des Transponders 2. Die Transponderanregungseinheit 1 ist dabei gleich der Transponderanregungseinheit 1 gemäß 1. Der Transponder 2 weist wiederum einen Schalter S_mod , eine Spannungsquelle U_Tlim , eine Spannungsquelle U_mod, drei Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 sowie drei Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 auf. Weiterhin weist der Transponder 2 drei Schalter S₁ , S₂ und S₃ sowie einen Spannungsmaximumsdetektor U_Tmax auf. Die Verschaltung der Komponenten der Transponderanregungseinheit 1 entspricht der gemäß 1.
In dem Transponder 2 ist die Spannungsquelle U_Tlim mit ihrem negativen Anschluss mit jeweils einem Anschluss der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 und einem Anschluss der Kondensatoren Q_T1, Q_T2 und Q_T3 verbunden, der positive Anschluss der Spannungsquelle U_Tlim führt zu einem der beiden Schaltkontakte des Schalters S_mod . Die Spannungsquelle U_Tmod ist mit ihrem negativen Anschluss mit jeweils den gleichen Anschlüssen der Spulen L_T1, L_T2 und L_T3 und den gleichen Anschlüssen der Kondensatoren Q_T1, Q_T2 und Q_T3 verbunden wie der negative Anschluss der Spannungsquelle U_Tlim , der positive Anschluss der Spannungsquelle U_Tmod führt zu dem anderen der beiden Schaltkontakte des Schalters S_mod .
Die Signalleitung des Schalters S_mod ist mit jeweils einem Schaltkontakt der drei Schalter S₁ , S₂ und S₃ verbunden. Der jeweils andere Schaltkontakt der drei Schalter S₁ , S₂ und S₃ ist jeweils mit Masse verbunden. Die Signalleitungen der drei Schalter S₁ , S₂ und S₃ sind jede jeweils mit einem der anderen Anschlüsse der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 und der Kondensatoren Q_T1, Q_T2 und Q_T3 verbunden (S₁ mit L_T1 und Q_T1 , S₂ mit L_T2 und Q_T2 , S₃ mit L_T3 und Q_T3 ), die nicht mit den negativen Anschlüssen der Spannungsquellen U_Tlim und U_Tmod verbunden sind. Diese Anschlüsse der Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 und der Kondensatoren Q_T1 , Q_T2 und Q_T3 sind jeweils auch mit dem Spannungsmaximumsdetektor U_Tmax verbunden. Analog zu 2 werden die drei Transponderschwingkreise wiederum durch die Parallelschaltung der entsprechenden Spulen und Kondensatoren ausgebildet und die Spulen L_T1 , L_T2 und L_T3 sind orthogonal zueinander angeordnet.
In dem Transponder 2 können die Schalter S₁ , S₂ und S₃ durch entsprechende Betätigung individuell mit jeweils einem der beiden Schaltkontakte verbunden werden. In der in 4 gezeigten Stellung ist der Schalter S₁ mit der Signalleitung verbunden, die vom Schalter S_mod kommt. In dieser Stellung wird der betreffende Schwingkreis wiederum mit der aus den 1 und 2 bekannten, zeitabhängig modulierten Spannung U_Tlim - U_Tmod beaufschlagt, wenn der Schalter S_mod entsprechend betätigt wird.
In der anderen, in 4 gezeigten Stellung der Schalter S₂ und S₃ , können ausgewählte Schalter elektrisch mit Masse verbunden werden, so dass die entsprechenden Transponderschwingkreise (die Parallelschwingkreise aus Spulen und Kondensatoren) keinen Beitrag zu den modulierenden Veränderungen des durch Rückkopplung in die Transponderanregungseinheit 1 auf die Spannung U_a wirkenden elektromagnetischen Feldes aufweisen. Sinnvollerweise ist dabei immer mindestens ein Transponderschwingkreis des Transponders 2 aktiv, um die erwünschte Kommunikation mit der Transponderanregungseinheit 1 aufrecht zu erhalten. Ein Anwendungsfall kann zum Beispiel ein stromsparender Modus sein, in dem der Transponder 2 in bestimmten Fällen betrieben werden soll und in dem die Anzahl der aktivierten Transponderschwingkreise reduziert ist.
Der Spannungsmaximumsdetektor U_Tmax detektiert mit Hilfe der drei Eingangssignale denjenigen Transponderschwingkreis des Transponders 2, an dem die größte Spannung anliegt. Dies ist der Transponderschwingkreis, der über das elektromagnetische Feld die beste Kopplung zur Transponderanregungseinheit 1 und daher den größten Koppelfaktor k aller Transponderschwingkreise aufweist. Der Spannungsmaximumsdetektor U_Tmax ist dazu ausgebildet, Transponderschwingkreise mit niedrigeren Koppelfaktoren k als die maximal ermittelten über die entsprechenden Schalter S₁ , S₂ und S₃ zu deaktivieren, in dem diese Schalter auf den Massekontakt geschaltet werden. Dabei kann festgelegt werden, ob der Spannungsmaximumsdetektor U_Tmax beide Transponderschwingkreise mit niedrigeren Koppelfaktoren k als dem maximal ermittelten deaktiviert oder beispielsweise nur denjenigen mit dem niedrigsten der ermittelten Koppelfaktoren k₁, k₂ und k₃.
Jede der Spulen kann sich auf einer von drei jeweils senkrecht zu den anderen beiden Achsen stehenden Achsen X, Y, Z, befinden die somit orthogonal sind.
Bezugszeichenliste

1: Transponderanregungseinheit
2: Transponder
3: Demodulator
U_OSZ: Spannungsquelle
U_Tlim: Spannungsquelle
U_Tmod: Spannungsquelle
U_a: Spannung
R_a: Widerstand
L_a: Spule
L_T: Spule
L_T1: Spule
L_T2: Spule
L_T3: Spule
Q_a: Kondensator
Q_T: Kondensator
Q_T1: Kondensator
Q_T2: Kondensator
Q_T3: Kondensator
D₁: Diode
D₂: Diode
D₃: Diode
S_mod: Schalter
S₁: Schalter
S₂: Schalter
S₃: Schalter
U_Tmax: Spannungsmaximumsdetektor

Claims

Anordnung mit einem Transponder (2) und einer Transponderanregungseinheit (1), bei der die Transponderanregungseinheit (1) mindestens einen Schwingkreis mit mindestens einer Spule (L_a) und eine mit dem Schwingkreis verbundene Spannungsquelle (U_osz) aufweist, wobei die Transponderanregungseinheit (1) dazu ausgebildet ist, den Schwingkreis mittels der Spannungsquelle (U_osz) zum Schwingen anzuregen und durch die Spule (L_a) ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen; der Transponder (2) drei auf den Schwingkreis der Transponderanregungseinheit (1) abgestimmte Transponderschwingkreise mit jeweils einer Spule (L_T1, L_T2, L_T3) zur induktiven Kopplung mit dem elektromagnetischen Feld aufweist, wobei die Spulen (L_T1, L_T2, L_T3) der Transponderschwing-kreise orthogonal zueinander räumlich angeordnet sind, wobei der Transponder (2) einen Modulator aufweist, der dazu ausgebildet ist, das in die Spulen (L_T1, L_T2, L_T3) der Transponderschwingkreise eingekoppelte elektromagnetische Feld in der Amplitude zu modulieren; die Transponderanregungseinheit (1) einen Demodulator (3) aufweist, der dazu ausgebildet ist, die über einem Kondensator (Q_a) des Schwingkreises der Transponderanregungseinheit (1) abfallende modulierte Spannung (ΔU_a), die durch in den Schwingkreis der Transponderanregungseinheit (1) rückgekoppelte elektromagnetische Felder aufgrund der Modulation mindestens eines der Transponderschwingkreise erzeugt wird, zu demodulieren; und der Modulator zwei Spannungsquellen (U_Tlim, U_Tmod) aufweist, die zur Modulation mindestens eines der Transponderschwingkreise auf diese(n) jeweils für sich oder zusammen aufgeschaltet werden, so dass eine modulierte Transponderschwingkreisspannung (U_Tlim-U_Tmod) an dem mindestens einen Transponderschwingkreis erzeugt wird.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der mindestens zwei Transponderschwingkreise parallel geschaltet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der der Modulator im Transponder (2) Schalter (S₁, S₂, S₃) aufweist, die die Transponderschwingkreise selektiv auf die Transponderschwingkreisspannung (U_Tlim-U_Tmod) aufschalten.
Anordnung nach Anspruch 3, bei der jedem Transponderschwingkreis ein Schalter (S₁, S₂, S₃) zugeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3 und 4, bei der die Transpondereinheit (2) dazu ausgebildet ist, die Transponderschwingkreise elektrisch kurzzuschließen, wenn sie nicht auf Transponderschwingkreisspannung (U_Tlim - U_Tmod) aufgeschaltet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Transpondereinheit (2) derart ausgebildet ist, dass immer nur maximal ein Transponderschwingkreis auf die Transponderschwingkreisspannung (U_Tlim-U_Tmod) aufgeschaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 6, bei der der aufgeschaltete Transponderschwingkreis derjenige ist, der den größten Koppelfaktor (k) mit dem Schwingkreis der Transponderanregungseinheit (1) hat.
Anordnung nach Anspruch 7, bei der die Transpondereinheit (2) einen Spannungsmaximumdetektor (U_Tmax) aufweist, der durch Bestimmen der Spannungen, die durch das elektromagnetische Feld in den Transponderschwingkreisen erzeugt werden während keine modulierte Transponderschwingkreisspannung (U_Tlim-U_Tmod) an den Transponderschwingkreisen anliegt, den Schwingkreis mit dem größten Koppelfaktor (k) jedes der Transponderschwingkreise bestimmt.
Transponder (2) mit: drei Transponderschwingkreisen mit jeweils einer Spule (L_T1, L_T2, L_T3) zur induktiven Kopplung mit einem von einer Transponderanregungseinheit (1) erzeugten elektromagnetischen Feld, wobei die Spulen (L_T1, L_T2, L_T3) der Transponderschwingkreise orthogonal zueinander räumlich angeordnet sind, und einem Modulator, der dazu ausgebildet ist, das in die Spulen (L_T1, L_T2, L_T3)der Transponderschwingkreise eingekoppelte elektromagnetische Feld in der Amplitude zu modulieren, wobei der Modulator zwei Spannungsquellen (U_Tlim, U_Tmod) aufweist, die zur Modulation mindestens eines der Transponderschwingkreise auf diese(n) jeweils für sich oder zusammen aufgeschaltet werden, so dass eine modulierte Transponderschwingkreisspannung (U_Tlim-U_Tmod) an dem mindestens einen Transponderschwingkreis erzeugt wird.