DE102010028992B4

DE102010028992B4 - Antennenvorrichtung, Transponderlesegerät, Induktionsherd

Info

Publication number: DE102010028992B4
Application number: DE102010028992A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hennig; Gerd vom Bögel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2030-05-15
Also published as: DE102010028992A1; US20110278947A1

Abstract

Antennenvorrichtung mit folgenden Merkmalen:
einer induktiven Sendeantenne (110) mit einer Hauptabstrahlrichtung;
einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten, zueinander benachbarten Leitern (120); und
einem Bezugspotentialanschluss (130), welcher mit der Mehrzahl der Leiter (120) verbunden ist;
wobei die Mehrzahl der Leiter (120) in einem vorbestimmten Abstand von der induktiven Sendeantenne (110) entlang der Hauptabstrahlrichtung in einer Ebene angeordnet sind;
wobei ein Winkel zwischen der Ebene der Leiter (120) und der Hauptabstrahlrichtung existiert;
wobei sich die Mehrzahl der Leiter (120) ausgehend von einem ersten Bereich (310), innerhalb ihrer Ebene, radial nach außen erstrecken, wobei die Mehrzahl der Leiter (120) in dem ersten Bereich (310) leitfähig miteinander und dem Bezugspotentialanschluss (130) verbunden sind, und
wobei sich jeder der Leiter (120) an einer Position beabstandet von dem ersten Bereich (310) in zwei voneinander benachbarte Teilleiter verzweigt.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschreiben eine Antennenvorrichtung, wie sie beispielsweise in einem Transponderlesegerät, beispielsweise für RFID-(Funkidentifikation-) oder NFC(Nahfeldkommunikations-)Transponder oder in Heizplatten für Induktionsöfen Verwendung finden kann. Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschreiben ein Transponderlesegerät und einen Induktionsherd.
Transpondersysteme finden immer mehr Einsatz in Medizin und Technik. Ein typisches Transpondersystem besteht dabei aus einem Lesegerät (einem sogenannten Transponderlesegerät oder Lesegerät oder Reader) und einem Transponder, welcher von dem Transponderlesegerät ausgelesen werden kann. Die Transponder sind dabei typischerweise rein passiv, d. h. sie erhalten ihre Versorgungsspannung durch ein von dem Transponderlesegerät erzeugtes magnetisches oder elektrisches Feld. Im Folgenden liegt der Schwerpunkt auf induktiven Systemen, d. h. die Transponder erhalten ihre Versorgungsspannung durch ein von dem Transponderlesegerät erzeugtes Magnetfeld. Bei dem Einsatz in Medizin und Technik befinden sich die Antennen der Lesegeräte häufig in unmittelbarer Nähe zu verlustbehafteten Materialien, wie z. B. Körpergewebe oder Baustoffen. Beispielsweise bei implantierbaren Sensortranspondern (Transponder mit einem Sensor) zur Blutdrucküberwachung hat die Antenne des Lesegeräts zum Auslesen des Transponders direkten Kontakt (oder nur einen sehr geringen Abstand) zum menschlichen Körper. Die unvermeidbar vorhandenen parasitären elektrischen Felder der Antenne (insbesondere an Einspeisungspunkten der Antenne) führen zu Strömen im menschlichen Körper oder an anderen verlustbehafteten Medien, in welchen der Transponder eingebracht ist. Die dadurch eingebrachte Energie wird in Wärme umgesetzt und hat keinen Beitrag zur Versorgung des Transponders. Außerdem ist aus medizinischer Sicht eine unnötige Erwärmung von Körpergewebe zu vermeiden.
Die 6a–c zeigen Graphiken einer Simulation zur Verdeutlichung des Problems. 6a zeigt eine Leiterschleife 110, die als induktive Antenne ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. In einer Ebene 30 senkrecht zur Leiterschleife 110 ist der Betrag der elektrischen Feldstärke schraffiert dargestellt. Eine dichte Schraffierung bedeutet dabei einen hohen und eine dünne Schraffierung einen niedrigen Wert der elektrischen Feldstärke. Deutlich zu erkennen ist eine hohe Feldstärke an der Einspeisung 140 der Antenne 110. In 6b wird nun ein verlustbehaftetes Medium, wie z. B. menschliches Gewebe, vor die Antenne 110 gebracht. In dieser Simulation wurde dies vereinfacht durch einen Quader 111 realisiert. Der Quader 111 besitzt dabei die dielektrischen Parameter von menschlichem Gewebe. 6c zeigt nun den Betrag der Stromdichte, schraffiert dargestellt. Zu sehen ist eine hohe Schraffierung im Bereich des Quaders 111. Das elektrische Feld verursacht also Ströme im menschlichen Gewebe, die letztlich zu einer Erwärmung führen. Diese Verlustleistung muss durch die Signalquelle (die Antenne 110 des Transponderlesegeräts) aufgebracht werden.
Die Ausbreitung elektrischer Felder kann durch eine Abschirmung verhindert werden. Dabei wird ein gut leitfähiges Material (wie beispielsweise Kupfer) eingesetzt. Jedoch soll das magnetische Feld nicht negativ beeinflusst werden. Eine leitfähige Fläche als Schirm kann daher nicht verwendet werden. In so einer Fläche schwächen durch das Magnetfeld induzierte Wirbelströme das magnetische Feld. Zur Vermeidung parasitärer elektrischer Felder sind daher so genannte Mantelschirme bekannt. Ein beispielhafter Mantelschirm ist in 7 gezeigt. Bei diesen Mantelschirmen wird die Leiterschleife 110 der Antenne (des Lesegeräts) mit einem Mantel 10 aus leitfähigem Material umgeben.
Damit in der Schirmung keine induzierten Ströme fließen können, wird der Mantel 10 unterbrochen (gekennzeichnet durch einen Schlitz 20 zwischen den beiden Enden des Schirms 10). Der Mantelschirm hat somit die Form einer offenen Leiterschleife. Die Position der Unterbrechungsstelle (des Schlitzes 20) wird so gewählt, dass sich diese gegenüber der Einspeisung 140 (dem Anschluss) der Antenne befindet. Die an der Unterbrechungsstelle 20 induzierte Spannung hat ein elektrisches Feld E (gekennzeichnet durch Feldlinien 150') zur Folge, welches von seiner Orientierung dem elektrischen Feld E' (gekennzeichnet durch Feldlinien 150) an der Antenneneinspeisung 140 entgegengesetzt ist. Es kommt somit in einem gewissen Abstand zur Auslöschung. Der Schirmeffekt ist also nur an einem gewissen Abstand vorhanden. Dies ist ein entscheidender Nachteil dieses Schirmes, da in neuartigen Anwendungen kein elektrisches Feld in unmittelbarer Nähe der Antenne vorhanden sein darf.
Die US 2005/0029919 A1 zeigt eine Schirmung für elektromagnetische Wellen mit einer Mehrzahl von elektrischen Leitern und einem Massekontakt zur Verbindung der elektrischen Leiter zu Masse, um ein elektrisches Feld einer elektromagnetischen Welle zu dämpfen.
Die DE 10 2007 019 672 A1 zeigt eine Sende- und Empfangsvorrichtung für ein Funkerkennungssystem mit einer Sendespule und einer Empfangsspule sowie einer kapazitiven Abschirmung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule. Die kapazitive Abschirmung kann beispielsweise eine leitende Abschirmung mit Fingerstruktur sein, die zwar ein für den kapazitiven Energieaustausch verantwortliches elektrisches Feld abfängt, für Magnetfelder jedoch durchlässig ist.
Die DE 11 2004 002 040 T5 zeigt ein Antennenelement mit einem Leiter und einer leitenden elektromagnetischen Abschirmung, die mit dazwischen einem Isolator auf der Oberfläche des Leiters angeordnet ist, wobei die leitende elektromagnetische Abschirmung einen Erdkontakt, einen Leitungsteil und eine Vielzahl von Verzweigungen aufweist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept zu schaffen, welches eine verbesserte Schirmung eines parasitären elektrischen Feldes einer induktiven Antenne ermöglicht.
Eine Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Transponderlesegerät gemäß Anspruch 14 und ein Induktionsherd gemäß Anspruch 15 lösen diese Aufgabe.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Antennenvorrichtung mit einer induktiven Sendeantenne und einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten zueinander benachbarten Leitern. Die induktive Sendeantenne weist eine Hauptabstrahlrichtung auf. Die Mehrzahl von voneinander beabstandeten Leiter sind mit einem Bezugspotentialanschluss der Antennenvorrichtung verbunden. Weiterhin sind die Leiter in einem vorbestimmten Abstand von der Sendeantenne entlang der Hauptabstrahlrichtung in einer Ebene antiparallel zu der Hauptabstrahlrichtung angeordnet. In der vorliegenden Anmeldung ist antiparallel so zu verstehen, dass ein Winkel zwischen der Ebene der Leiter und der Hauptabstrahlrichtung existiert.
Es ist der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, dass eine verbesserte Abschirmung eines parasitären elektrischen Feldes einer induktiven Antenne oder einer induktiven Antennenspule erreicht werden kann, wenn das elektrische Feld direkt hinter der Antennenspule abgeschirmt wird, jedoch das magnetische Feld der Antennenspule nicht negativ (oder nur vernachlässigbar) beeinflusst wird. Es wurde erkannt, dass durch ein Anordnen von Leitern in einem vorbestimmten Abstand (welcher beispielsweise so gering wie möglich ist) von einer induktiven Antennenspule eine Abschirmung des parasitären elektrischen Feldes der Antennenspule ermöglicht wird, und gleichzeitig durch eine geeignete Wahl eines Abstands der Leiter zueinander ein Magnetfeld der induktiven Antennenspule nicht negativ (oder nur vernachlässigbar) beeinflusst wird. Abstand und Breite der Leiter können dabei so gewählt werden, dass kein (oder nur ein geringfügig kleiner) Wirbelstrom in den Leitern entstehen kann, welcher das Magnetfeld negativ beeinflussen bzw. das Magnetfeld schwachen würde. Die Leiter können miteinander verbunden und geerdet sein, um das elektrische Feld abzuschirmen. Eine elektrische Feldstärke des parasitären elektrischen Feldes der induktiven Antennenspule ist damit in einem Bereich zwischen der induktiven Antennenspule und den Leitern signifikant größer als hinter den Leitern. Durch eine geeignete Wahl der Abstände der Leiter zueinander und des Abstandes der Leiter zu der induktiven Antennenspule kann die elektrische Feldstärke des parasitären elektrischen Feldes durch die Leiter so reduziert werden, dass in einem verlustbehafteten Medium, in welchem sich ein zu lesender Transponder befindet, kein nennenswerter Verlust durch Erwärmung, aufgrund des elektrischen Feldes, entsteht.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist damit, dass durch die Abschirmung eines parasitären elektrischen Feldes einer induktiven Sendeantenne Verluste, welche durch das elektrische Feld in verlustbehafteten Medien erzeugt werden, reduziert werden können. Dies kann bei Transponderlesegeräten zu einer erhöhten Reichweite der Transponderlesegeräte und/oder zu einer geringeren Leistungsaufnahme bei gleicher Reichweite, verglichen mit Transponderlesegeräten, bei denen keine Unterdrückung des parasitären elektrischen Feldes implementiert ist, führen. Des Weiteren ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine geringere Stromaufnahme bei Induktionsöfen bzw. bei Heizplatten von Induktionsöfen, in welchen durch ein magnetisches Feld der Sendeantenne eine Erwärmung eines Topfes oder einer Pfanne erzeugt wird.
Figurenkurzbeschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung von zueinander der benachbarten, voneinander beabstandeten Leitern, wie sie in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können;
3a eine Draufsicht auf voneinander beabstandete, zueinander benachbarte Leiter, wie sie in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können;
3b eine Draufsicht auf eine Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Nutzung der Leiter aus 3a;
4 eine Draufsicht auf eine Antennenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Nutzung der Leiter aus 3a;
5a ein Blockdiagramm eines Transponderlesegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5b ein Blockdiagramm eines Induktionsherdes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6a–c Graphiken zur Simulation eines elektrischen Feldes einer induktiven Antenne in verlustbehafteten Medien; und
7 eine schematische Darstellung eines Mantelschirms.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Bevor im Folgenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden, sei darauf hingewiesen, dass dieselben oder funktional gleichen Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind und dass auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Daraus folgt, dass die Beschreibung von Elementen mit denselben Bezugszeichen gegenseitig austauschbar und/oder aufeinander anwendbar ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antennenvorrichtung 100. Die Antennenvorrichtung 100 weist eine induktive Sendeantenne 110 mit einer Hauptabstrahlrichtung 160 auf. Weiterhin weist die Antennenvorrichtung 100 eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten, zueinander benachbarten Leitern 120 und einen Bezugspotentialanschluss 130, welcher mit den Leitern 120 verbunden ist, auf. Die Leiter 120 sind in einem vorbestimmten Abstand l₁ von der Sendeantenne 110 entlang der Hauptabstrahlrichtung 160 in einer Ebene antiparallel zur Hauptabstrahlrichtung 160 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Leiter 120 in der Hauptabstrahlrichtung 160 der Sendeantenne 110 angeordnet.
Eine Sendeantenne kann im Folgenden auch als Sendespule bezeichnet werden, wobei eine Sendeantenne oder Sendespule eine oder mehrere Windungen aufweisen kann.
Eine Empfangsantenne kann im Folgenden auch als Empfangsspule bezeichnet werden, wobei eine Empfangsantenne oder Empfangsspule eine oder mehrere Windungen aufweisen kann.
Die Mehrzahl von Leitern kann im Folgenden auch kurz als die Leiter bezeichnet werden.
Die induktive Sendeantenne 110 weist in 1 lediglich eine Leiterschleife auf, kann gemäß weiteren Ausführungsbeispielen aber auch mehrere Windungen aufweisen, beispielsweise in Form einer Spule. Die induktive Sendeantenne 110 liegt in dem Beispiel in 1 in der xy-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems, so dass die Hauptabstrahlrichtung 160 der Sendeantenne 110, senkrecht zu der xy-Ebene in Richtung der z-Achse verläuft. Die Hauptabstrahlrichtung 160 der Sendeantenne 110 ist dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Magnetfeld, gekennzeichnet durch magnetische Feldlinien 170, der Sendeantenne 110 in dieser Richtung am stärksten ausbreitet. Bei Nutzung der Antennenvorrichtung 100 in einem Transponderlesegerät ist die Hauptabstrahlrichtung 160 der Sendeantenne 110 die Richtung, in welcher sich die größte Lesereichweite für einen Transponder ergibt. Die voneinander beabstandeten Leiter 120 sind in einer Ebene (beispielsweise in einer Ebene parallel zur xy-Ebene und mit einem Abstand entlang der z-Achse zur xy-Ebene) antiparallel zu der Hauptabstrahlrichtung 160, also antiparallel zu der z-Achse, angeordnet, um ein parasitäres elektrisches Feld, gekennzeichnet durch elektrische Feldlinien 150, der Sendeantenne 110 abzuschirmen oder zu reduzieren und dabei das magnetische Feld der Sendeantenne 110 nicht negativ (oder nur vernachlässigbar) zu beeinflussen. Das parasitäre elektrische Feld der Sendeantenne 110 entsteht beispielsweise an einer Einspeisung 140 der Sendeantenne 110.
Aus 1 wird deutlich, dass die Feldlinien 170 des magnetischen Feldes der Sendeantenne 110 durch die Leiter 120 hindurchtreten, während die Feldlinien 150 des parasitären elektrischen Feldes an den Leitern 120 enden. Das von der Einspeisung 140 ausgehende parasitäre elektrische Feld fließt damit über die Leiter 120 in dem Bezugspotentialanschluss 130 (welcher beispielsweise ein Masseanschluss der Antennenvorrichtung 100 ist) ab. Eine Breite b₁ der Leiter 120 und ein Abstand l₂ zweier benachbarter Leiter 120 ist dabei so gewählt, dass das parasitäre elektrische Feld genügend gut abgeschirmt wird, aber durch das magnetische Feld keine oder nur insignifikant geringe Wirbelströme in den Leitern 120 induziert werden, welche eine Feldstärke des magnetischen Feldes schwächen würden und damit das magnetische Feld negativ beeinflussen würden.
Ein durch die Leiter 120 abgeschirmtes parasitäres elektrisches Feld der Sendespule 110 kann beispielsweise direkt hinter den Leitern 120 noch eine Feldstärke von maximal 20%, maximal 10%, maximal 5 oder maximal 1% einer Feldstärke direkt vor den Leitern 120 (beispielsweise an der Einspeisung 140) aufweisen. Ein magnetisches Feld der Sendespule 110 kann dabei beispielsweise maximal so durch die Leiter 120 geschwächt werden, dass das magnetische Feld direkt hinter den Leitern noch mindestens 80%, mindestens 90%, mindestens 95% oder mindestens 99% einer Feldstärke vor den Leitern 120 (beispielsweise direkt in einem Spulenbereich der Sendeantenne 110) aufweist.
Wie bereits im Vorhergehenden erwähnt, sind die Leiter 120 in einer Ebene antiparallel zur Hauptabstrahlrichtung 160 der Sendeantenne 110 angeordnet, so können die Leiter beispielsweise in einer Ebene, welche parallel zu der xy-Ebene der Sendeantenne 110 ist, angeordnet sein. Mit anderen Worten können die Leiter 120 in einer Ebene angeordnet sein, welche orthogonal zu der Hauptstrahlrichtung 160 der Sendeantenne 110 ist.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die Leiter 120 auch in einer Ebene, welche antiparallel zu der xy-Ebene der Sendeantenne 110 ist und antiparallel zu der Hauptabstrahlrichtung 160 der Sendeantenne 110 ist, angeordnet sein. Beispielsweise können die Leiter 120 so angeordnet sein, dass eine Feldlinie der Feldlinien 150 des parasitären elektrischen Feldes genau einen Leiter aus der Mehrzahl von Leitern 120 schneidet.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann ein Winkel zwischen der Ebene der Leiter 120 und der Hauptabstrahlrichtung 160 der Sendeantenne 110 in einem Bereich von 40°–140°, von 60°–120° von 80° bis 100° oder von 85°–95° sein.
Obwohl sich in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Leiter 120 alle in einer selben Erstreckungsrichtung (in x-Achsenrichtung) erstrecken, so können sich bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Leiter 120 auch in unterschiedlichen Richtungen innerhalb ihrer Ebene erstrecken.
In dem Ausführungsbeispiel in 1 sind die Leiter 120 miteinander über einen Verbindungssteg 122, beispielsweise aus demselben elektrisch leitfähigen Material wie die Leiter 120, miteinander verbunden und mit dem Bezugspotentialanschluss 130 verbunden. Der Verbindungssteg 122 verläuft dabei in der Ebene der Leiter 120 senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der Leiter 120.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können die Leiter 120 Drähte oder Schienen aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, sein.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die Leiter 120 Leiterbahnen, beispielsweise aus Kupfer, auf einem elektrisch nicht leitfähigen Substrat 190 (in 1 gestrichelt dargestellt) sein. Das nicht leitfähige Substrat 190 kann dabei beispielsweise eine Leiterplatte sein. Eine solche Leiterplatte kann beispielsweise ein PCB („printed circuit board” – gedruckte Schaltungsplatine), beispielsweise mit einem sogenannten FR4 Dielektrikum, sein. Solche (Kupfer-)Leiterbahnen lassen sich, insbesondere im Vergleich zu Drähten oder Metallschienen, vergleichsweise einfach in nahezu beliebigen Breiten und insbesondere nahezu beliebig geringen Abständen zueinander auf dem nicht leitfähigen Substrat 190 herstellen. Weiterhin können bei einer Nutzung einer Multilagenleiterplatte als Substrat 190 die Leiter 120 auf einer Schicht der Multilagenleiterplatte realisiert werden und die induktive Sendeantenne 110 auf einer anderen Schicht derselben Multilagenleiterplatte realisiert werden. Der Abstand l₁ zwischen der induktiven Sendeantenne 110 und den Leitern 120 lässt sich somit mit geringem Aufwand gering halten. So kann beispielsweise zwischen der Sendeantenne 110 und den Leitern 120 lediglich eine Isolationsschicht der Leiterplatte angeordnet sein. Die Sendeantenne 110 kann in diesem Fall beispielsweise als eine Leiterschleife einer oder mehrerer Leiterbahnen auf der Leiterplatte realisiert sein. Die Leiter 120 können beispielsweise auf einer Seite oder Oberfläche einer Leiterplatte realisiert sein, und die Sendeantenne 110 kann beispielsweise auf einer gegenüberliegenden Seite oder Oberfläche der Leiterplatte realisiert sein.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die Leiter 120 auch in einem Gehäuse angeordnet sein, in welchem die Sendeantenne 110 angeordnet ist. Die Leiter 120 können dabei so angeordnet sein, dass bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Antennenvorrichtung 100 die Leiter 120 zwischen einer Empfangsantenne, welche das durch die Sendeantenne 110 abgestrahlte Magnetfeld empfängt, und der Sendeantenne 110 angeordnet sind. Eine solche Empfangsantenne kann beispielsweise eine Antenne eines Transponders, beispielsweise eines RFID-Transponders, sein. Bei einer Verwendung der Antennenvorrichtung 100 in einer Heizplatte eines Induktionsherds können die Leiter 120 beispielsweise zwischen einer Pfanne oder einem Kochtopf und der Sendeantenne 110 angeordnet sein.
Generell lässt sich sagen, dass, um das parasitäre elektrische Feld der Sendeantenne 110 möglichst optimal abzuschirmen, der Abstand l₂ zwischen zwei benachbarten Leitern 120 möglichst gering gewählt werden soll, und um Wirbelstromverluste in dem magnetischen Feld der Sendeantenne 110 zu vermeiden, die Breite b₁ der Leiter 120 möglichst gering gewählt werden sollte.
Eine Länge l₃ der Leiter 120 sollte bevorzugt in einem Bereich um einen gegebenen Faktor kleiner als eine Nutzwellenlänge der Antennenvorrichtung 100 gewählt werden. Der Faktor kann beispielsweise größer gleich 10, größer 20, größer 50, größer 100, oder größer 250 sein.
Eine Nutzfrequenz (welche direkt aus der Nutzwellenlänge hervorgeht) der Antennenvorrichtung 100 ist dabei typischerweise eine Frequenz, mit welcher die Sendeantenne 110 einen Träger aussendet, beispielsweise um einen passiven Transponder mit Energie zu versorgen. Typische Nutzfrequenzen für induktive Transpondersysteme sind beispielsweise 125 kHz, 134,2 kHz, 6,78 MHz oder 13,56 MHz.
2 zeigt eine Mehrzahl von Leitern 120, wie sie in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Hier nicht gezeigt ist eine Sendeantenne 110, in deren Hauptabstrahlrichtung die Leiter 120 angeordnet werden, um ein durch die Sendeantenne 110 erzeugtes parasitäres elektrisches Feld abzuschirmen und ein durch die Sendeantenne 110 erzeugtes magnetisches Feld passieren zu lassen. Jeder der Leiter 120 ist mit einem Bezugspotentialanschluss 130 verbunden. Der Bezugspotentialanschluss 130 kann beispielsweise ein Masseanschluss sein. Aus 2 wird ersichtlich, dass ein parasitäres elektrisches Feld (dargestellt durch Feldlinien 150) durch die Leiter 120 abgeschirmt wird und dass ein magnetisches Feld (dargestellt durch die Feldlinien 170) von den Leitern 120 hindurchgelassen wird (durch die Leiter nicht negativ beeinflusst bzw. nur vernachlässigbar beeinflusst wird).
Die Leiter 120 bilden eine leitfähige Fläche, wie z. B. eine kupferkaschierte Leiterplatte (wie im Vorhergehenden bereits beschrieben), die streifenförmig unterbrochen ist. Die so entstehenden Leiter 120 bzw. Kupferbahnen lassen keinen wirbelförmigen Stromfluss (oder nur einen vernachlässigbar geringen wirbelförmigen Stromfluss) zu. Bei einer nicht kaschierten Leiterplatte (d. h. bei einer durchgängigen metallischen Fläche) würde das durch die Feldlinien 170 dargestellte Magnetfeld einen wirbelförmigen Stromfluss senkrecht zu den Feldlinien 170 in der leitfähigen Fläche (dargestellt durch den Pfeil 210) erzeugen, welcher das magnetische Feld abschwächt bzw. eine Feldstärke des magnetischen Feldes reduziert. Wie im Vorhergehenden bereits beschrieben, kann durch eine geeignete Wahl der Abstände der Leiter 120 zueinander und der Breite der Leiter 120 dieser wirbelförmige Stromfluss reduziert werden und gleichzeitig das parasitäre elektrische Feld in einem genügend hohen Maße abgeschirmt werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen damit eine Abschirmung eines elektrischen Feldes unmittelbar hinter einer Antennenspule oder Sendeantenne 110, wie ein Flächenschirm, gleichzeitig jedoch keine negative (oder nur eine insignifikant gering negative) Beeinflussung des magnetischen Feldes, wie ein Mantelschirm.
3a zeigt eine Draufsicht auf eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten, zueinander benachbarten Leitern 120, wie sie bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können. Die Leiter 120 können beispielsweise Leiterbahnen auf einer Leiterplatte 190 sein, mit anderen Worten können die Leiterbahnen damit eine kupferkaschierte Leiterplatte 190 bilden, die streifenförmig unterbrochen ist. Die Leiter 120 bzw. die Leiterbahnen 120 sind in einem Zentrum 420 (ein Mittelpunkt eines Bereichs 310) der kupferkaschierten Leiterplatte 190 miteinander und mit einem Bezugspotentialanschluss 130 verbunden. Der Bezugspotentialanschluss 130 dient wie bei den bisherigen Ausführungsbeispielen zur Erdung der Leiter 120, um bei einer Verwendung der Leiter 120 in einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung eine Abschirmung eines parasitären elektrischen Feldes zu ermöglichen. Die Leiter 120 bzw. elektrisch leitfähiges Material der Leiter 120 sind bzw. ist in der 3a durch helle Bereiche dargestellt und Schlitze zwischen den einzelnen Leitern 120, d. h. elektrisch nicht leitfähiges Material (beispielsweise Luftspalte oder nicht leitfähiges Substratmaterial), sind durch dunkle Bereiche dargestellt.
Wie auch schon in den vorherigen Ausführungsbeispielen sind die Leiter 120 in einer Ebene angeordnet. Ein Bereich 310 erstreckt sich kreisrund von einem Zentrum 420 der Ebene (beispielsweise von dem Zentrum 420 der Leiterplatte 190 oder des Substrates auf welchem die Leiter 120 angeordnet sind) mit einem Abstand r₁ nach außen bezüglich der Ebene der Leiter 120. Die Leiter 120 erstrecken sich von dem Bereich 310 radial nach außen bezüglich der Ebene. Die Leiter 120 sind in dem Bereich 310 leitfähig miteinander verbunden. In einem Abstand r₂, welcher größer ist als der Abstand r₁, von dem Zentrum 420 der Leiterplatte 190 verzweigen sich die Leiter 120 ein erstes Mal, so dass eine Leiterbahndichte oder eine Leiterdichte nach außen hin nicht abnimmt (bzw. direkt nach jeder Verzweigung gleich ist). Ein jeder der Leiter 120 verzweigt sich dabei in zwei voneinander beabstandete benachbarte Teilleiter, welche über den Leiter, aus dem sie hervorgehen, leitfähig miteinander verbunden sind. Diese Teilleiter verzweigen sich erneut in einem Abstand r₃ von dem Zentrum 420 der Leiterplatte 190, welcher größer als der Abstand r₂ ist. Analog zu der Verzweigung der Leiter in dem Abstand r₂ verzweigt sich jeder Teilleiter in dem Abstand r₃ in zwei weitere Teilleiter, welche mit dem Teilleiter aus dem sie hervorgehen, leitfähig verbunden sind. In einem Abstand r₄ zu dem Zentrum 420 der Leiterplatte 190, welcher größer ist als der Abstand r₃, verzweigen sich die Teilleiter, welche aus der Verzweigung in dem Abstand r₃ hervorgegangen sind, erneut.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann sich der Bereich 310 auch quadratisch oder rechteckig oder freiformartig von dem Zentrum 420 erstrecken.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann auf eine Leiterplatte als Substrat verzichtet werden, beispielsweise wenn die Mehrzahl von Leitern 120 ein Drahtgeflecht bilden und in dem Zentren 420 und/oder Bereich 310 miteinander verbunden sind.
Durch die mehrfache Verzweigung der Leiter 120 in verschiedenen Abständen von dem Zentrum 420, von welchem sich die Leiter 120 aus erstrecken, wird gewährleistet, dass eine Breite eines Leiters gering bleibt, so dass in dem Leiter kein wirbelförmiger Stromfluss (oder nur ein vernachlässigbarer wirbelförmiger Stromfluss) entstehen kann.
Durch die Verzweigungen ist eine Anzahl von voneinander beabstandeten, zueinander benachbarten Leitern in einem Bereich 350, welcher sich von dem Abstand r₄ nach außen zu einem Rand der Leiterplatte erstreckt, doppelt so groß als eine Anzahl der Leiter in einem Bereich 340, welcher sich von dem Abstand r₃ zu dem Abstand r₄ erstreckt. Des Weiteren ist die der Anzahl der Leiter in dem Bereich 340 doppelt so groß als eine Anzahl der Leiter in einem Bereich 330, welcher sich von dem Abstand r₂ zu dem Abstand r₃ erstreckt. Weiterhin ist die Anzahl der Leiter in dem Bereich 330 doppelt so groß als eine Anzahl von Leitern in einem Bereich 320, welcher sich von dem Abstand r₁ zu dem Abstand r₂ erstreckt.
Analog zu 1 ist es auch hier bevorzugt, eine Breite der Leiter 120 und einen Abstand der Leiter 120 zueinander möglichst gering zu wählen, um einerseits eine hohe Abschirmung eines elektrischen Feldes durch eine dichte Anordnung der Leiter 120 und andererseits keine negative Beeinflussung (oder nur eine vernachlässigbare Beeinflussung) eines magnetischen Feldes durch eine geringe Breite der Leiter 120 zu ermöglichen. Die Verzweigungspunkte der Leiter 120 können beispielsweise so gewählt werden, dass eine Breite eines der Leiter 120 (in den Bereichen 320–350) immer kleiner als 1 mm, kleiner als 1,5 mm, kleiner als 2 mm oder kleiner als 5 mm ist. Ein Abstand zueinander benachbarter Leiter 120 kann beispielsweise so gewählt werden, dass dieser (in den Bereichen 310–350) kleiner als 0,1 mm, kleiner als 0,2 mm, kleiner als 0,5 mm oder kleiner als 1 mm ist. Eine maximale Länge l₃ eines Leiters aus der Mehrzahl von Leitern 120 kann dabei analog zu 1 so gewählt werden, dass diese maximale Länge l₃ um einen gegebenen Faktor kleiner ist als eine Nutzwellenlänge einer Antennenvorrichtung, in welcher die Leiter 120 zum Abschirmen eines parasitären elektrischen Feldes einer Sendeantenne der Antennenvorrichtung genutzt werden. Für eine Nutzfrequenz von 6,78 MHz, was einer Wellenlänge von ca. 44,2 m entspricht, kann die maximale Länge l₃ eines Leiters aus der Mehrzahl von Leitern 120 beispielsweise in einem Bereich von 10–20 cm oder 12–17 cm oder 14,5–15,5 cm oder bevorzugt 15 cm ± 5% liegen. Die maximale Länge l₃ ist hier definiert als die Lunge des längsten Leiters aus der Mehrzahl von Leitern 120, welcher sich von dem Zentrum, in welchem die Leiter 120 mit dem Bezugspotentialanschluss 130 verbunden sind, nach außen bis zu einem Außenrand des Bereichs 350 erstreckt. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die maximale Länge l₃ auch an eine Ausdehnung einer Sendeantenne 110 angepasst werden, beispielsweise so, dass die Leiter 120 einen durch eine Leiterschleife der Sendeantenne 110 aufgespannten Bereich komplett überdecken.
Wird die maximale Länge l₃, wie oben beschrieben um einen gegebenen Faktor kleiner gewählt als die Nutzwellenlänge, so kann davon ausgegangen werden, dass ein Potential entlang der maximalen Länge l₃ der Leiter 120 konstant ist, wodurch parasitäre Effekte in den Leitern 120 vermieden werden können.
Obwohl sich bei dem obigen Ausführungsbeispiel von Leitern 120 sich die Leiter insgesamt viermal aufteilen (in den Abständen r₁, r₂, r₃ und r₄), so können sich gemäß weiteren Ausführungsbeispielen die Leiter 120 beliebig oft verzweigen, um eine optimale Abschirmung eines parasitären elektrischen Feldes und eine möglichst geringe oder gar keine negative Beeinflussung eines magnetischen Feldes zu erreichen.
Wie in 3a gezeigt, können die Abstände r₁, r₂, r₃ und r₄ Radien sein, welche sich von dem Zentrum der Leiterplatte radial nach außen bezüglich der Leiterplatte in der Ebene erstrecken.
Wie weiterhin aus 3a ersichtlich wird, kann ein Abstand zwischen zwei benachbarten Leitern bei allen Leitern aus der Mehrzahl der Leiter 120 derselbe sein. Ferner kann ein Abstand zwischen zwei benachbarten Teilleitern, welche aus einer Verzweigung eines Leiters aus der Mehrzahl der Leiter 120 hervorgegangen sind, bei allen Teilleitern derselbe sein und insbesondere genau so groß, wie ein Abstand zwischen zwei benachbarten Leitern aus der Mehrzahl der Leiter 120.
Weiterhin kann beispielsweise ein Abstand zwischen zwei benachbarten Leitern aus der Mehrzahl der Leiter 120 im Wesentlichen konstant entlang Erstreckungsrichtungen (vom Zentrum nach außen, beispielsweise entlang der Abstände r₁, r₂, r₃ und r₄) der zwei benachbarten Leiter von dem Abstand r₁ nach außen bezüglich der Ebene sein oder entlang der Erstreckungsrichtungen um einen Faktor kleiner 5%, kleiner 10%, kleiner 25%, oder kleiner 50% variieren.
Im Wesentlichen soll in dieser Anmeldung bedeuten, dass ein Toleranzbereich von ±2% zulässig ist.
Analog dazu kann beispielsweise auch ein Abstand zweier benachbarter Teilleiter (welche aus einer Verzweigung eines Leiters aus der Mehrzahl der Leiter 120 hervorgehen) im Wesentlichen konstant entlang Erstreckungsrichtungen der zwei benachbarten Teilleiter nach außen bezüglich der Ebene sein oder entlang der Erstreckungsrichtungen um einen Faktor kleiner 2%, kleiner 5%, kleiner 10%, kleiner 25%, oder kleiner 50% variieren. Ferner kann der Abstand zwei benachbarter Teilleiter gleich dem Abstand zwei benachbarter Leiter aus der Mehrzahl der Leiter 120, welche sich von dem Abstand r₁ zu dem Abstand r₂ erstrecken, sein oder um einen Faktor kleiner 5%, kleiner 10%, kleiner 25%, oder kleiner 50% von diesem abweichen.
Bei einem Konstanthalten der Abstände zwischen zwei benachbarten Leitern aus der Mehrzahl der Leiter 120 kann, wenn sich die Mehrzahl der Leiter 120 radial nach außen erstrecken (wie dies in 3a der Fall ist), eine Breite mindestens einer der Leiter (oder beider benachbarter Leiter) mit einem erhöhten Abstand zu dem Zentrum, von welchem sich die beiden benachbarten Leiter aus erstrecken, zunehmen. Wie bereits erwähnt, wird bei dem in 3a gezeigten Beispiel eine Breite Mehrzahl der Leiter 120 dadurch gering gehalten, dass sich diese in regelmäßigen Abständen verzweigen, so dass keine signifikant große Fläche zur Induktion von wirbelförmigen Stromflüssen, innerhalb der Breite eines Leiters aus der Mehrzahl der Leitern 120, gebildet wird.
Der Abstand r₂ kann beispielsweise so gewählt werden, dass eine Breite eines Leiters aus der Mehrzahl der Leitern 120, welcher sich in dem Abstand r₂ in zwei voneinander beabstandete benachbarte Teilleiter aufteilt, in dem Abstand r₂ maximal 1,5 mal, maximal 2 mal, maximal 3 mal oder maximal 5 so groß ist wie eine Breite des Leiters in dem Abstand r₁. Diese Regel kann auch für die Verzweigung der Teilleiter in der Abständen r₂, r₃ und r₄ gelten.
3b zeigt eine Draufsicht auf eine Antennenvorrichtung 300 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Antennenvorrichtung 300 weist eine induktive Sendeantenne 110 und die aus 3a beschriebene Anordnung der Mehrzahl von Leitern 120 auf. Die induktive Sendeantenne 110 ist in 3b gestrichelt dargestellt, da sie in einer z-Richtung, welche in die Zeichenebene hinein verläuft, hinter den Leitern 120 angeordnet ist. Wie im Vorhergehenden beschrieben, können die Leiter 120 auf einer Leiterplatte angeordnet sein, beispielsweise in Form einer kupferkaschierten Leiterplatte mit voneinander beabstandeten Leiterbahnen. Die Sendeantenne 110 kann hinter dieser Leiterplatte angeordnet sein oder als eine Leiterbahn oder mehrere Leiterbahnen auf einer weiteren Schicht der Leiterplatte (in z-Achsenrichtung hinter oder unter der Leitern 120) angeordnet sein.
Ein Transponder oder ein anderes mit dem Magnetfeld der Sendeantenne 110 zu versorgendes Gerät wird bei einer bestimmungsgemäßen Anwendung der Antennenvorrichtung 300 vor den Leitern 120 platziert, so dass die Leiter 120 zwischen der Sendeantenne 110 und dem Gerät angeordnet sind, um ein parasitäres elektrisches Feld der Sendeantenne 110 abzuschirmen, aber ein magnetisches Feld der Sendeantenne 110 durchzulassen.
Ausführungsbeispiele ermöglichen damit, insbesondere bei implantierten Transpondern, eine unmittelbar an der menschlichen Körperoberfläche durch die hohe erforderliche Sendespulenspannung (in der induktiven Sendeantenne 110) auftretende elektrische Feldstärke durch eine darauf wirkende Abschirmung (die Leiter 120) auf gegebenenfalls vorgegebene Grenzwerte zu reduzieren, ohne die fit die Energie und Datenübertragung wesentliche magnetische Feldkomponente nennenswert zu schwächen.
Dies kann durch eine geeignet strukturierte Metallfläche oder Folie erfolgen, wobei die Strukturierung in ihrer Geometrie so gewählt ist, dass insbesondere weitgehend keine energieverzerrenden Wirbelströme (wirbelförmige Stromflüsse) erzeugt werden.
4 zeigt eine Antennenvorrichtung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Antennenvorrichtung 400 unterscheidet sich von der in 3b gezeigten Antennenvorrichtung 300 dadurch, dass sie ferner eine Empfangsantenne 410 mit einer Hauptsensivitätsrichtung aufweist. Die Empfangsantenne 410 ist so angeordnet, dass ihre Hauptsensivitätsrichtung entgegengesetzt der Hauptabstrahlrichtung der Sendeantenne 110 ist. Genauer gesagt, kann die Empfangsantenne 410 in der Hauptabstrahlrichtung der Sendeantenne 110 angeordnet sein. Während die Sendeantenne 110, in die Zeichenebene hinein gesehen, hinter den Leitern 120 angeordnet ist, so ist die Empfangsantenne 410 vor den Leitern 120 angeordnet. Somit kann zusätzlich zu der Reduzierung der elektrischen Feldstärke in einem Bereich verlustbehafteter Medien, wie beispielsweise in einem Bereich eines menschlichen Körpers, auch eine elektrische Entkopplung von einer räumlich benachbarten Sendeantenne 110 oder Sendespule zu einer Empfangsantenne oder Empfangsspule möglich sein, was mit einer deutlichen Verbesserung der Empfangssituation schwacher Datensignale trotz der vorher ausgesandten hohen Sendefeldstärke einhergeht. Ein parasitäres elektrisches Feld, welches durch eine hohe Sendespulenspannung an der Sendeantenne 110 erzeugt wird, hat damit keinen (oder nur einen insignifikant geringen) Einfluss auf die Empfangsantenne 410. Dies kann zu einem besseren Signalrauschverhalten der Antennenvorrichtung 400 führen im Vergleich zu Antennenvorrichtungen, in welchen keine Abschirmung in Form von voneinander beabstandeten Leitern 120 vorhanden ist, was zu einer höheren Sensitivität der Antennenvorrichtung 400 und damit zu einer höheren Lesereichweite führt.
Wie in 4 gezeigt, können gemäß einigen Ausführungsbeispielen die Sendeantenne 110, die Leiter 120 und die Empfangsantenne 410 in verschiedenen parallel zu einander liegenenden von einander beabstandeten Ebenen angeordnet sein. Die Sendeantenne 110 die Leiter 120 und die Empfangsantenne 410 bzw. deren Spulenbereiche können sich dabei zumindest teilweise oder vollständig überlappen. Dem Fachmann ist dabei klar, dass um eine optimale Abschirmung des parasitären elektrischen Feldes der Sendeantenne 110 zu ermöglichen die Leiter 120 bevorzugt einen gesamten Spulenbereich der Sendeantenne 110 und eine Einspeisung der Sendeantenne 110 überlappen (was natürlich auch für die anderen in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiele gelten kann).
Wie im Vorhergehenden bereits beschrieben, können sowohl die Leiter 120 auf einer Leiterplatte angeordnet sein als auch die Sendeantenne 110. Des Weiteren kann auch die Empfangsantenne 410 auf derselben Leiterplatte, beispielsweise in einer anderen Schicht als die Leiter 120 und die Sendeantenne 110, angeordnet sein. So kann beispielsweise die Sendeantenne 110 auf einer sogenannten „bottom-layer” (Bodenschicht), die Leiter 120 auf einer Zwischenschicht und die Empfangsantenne 410 auf einer sogenannten „top-layer” (Oberschicht) einer Leiterplatte angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die Sendeantenne 110 und die Empfangsantenne 410 auch als voneinander getrennte Spulen ausgebildet sein, wobei die Leiter 120, beispielsweise in Form einer Folie, zwischen der Sendeantenne 110 und der Empfangsantenne 410 angeordnet sind.
Obwohl in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel die Leiter 120 in einer Ebene zwischen der Sendespule 110 und der Empfangsspule 410 angeordnet sind, so können die Sendespule 110 und die Empfangsspule 410 auch in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, und die Leiter 120 können in einer Ebene oberhalb oder unterhalb dieser gemeinsamen Ebene angeordnet sein. Auch bei einer Anordnung der Sendespule 110 und der Empfangsspule 410 in der gemeinsamen Ebene, können sich Spulenbereiche der Sendespule 110 und der Empfangsspule 410 überlappen, so kann sich beispielsweise bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Sendespule 110 um die Empfangsspule 410 erstrecken.
Obwohl in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel eine radiale Anordnung der Leiter 120 zwischen der Sendeantenne 110 und der Empfangsantenne 410 verwendet wurde, so kann gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch eine beliebige andere Anordnung der voneinander beabstandeten, zueinander benachbarten Leiter 120 verwendet werden, beispielsweise eine parallele Anordnung, wie sie in 1 gezeigt wurde.
Die Nutzung einer radialen Anordnung der zueinander benachbarten, voneinander beabstandeten Leiter 120, wie dies in 4 gezeigt ist, ermöglicht eine vollkommen symmetrische Anordnung der Leiter bezüglich einer kreisrunden Leiterschleife der Sendeantenne 110, wie dies in 4 gezeigt ist. Die symmetrische Anordnung der Leiter 120 bezüglich der Sendeantenne 110 führt dazu, dass Verstimmungen der Sendeantenne 110, aufgrund der über ihr angeordneten Leiter 120, gering gehalten werden können.
Trotz der symmetrischen Anordnung der Leiter 120 bezüglich der Sendeantenne 110 nehmen die Leiter 120 Einfluss auf eine Resonanzfrequenz und Güte der Sendeantenne 110, die Sendeantenne 110 kann daher gemäß weiteren Ausführungsbeispielen in ihrer Resonanzfrequenz an die Leiter 120 angepasst werden, so dass die Resonanzfrequenz der Sendeantenne 110, trotz der Anordnung der Leiter 120 in einem geringen Abstand zu dieser, in dem gewünschten Bereich, wie beispielsweise 6,78 MHz, liegt.
5a zeigt ein Blockdiagramm eines Transponderlesegeräts 500. Das Transponderlesegerät 500 kann auch als Leser oder Reader bezeichnet werden. Das Transponderlesegerät 500 weist einen Prozessor 510 und eine Antennenvorrichtung 520 auf. Die Antennenvorrichtung 520 kann beispielsweise eine der in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gezeigten Antennenvorrichtungen sein, beispielsweise die Antennenvorrichtung 100 aus 1 oder die Antennenvorrichtung 300 aus 3b oder die Antennenvorrichtung 400 aus 4. Das Transponderlesegerät 500 kann aufgrund der Nutzung der Antennenvorrichtung 520 (welche Leiter 120 aufweist, um ein parasitäres elektrisches Feld einer Sendeantenne 110 der Antennenvorrichtung 520 zu unterdrücken) eine erhöhte Reichweite gegenüber bekannten Transponder-Lesegeräten aufweisen, bei welchen ein parasitäres elektrisches Feld einer Sendespule des Transponderlesegeräts nicht abgeschirmt wird. Des Weiteren kann eine Leistungsaufnahme des Transponderlesegeräts 500 bei gleicher Lesereichweite geringer sein, als dies mit Transponderlesegeräten ohne Abschirmung des elektrischen Feldes möglich ist, da bei dem in 5a gezeigten Transponderlesegerät 500 keine (oder nur eine insignifikant geringe) Energie aufgrund eines parasitären elektrischen Feldes in einem verlustbehafteten Medium in Wärme umgewandelt wird. Besonders in der medizinischen Anwendung ist dies von Vorteil, da eine unnötige Erwärmung menschlichen Gewebes zu vermeiden ist. Weiterhin kann eine Sendespulenspannung größer und damit eine Feldstärke eines Sendemagnetfeldes größer bei dem Transponderlesegerät 500 als bei Transponderlesegräten ohne Abschirmung des parasitären elektrischen Feldes gewählt werden und dabei trotzdem die gleichen Grenzwerte bezüglich einer elektrischen Feldstärke eingehalten werden. Das Transponderlesegerät 500 kann beispielsweise ein RFID-Lesegerät, NFC („Near Field Communication – Nahfeldkommunikation) Lesegerät oder ein anderes drahtloses Kommunikationsgerät, welches ein Magnetfeld zur Übertragung von Daten nutzt, sein.
5b zeigt ein Blockdiagramm eines Induktionsherdes 530 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Induktionsherd 530 weist eine Induktionsplatte 540 auf. Die Induktionsplatte 540 weist eine Antennenvorrichtung 550 auf. Die Antennenvorrichtung 550 kann beispielsweise eine der im Vorhergehenden beschriebenen Antennenvorrichtungen sein, beispielsweise die Antennenvorrichtung 100 gemäß 1 oder die Antennenvorrichtung 300 gemäß 3b. Eine Nutzung der Antennenvorrichtung 550 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in dem Induktionsherd 530 ermöglicht eine Abschirmung eines parasitären elektrischen Feldes einer Sendeantenne 110 der Antennenvorrichtung 550 des Induktionsherdes 530, welche zur Induktion eines Wirbelstromes in einem Topf oder einer Pfanne (oder anderem Induktionskochgeschirr) durch Magnetfeld der Sendeantenne 110 genutzt wird. Da keine unnötige Energie in eine Erwärmung verlustbehafteter Medien durch ein parasitäres elektrisches Feld der Sendeantenne 110 der Antennenvorrichtung 550 entsteht, kann eine Energieaufnahme des Induktionsherdes 530 bei gleicher Magnetfeldstärke geringer gehalten werden als eine Energieaufnahme eines Induktionsherdes, welcher eine Antennenanordnung ohne Abschirmung eines elektrischen Feldes einer Sendeantenne der Antennenanordnung aufweist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein wesentlicher Vorteil von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit ist, parasitäre elektrische Felder einer induktiven Antenne in unmittelbarer Nähe zu absorbieren, ohne das magnetische Feld negativ zu beeinflussen. Dadurch wird beispielsweise der Einsatz von Transpondersystemen möglich, bei denen eine Antenne des Lesegeräts Kontakt zu verlustbehafteten Materialien (wie beispielsweise menschliches Gewebe) besitzt.
Ausführungsbeispiele können in allen induktiven Übertragungssystemen eingesetzt werden. Und insbesondere vorteilhaft können Ausführungsbeispiele in allen induktiven Übertragungssystemen eingesetzt werden, bei denen eine felderzeugende Antenne in direkter Umgebung verlustbehafteter Materialien eingesetzt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen damit einen Schirm für eine induktive Antenne bereit, welcher ausgebildet ist, um parasitäre elektrische Felder der induktiven Antenne in unmittelbarer Nähe zu absorbieren, ohne das magnetische Feld negativ zu beeinflussen.

Claims

Antennenvorrichtung mit folgenden Merkmalen: einer induktiven Sendeantenne (110) mit einer Hauptabstrahlrichtung; einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten, zueinander benachbarten Leitern (120); und einem Bezugspotentialanschluss (130), welcher mit der Mehrzahl der Leiter (120) verbunden ist; wobei die Mehrzahl der Leiter (120) in einem vorbestimmten Abstand von der induktiven Sendeantenne (110) entlang der Hauptabstrahlrichtung in einer Ebene angeordnet sind; wobei ein Winkel zwischen der Ebene der Leiter (120) und der Hauptabstrahlrichtung existiert; wobei sich die Mehrzahl der Leiter (120) ausgehend von einem ersten Bereich (310), innerhalb ihrer Ebene, radial nach außen erstrecken, wobei die Mehrzahl der Leiter (120) in dem ersten Bereich (310) leitfähig miteinander und dem Bezugspotentialanschluss (130) verbunden sind, und wobei sich jeder der Leiter (120) an einer Position beabstandet von dem ersten Bereich (310) in zwei voneinander benachbarte Teilleiter verzweigt.
Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der eine Breite von Leitern aus der Mehrzahl der Leiter (120) identisch ist oder um maximal 10% voneinander abweicht.
Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der ein Abstand zwischen zwei benachbarten Leitern aus der Mehrzahl der Leiter (120) entlang Erstreckungsrichtungen der zwei benachbarten Leiter konstant ist.
Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein Abstand zwei benachbarter Teilleiter zueinander entlang Erstreckungsrichtungen der zwei benachbarten Teilleiter konstant ist.
Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der der Abstand der zwei benachbarten Teilleiter gleich einem Abstand zwei benachbarter Leiter aus der Mehrzahl der Leiter (120) ist.
Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Position, an welcher sich die Leiter (120) verzweigen so gewählt ist, dass eine Breite eines Leiters aus der Mehrzahl der Leiter (120), welcher sich an dieser Position in zwei voneinander beabstandete benachbarte Teilleiter verzweigt, an dieser Position maximal doppelt so groß ist, wie eine Breite des Leiters an einem Rand des ersten Bereichs (310), von welchem sich der Leiter erstreckt.
Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Mehrzahl der Leiter (120) auf einer ersten Oberfläche eines Substrats (190) aus nicht elektrisch leitfähigem Material angeordnet sind.
Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die induktive Sendeantenne (110) auf einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden, Oberfläche des Substrats (190), angeordnet ist.
Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Mehrzahl der Leiter (120) auf einer ersten Schicht eines mehrschichtigen Substrates (190) aus nicht elektrisch leitfähigem Material angeordnet sind.
Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die induktive Sendeantenne (110) auf einer zweiten Schicht des mehrschichtigen Substrats (190), welche oberhalb oder unterhalb der ersten Schicht des mehrschichtigen Substrats (190) angeordnet ist, angeordnet ist.
Antennenvorrichtung gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend eine Empfangsantenne (410), welche in der Hauptabstrahlrichtung der induktiven Sendeantenne (110) auf einer dritten Schicht des mehrschichtigen Substrats (190) angeordnet ist, wobei die erste Schicht des mehrschichtigen Substrats (190) zwischen der dritten Schicht des mehrschichtigen Substrats (190) und der zweiten Schicht des mehrschichtigen Substrats (190) angeordnet ist.
Antennenvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ebene, in welcher die Mehrzahl der Leiter (120) angeordnet sind, orthogonal zu der Hauptabstrahlrichtung der Sendeantenne (110) ist.
Antennenvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Länge (l₃) eines längsten Leiters aus der Mehrzahl der Leiter (120) mindestens um einen Faktor 100 kleiner ist als eine Nutzwellenlänge der induktiven Sendeantenne (110).
Transponderlesegerät mit einer Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
Induktionsherd mit einer Antennenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.