DE102012009290A1

DE102012009290A1 - Zirkular polarisierte UHF-RFlD-Antenne

Info

Publication number: DE102012009290A1
Application number: DE201210009290
Authority: DE
Inventors: Iliev Stoyan; Gerald Schillmeier; Thomas Lankes
Original assignee: Kathrein Sachsen GmbH
Current assignee: Kathrein Sachsen GmbH
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2032-05-12
Also published as: DE102012009290B4

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist eine zirkular polarisierte UHF RFID-Antenne, die eine zirkular polarisierte Welle erregt und gleichzeitig nur einen Teil der in der Antenne gespeisten Leistung abstrahlt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine zirkular polarisierte UHF-RFID-Antenne, die aus einem runden, einem rahmenförmigen oder einem n-polygonalen Streifenleiter (1) besteht, der im Abstand zu einer Massefläche parallel dazu unter Zwischenschaltung eines Dielektrikums (5) angeordnet ist und eine Länge von ca. λ Länge hat, wobei der Streifenleiter (1) an einem Ende gegen Masse (4) gespeist ist und am anderen Ende durch einen Widerstand (2), der genau die Leitungsimpedanz aufweist, abgeschlossen ist und der Widerstand (2) zwischen dem Ende des Streifenleiters (1) und der Masse (4) geschaltet ist, gelöst. Die Erfindung betrifft eine zirkular polarisierte UHF-RFID-Antenne.

Description

Die Erfindung betrifft eine zirkular polarisierte UHF-RFID-Antenne
Zirkular polarisierte RFID-Antennen, die für eine gute Energieabstrahlung optimiert sind, sind Stand der Technik. Als Beispiel werden Patchantennen oft dafür eingesetzt. Die zirkular-polarisierten Patchantennen können durch ein oder zwei Ports gespeist werden. Die Ein-Port-Patchantennen erzielen die zirkulare Polarisation durch Änderung der Patch-Geometrie. In diesem Fall werden zum Beispiel zwei Ecken des Patchs weggeschnitten. Bei den Zwei-Port-Patchantennen werden die Ports mit Signalen gespeist, die die gleichen Amplituden aufweisen und 90° Phasen-Verschiebung haben, wie in WO 2010/069433 A1 beschrieben. Auf diese Weise entstehen zirkular polarisierte Antennen, die einen hohen Abstrahlungswirkungsgrad haben. Dadurch werden Transponder, die sich mehr als 10 m vor der Antenne befinden, gelesen. Solche Antennen haben einen typischen zirkularen Gewinn von 8 dBic. Ein typischer RFID-Reader hat eine Ausgangsleistung im Bereich von 20 dBm bis zu 33 dBm. Wenn die e. r. p. Leistung von einer typischen Patchantenne berechnet wird, ergibt sich eine minimale e. r. p. Leistung von ca. 23 dBm (ohne Berücksichtigung der Kabeldämpfung). Mit dieser e. r. p. Leistung können Transponder, die mehr als 3 m von der Antenne entfernt sind, gelesen werden. Eine weitere Reduzierung des Lesebereichs wird nur durch Benutzung eines langen Kabels oder externer Dämpfungsglieder geschafft.
Bei der RFID-Technologie werden auch Nahfeld-Antennen benutzt, die eine begrenzte Abstrahlung aufweisen. Mit solchen Antennen werden nur Transponder gelesen, die sich in der unmittelbaren Nähe (unter 10 cm) der Antenne befinden. Solche Antennen bestehen meistens aus Mikrostreifenleitungen, die eine laufende Welle erregen. Als Beispiel wird die Antenne in WO 2010/124811 A1 betrachtet, die aus einer Mikrostreifenleitung besteht, die kürzer als λ/2 ist, wobei λ die Wellenlänge im Substrat ist. Die Antenne ist an einem Ende gespeist und an dem anderen Ende mit der Leitungsimpedanz abgeschlossen. Durch die kurze Länge erzielt diese Antenne ein starkes magnetisches Feld über sich, und sie strahlt kaum Leistung ab.
Die in US 7612719 B2 beschriebene Antenne ist eine Nahfeld-linear-polarisierte Antenne, die aus einer gerade laufende Mikrostreifenleitung besteht. Dadurch ergibt sich eine laufende Welle, und es wird kaum Leistung abgestrahlt. Diese Antenne kann als eine „meander” Antenne gebaut werden und ist in US 2007/0268143 A1 beschrieben. Diese Antennentypen sind dafür optimiert, nur Transponder, die sich in der unmittelbaren Nähe (unter 10 cm) der Antenne befinden, zu lesen. Die typischen Einsätze solcher Antennen sind die RFID-Drucker.
Aufgabe der Erfindung ist eine zirkular polarisierte UHF RFID-Antenne, die eine zirkular polarisierte Welle erregt und gleichzeitig nur einen Teil der in der Antenne gespeisten Leistung abstrahlt und bei der der Lesebereich gegenüber den Nahfeld-Antennen vergrößert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Nebenansprüche gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf diese Weise der Lesebereich der Antenne gut begrenzt werden kann, und es werden nur Transponder, die sich in der Nähe von der Antenne, mit einem Abstand von weniger als 1 m, befinden, gelesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt
1a: eine zirkular polarisierte UHF-RFID Antenne,
1b: ein Diagramm der UHF-RFID Antenne nach 1,
2: Schnitt des Mikrostreifenleiters
3: eine andere zirkular polarisierte UHF-RFID Antenne und
4: eine weitere zirkular polarisierte UHF RFID-Antenne.
In 1 und 2 (vertikaler Schnitt der Antenne) ist eine erfindungsgemäße zirkular polarisierte UHF RFID-Antenne dargestellt. Sie besteht aus einem runden, quadratischen oder n-polygonalen Mikrostreifenleiter, der λ lang oder ca. λ lang ist, wobei λ die Wellenlänge im Dielektrikum ist. Der Mikrostreifenleiter besteht aus einem runden Streifenleiter 1, der über eine Masse 4, 2, verläuft. Zwischen dem Streifenleiter 1 und der Masse 4 ist ein Dielektrikum 5 vorhanden. Das Dielektrikum 5 ist ein Substrat, beispielsweise FR4, das für die Leiterplattenherstellung oft genommen wird, weil es sehr preiswert ist; es sind mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatten. Der Elektrizitätswert des Dielektrikums 5 liegt typisch zwischen 4,0 und 4,7 und es ist besonders gut geeignet für das Herstellen dieser Antenne. Die so gebaute Mikrostreifenleitung weist eine charakteristische Impedanz von typisch 50 Ohm auf. Der Streifenleiter 1 ist an einem Speisepunkt 3' gespeist und am anderen Ende mit einem Widerstand 2, der die gleichgroße Impedanz hat wie die Leitungsimpedanz, abgeschlossen. Dadurch wird eine laufende Welle erregt und ein großer Teil der in die Antenne gespeisten Leistung, wird in den Widerstand gebracht.
Da der Mikrostreifenleiter genau oder ca. λ lang ist und eine laufende Welle erregt ist, wird das positive Maximum der Welle immer gegenüber dem negativen Minimum der Welle liegen. Als Folge wird ein elektrisches Feld zwischen diesen zwei Punkten erregt und in die Richtung senkrecht weg von der Antennenfläche abgestrahlt. Es ist aber sehr überraschend, dass durch die laufende Welle das abgestrahlte elektrische Feld rotiert. Dadurch ergibt sich eine zirkular polarisierte Antenne, bei der nur ein Teil der gespeisten Leistung abgestrahlt wird, weil ein großer Teil der Leistung in den Widerstand gebracht wird. Gegenüber den Antennen vom Stand der Technik stellt diese Antenne eine Lösung dar, bei der der Lesebereich gegenüber den Nahfeld-Antennen vergrößert wird, dadurch, dass das zirkular-polarisierte elektrische Feld abgestrahlt wird. Auf der anderen Seite wird im Vergleich zur strahlenden Patch Antenne diese Antenne viel weniger Leistung abstrahlen, da ein großer Teil der Leistung in den Widerstand gebracht wird.
3 zeigt eine andere Ausführung der zirkular polarisierten UHF-RFID Antenne, bei der vier gegenüberliegende Seiten des Mikrostreifenleiters bzw. des Streifenleiters 1 mit 2 λ/2 Leitungen 6 verbunden werden, wobei λ die Wellenlänge im Dielektrikum ist.
4 zeigt eine weitere Ausführung der zirkular polarisierten UHF RFID-Antenne, bei der der Mikrostreifenleiter bzw. des Streifenleiters 1 mit den Leitungen 6 in einer metallischen Wanne 7 liegt und damit das Vor-Rückverhältnis der Antenne verbessert.
Bezugszeichenliste

1: Streifenleiter
2: Widerstand mit Leitungsimpedanz
3: Speisepunkt
4: Masse
5: Dielektrikum
6: Leitungen
7: Wanne
λ: Wellenlänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010/069433 A1 [0002]
WO 2010/124811 A1 [0003]
US 7612719 B2 [0004]
US 2007/0268143 A1 [0004]

Claims

Zirkular polarisierte UHF-RFID-Antenne, die aus einem runden Streifenleiter (1) besteht, der im Abstand zu einer Massefläche parallel dazu unter Zwischenschaltung eines Dielektrikums (5) angeordnet ist und eine Länge von ca. λ Länge hat, wobei der Streifenleiter (1) an einem Ende gegen Masse (4) gespeist ist und am anderen Ende durch einen Widerstand (2), der genau die Leitungsimpedanz aufweist, abgeschlossen ist und der Widerstand (2) zwischen dem Ende des Streifenleiters (1) und der Masse (4) geschaltet ist.
Zirkular polarisierte UHF-RFID-Antenne, die aus einem rahmenförmigen Streifenleiter (1) besteht, der im Abstand zu einer Massefläche parallel dazu unter Zwischenschaltung eines Dielektrikums (5) angeordnet ist und eine Länge von ca. λ Länge hat, wobei der Streifenleiter (1) an einem Ende gegen Masse (4) gespeist ist und am anderen Ende durch einen Widerstand (2), der genau die Leitungsimpedanz aufweist, abgeschlossen ist und der Widerstand (2) zwischen dem Ende des Streifenleiters (1) und der Masse (4) geschaltet ist.
Zirkular polarisierte UHF-RFID-Antenne, die aus einem n-polygonalen Streifenleiter (1) besteht, der im Abstand zu einer Massefläche parallel dazu unter Zwischenschaltung eines Dielektrikums (5) angeordnet ist und eine Länge von ca. λ Länge hat, wobei der Streifenleiter (1) an einem Ende gegen Masse (4) gespeist ist und am anderen Ende durch einen Widerstand (2), der genau die Leitungsimpedanz aufweist, abgeschlossen ist und der Widerstand (2) zwischen dem Ende des Streifenleiters (1) und der Masse (4) geschaltet ist.
Zirkular polarisierte UHF-RFID-Antenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass vier gegenüberliegende Seiten des Mikrostreifenleiters mit 2 λ/2 Leitungen (6) verbunden sind.
Zirkular polarisierte UHF-RFID-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer metallischen Wanne (7) angeordnet ist, wodurch das Vor-Rückverhältnis der Antenne verbessert ist.