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In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden eine Antennenanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Antennenanordnung bereitgestellt.
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Bei Kommunikationssystemen mit einer Master-Vorrichtung und mit einer (oder mehreren) Slave-Vorrichtung(en), also beispielsweise mit einem Lesegerät als Master-Vorrichtung und mit einer gewöhnlichen kontaktlosen Chipkarte als Slave-Vorrichtung, kann es vorkommen, dass sich die Chipkarte während des Auslese- bzw. Kommunikationsvorgangs in Bewegung befindet, beispielsweise auf einer Kreisbahn in der Nähe des Lesegerätes. Gewöhnliche Antennen in Lesegeräten sind heutzutage meist rechteckig (mit abgerundeten Ecken) oder kreisförmig. Beispiele bekannter Antennen sind offenbart in
DE 197 15 215 C1 ,
DE 696 35 792 T2 . Das kann zur Folge haben, dass die magnetische Kopplung zwischen den kommunizierenden Vorrichtungen variiert und unter Umständen sehr schwach wird, insbesondere bei größer werdendem Abstand zwischen Rotationsachse, um welche die Chipkarte rotiert, und der Chipkarte selbst, da dies mit einer immer größer werdenden Schwankung des zeitlichen Abstandes zwischen Chipkarte und Lesegerät einhergeht.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Antennenstruktur (auch bezeichnet als Antennenanordnung) mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bzw. 9 bereitgestellt, welche in einem Lesegerät zum Einsatz kommen kann. Die Antennenstruktur ist für eine Kommunikation mit einer sich auf einer runden, beispielsweise kreisförmigen Bahn bewegenden Chipkarte angepasst bzw. ausgelegt dahingehend, dass die (induktive) Kopplung zwischen der Lesevorrichtung (anders ausgedrückt dem Lesegerät) und der sich auf der Kreisbahn bewegenden Chipkarte im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Um das zu erreichen, kann die Antennenstruktur derart ausgebildet sein, dass sich das magnetische Kopplungsfeld in einem Kreisringbereich parallel zur Antennenstrukturebene zwischen zwei konzentrisch angeordneten Ringen mit zwei unterschiedlichen Radien konzentriert, wobei es sich bei den Ringen um Antennen handeln kann. Anders ausgedrückt kann die Antennenstruktur so ausgebildet werden, dass sie ein Magnetfeld erzeugt, welches innerhalb einer Fläche zwischen zwei konzentrisch angeordneten Kreisen unterschiedlicher Radien betragsmäßig größer ist als das Magnetfeld außerhalb ebendieses Kreisrings, wobei sich der Kreisring in einer Ebene befinden kann, welche parallel zur Ebene der Antennenstruktur liegt. Verläuft die im Wesentlichen runde, beispielsweise kreisförmige Bewegungsbahn der Chipkarte innerhalb dieses Kreisrings, so kann die Kopplung zwischen der Chipkarte und der Lesevorrichtung nahezu konstant gehalten werden, da sich die von der Antennenstruktur abgestrahlte Leistung auf den Kreisringbereich konzentriert, in dem sich dann die Chipkarte im Wesentlichen ständig befindet.
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Es ist anzumerken, dass sich das im Rahmen dieser Beschreibung dargestellte Prinzip nicht auf ein Kommunikationssystem aus einer Chipkarte (auch Smartcard genannt) und einem dazugehörten Lesegerät beschränkt, welches als eines von vielen möglichen Systemen angeführt wird. Bei einer Chipkarte, wie sie beispielsweise in der Norm ISO/IEC 7810 und der Norm ISO/IEC 7816 Norm festlegt ist, kann es sich um eine kontaktlose Chipkarte oder zumindest eine Chipkarte handeln, welche zusätzlich zu kontaktbehafteter Kommunikation mittels darauf angeordneter Kontaktflächen auch kontaktlos, also mittels einer Antenne, mit einer Lesevorrichtung induktiv kommunizieren kann. Eine Chipkarte mit einer kontaktbehafteten und einer kontaktlosen Schnittstelle wird auch als Dual Interface Card (Zwei-Schnittstellen-Karte) bezeichnet. Eine Dual Interface Chipkarte kann ein Chipkartenmodul aufweisen, welches einen Chip und eine darauf angeordnete Chipkartenantenne (in diesem Fall auch als Chipkartenmodulantenne bezeichnet) in Form einer Leiterbahnwindungen aufweisenden Spule aufweisen kann, welche die Funktion einer Antenne übernimmt und die kontaktlose Kommunikation ermöglicht. Bei einem zumindest drahtlos kommunizierenden System wird die Lesevorrichtung auch als PCD (proximity coupling device - Nähe-Koppelvorrichtung) und eine dazugehörige Kontaktlos-Chipkarte als PICC (proximity integrated circuit card - Nähe-Karte mit integriertem Schaltkreis) bezeichnet. Die Kommunikationsfrequenz eines solchen Systems kann beispielsweise gemäß der Norm ISO/IEC 14443 bei 13,56 MHz liegen, was einer der Frequenzen des RFID (radio-frequency identification - Radiofrequenz-Identifikation) -Standards im Kurzwellenbereich entspricht. In diesem Fall kann eine dazugehörige Karte oder das dazugehörige Chipkartenmodul auch als RFID-Tag bezeichnet werden.
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Das Vorliegen einer vollwertigen Chipkarte, d.h. eines Chipkartenkörpers mit darin eingebettetem Chipkartenmodul, ist jedoch keine Voraussetzung für die Anwendung der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele. Genau so gut sind Anwendungen denkbar, bei denen nur das Chipkartenmodul (oder Teile davon - z.B. der Chip als elektrischer Schaltkreis und eine dazugehörige Antenne), welches anschaulich das Herz der Chipkarte ausmacht und in dem Chipkartenkörper der Chipkarte eingebettet liegt, auch auf oder in andere Vorrichtungen eingebracht wird, beispielsweise auf Datenträger wie CD-ROMs, DVD-ROMs oder Blu-Ray-Medien oder etwa Räder von Fortbewegungsmitteln oder Turbinenrotoren, im Allgemeinen zusammengefasst auf Rotoren mechanischer Systeme.
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Es ist ferner zu betonen, dass im Rahmen dieser Beschreibung unter einer runden, beispielsweise kreisförmigen, Umlauf- oder Bewegungsbahn auch entsprechende Umlaufbahnen zu verstehen sind, welche rund, beispielsweise im Wesentlichen kreisförmig sind, also von der streng geometrischen Kreisform abweichen. Damit können beispielsweise ovale Bewegungsbahnen oder solche vorgesehen sein, welche mit einer gewissen Amplitude um eine Kreisbahn oszillieren und somit beispielsweise im Mittel eine Kreisbahn darstellen, wobei hier jedoch keine Beschränkung auf symmetrische Abweichungen von der Kreisbahn erfolgen soll. Die Abweichungen von der Kreisbahn können auch unregelmäßig bzw. streuend erfolgen. Im Rahmen dieser Beschreibung kann unter einer im Wesentlichen kreisförmigen Bahn ein Bewegungspfad verstanden werden, welcher nahezu kreisförmig oder oval verläuft, mit oder ohne regelmäßige oszillatorische oder unregelmäßige Abweichungen von diesem nahezu kreisförmigen oder ovalen Bewegungspfad, wobei dieser Pfad geometrisch von einem Kreisring beschränkbar sein kann. Mit anderen Worten ist im Rahmen dieser Beschreibung unter einer im Wesentlichen kreisförmigen Umlauf- oder Bewegungsbahn eine Umlaufbahn zu verstehen, welche innerhalb eines Bereiches verläuft, der durch zwei konzentrisch ineinander angeordnete Kreise beschränkt ist.
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In verschiedenen beispielhaften Ausführungsbeispielen wird eine Antennenanordnung bereitgestellt, welche eine erste Antenne, eine zweite Antenne und eine Steuerung aufweist. Die erste Antenne und die zweite Antenne können im Wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet sein, wobei die erste Antenne und die zweite Antenne derart zueinander angeordnet sein können, dass zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne eine Zwischenfläche definiert ist. Die Steuerung kann eingerichtet sein die erste Antenne und die zweite Antenne derart anzusteuern, dass ein sich in der Zwischenfläche ergebendes Magnetfeld betragsmäßig größer ist als das von der ersten Antenne in der Zwischenfläche erzeugte Magnetfeld und als das von der zweiten Antenne in der Zwischenfläche erzeugte Magnetfeld.
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Die Eigenschaft, dass die erste Antenne und die zweite Antenne im Wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet sein können, ist so zu verstehen, dass die erste Antenne (beispielsweise die sie ausbildende(n) Leiterbahn(en)) eine erste Ebene definiert oder in dieser angeordnet ist und die zweite Antenne eine zweite Ebene definiert oder in dieser angeordnet ist. Die erste Ebene und die zweite Ebene können identisch sein oder sie können in einem Abstand parallel zueinander vorliegen. Beispielsweise kann es sich als vorteilhaft herausstellen, jede der Antennen auf jeweils einer Folie oder einem Träger anzuordnen. In der bauteilmäßigen Ausfertigung können dann die beiden Folien oder Träger aneinander angrenzend vorliegen, jedoch streng genommen in einem durch die Dicke der Träger oder Folien bedingten Abstand zueinander. In einem solchen Fall würden die erste Antenne und die zweite Antenne einen vertikalen Versatz zueinander aufweisen. Im Rahmen dieser Beschreibung gelten die beiden Antennen als im Wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet, wobei vertikale Abstände zwischen den Ebenen der beiden Antennen beispielsweise von bis zu ungefähr 10 mm, beispielsweise von bis zu ungefähr 8 mm , beispielsweise von bis zu ungefähr 6 mm, beispielsweise von bis zu ungefähr 5 mm, beispielsweise von bis zu ungefähr 4 mm, beispielsweise von bis zu ungefähr 3 mm als unbeachtlich angesehen werden können, da sie für die technische Umsetzung ohne nennenswerte Nachteile/Auswirkungen sind.
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Das sich im Betrieb der Antennenanordnung in der Zwischenfläche ergebende Magnetfeld entspricht einer Überlagerung des Magnetfeldes, das von der ersten Antenne erzeugt wird, und des Magnetfeldes, das von der zweiten Antenne erzeugt wird. Dabei ist global betrachtet das Magnetfeld in der Zwischenfläche betragsmäßig größer als das Magnetfeld außerhalb der Zwischenfläche.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Antennenanordnung können die erste Antenne und die zweite Antenne im Wesentlichen in einem konstanten Abstand zueinander angeordnet sein.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Antennenanordnung können die erste Antenne und die zweite Antenne jeweils eine Schleifenantenne bilden. Die erste Antenne und/oder die zweite Antenne können eine oder mehr Windungen aufweisen.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Antennenanordnung können die erste Antenne und die zweite Antenne im Wesentlichen kreisförmig sein. Die kreisförmige Form kann als eine vorteilhafte Anpassung der Geometrie der Antennenanordnung gesehen werden, um ein Magnetfeld als Kopplungsfeld bereitzustellen, welches auf einer in der Zwischenfläche verlaufenden Kreisbahn im Wesentlichen im zeitlichen Mittel konstant ist. Bei Bedarf können jedoch auch Abweichungen von der Kreisform vorgesehen sein, sofern die Kreisbahn der bewegten Vorrichtung, welche an das Kopplungsfeld koppeln soll, innerhalb der ovalen Zwischenfläche liegt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Antennenanordnung kann die Steuerung eingerichtet sein, die erste Antenne und die zweite Antenne mit elektrischen Strömen mit zueinander verschobenen Phasen, beispielsweise im Wesentlichen zueinander entgegengesetzten Phasen, anzusteuern. Mit anderen Worten kann beispielsweise die Phasenverschiebung zwischen den beiden Wechselströmen, wovon jeder mittels der Steuerung in jeweils eine Antenne eingekoppelt wird, Pi betragen kann. In einer Ausgestaltung kann die Phasenverschiebung als Steuerungsparameter eingesetzt werden, um mögliche elektrische Differenzen in den zwei Einspeise-Schaltkreisen auszugleichen.
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In verschiedenen beispielhaften Ausführungsbeispielen wird ferner eine Anordnung bereitgestellt, welche die soeben beschriebene Antennenanordnung, einen Träger mit einem elektrischen Schaltkreis und einer mit dem elektrischen Schaltkreis gekoppelten Antenne zum Bereitstellen von Energie an den elektrischen Schaltkreis und eine Halteeinrichtung zum Halten des Trägers aufweist. Die Halteeinrichtung kann eingerichtet sein, den Träger derart relativ zu der Antennenanordnung zu positionieren und/oder zu bewegen, dass die Antenne des Trägers im Wesentlichen mittels des in der Zwischenfläche der Antennenanordnung erzeugten Magnetfeldes mit Energie versorgt wird. Neben der Energieversorgung kann das Magnetfeld auch zur Datenübertragung zwischen einer Leseeinheit und dem elektrischen Schaltkreis verwendet werden.
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Bei der Halteeinrichtung kann es sich um ein beliebiges mechanisches System handeln, welches geeignet ist den Träger aufzunehmen bzw. zu halten und ihn zusätzlich derart zu bewegen oder seine Bewegung derart zuzulassen, dass der elektrische Schaltkreis und die Antenne im Wesentlichen eine Bahn beschreiben, die geometrisch in der Zwischenfläche enthalten ist. Dabei kann vom Träger definierte Ebene zur Ebene der Antennen beispielsweise parallel, jedoch in einem Abstand zu dieser angeordnet sein. Bei der Halteeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Radaufhängung in einem Fahrzeug oder um einen Laufwerkeinschub für eine DVD-ROM oder Blu-Ray Disc handeln.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Anordnung kann der Träger rund, beispielsweise kreisförmig sein. Damit kann es sich bei dem Träger beispielsweise um runde, beispielsweise kreisförmige Körper handeln, welche für Rotationen ausgelegt sind, beispielsweise Fahrzeugräder, Zahnkränze oder etwa Turbinenrotoren. Um weitere Beispiele zu nennen kann es sich bei dem Träger um einen Datenträger, beispielsweise einen optischen Datenträger, handeln. Dazu zählen beispielsweise sämtliche Formate (etwa übliche und Miniformate) von CD-ROMs, DVD-ROMs und BDs (Blu-Ray Discs).
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Anordnung ein Lesegerät zum Lesen des Trägers aufweisen, wobei die Antennenanordnung Teil des Lesegeräts ist. Das Lesegerät kann stationär angeordnet sein und zum Auslesen des auf dem Träger angeordneten, beispielsweise auf einer Kreisbahn bewegten elektrischen Schaltkreises dienen. Mittels des Magnetfeldes, welches die Antennenanordnung des Lesegerätes erzeugen kann, kann dem elektrischen Schaltkreis sowohl Energie bereitgestellt werden als auch mit diesem kommuniziert werden. Zusätzlich kann der Schaltkreis einen Sensor und/oder Aktor aufweisen, welcher während der Rotation des Trägers überwacht und/oder aktiviert werden kann. Hier kann es vorteilhaft sein, wenn trotz der Rotation des Trägers die magnetische Kopplung zwischen der mit dem elektrischen Schaltkreis gekoppelten Antenne und dem Magnetfeld nicht schwankt, so dass eine kontinuierliche, störungsfreie Überwachung/Kommunikation mit dem und/oder Energiebereitstellung an den elektrischen Schaltkreis möglich ist. Dieses kann durch das bereits oben beschriebene spezifische Design der Antennenstruktur erreicht werden.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ferner ein Verfahren zum Betreiben der Antennenanordnung gemäß Anspruch 10 bereitgestellt, wobei die Antennenanordnung die erste Antenne, die zweite Antenne, wobei die erste Antenne und die zweite Antenne im Wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet sind und wobei die erste Antenne und die zweite Antenne derart zueinander angeordnet sind, dass zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne eine Zwischenfläche definiert ist, und die Steuerung aufweist, welche mit der ersten Antenne und der zweiten Antenne elektrisch gekoppelt ist. Das Verfahren weist Ansteuern der ersten Antenne und der zweiten Antenne mittels der Steuerung auf derart, dass ein sich in der Zwischenfläche ergebendes Magnetfeld betragsmäßig größer ist als das von der ersten Antenne in der Zwischenfläche erzeugte Magnetfeld und als das von der zweiten Antenne in der Zwischenfläche erzeugte Magnetfeld.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens zum Betreiben einer Antennenanordnung kann das Ansteuern der ersten Antenne und der zweiten Antenne Ansteuern der ersten Antenne mit einem Strom mit einer ersten Phase und Ansteuern der zweiten Antenne mit einem Strom mit einer zweiten Phase aufweisen, wobei die erste Phase und die zweite Phase zueinander verschobenen sind, beispielsweise im Wesentlichen zueinander entgegengesetzt sind.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ferner ein zum Betreiben der Anordnung gemäß Anspruch 12 bereitgestellt, wobei die Anordnung die Antennenanordnung, den Träger mit dem elektrischen Schaltkreis und der mit dem elektrischen Schaltkreis gekoppelten Antenne, und die Halteeinrichtung zum Halten des Trägers aufweist. Das Verfahren zum Betreiben der Anordnung weist ein Positionieren und/oder ein Bewegen des Trägers relativ zu der Antennenanordnung auf derart, dass die Antenne des Trägers im Wesentlichen mittels des in der Zwischenfläche der Antennenanordnung erzeugten Magnetfeldes mit Energie versorgt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 eine Antennenanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
- 3 eine Momentaufnahme der Feldverteilung in einem Bereich der Antennenanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
- 3 eine Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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In 1 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Antennenanordnung 100 dargestellt. Diese weist eine erste Antenne 102 und eine zweite Antenne 104 auf. Sowohl die erste Antenne 102 wie auch die zweite Antenne 104 sind mit einer Steuerung 108 elektrisch gekoppelt. Die erste Antenne 102 und die zweite Antenne 104 sind derart relativ zueinander angeordnet, dass zwischen der ersten Antenne 102 und der zweiten Antenne 104 eine Zwischenfläche 106 definiert ist. In diesem Beispiel sind beide Antennen kreisförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die erste Antenne 102 eine Kreisform mit einem ersten Radius R1 aufweist und die zweite Antenne 104 eine Kreisform mit einem zweiten Radius R2 aufweist. Damit ist die Form der Zwischenfläche 106 durch die Form der Antennen 102, 104 vorgegeben.
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Die Antennenanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, welche Teil eines Lesegerätes sein kann, ist durch eine geeignete Stromzuführung an die beiden Antennen 102, 104 zum Erzeugen eines hochfrequenten Magnetfeldes eingerichtet derart, dass im Betrieb das sich in der Zwischenfläche 106 ergebende Magnetfeld betragsmäßig größer ist als das von der ersten Antenne 102 in der Zwischenfläche 106 erzeugte Magnetfeld und als das von der zweiten Antenne 104 in der Zwischenfläche 106 erzeugte Magnetfeld. An dieses resultierende Magnetfeld in der Zwischenfläche 106 kann dann beispielsweise ein entsprechend dafür eingerichteter Schaltkreis induktiv koppeln, beispielsweise ein Transponder wie etwa ein RFID-Transponder. Die Antennenanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Eigenschaft aufweisen, dass sie eine konstante Kopplung an einen Transponder ermöglicht, welcher sich in einem Abstand zu der Antennenanordnung 100 in Bewegung befindet auf einer im wesentlichen kreisförmigen Bahn 110. Eine mögliche Bahn 110 mit dazugehörigem Radius R3 ist in 1 eingezeichnet. Wenn die Kreisbahn 110 zu der ersten Antenne 102 und der zweiten Antenne 104 konzentrisch angeordnet ist, so ist das momentane Magnetfeld zu jedem Zeitpunkt (zeitlich kann das Kopplungsfeld insgesamt schwanken, wenn es sich dabei um ein magnetisches Wechselfeld handelt) entlang einer solchen Kreisbahn 110 konstant. Die Bewegung des Transponders auf der Kreisbahn 110 hat dann keinen negativen Einfluss auf die Kopplung zwischen diesem und der Antennenanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
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In 2 ist ein Diagramm 200 gezeigt, welches den momentanen Verlauf der magnetischen Feldstärke H darstellt in einer Ebene, die senkrecht zu den Antennen 102, 104 angeordnet ist, beispielsweise an der Stelle in 1, welche mit zwei Pfeilen Q gekennzeichnet ist. Zusätzlich sind die Querschnitte der beiden Antennen 102, 104 dargestellt. Die x-Achse 202 des Diagramms dient der Ortsauflösung, die y-Achse 204 bezeichnet die magnetische Feldstärke H. Auf die Angabe der genauen Werte wurde verzichtet, da hier der Fokus auf einer qualitativen Darstellung des Sachverhalts liegt. Es sei ferner betont, dass die Größenverhältnisse nicht die tatsächlichen bauteilmäßigen Größenverhältnisse wiederspiegeln, da insbesondere die Querschnitte der Antennen 102, 104 deutlich vergrößert dargestellt sind, um das zugrunde liegende Funktionsprinzip besser darstellen zu können.
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Als Grundlage für die Erläuterung der momentanen Stärke des Magnetfeldes in 2 dient der Fall, dass die Stromrichtungen durch die beiden Antennen 102, 104 entgegengesetzt sind, so dass etwa der Strom in der ersten Antenne 102 aus der Zeichenebene heraustritt während der Strom in der zweiten Antenne 104 in die Zeichenebene hineinfließt. Bei einer Phasenverschiebung von Pi sind die Stromflussrichtungen durch die Antennen 102, 104 stets gegensinnig. Je größer die Abweichung der Phasenverschiebungen von Pi, desto größer ist auch der Anteil der Zeit an der Periode der Frequenz des Magnetfeldes, während dessen die Stromflussrichtungen durch die Antennen 102, 104 gleichsinnig sind.
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Von der Mitte einer elektrischen Leitung ausgehend bis zu ihrem Rand nimmt eine darin durch einen Stromfluss I erzeugte magnetische Feldstärke H linear mit dem Abstand r von der Mitte der Leitung bis zu ihrem Rand zu, H(r) ~ I · r. Ab dem Rand der elektrischen Leitung fällt dann die magnetische Feldstärke H nichtlinear mit größer werdendem Abstand r von der Mitte der Leitung ab, H(r) ~ I / r. Übertragen auf die Antennen 102, 104 kann gefolgert werden, dass der magnetische Feldstärkeverlauf der ersten Antenne 102 einen ersten linearen Bereich 210, welcher den magnetischen Feldstärkeverlauf innerhalb der ersten Antenne 102 wiederspielgelt, und einen ersten nichtlinearen Bereich 212 aufweist, welcher seinerseits die zwei Teilbereichen links und rechts von dem Antennenleiter aufweist, wobei in jedem dieser Teilbereiche die magnetische Feldstärke mit größer werdendem Abstand zum Mittelpunkt des Antennenleiters gemäß ~ 1/x abfällt. Analog verhält es sich dem magnetischen Feldstärkeverlauf der zweiten Antenne 104, welcher einen zweiten linearen Bereich 220, welcher den magnetischen Feldstärkeverlauf innerhalb der zweiten Antenne 104 wiederspielgelt, und einen zweiten nichtlinearen Bereich 222 aufweist, welcher seinerseits die zwei Teilbereichen links und rechts von dem Antennenleiter aufweist. Das Vorzeichen der magnetischen Feldstärke H berücksichtigt die Ausrichtung der magnetischen Flussdichte, die offensichtlich auf gegenüberliegenden Seiten des Antennenleiters in entgegengesetzte Richtungen weist, und ist letzten Endes Konvention.
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Der Bereich zwischen der ersten Antenne 102 und der zweiten Antenne 104 in 2 entspricht der eindimensionalen Projektion der in 1 dargestellten Zwischenfläche 106. Wie im Diagramm 200 dargestellt, ist das darin vorherrschende Magnetfeld eine Überlagerung des Magnetfeldes der ersten Antenne 102 und des Magnetfeldes der zweiten Antenne 104. Da die Stromflussrichtung durch die Antennen 102, 104 zueinander entgegengesetzt ist, haben die Magnetfelder der beiden Antennen 102, 104 im Bereich der Zwischenfläche 106 die gleiche Ausrichtung, so dass sie sich additiv/konstruktiv überlagern. Die resultierende magnetische Feldstärke 230 im Bereich der Zwischenfläche 106 ist somit stets größer als die von der Antennenanordnung erzeugte Feldstärke außerhalb der Zwischenfläche 106. Je nach Vorzeichen der resultierenden magnetischen Feldstärke innerhalb und außerhalb der Zwischenfläche 106 gilt diese Aussage gegebenenfalls nur betragsmäßig. Bezogen auf den magnetischen Fluss ist dieser jedoch im Bereich der Zwischenfläche 106 stets dichter/größer als außerhalb der Zwischenfläche 106.
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Wenn also eine Kreisbahn 110, auf welcher sich ein Transponder bewegt, innerhalb der Zwischenfläche 106 und zusätzlich konzentrisch zu der ersten Antenne 102 und/oder der zweiten Antenne 106 verläuft, so ist die Amplitude der magnetischen Feldstärke (in der Momentaufnahme) entlang dieser Kreisbahn 110 konstant. Zusätzlich zeigt das Diagramm 200, dass insbesondere in der Mitte zwischen der ersten Antenne 102 und der zweiten Antenne 104 die Krümmung der resultierenden Feldstärke 230 innerhalb der Zwischenfläche 106 sehr flach ist, d.h. dass sich in diesem Bereich die resultierende Feldstärke 230 örtlich wenig verändert. Damit wirkt sich ein gegebenenfalls vorhandener Versatz der Kreisbahn 110 zu ihrer konzentrischen Anordnung mit der ersten Antenne 102 und der zweiten Antenne 104 nicht oder nur marginal auf die resultierende Kopplung zwischen Antennenanordnung 100 und Transponder aus. Mit anderen Worten wird ein Transponder, dessen Kreisbahn 110 aus ihrer in 1 dargestellten Position versetzt ist oder sogar einem Oval entspricht, aber immer noch innerhalb der Zwischenfläche 106 verläuft, keine oder nur eine marginale und damit technisch vernachlässigbare Variation der Amplitude der magnetischen Feldstärke H erfahren. Diese inhärente Eigenschaft der Antennenanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann damit beispielsweise größere Fertigungstoleranzen ermöglichen bei entsprechenden technischen Systemen, welche das Prinzip der hier vorgestellten Antennenanordnung 100 verwenden. Bei Bedarf und entsprechender Dimensionierung der Antennen 102, 104 kann die Bewegungsbahn 110 zu einem Bewegungspfad verallgemeinert werden, welcher durch eine zumindest in eine Richtung verlaufende Zufallsbewegung zu Stande kommt, sofern dieser Bewegungspfad durch einen Kreisring begrenzbar ist, welcher seinerseits in der Zwischenfläche 106 liegt.
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In weiteren Ausführungsbeispielen der Antennenanordnung können die Form der ersten Antenne 102 und die Form der ersten Antenne 104 von der Kreisform abweichen. In einem gewissen Rahmen kann die Form der Antennen an die Bewegungsbahn des Transponders angepasst werden und beispielsweise oval oder rechteckig mit abgerundeten Ecken sein.
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Eine Anordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, welche anhand einer von vielen möglichen Einsatzumgebungen der Antennenanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen erläutert wird, ist in 3 dargestellt. Die Anordnung 300 weist die Antennenanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, die nicht erneut beschreiben wird. Zusätzlich weist die Anordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen einen Träger 302 mit einem elektrischen Schaltkreis 306 und einer mit dem elektrischen Schaltkreis gekoppelten Antenne (nicht explizit dargestellt, in 3 mit dem elektrischen Schaltkreis 306 zusammengefasst) zum Bereitstellen von Energie an den elektrischen Schaltkreis 306 und eine Halteeinrichtung 308 zum Halten des Trägers 302, wobei die Halteeinrichtung 308 eingerichtet ist, den Träger 302 derart relativ zu der Antennenanordnung 100 zu positionieren und/oder zu bewegen, dass die Antenne des Trägers 302 im Wesentlichen mittels des in der Zwischenfläche 106 der Antennenanordnung 106 erzeugten Magnetfeldes mit Energie versorgt wird. Wie bereits erwähnt, kann das Magnetfeld neben der Energieversorgung auch zur Kommunikation zwischen der Antennenanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen und dem elektrischen Schaltkreis 306 verwendet werden.
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Der Träger 302 mit dem elektrischen Schaltkreis 306 samt Antenne und die Haltevorrichtung 308 als zusätzliche Elemente, welche die Antennenanordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispiele zu der Anordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weiterbilden, sind in 3 einem praktischen Anwendungsbeispiel zugeordnet. Es sei betont, dass diese Elemente jedoch vordergründig ganz abstrakt zu sehen sind und jeglichem System zugeordnet werden können, in welchem die Antennenanordnung 100 zum Einsatz kommt, um Energiebereitstellung und/oder einen Datenaustausch zwischen der Antennenanordnung 100 und einem sich auf einer kreisförmigen oder runden Bahn bewegenden Transponder zu ermöglichen. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist die Halteeinrichtung 308 eingerichtet zum Halten und Rotieren des Trägers 302, bei welchem es sich in diesem Beispiel um einen optischen Datenträger, beispielsweise eine DVD-ROM handelt. Der Träger 302 rotiert dabei um eine Drehachse 310, welche beispielsweise auch einer Mittelpunktsachse der beiden Antennen 102, 104 der Antennenanordnung 100 entsprechen kann und damit auch die Rotationsachse des elektrischen Schaltkreises 306 darstellt. Zusammen mit dem Träger 302 rotiert auch die darauf angeordnete elektrische Schaltung 306 auf der eingezeichneten Kreisbahn 110, welche innerhalb der auf den Träger 302 projizierten Zwischenfläche 106 verläuft. Es kann von Vorteil sein, wenn bei der Anordnung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispiele die durch den Träger 302 definierte Ebene und die im Wesentlichen gleiche Ebene der beiden Antennen 102, 104 parallel zueinander ausgerichtet sind, um die Schwankungen der Amplitude der magnetischen Feldstärke H entlang der Kreisbahn 110 der elektrischen Schaltung und der damit verbundenen Antenne möglichst gering zu halten. Die Antennenvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann in einem Abstand (Vertikalabstand) von der Haltevorrichtung 308 und damit auch dem Träger 302 angeordnet sein und Teil eines Lesegerätes sein. Ein größer werdender Vertikalabstand bewirkt, dass die resultierende magnetische Feldstärke 230 innerhalb der Zwischenfläche 106 in der Ebene des Trägers 302 zwar reduziert wird, aber immer noch zumindest betragsmäßig größer ist als die resultierende magnetische Feldstärke außerhalb der Zwischenfläche 106 in der Ebene des Trägers 302.
