DE102018220967A1

DE102018220967A1 - Vorrichtung mit einer funkerkennungsanordnung und verfahren zum bereitstellen derselben

Info

Publication number: DE102018220967A1
Application number: DE102018220967.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Kuhn; Philip Schmidt; Frederic Meyer; 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: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-12-05
Also published as: DE102018220967B4

Abstract

Eine Vorrichtung umfasst einen Grundkörper umfassend ein elektrisch leitfähiges Material und eine Kavität in dem Grundkörper, wobei der Kavität eine Mode zugeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst eine in der Kavität eingebrachte Funkerkennungsanordnung mit einer integrierten Transponderschaltung und einer Anpassungsstruktur, wobei die integrierte Transponderschaltung ausgebildet ist, um ein Signal mit einer ersten Wellenlänge auszusenden. Die Anpassungsstruktur ist ausgebildet, um das Signal zu empfangen und um die erste Wellenlänge in eine zweite Wellenlänge anzupassen, wobei die zweite Wellenlänge ausgelegt ist, um die Mode der Kavität anzuregen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer in einer Kavität eingebrachten Funkerkennungsanordnung umfassend einen Transponder und auf ein Verfahren zum Bereitstellen derselben. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine RFID Transponderanregestruktur für Antennen basierend auf Resonatorstrukturen in leitenden Objekten.
Damit RFID Transponder (RFID = Radio Frequency Identification; Funkerkennung) in oder auf leitenden Objekten bzw. Oberflächen gelesen werden können, existieren spezielle „On-Metal RFID Transponder“. Da mit diesen RFID Transpondern die Funktionalität On-Metal gewährleistet werden kann, rückt das Problem der Befestigung bzw. Montage unter Berücksichtigung weiterer Randbedingungen, etwa von Desinfektions- und Sterilisationsanforderungen im medizinischen Bereich in den Vordergrund. Die Montage bzw. Anbringung hat dabei so zu erfolgen, dass sie aus Aspekten der sterilen Handhabung bzw. sterilen Aufbereitung unbedenklich ist.
Im Zusammenhang mit Gütern, im Speziellen chirurgische Instrumente, die mit einem RFID Transponder ausgestattet sind und die in einem Sterilgutkreis gehandhabt werden, beschreibt DE 10 2016 121 478 A1 ein System, bei dem der RFID Transponder in einem Isolationselement eingelassen ist, das in eine Sackbohrung eingelassen wird. Damit die Signale, die am RFID Transponder empfangen bzw. vom RFID Transponder zurückgestreut werden, wird das leitende Objekt mit einer Sackbohrung sowie mit mindestens einer Signalbohrung versehen.
In WO 2015/086775 A1 ist beschrieben, dass ein RFID Transponder mittels spezieller Klebstoffe auf ein leitendes Objekt aufgebracht wird. Der RFID Transponder wird speziell verkapselt.
In US 2015/0272690 A1 ist ein Konzept beschrieben, bei dem das Gesamtobjekt vom Transponder aus elektrisch kontaktiert und als Antenne/Resonator genutzt wird.
In WO 2016/082958 A1 ist ein Konzept beschrieben, bei dem ein, in einem teilweise metallischen Gehäuse befindlicher RFID Transponder elektromagnetische Signale nach außen sendet. Dazu ist unter anderem eine Koppelstruktur in Form eines Hohlleiters/Schlitz in der Gehäusewand vorgesehen.
Wünschenswert wären Vorrichtungen und Verfahren zum einfachen und effizienten Kombinieren von Grundkörpern mit einer Transponderfunktionalität, wobei die Grundkörper ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch Einbringen einer integrierten Transponderschaltung in eine Kavität eines Grundkörpers umfassend ein elektrisch leitfähiges Material in Kombination mit einer Anpassungsstruktur zur Anpassung einer Wellenlänge auf die Anordnung, Bereitstellung oder Integration einer speziellen Antennenstruktur zur Erzeugung eines Funksignals verzichtet werden kann, sondern eine Mode der Kavität direkt über die integrierte Transponderschaltung anregbar ist. Durch Anordnen einer Struktur zur Wellenlängenanpassung kann ein HF(Hochfrequenz)-Kurzschluss vermieden werden. Es ist somit möglich, auf einfache und effiziente Weise eine integrierte Transponderschaltung in die Kavität einzubringen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung einen Grundkörper umfassend ein elektrisch leitfähiges Material und eine Kavität in dem Grundkörper, wobei der Kavität eine Mode zugeordnet ist. Hierbei kann die Kavität an Kavitätswänden mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet sein als auch eine Ausnehmung oder Aussparung in dem elektrisch leitfähigen Material bilden. In der Kavität ist eine Funkerkennungsanordnung eingebracht, wobei die Funkerkennungsanordnung eine integrierte Transponderschaltung und eine Anpassungsstruktur umfasst. Die integrierte Transponderschaltung ist ausgebildet, um ein Signal mit einer ersten Wellenlänge auszusenden. Die Anpassungsstruktur ist ausgebildet, um das Signal zu empfangen und um die erste Wellenlänge in eine zweite Wellenlänge anzupassen, wobei die zweite Wellenlänge ausgelegt ist, um die Mode der Kavität anzuregen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Anpassungsstruktur zumindest einen Materialübergang zwischen einem ersten Material mit einer ersten relativen Permittivität und einem zweiten Material mit einer zweiten relativen Permittivität auf. Der Materialübergang bewirkt die Anpassung der ersten Wellenlänge in die zweite Wellenlänge zumindest teilweise. Dies ermöglicht eine einfache und präzise Ausgestaltung der Vorrichtung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Anpassungsstruktur zumindest einen zweiten Materialübergang unterschiedlicher relativer Permittivitäten auf. Vorteilhaft daran ist, dass über unterschiedliche Materialübergänge eine beliebige Anpassung der Eingangswellenlänge und/oder Ausgangswellenlänge erhalten werden kann sowie auf eine Vielzahl von Materialien zurückgegriffen werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Anpassungsstruktur ausgebildet, um ein die zweite Wellenlänge aufweisendes Funkerkennungssignal eines Funkerkennungslesers in die erste Wellenlänge anzupassen und der integrierten Transponderschaltung bereitzustellen. Die angeregte Mode der Kavität stellt ein Signal bereit, das das Funkerkennungssignal überlagert. Das bedeutet, die Anpassungsstruktur kann bidirektional fungieren, so dass eine modulierende Transponderschaltung (engl.: Backscattering) verwendet werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist ein elektromagnetischer Kurzschluss zwischen der Anregungsstruktur und dem Grundkörper mittels der Anpassung in die zweite Wellenlänge verhindert. Dies ermöglicht eine hohe Betriebssicherheit.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Funkerkennungsanordnung in einem elektrisch isolierenden Material verkapselt und vollständig in die Kavität eingebracht. Dies ermöglicht eine effiziente Ausgestaltung, da die Funkerkennungsanordnung mittels der Verkapselung vorproduziert werden kann und in verkapselter Form in die Kavität eingebracht werden kann, etwa an einem anderen Ort.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Kavität durch ein zwischen der Funkerkennungsstruktur und einer Öffnung der Kavität angeordnetes elektrisch isolierendes Material hin zu einer Außenseite des Grundkörpers verschlossen. Dies ermöglicht eine lange Betriebsdauer, da äußere Einflüsse von der Funkerkennungsstruktur ferngehalten werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung bezüglich des Grundkörpers eben verschlossen. Dies ermöglicht ein geringes mechanisches Angriffsmoment an dem verschließenden elektrisch isolierenden Material und/oder eine hohe Hygiene.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel bilden die Funkerkennungsanordnung und die Kavität eine Resonatorstruktur, die bezogen auf eine Betriebsfrequenz der integrierten Transponderschaltung resonant ist. Dies ermöglicht eine hohe Effizienz der Vorrichtung, da die Abstrahlung des Signals über den gesamten Grundkörper oder Teile hiervon erfolgen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel entspricht die Betriebsfrequenz der integrierten Transponderschaltung einer Modenfrequenz der Mode der Kavität und somit einer Frequenz, die ausgelegt ist, um die Mode anzuregen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt die Anpassungsstruktur eine Impedanzanpassung zwischen einer Transponderimpedanz der integrierten Transponderschaltung und einer Impedanz der Kavität bereit. Die Impedanzanpassung kann einen Elektromagnetenkurzschluss reduzieren und/oder verhindern und so einen Betrieb der Vorrichtung ohne eigens hierfür vorgesehener Antennenstruktur für die integrierte Transponderschaltung ermöglichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Anregungsstruktur direkt mit der integrierten Transponderschaltung verbunden, das bedeutet, es erfolgt keine Zwischenkopplung einer Antennenstruktur, die ausgelegt ist, um ein Funksignal zu erzeugen. Dies ermöglicht einen effizienten Betrieb der Vorrichtung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als medizinisches Instrument, etwa ein OP-Besteck, oder als industrielles Werkzeug gebildet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen einer Vorrichtung ein Bereitstellen eines Grundkörpers umfassend ein elektrisch leitfähiges Material und einer Kavität in dem Grundkörper, wobei der Kavität eine Mode zugeordnet ist. Das Verfahren umfasst ein Anordnen einer Funkerkennungsanordnung in der Kavität, wobei die Funkerkennungsanordnung eine integrierte Transponderschaltung und eine Anpassungsstruktur umfasst. Das Anordnen erfolgt dergestalt, dass die integrierte Transponderschaltung ausgebildet ist, um ein Signal mit einer ersten Wellenlänge auszusenden und, dass die Anpassungsstruktur ausgebildet ist, um das Signal zu empfangen und um die erste Wellenlänge in eine zweite Wellenlänge anzupassen. Die zweite Wellenlänge ist ausgelegt, um die Mode der Kavität anzuregen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische perspektivischer Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2a eine schematische Seitenschnittansicht einer Anpassungsstruktur aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die einen Materialübergang zwischen einem ersten Material und einem zweiten Material aufweist;
2b eine schematische Seitenschnittansicht der Anpassungsstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform, die zumindest zwei Materialübergange aufweisen kann;
3a eine schematische Seitenschnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die integrierte Transponderschaltung von der Anpassungsstruktur ganz oder teilweise umschlossen ist;
3b eine schematische Seitenschnittansicht der Vorrichtung aus 3a, bei der die Funkerkennungsanordnung umfassend die integrierte Transponderschaltung und zumindest einen Teil der Anpassungsstruktur in einem elektrisch isolierenden Material verkapselt ist und vollständig in die Kavität eingebracht ist;
3c eine schematische Seitenschnittansicht der Vorrichtung aus 3a gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Kavität durch ein zwischen der Funkerkennungsanordnung bzw. der integrierten Transponderschaltung und einer Öffnung der Kavität angeordnetes Vergussmaterial hin zu einer Außenseite des Grundkörpers verschlossen ist;
3d eine schematische Seitenschnittansicht der Vorrichtung aus 3a gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Öffnung der Kavität bezüglich des Grundkörpers eben verschlossen ist;
4 ein schematisches Blockschaltbild zumindest eines Teils einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die einen beispielsweise rund geformten metallischen Grundkörper umfasst;
5 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der der Grundkörper ein metallisches Objekt ist;
6 ein schematisches Blockschaltbild einer Funktionalität einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine schematische perspektivische Ansicht der Vorrichtung aus 5, bei der der Grundkörper mittels der Anregung einer Mode der Kavität durch die darin eingebrachte Funkerkennungsanordnung selbst zum Schwingen angeregt werden kann;
8 eine schematische perspektivische Ansicht der Anpassungsstruktur, die beispielsweise als keramischer Träger mit einem oder mehreren keramischen Materialien gebildet ist;
9a ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit einer Wellenlänge von einer relativen Permittivität;
9b eine schematische tabellarische Darstellung des Diagramms aus 9a; und
10 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Nachfolgende Ausführungsbeispiele nehmen Bezug auf eine Mode, die einer Kavität in einem Grundkörper zugeordnet ist. Die Mode bezeichnet dabei eine resonante Eigenschaft in der Kavität im Hinblick auf ein elektromagnetisches Signal, insbesondere ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz von in etwa oder zumindest 10 kHz, 125 kHz, 13,56 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz, 24 GHz, 61 GHz, 122 GHz oder zumindest 244 GHz.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Grundkörper aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Materialien bestehen, beispielsweise Metallmaterialien. Alternativ oder zusätzlich können auch elektrisch isolierende Materialien angeordnet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Kavität in einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Wandstrukturen der Kavität können mit einem elektrisch leitfähigen Material belegt, beschichtet oder ausgekleidet sein, um ungeachtet des elektrisch isolierenden Grundkörpers eine Kavität in einem elektrisch leitfähigen Material auszubilden. Auch eine derartige Kavität weist eine oder mehrere Moden auf.
Nachfolgende Ausführungsbeispiele nehmen Bezug auf die Anregung einer Mode durch elektromagnetische Signale mit einer hierfür geeigneten Wellenlänge und/oder Frequenz. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die entsprechende Wellenlänge und/oder Frequenz mit der korrespondierenden Eigenschaft der Mode möglichst präzise übereinstimmt, beispielsweise wenn die Wellenlänge des HF-Signals mit der Modenfrequenz korrespondiert. Eine vollständige Übereinstimmung ist jedoch nicht erforderlich. Vielmehr ermöglichen auch hiervon abweichende Eigenschaften eine Anregung der Mode, wenngleich mit abnehmender Effizienz, je mehr sich die Parameter voneinander entfernen. Ungeachtet dessen sind Toleranzbereiche von ± 20 %, ± 10 % oder ± 5 % tolerierbar, um trotz abweichender Wellenlänge und/oder Frequenz die Mode mit hinreichend hoher Güte anzuregen.
Nachfolgende Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine integrierte Transponderschaltung. Als integrierte Transponderschaltung wird im Rahmen der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele eine Schaltung mit der Funktionalität eines Funkerkennungstransponders verstanden, die unter Verwendung von Halbleitertechnologie gefertigt ist. Eine derartige integrierte Transponderschaltung weist insbesondere keine hierfür explizit vorgesehene Antennenstruktur auf, die dazu ausgelegt sind, um ein HF-Funksignal auszusenden und/oder zu empfangen, bzw. in ein Signal einzukoppeln und/oder aus einem Signal auszukoppeln.. Dies ist zu unterscheiden von parasitären Effekten, die zur Abstrahlung von HF-Signalen führen, jedoch ungewollt sind und im Rahmen von elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) vermieden werden sollen.
1 zeigt eine schematische perspektivischer Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Grundkörper 12, in welchen eine Kavität 14 eingebracht ist. Der Kavität 14 ist einer Mode zugeordnet. Hierfür können Seitenwände 14A, 14B, 14C, 14D, 14E und/oder weitere oder anderen Seitenwände ein elektrisch leitfähiges Material umfassen, damit beschichtet sein oder daraus gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann der Grundkörper 12 aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Materialien, beispielsweise Metallmaterialien wie Eisen, Kupfer, Gold, Silber, Legierungen, insbesondere Edelstahl oder chirurgischem Stahl oder dergleichen gebildet sein, so dass die Kavität 14 als Ausnehmung aus dem Grundkörper 12 entsprechend eingerichtete Seitenwände bereitstellt. Dies verhindert nicht die Beschichtung der Seitenwände 14A bis 14E mit anderen Materialien, beispielsweise elektrisch leitfähigen oder elektrisch isolierenden Materialien. Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst der Grundkörper 12 ein elektrisch isolierendes oder elektrisch halbleitendes Material, in welches die Kavität 14 eingebracht ist. Durch eine Beschichtung der Seitenwände 14A bis 14E mit elektrisch leitfähigem Material kann eine korrespondierende oder äquivalente Kavitäts-Funktionalität erhalten werden.
Der Kavität 14 sind eine, zwei, drei, insbesondere eine höhere Anzahl von Moden zugeordnet, die durch entsprechende Funkerkennungssignale angeregt werden können, um eine resonante Anregung der Kavität 14 und des Grundkörpers 12 bereitzustellen, insbesondere wenn der Grundkörper 12 selbst elektrisch leitfähige Materialien umfasst.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Funkerkennungsanordnung 16, die eine integrierte Transponderschaltung 18 und eine Anpassungsstruktur 22 umfasst. Die integrierte Transponderschaltung 18 ist ausgebildet, um ein Signal auszusenden, das von der Anpassungsstruktur 22 empfangen wird, wobei die Anpassungsstruktur 22 ausgebildet ist, um eine Wellenlängenanpassung des Signals vorzunehmen, um ein Signal 24 bereitzustellen, das eine angepasste Wellenlänge aufweist. Das Signal 24 ist ausgelegt, um die Mode der Kavität 14 anzuregen und so eine Abstrahlung eines Funksignals durch die Kavität 14 zu erzeugen oder bereitzustellen.
2a zeigt eine schematische Seitenschnittansicht der Anpassungsstruktur 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Anpassungsstruktur 22 zumindest ein erstes Material 26a und ein zweites Material 26b aufweist, zwischen denen ein Materialübergang 28 angeordnet ist. Die Materialien 26a und 26b sind bevorzugt dielektrisch und/oder elektrisch isolierend gebildet und weisen voneinander verschiedene relative elektrische Permittivitäten ε₁ und ε₂ auf. Das bedeutet, an dem Materialübergang 28 kommt es zu einem Sprung in der relativen Permittivität. Der Materialübergang 28 bewirkt die Wellenlängenanpassung zumindest teilweise, so dass ein die Anpassungsstruktur 22 durchwanderndes Signal 32 mit einer Wellenlänge λ₁ durch die Anpassungsstruktur 22 in das Signal 24 mit der Wellenlänge λ₂ angepasst wird.
Die Wellenlängenanpassung an dem Materialübergang 28 kann basieren auf $λ_{1} \approx λ_{2} \sqrt{\frac{ε_{1}}{ε_{2}}} .$
Das bedeutet, die Wellenlänge λ₁ kann innerhalb eines Toleranzbereichs von ±20 %, ±10 % oder ±5 % der Wellenlänge λ₂ multipliziert mit dem Wert der Wurzel des Quotienten ε₁/ε₂ entsprechen. Diese Abweichungen können durch Verluste, Reflektionen und/oder eine Dämpfung an einem oder mehreren Materialübergängen zwischen ε₁/ε₂ zumindest teilweise verursacht sein.
2b zeigt eine schematische Seitenschnittansicht der Anpassungsstruktur 22 gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der die Anpassungsstruktur 22 zumindest zwei Materialübergange 28a und 28b aufweisen kann. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Anpassungsstruktur 22 auch eine höhere Anzahl von Materialübergängen 28 aufweisen.
Die Wellenlängenanpassung kann sich gemäß obiger Formel sequenziell bestimmen lassen, so dass sich an jedem der Materialübergänge 28a und 28b eine eigene Wellenlängenanpassung einstellt. Die Permittivitäten ε₁ ε₂ und ε₃ können entsprechend der Wellenlänge λ₁ und/oder der Wellenlänge λ₂ gewählt werden. Auch wenn es im Rahmen der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele liegt, unterschiedliche Materialien 26a, 26b und 26c mit einer gleichen relativen Permittivität auszuformen, so wird es bevorzugt, zumindest eines der Materialien 26a, 26b und/oder 26c mit einer von anderen Materialien abweichenden, relativen elektrischen Permittivität auszuformen.
Als Materialien 26 für die Anpassungsstruktur 22 können beispielsweise elektrisch isolierende Materialien verwendet werden, beispielsweise Kunststoffmaterialien, Harzmaterialien, Keramikmaterialien oder Glasmaterialien. Die Anpassungsstruktur kann insbesondere kapazitive und/oder induktive Materialien umfassen und so eine kapazitive und/oder induktive Anpassungsstruktur bereitstellen.
3a zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Vorrichtung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die integrierte Transponderschaltung 18 von der Anpassungsstruktur 22 ganz oder teilweise umschlossen ist. Bevorzugt ist die integrierte Transponderschaltung 18 zumindest entlang der Richtung oder den Richtungen von der Anpassungsstruktur 22 bedeckt, entlang derer das Signal 32 ausgesendet wird, so dass ein direktes Auskoppeln eines unangepassten Signals 32 in die Kavität 14 bzw. eine Anregung der Mode durch das Signal 32 reduziert oder verhindert ist.
3b zeigt eine schematische Seitenschnittansicht der Vorrichtung 30, bei der die Funkerkennungsanordnung umfassend die integrierte Transponderschaltung 18 und zumindest einen Teil der Anpassungsstruktur 22 in einem elektrisch isolierenden Material 34 verkapselt ist und vollständig in die Kavität 14 eingebracht ist. Beispielsweise kann die Funkerkennungsanordnung in einem das elektrisch isolierende Material 34 bereitstellenden Glaskörper verkapselt sein, der in die Kavität 14 eingebracht ist. Durch die Einbettung in ein entsprechendes Material 34 kann beispielsweise eine Abschirmung gegenüber Feuchtigkeit und/oder eine elektrische Isolierung gegenüber äußeren Spannungen erhalten werden.
Der Glaskörper bzw. das elektrisch isolierende Material 34 kann einen Teil der Anpassungsstruktur 22 bereitstellen, das bedeutet, an der Anpassung der Wellenlänge zumindest mitwirken. Das bedeutet, dass die integrierte Transponderschaltung 18 in ein Material der Anpassungseinrichtung vergossen sein kann.
3c zeigt eine schematische Seitenschnittansicht der Vorrichtung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Kavität 14 durch ein zwischen der Funkerkennungsanordnung bzw. der integrierten Transponderschaltung 18 und einer Öffnung 14F der Kavität 14 angeordnetes Vergussmaterial 36 hin zu einer Außenseite 38 des Grundkörpers 12 verschlossen ist. Das Vergussmaterial 36 kann beispielsweise ein elektrisch isolierendes Material sein und/oder kann dazu verwendet werden, um zumindest die integrierte Transponderschaltung 18 in der Kavität 14 zu vergießen, festzuhalten oder dauerhaft zu befestigen. Möglicherweise, jedoch nicht notwendigerweise umschließt das Vergussmaterial 36 die Funkerkennungsanordnung oder die integrierte Transponderschaltung 18 an mehreren Seiten. Das Vergussmaterial 36 kann das elektrisch isolierende Material 34 sein und/oder zumindest einen Teil der Anpassungsstruktur 22 bereitstellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die integrierte Transponderschaltung 18 in einem Körper oder Volumen aus dem elektrisch isolierenden Material 34 angeordnet sein, etwa in Form eines Glaskörpers, wie es anhand der 3b beschrieben ist. Diese kombinierte Anordnung kann mittels des Vergussmaterials 36 in der Kavität 14 vergossen oder verpresst werden, um eine dauerhafte Anordnung der integrierten Transponderschaltung 18 in der Kavität 14 zu ermöglichen.
3d zeigt eine schematische Seitenschnittansicht der Vorrichtung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Öffnung 14F der Kavität 14 bezüglich des Grundkörpers 12 eben verschlossen ist. Verglichen mit der Darstellung in der 3c kann somit ein restliches Volumen der Kavität 14 mit dem Vergussmaterial 36 aufgefüllt sein, so dass sich beispielsweise eine Unebenheit zwischen der Öffnung 14F der Kavität 14 und einer Oberfläche 12A des Grundkörpers 12 benachbart zu der Öffnung 14F ergibt, die kleiner ist als beispielsweise 1 mm, 100 µm oder 1 µm. Eine zunehmende Ebenheit des Übergangs zwischen der Seite 12A und der Öffnung 14F kann zu verringerten mechanischen Angriffsmomenten und einer verringerten Möglichkeit zur Ablagerung von Keimen führen.
Das Vergussmaterial 36 kann ein antibakterielles oder keimabtötendes Material sein oder dieses aufweisen, um eine besonders vorteilhafte Verwendung der Vorrichtung 30 als medizinisches Instrument zu ermöglichen. Jedoch ist es ebenso möglich, die Vorrichtung 30 ebenso wie die Vorrichtung 10 als Vorrichtung in einem anderen Gebiet der Technik einzusetzen, insbesondere dort, wo es wünschenswert ist, Teile mit Transpondern zu versehen. Hierzu gehören beispielsweise Werkzeuge, insbesondere industrielle Werkzeuge, etwa Bohrer, Aufnahmen, Heizelemente oder beliebige andere Werkzeuge.
4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zumindest eines Teils einer Vorrichtung 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die einen beispielsweise rund geformten metallischen Grundkörper 12 umfasst. Die Kavität 14 ist beispielsweise so gebildet, dass die Öffnung 14F eine viereckige, etwa rechteckige Öffnung in der Oberfläche 12A des Grundkörpers 12 bildet.
Die Kavität 14 kann sich entlang einer Tiefenrichtung in den Grundkörper 12 hinein erstrecken. Die Tiefenrichtung kann beispielsweise parallel zu einer z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems sein, das so im Raum angeordnet ist, dass sich der Grundkörper 12 im Wesentlichen parallel zu einer x/y-Ebene des kartesischen Koordinatensystems im Raum erstreckt. Es ist gemäß Ausführungsbeispiel möglich, dass ein beliebiges anderes Koordinatensystem zur Referenzierung herangezogen wird, dass ein beliebiger anderer Grundkörper 12 angeordnet ist und/oder dass die Kavität eine beliebige andere Form aufweist. Die Kavität 14 kann entlang der Tiefenrichtung z eine Abmessung 42 aufweisen, die vereinfacht als Tiefe bezeichnet werden kann. Senkrecht hierzu kann die Kavität 14 laterale Abmessungen 44 und 46 aufweisen, die vereinfacht jedoch ohne einschränkende Wirkung als Länge bzw. Breite bezeichnet werden können.
Zumindest eine der lateralen Abmessungen 44 und 46 kann bezogen auf die zweite Wellenlänge λ₂ einen funktionellen Zusammenhang aufweisen. Dieser Zusammenhang kann durch eine Multiplikation mit der Zahl 1, mit einem geradzahligen Wert oder einer Multiplikation mit dem Wert 1, welcher durch einen geradzahligen Wert dividiert wird, entsprechen, wobei auch hier Toleranzbereiche von ± 1 %, ± 5 %, ± 10 % oder ± 20 % anwendbar sind. Das bedeutet, die Länge und/oder Breite der Kavität 14 kann jeweils und unabhängig voneinander der Wellenlänge λ₂ entsprechen, kann einem geradzahligen Vielfachen hiervon entsprechen oder beispielsweise über den Zusammenhang λ₂/2, λ₂/4, λ₂/8 etc. ausgedrückt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die laterale Abmessung 44 und/oder 46 so gewählt werden, dass diese innerhalb eines Toleranzbereichs von ± 2 %, ± 5 %, ± 10 % ± 20 % folgendem Kriterium entspricht: $L = x \frac{c}{f_{B} \sqrt{ε_{r}}}$
L bezeichnet die laterale Ausdehnung 44 und/oder 46. Mit c wird die Lichtgeschwindigkeit in einem Material der Anpassungseinrichtung wiedergegeben, durch welches die elektromagnetische Welle hindurchläuft. Die relative Permittivität ε_r kann beispielsweise einem der in 2a oder 2b zugeordneten Materialien entsprechen. f_B bezeichnet eine Betriebsfrequenz der integrierten Transponderschaltung, die zur Abstrahlung des Signals 32 verwendet wird. Die Variable x kann einen aus mehreren Werten aufweisen. Hierzu gehört der Wert 1, eine geradzahlige natürliche Zahl oder deren Kehrwert. Das bedeutet, zusätzlich zu den vorangehenden Ausführungsformen kann weiterhin die Lichtgeschwindigkeit sowie die Betriebsfrequenz und die relative Permittivität Eingang in die Bestimmung der Abmessungen der Kavität 14 finden.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der der Grundkörper 12 ein metallisches Objekt ist, beispielsweise ein chirurgisches Instrument oder ein industrielles Werkzeug, wobei alternativ oder zusätzlich auch Objekte, insbesondere zumindest teilweise metallische Objekte wie ein Küchenbesteck oder ein Schlüssel erfindungsgemäß ausgestaltet werden können. In dem metallischen Objekt 12 ist die Kavität 14 als Ausnehmung gebildet. Die Anpassungsstruktur 22 ist als Ummantelung für die integrierte Transponderschaltung 18 gebildet. Unter Bezugnahme auf 2a kann ein Inneres oder ein Hohlraum in der Ummantelung ein erstes Material der Anpassungsstruktur 22 und der äußere Mantel ein zweites Material der Anpassungsstruktur 22 bilden. Die Ummantelung kann ein Material mit einer vorteilhaften Permittivität sein, beispielsweise Keramik. Die Anpassungsstruktur 22 bzw. ein Material hiervon weist bevorzugt eine relative Permittivität von zumindest 2, zumindest 3, zumindest 4 oder höher auf.
Die Anordnung kann durch Verwendung des Vergussmaterials 36 verkapselt sein, so dass das Vergussmaterial 36 eine Verkapselung des Transponder-Chips, das bedeutet der integrierten Transponderschaltung 18 sowie des Materials mit der vorteilhaften Permittivität, das bedeutet, der Anpassungsstruktur 22 und der entsprechenden Anregestruktur bildet.
Die erhaltene Anordnung umfassend das Material 34, welches die Anregestruktur 22 umkapselt oder umschließt oder einkapselt, welche den Transponder-Chip 18 umkapselt, kann unter Verwendung weiteren Materials in der Kavität 14 gehalten werden, beispielsweise unter Verwendung des Vergussmaterials 36, wobei das Vergussmaterial 36 isolierend und/oder elektrisch leitfähig gebildet sein kann.
6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Funktionalität einer Vorrichtung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die beispielsweise in Übereinstimmung mit anderen hierin beschriebenen Vorrichtungen 10, 30, 40 und/oder 50 gebildet sein kann. Die Vorrichtung 60 ist ausgebildet, um ein Funkerkennungssignal 48 zu empfangen, welches beispielsweise von einem externen Funkerkennungsleser (RFID-Leser) ausgesendet werden kann. Das Funkerkennungssignal 48 kann die Wellenlänge λ₂ aufweisen. Unter Verwendung der Anpassungsstruktur 22 kann ein erster Funktionsschritt 22₁ eine Konversion der Wellenlänge λ₂ in die Wellenlänge λ₁ bereitstellen. Die integrierte Transponderschaltung 18 kann eine Signalgenerierung, eine Signalverarbeitung und/oder eine Prozessierung sowie eine Energieentnahme basieren auf diesem Signal ausführen, insbesondere, da das Funkerkennungssignal 48 ausgelegt sein kann, um zumindest eine der Moden in der Kavität 14 anzuregen.
Durch Modulation und/oder Überlagerung (engl.: backscattering) kann die integrierte Transponderschaltung 18 ausgebildet sein, um das Signal 32 auszusenden, welches bei erneutem Durchlaufen der Anpassungsstruktur 22 in einem Funktionsschritt 22₂ eine Konversion der Wellenlänge λ₁ in die Wellenlänge λ₂ bereitstellt, so dass das Signal 24 im Wesentlichen wieder mit der Wellenlänge λ₂ ausgesendet wird. Für einen RFID-Leser ist dieser Vorgang transparent, da die für den RFID-Leser feststellbare Überlagerung und/oder Modulation in demselben Wellenlängenbereich stattfindet. Durch die Anpassung der Wellenlänge von einer Wellenlänge, die geeignet ist, um die Kavität bezüglich zumindest einer Mode anzuregen, wird es jedoch ermöglicht, dass ein elektromagnetischer Kurzschluss zwischen einer Anregungsstruktur der Funkerkennungsstruktur und dem Grundkörper 12 verhindert ist. Die Anregungsstruktur kann ausgebildet sein, um das Signal 32 bereitzustellen. Im Gegensatz zu einer Antennenstruktur kann die Anregungsstruktur so gebildet sein, dass sie für sich genommen oder isoliert nicht resonant bezogen auf das Signal 24 und/oder das Funkerkennungssignal 48 ist. Dies kann sich insbesondere auf eine für die resonante Ausgestaltung abweichende Wellenlänge beziehen.
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Vorrichtung 50 aus 5. Der Grundkörper 12 kann mittels der Anregung der Mode der Kavität 14 durch die darin eingebrachte Funkerkennungsanordnung selbst zum Schwingen angeregt werden. Das bedeutet, die Funkerkennungsanordnung und die Kavität 14 können eine Resonatorstruktur bilden. Diese Resonatorstruktur kann so ausgelegt werden, etwa durch Anpassen der Geometrie der Kavität, dass sie bezogen auf eine Betriebsfrequenz der integrierten Transponderschaltung resonant ist. Die Betriebsfrequenz der integrierten Transponderschaltung kann einer Modenfrequenz entsprechen, die ausgelegt ist, um die Mode anzuregen. Durch die Anpassung der Wellenlänge kann es jedoch verhindert werden, dass es urch den elektrisch leitfähigen Grundkörper zu einem elektromagnetischen Kurzschluss kommt.
Die Anpassungsstruktur 22 kann im Zusammenhang damit eine Impedanzanpassung zwischen einer Transponderimpedanz der integrierten Transponderschaltung und einer Impedanz der Kavität bereitstellen, um den elektromagnetischen Kurzschluss zu verhindern. Es ist möglich, eine Anregungsstruktur direkt mit der integrierten Transponderschaltung 18 zu verbinden.
8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Anpassungsstruktur 22, die beispielsweise als keramischer Träger mit einem oder mehreren keramischen Materialien gebildet ist. An oder auf dem keramischen Träger kann die integrierte Transponderschaltung 18 angeordnet sein, die direkt mit einer kapazitiven und/oder induktiven Anregestruktur 52 der Funkerkennungsanordnung verbunden ist. Dies kann mittels einer oder mehrerer Leiterbahnen erfolgen, die an die Anregestruktur 52 zum Erzeugen des Signals 32 heranführen. Bei Durchlaufen der Anpassungsstruktur 22 kann aus dem Signal 32 das Signal 24 erhalten werden. Die Anregestruktur 52 kann ebenso mitgekapselt, in die Kavität 14 eingebracht und/oder ausgelegt werden, wie es im Zusammenhang mit den weiteren Komponenten der Funkerkennungsanordnung 16 beschrieben ist. Die Anregestruktur 52 kann alternativ auch ein Teil der integrierten Transponderschaltung 18 sein. Verglichen mit einer bekannten Antennenstruktur weist die Anregestruktur 52 eine lediglich geringfügige oder näherungsweise keine Impedanzanpassung hin zu einer Impedanz der Kavitätsmode und integrierten Anregeschaltung 18 auf.
Die Anregestruktur 52 kann auch Teil der Anpassungsstruktur 22 sein. Die Anpassungsstruktur 52 kann eine spezielle Struktur aufweisen und/oder eine Materialkombination aufweisen, die wiederum bezogen auf die Betriebsfrequenz des RFID-Transponders resonant sein kann.
In anderen Worten wird der Transponder-IC (integrated circuit; integrierte Schaltung) auf einem beispielhaft keramischen Träger aufgebracht. Der keramische Träger, der bevorzugt ein hohes ε_r aufweist, weist eine kapazitive oder induktive Anregestruktur auf oder dient als Substrat derselben. Die Anregestruktur, etwa die Anregestruktur 52, kann direkt mit einem Antennenanschluss des Transponder-IC 18 verbunden werden. Die Anregestruktur 52 kann die Kavität 14 in Form einer Bohrung oder eines Schlitzes anregen. Ein derart gestaltete Anregungs-Transponder kann den RFID-Transponder-IC 18, einen Keramikträger 22 und weitere Komponenten aufweisen, die beispielsweise in ein Glasröhrchen, das Material 34, eingebettet werden, welches an den äußeren Kanten bevorzugt dicht verschweißt oder verschlossen wird. Ein derart gestalteter Glastransponder kann in die resonante Ausnehmung, die Kavität 14, eingebracht werden. Die Kombination aus Ausnehmung und Glastransponder ermöglicht die RFID-Transponderfunktionalität. Der Glastransponder kann zusätzlich in der Ausnehmung 40 vergossen werden. Grundlegend funktioniert die Kombination aus Ausnehmung und Glastransponder als Resonator/Antenne bezogen auf die Betriebsfrequenz des Transponders. Die Anregestruktur 52 kann dafür genutzt werden, die Impedanzanpassung zwischen Ausnehmung/strahlendem Schlitz und Transponder-Chip-Impedanz unter Berücksichtigung der umgebenden/beeinflussenden Materialparameter bereitzustellen. Es kann somit ein Signal mit einer geeigneten Frequenz an die Anregungsstruktur 52 angelegt werden, das für sich genommen jedoch eine ungeeignete Wellenlänge aufweist, um die Mode der Kavität anzuregen. Die Anpassungsstruktur kann die Wellenlänge unter Beibehaltung oder lediglich geringfügiger Änderung der Frequenz anpassen, so dass die Mode der Kavität angeregt wird.
Ausführungsbeispiele ermöglichen es, RFID-Transponder, im Speziellen solche, die im Fernfeld operieren, auf/in leitenden Objekten oder Oberflächen (beispielsweise in chirurgischen Instrumenten oder industriellen Werkzeugen) so anzubringen bzw. zu montieren, dass die Funktionalität des RFID-Transponders gegeben ist, wenngleich die Anordnung in einem leitenden Grundkörper erfolgt. Des Weiteren sind im Speziellen für Objekte aus dem Sterilbereich die Art und Weise der Anbringung bzw. Montage relevant. Unter Funktionalität kann verstanden werden, dass der Transponder in dem geschriebenen Umfeld mit einem geeigneten Gerät kommunizieren kann bzw. von diesem ausgelesen werden kann. Im Regelfall sind RFID-Standardtransponder bzw. der RFID-Transponder-Chip und die RFID-Transponder-Antenne so dimensioniert, dass das leitende Objekt bzw. die Oberfläche einen Kurzschluss für die Antenne darstellen, so dass die Funktionalität des RFID-Transponders nicht gewährleistet werden kann. Dies ist im Rahmen vorliegender Ausführungsbeispiele verhindert, da auf eine Anordnung einer entsprechenden Antennenstruktur verzichtet werden kann.
Verglichen mit bekannten Lösungen ist die Kavität 14 resonant bezogen auf die Betriebsfrequenz des Transponder-IC. Darüber hinaus vermeiden es Ausführungsbeispiele, eine elektrische Kontaktierung zwischen RFID-Transponder und dem Grundkörper 12 bereitzustellen. Anstelle einer Nutzung des Gesamtobjektes als Resonator/Antenne kann lediglich eine speziell definierte Struktur in/auf dem Gesamtobjekt hierfür genutzt werden. Ausführungsbeispiele weisen anstelle einer Antenne eine Anregungsstruktur auf. Diese Struktur kann eine oder mehrere Öffnungen im Grundkörper anregen und die Kombination aus Anregestruktur, Kavität (Schlitz/Bohrung) und Verkapselung kann im Gesamten als abstrahlendes Element agieren.
Ausführungsbeispiele können an jeweilige Materialparameter angepasst sein. Hierzu gehören ein Trägermaterial, das bedeutet, ein Material der Anpassungsstruktur 22 oder Anregungsstruktur 52, Materialparameter des Materials 34, etwa als Glasröhrchen, des Vergussmaterials 36 und/oder einer Geometrie des Grundkörpers oder einem Material hiervon. Weitere zu berücksichtigende Parameter können beispielsweise die geometrische Abmessung der Kavität sein, die in der Regel zwischen λ/x und y×λ/x sind, wobei y und x natürliche Zahlen sein können.
Alternativ kann der Anregungstransponder auch in Polymerkeramik eingebettet werden, welche direkt die Ausnehmung füllt und anregt. Dies ermöglicht, dass Anregungstransponder, Polymerkeramik und Ausnehmung im Gesamten resonant sind bezogen auf die Betriebsfrequenz der integrierten Transponderschaltung. Alternativ kann der Anregungs-Transponder in jedem beliebigen Vergussmaterial eingebettet werden, welches direkt die Ausnehmung füllt und anregt. Dies ermöglicht, dass der Anregungstransponder, die Vergussmasse und die Ausnehmung im Gesamten resonant sind bezogen auf die Betriebsfrequenz.
Ein Grund hierfür ist der beispielsweise in 9a dargestellte Effekt, dass die Abmessung der Kavität, etwa die Länge, Breite und/oder Tiefe sich mit 1/εr^0,5 verändern kann. 9a zeigt in diesem Zusammenhang eine Wellenlänge in einem Material bei einer Frequenz von 5,8 GHz in Abhängigkeit der Permittivität ε_r , wobei an der Abszisse die Permittivität und an der Ordinate die Wellenlänge im Material beispielhaft und qualitativ dargestellt ist. Entsprechende Zahlenwerte aus diesem Diagramm sind in der 9b tabellarisch dargestellt. Veränderungen in der Wellenlänge λ_m betreffen direkt auch Änderungen in hiervon abgeleiteten Größen, etwa λ_m/2 oder λ_m/4.
Ausführungsbeispiele bieten den Vorteil, dass die Struktur in dem leitenden Objekt so gewählt sein kann, dass sie resonant ist, bezogen auf die Betriebsfrequenz des RFID-Transponders. Im Speziellen kann die genannte Struktur hier als Resonator/Antenne agieren und damit gegenüber bekannten Konzepten eine definierte elektromagnetische Funktionalität aufweisen, die ausschließlich durch eine geeignete Wahl der Abmessung der Kavität, abhängig von den verwendeten Materialparametern der Struktur und dergleichen gewählt werden kann.
10 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In einem Schritt 1010 erfolgt ein Bereitstellen eines Grundkörpers umfassend ein elektrisch leitfähiges Material und einer Kavität in dem Grundkörper. Der Kavität ist eine Mode zugeordnet. In einem Schritt 1020 erfolgt ein Anordnen einer Funkerkennungsanordnung in der Kavität. Die Funkerkennungsanordnung umfasst einen Transponder und eine Anpassungsstruktur, so dass der Transponder ausgebildet ist, um ein Signal mit einer ersten Wellenlänge auszusenden. Die Anpassungsstruktur ist ausgebildet, um das Signal zu empfangen und um die erste Wellenlänge in eine zweite Wellenlänge anzupassen. Die zweite Wellenlänge ist ausgelegt, um die Mode der Kavität anzuregen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Bereitstellen des Grundkörpers ein Ausformen der Kavität in dem Grundkörper. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Anordnen der Funkerkennungsanordnung ein Vergießen der Funkerkennungsanordnung in der Kavität oder ein Verpressen der Funkerkennungsanordnung in der Kavität umfassen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016121478 A1 [0003]
WO 2015/086775 A1 [0004]
US 2015/0272690 A1 [0005]
WO 2016/082958 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung mit (10; 30; 40; 50; 60): einem Grundkörper (12) umfassend ein elektrisch leitfähiges Material; einer Kavität (14) in dem Grundkörper (12), wobei der Kavität eine Mode zugeordnet ist; einer in die Kavität (14) eingebrachten Funkerkennungsanordnung (16) mit einer integrierten Transponderschaltung (18) und einer Anpassungsstruktur (22), wobei die integrierte Transponderschaltung (18) ausgebildet ist, um ein Signal (32) mit einer ersten Wellenlänge (λ_A) auszusenden, und die Anpassungsstruktur (22) ausgebildet ist, um das Signal (32) zu empfangen und um die erste Wellenlänge (λ_A) in eine zweite Wellenlänge (λ₂) anzupassen, wobei die zweite Wellenlänge (λ₂) ausgelegt ist, um die Mode der Kavität (14) anzuregen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Anpassungsstruktur (22) zumindest einen Materialübergang (28) zwischen einem ersten Material (26a) mit einer ersten relativen Permittivität (ε₁) und einem zweiten Material (26b) mit einer zweiten relativen Permittivität (ε₂) aufweist, der die Anpassung der ersten Wellenlänge (λ_A) in die zweite Wellenlänge (λ₂) zumindest teilwiese bewirkt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der eine Wellenlängenanpassung an dem Materialübergang (28) basierend auf $λ_{1} \approx λ_{2} \sqrt{\frac{ε_{1}}{ε_{2}}}$
erfolgt, wobei λ₁ die erste Wellenlänge, λ₂ die zweite Wellenlänge, ε₁ die erste relative Permittivität und ε₂ die zweite relative Permittivität beschreibt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die Anpassungsstruktur (22) zumindest einen zweiten Materialübergang (28b) unterschiedlicher relativer Permittivitäten aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Anpassungsstruktur (22) ausgebildet ist, um ein die zweite Wellenlänge (λ₂) aufweisendes Funkerkennungssignal (48) eines Funkerkennungslesers in die erste Wellenlänge (λ_A) anzupassen und der integrierten Transponderschaltung (18) bereitzustellen, wobei die angeregte Mode der Kavität (14) ein das Funkerkennungssignal (48) überlagerndes Signal (24) bereitstellt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch die Anpassung in die zweite Wellenlänge (λ₂) ein elektromagnetischer Kurzschluss zwischen einer Anregungsstruktur (52) der Funkerkennungsstruktur (18) und dem Grundkörper (12) verhindert ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Anpassungseinrichtung (22) eine relative Permittivität von zumindest 2 aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Funkerkennungsanordnung (16) in einem elektrisch isolierenden Material (34) verkapselt ist und vollständig in die Kavität (14) eingebracht ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei dem die Funkerkennungsanordnung (16) in einem Glaskörper (34) verkapselt ist, der in die Kavität (14) eingebracht ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kavität (14) durch ein zwischen der Funkerkennungsanordung (16) und einer Öffnung (14A) der Kavität (14) angeordnetes elektrisch isolierendes Material (36) hin zu mit einer Außenseite (12A) des Grundkörpers (12) verschlossen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der die Öffnung (14A) bezüglich des Grundkörpers (12) eben verschlossen ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Kavität (14) mit einem antibakteriellen Material verschlossen ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die Kavität (14) ausgehend von einer Oberfläche (12A) des Grundkörpers (12) entlang einer Tiefenrichtung (z) in den Grundkörper (12) hinein erstreckt und eine laterale Ausdehnung (x, y) senkrecht zu der Tiefenrichtung (z) aufweist, die der zweiten Wellenlänge (λ₂) multipliziert mit einem aus der Zahl 1, einem geradzahligen Wert oder dem Wert 1 dividiert durch einen geradzahligen Wert entspricht.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Anpassungsstruktur (22) zumindest einen Materialübergang (28a, 28b) zwischen unterschiedlichen Materialien (26a, 26b, 26c) unterschiedlicher relativer Permittivität aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich die Kavität (14) ausgehend von einer Oberfläche (12A) des Grundkörpers (12) entlang einer Tiefenrichtung (z) in den Grundkörper (12) hinein erstreckt und eine laterale Ausdehnung (x, y) senkrecht zu der Tiefenrichtung (z) aufweist, wobei laterale Ausdehnung (x, y) die innerhalb eines Toleranzbereichs folgendem Kriterium entspricht: $L = x \frac{c}{f_{B} \sqrt{ε_{r}}}$
wobei L die laterale Ausdehnung, c die Lichtgeschwindigkeit in einem Material der Anpassungseinrichtung (22), das eine relative Permittivität ε_r aufweist, f_B eine Betriebsfrequenz der integrierten Transponderschaltung (18) und x eines aus dem Wert 1, eine geradzahlige natürliche Zahl oder deren Kehrwert beschreibt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Funkerkennungsanordnung (16) und die Kavität (14) eine Resonatorstruktur bilden, die bezogen auf eine Betriebsfrequenz der integrierten Transponderschaltung (18) resonant ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Betriebsfrequenz der integrierten Transponderschaltung (18) einer Modenfrequenz entspricht, die ausgelegt ist, um die Mode anzuregen.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Anpassungsstruktur (22) eine Impedanzanpassung zwischen einer Transponderimpedanz und einer Impedanz der Kavität (14) bereitstellt.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die integrierte Transponderschaltung (18) von der Anpassungsstruktur (22) zumindest teilweise umschlossen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 19, bei dem die integrierte Transponderschaltung (18) in ein Material der Anpassungseinrichtung (22) vergossen ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Anregungsstruktur (52) der Funkerkennungsanordung (16) eine kapazitive und/oder induktive Anregungsstruktur ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Anregungsstruktur (52) der Funkerkennungsanordung (16) direkt mit der integrierten Transponderschaltung verbunden ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die als medizinisches Instrument oder industrielles Werkzeug gebildet ist.
Verfahren (1000) zum Bereitstellen einer Vorrichtung mit folgenden Schritten: Bereitstellen (1010) eines Grundkörper umfassend ein elektrisch leitfähiges Material und einer Kavität in dem Grundkörper, wobei der Kavität eine Mode zugeordnet ist; Anordnen (1020), in die Kavität, einer Funkerkennungsanordnung mit einer integrierten Transponderschaltung und einer Anpassungsstruktur, so dass die integrierte Transponderschaltung ausgebildet ist, um ein Signal mit einer ersten Wellenlänge auszusenden, und die Anpassungsstruktur ausgebildet ist, um das Signal zu empfangen und um die erste Wellenlänge in eine zweite Wellenlänge anzupassen, und so dass die zweite Wellenlänge ausgelegt ist, um die Mode der Kavität anzuregen.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem das Bereitstellen des Grundkörpers das Ausformen der Kavität in dem Grundkörper umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25, bei dem das Anordnen der Funkerkennungsanordnung ein Vergießen der Funkerkennungsanordnung in der Kavität oder ein Verpressen der Funkerkennungsanordnung in die Kavität umfasst.