DE102022000123B4

DE102022000123B4 - Multifunktionales RFID-Radaretiketten-System

Info

Publication number: DE102022000123B4
Application number: DE102022000123.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kaiser; Ahmed Elawamry; Marc Hoffmann; Maher Khaliel; Abdelfattah Megahed; Klaus Solbach; Norbert H. L. Koster
Original assignee: Id4us GmbH
Current assignee: Id4us GmbH
Priority date: 2022-01-14
Filing date: 2022-01-14
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2042-01-15
Also published as: DE102022000123A1

Abstract

Multifunktionales RFID-Radaretiketten-System, mit einer Vielzahl von auf einem Trägermaterial aufgebrachter Resonatoren,dadurch gekennzeichnet, dassauf einer planaren multifunktionalen Etikettenstruktur (4) gleichzeitig eine Kombination aus sowohl Schlitzleitungsresonatoren (10) als auch Streifenleitungsresonatoren,welche einerseits als multifrequenter Halbwellendipol (5) und andererseits als multifrequenter Viertelwellenresonator (7) ausgebildet sind, verwendet werden, wobei die Schlitzleitungsresonatoren unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen die durch ein entfernt positioniertes Lesegerät drahtlos ermittelt werden können und deren Frequenzmuster eine digitale Information beinhaltet,wobei diejenigen Streifenleitungsresonatoren,die als Halbwellendipol (5) ausgebildet sind,bei der niedrigen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz einen beidseitig leerlaufenden Dipol mit einer elektrisch wirksamen Länge von einer halben Wellenlänge bei der niedrigen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz repräsentieren undbei der hohen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz einen beidseitig leerlaufenden Dipol mit einer elektrisch wirksamen Länge von mehr als zwanzigmal der halben Wellenlänge bei der oberen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz repräsentieren undwobei diejenigen Streifenleitungsresonatoren,die als Viertelwellenresonator (7) ausgebildet sind,bei der niedrigen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz einen einseitig leerlaufenden Resonator mit einer elektrisch wirksamen Länge von einer viertel Wellenlänge bei der niedrigen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz repräsentieren undbei der hohen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz einen einseitig leerlaufenden Resonator mit einer elektrisch wirksamen Länge von mehr als zehnmal der viertel Wellenlänge bei der oberen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz repräsentieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein System modular funktionell erweiterbarer RFID-Radaretiketten für die Wechselwirkung mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern für unterschiedliche Distanzen. Die Funktion dieser Etiketten ist je nach beabsichtigter Aufgabe durch das Austauschen oder Modifizieren vorhandener Komponenten oder durch das Ergänzen mit weiteren Strukturen und weiteren elektronischen Komponenten bei der Herstellung dieser Etiketten oder auch zu einem späteren Zeitpunkt modular erweiterbar. Zusätzlich sind Kombinationen oder Zusammenstellungen einer Anzahl verschiedener der zueinander kompatiblen Ausführungsformen je nach zu erfüllender Aufgabenstellung preisgünstig möglich. Die Etiketten werden, je nach Erfordernissen und soweit dies technisch möglich ist, vorzugsweise drucktechnisch erzeugt, um die Herstellungskosten zu minimieren. Erst in höheren Ausbaustufen des modular erweiterbaren Systems werden zusätzliche Komponenten in Hybridtechnik erforderlich, die zum gegenwärtigen Stand der Technik noch nicht druckbar sind.
Die Etiketten werden entweder direkt auf die zu markierenden Objekte aufgeklebt oder sonst wie befestigt oder aber sie bilden den zentralen Baustein für funktionell erweiterte Systemkomponenten und werden dann in diese zweckmäßig integriert.
Technische Gebiete
Es werden je nach Ausbaustufe mehrere technische Gebiete involviert. In der einfachsten modularen Ausbaustufe dienen die Etiketten der Verbesserung der Verkehrssicherheit.
Eine elementare Funktionen dieser Etiketten besteht darin, dass sie als rein passive Radarretroreflektoren wirken und dadurch einer Radaranlage, wie sie beispielsweise für die Automobilindustrie zur Erhöhung der Fahrsicherheit eingesetzt werden, auch noch im Randbereich der Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Radaranlage, eine hinreichend signifikantes Rückstreuung des von der Radaranlage erzeugten Radarstrahls zur Indikation der Präsenz liefern. Diese Funktion wird auch für größere Distanzen bis zu 100 m erfüllt.
In einer höheren modularen Ausbaustufe ist neben der Indikation der Präsenz auch noch eine Identifikation möglich. Durch zusätzliche, rein strukturelle Maßnahmen, lassen sich ohne zusätzliche elektronische Bausteine Informationen in der Etikette abspeichern, welche von speziell dafür geeigneten Lesegeräten auch noch über Distanzen von einigen Metern ausgelesen werden können.
Diese so abgespeicherten Daten sind hinsichtlich ihres Datenvolumens mit dem seit 1952 bekannten optoelektronisch lesbaren Strichcode oder Barcode vergleichbar. Im Gegensatz zum Strichcode ist hierbei jedoch keine Sichtverbindung notwendig. Daher lassen sich diese Etiketten auch dann noch auslesen, wenn sie auf Gegenständen angebracht worden sind, die durch andere Objekte verdeckt sind. So können beispielsweise auch verpackte Objekte durch die Verpackung hindurch identifiziert werden oder ein spezielles Paket in einer Vielzahl von hintereinander gestapelten Paketen ermittelt werden oder es kann beispielsweise ein Fahrrad mit einer fernauslesbaren individuellen Kennzeichnung versehen werden.
In der aufwendigsten modularen Ausbaustufe wird ein zusätzliches Chipmodul durch einfaches Einpressen in eine spezielle Etikette integriert, wodurch diese Etikette danach sehr große Datenmengen verarbeiten kann, die mit geeigneten Lese- und Schreibgeräten auf kurze Distanzen, typischerweise im Bereich bis zu einem Meter, eingetragen bzw. ausgelesen werden können. Diese Funktion ist hinsichtlich ihres Datenvolumens mit den weit verbreiteten Nahfeldkommunikations- oder NFC-Etiketten vergleichbar. Im Gegensatz zu diesen funktionieren die hier vorgestellten multifunktionalen RFID-Radaretiketten jedoch auch dann noch zuverlässig, wenn sie direkt auf einem metallisch leitenden Gegenstand befestigt werden.
Stand der Technik
Radarretroreflektoren zur Erzeugung einer starken Rückstreuung für Radaranlagen sind bereits seit 1943 bekannt und wurden seinerzeit erstmalig als sogenannte Düppel zur Radartäuschung eingesetzt.
Moderne Radarretroreflektoren werden in verschiedenen Ausführungsformen, insbesondere in der Nautik, für kleinere Boote oder Bojen verwendet, um deren Sichtbarkeit auf den Radargeräten, trotz kleiner Abmessungen, signifikant zu verbessern.
Die Auslegeschrift DE 1129192 A [01] mit der Bezeichnung „Radarreflektor“ und der Priorität vom 3. Juni 1958 beschreibt die bereits seinerzeit bekannten Radarretroreflektorform, bestehend aus einer Einheit von acht Tripelspiegeln. Die Auslegeschrift beansprucht einen „Radarreflektor, bestehend aus einer Einheit von acht Tripelspiegeln mit zusammenfallenden Scheiteln, die aus biegsamem Werkstoff gebildet und von einer aufblasbaren Hülle aus für die Wellen durchlässigem Werkstoff umschlossen und gespannt gehalten ist“. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, „dass der Reflektor genau in die Hülle eingepasst ist, derart, dass seine Au-ßenkanten an der Innenfläche der Hülle anliegen und an ihr befestigt sind.“
Das physikalische Prinzip dieser Form eines Radarretroreflektors dient bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt als Basis zahlreicher Anwendungsfälle.
In der Druckschrift WO2017055516A1 [02] mit der Bezeichnung „Retroreflektierendes Schild, Retroreflektierendes Bandmaterial und Verfahren zur Herstellung“ wird dieses altbekannte Prinzip erfindungsgemäß nun für Lichtstrahlen zur Verbesserung der Rückstrahlung von Schildern verwendet. Der Anmelder beansprucht darin ein „Retroreflektierendes Schild aufweisend eine Tripelspiegelstruktur, wobei die Tripelspiegel mit wenigstens drei rechtwinklig zueinander angeordneten Spiegelflächen zur Retroreflexion umfasst“. Dieses Schild ist dadurch gekennzeichnet, dass „der Tripelspiegel als eine Vertiefung in einer Oberfläche des Schildes ausgebildet ist und Spiegelflächen ausbildet, die von der Luftseite aus spiegelnd ausgebildet sind.“
Es existieren zahlreiche Verfahren, um in Radaretiketten zusätzliche fernauslesbare Daten abzuspeichern. Durch eine spezielle Strukturgebung während des Herstellungsprozesse oder auch danach, können in leitenden Materialien Resonanzen erzeugt werden, die sich zum Austausch von Daten mit Hilfe von speziellen Lese- und Schreibgeräten eignen. Für diese Form der Datenetiketten sind für die Etiketten keine zusätzlichen elektronischen Bauteile erforderlich. Es hat sich für die Bezeichnung dieser Etiketten der Begriff „Chipless RFID Tag“ etabliert. Eine aktuelle Übersicht über die verschiedenen Möglichkeiten, durch Strukturierungen Daten zu speichern und zu lesen, wird in dem Artikel mit dem Titel „A Review on Chipless RFID Tag Design“ [03] gegeben.
Besonders kostengünstig ist die Möglichkeit, die elektrisch leitende Strukturierung ähnlich wie es bei dem Bar-Code der Fall ist, drucktechnisch auf die entsprechenden Objekte zu platzieren. Detaillierte Untersuchungsergebnisse dazu liefert die Veröffentlichung mit dem Titel „Design of Chipless RFID Tags Printed on Paper by Flexography“ [04].
Der aktuelle Stand der Technik im Bereich Chipless RFID mit einem futuristischen Ausblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen wird von Smail Tedjini [05] in dem Artikel mit der Bezeichnung „Chipless RFID, State of the art and Current Developments“ sehr umfassend beschrieben.
Kontaktloser Datenaustausch hat sich auch in Form der Nahfeldkommunikation mit der Abkürzung NFC seit dem Jahr 2002 etabliert. Seitdem können ausreichend große Datenmengen einfach ausgetauscht werden und durch die massenhafte Produktion der dazu erforderlichen elektronischen Bauteile, den NFC-Chips, sind Etiketten dieser Art mittlerweile äußerst preiswert.
Als beispielhaft für den diesbezüglichen Stand der Technik kann die Druckschrift WO2017140628A1 [06] mit der Bezeichnung „Lighting Unit with Near Field Communication, Integrated Circuit and Methods Therefore“ angesehen werden. Dort werden Blockschaltbilder, Signalverläufe und Flussdiagramme im Zusammenhang mit NFC diskutiert.
Eine typische moderne Anwendung, die mit modifizierten Antennen die Möglichkeiten des NFC-Verfahrens erweitert, ist in der Druckschrift EP3210587A1 [07] mit der Bezeichnung „Medical Container with NFC Antenna“ gezeigt. Dort werden die ursprünglich planaren NFC-Antennen so modifiziert, dass der dazu erforderliche Chip auf der Etikette unabhängig von der jeweiligen Lage eines zylinderförmigen Behälters jederzeit mit dem Lesegerät kommunizieren kann.
Als den am nächsten kommenden Stand der Technik hinsichtlich der hier vorgestellten Erfindung wird die Druckschrift US 2010 / 0 097 191 A1 angesehen.
Dort wird ein RFID-Tag mit einer integrierten Schaltung beschrieben, dessen Antennenkonfiguration sich auf unterschiedlichen dielektrischen Schichten befinden können und somit beim Zusammenfügen dieser Schichten modular an die jeweiligen Umgebungsverhältnisse anpassen lässt.
Um dies zu verwirklichen werden zwei elektromagnetische miteinander verkoppelte Antennenkonfigurationen verwendet. Diese sind beide für die Frequenz des externen Lesegerätes dimensioniert, wobei die flächenmäßig größere der beiden Antennen je nach Beschaffenheit des zu markierenden Objektes wie metallische Leitfähigkeit oder dielektrische Schichten mit hoher Permittivität geeignet modifiziert werden kann und unmittelbar mit dem äußeren Speisefeld wechselwirkend für die Entnahme der Betriebsenergie aus dem Speisefeld dimensioniert ist. Die flächenmäßig kleinere der beiden Antennen hingegen verfügt über streufeldgekoppelte Leitungen und Induktionsschleifen und ist energetisch mit der flächenmäßig größeren der beiden Antennen verkoppelt. Sie ist für die Impedanzanpassung der jeweils verwendeten integrierten Schaltung optimiert. Die zweite Antenne ist galvanisch mit der integrierten Schaltung verbunden und liegt bei einer mehrschichtigen Ausführung des RFID-Tags zusammen mit dem Chip geschützt hermetisch versiegelt in der Mitte zwischen zwei dielektrischen Schichten. Die erste Antenne kann je nach Erfordernissen optimal gestaltet werden und liegt auf einer anderen dielektrischen Ebene. Die Verkopplung erfolgt über elektromagnetische Felder. Durch das Zusammenfügen beider Schichten entsteht so ein für die jeweiligen Erfordernisse optimierter RFID-Tag mit vergrößerter Reichweite.
Darstellung der Mängel der bisher bekannten Ausführungen
Retroradarreflektoren gemäß [01] sind je nach dem Frequenzbereich, in dem die Radaranlage betrieben wird, relativ voluminös, um eine möglichst starke Rückstreuung des Radarstrahls zu erzeugen, welcher aus einer beliebigen Richtung auf den Retroradarreflektor treffen kann.
In Metall geprägte Tripelreflektoren für eine überwiegend horizontale und weitgehend frontale Bestrahlung gemäß [02] sind hingegen planar und somit in der Bauform deutlich flacher. Sie sind derzeit jedoch nur für den optischen Bereich verfügbar.
Beide Bauformen sind weder dafür ausgelegt, noch dafür geeignet, zusätzliche Daten zu speichern.
Funketiketten, welche ohne zusätzliche elektronische Bauteile gemäß [03], oder in der kostengünstigen Produktion gemäß [04], als Datenspeicher verwendet werden können, sind in der Anzahl ihrer Datenmenge, wegen der im Vergleich zur moderner Halbleitertechnologie relativ großen flächenhaften Strukturen der erforderlichen Resonatoren gemäß [05], stark eingeschränkt. Zusätzlich ist eine nachträgliche Änderung der Daten nur mit großem technischen Aufwand möglich. Eine solche Funketikette hat eine Reichweite im Bereich lediglich weniger Meter und ist nicht zur Ermittlung der Präsenz über eine größere Distanz hinweg geeignet.
NFC-Etiketten gemäß [06] können wegen spezieller integrierter elektronischer Chips sehr große Datenmengen elektronisch abspeichern und wieder lesen. Dabei sind jedoch nur sehr kurze Distanzen von wenigen Zentimetern überbrückbar und das Lese- und Schreibgerät muss planar zur NFC-Etikette positioniert werden. Sollen hingegen dreidimensionale Objekte erfasst werden, so sind voluminöse Modifikationen der Antennen der NFC-Etikette gemäß [07] erforderlich, wodurch die modifizierte NFC-Etikette nur noch für spezielle Anwendungsfälle geeignet ist. Eine signifikante Wechselwirkung mit einer Radaranlage über größere Distanzen ist nicht möglich. Zusätzlich haben NFC-Etiketten das Problem, dass sie durch ein äußeres Speisefeld betrieben werden, welches induktiv an die Etikette angekoppelt wird. Dieses Speisefeld bricht in der Nähe eines metallischen Leiters vollständig zusammen, wodurch die Kommunikation mit dem Lese- und Schreibgerät dann nicht möglich ist.
Die Erfindung gemäß der Druckschrift US 2010 / 0 097 191 A1 könnte dieses Problem durch eine optimierte Gestaltung der ersten seiner beiden Empfangsantennen lösen. Nachteilig ist jedoch, dass die nutzbare Entfernung von der für die intergierte Schaltung erforderlichen Betriebsenergie begrenzt wird, weil diese von dem Speisefeld des Lesegerätes erzeugt wird und der Wert dieses vom Lesegerät abgestrahlten Speisefeldes durch gesetzliche Bestimmungen begrenzt ist. Dieser dort beschriebene RFID-Tag besitzt keine Alternative zur Übertragung von Informationen ohne eine integrierte Schaltung. Daher ist dieser Tag nicht für Fernfelder geeignet.
Das technische Problem
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein System modular funktionell erweiterbarer Etiketten für die Wechselwirkung mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern bereit zu stellen, die ohne eigene Energiequelle betrieben werden. Dabei sollen sowohl die Eigenschaften eines Radarretroreflektors der noch aus großer Entfernung von einer Radaranlage zu erkennen ist, als auch die Eigenschaften von Funketiketten, deren im Umfang beschränkten Daten für mittlere Distanzen im Bereich einiger Meter lesbar sind, als auch mit NFC-Etiketten vergleichbare umfangreiche Datenmengen bei einer Distanz unterhalb eines Meters noch sicher geschrieben bzw. gelesen werden können.
Mittel zur Lösung des Problems
Durch das Austauschen oder Modifizieren vorhandener Komponenten oder durch das Ergänzen mit weiteren Strukturen und weiteren Komponenten dieser Etiketten ist die Funktion dieser Etiketten während der Herstellung oder auch zu einem späteren Zeitpunkt modular erweiterbar. Zusätzlich sind alle Ausführungsformen kompatibel zu einander, wodurch eine Kombinationen oder Zusammenstellungen einer Anzahl verschiedener Ausführungsformen je nach zu erfüllender Aufgabe zu geringen Kosten möglich wird.
Die Etiketten werden, je nach Erfordernissen und soweit dies technisch möglich ist, vorzugsweise drucktechnisch erzeugt, um die Herstellungskosten zu minimieren. Erst in höheren Ausbaustufen des modular erweiterbaren Systems werden zusätzliche Komponenten in Hybridtechnik erforderlich, die zum gegenwärtigen Stand der Technik noch nicht druckbar sind. Die Etiketten werden entweder direkt auf die zu markierenden Objekte, die aus einem beliebigen Material bestehen können, aufgeklebt oder sonst wie befestigt oder aber sie bilden den zentralen Baustein für funktionell erweiterte Systemkomponenten und werden dann in diese zweckmäßig integriert.
Weitere Details finden sich in den Patentansprüchen oder werden im Zusammenhang mit der Beschreibung der Ausführungsbeispiele erläutert.
Ausführungsbeispiele
Die sichere Erkennung von Objekten bereits aus großer Entfernung, also typischerweise aus Entfernungen bis zu 100 Metern, ist eine primäre Intension der hier erläuterten Erfindung.
Die sekundäre Intension der hier erläuterten Erfindung ist die beschränkt informative Erkennung des Gegenstandes, mit einem Informationsvolumen, ähnlich beschränkt wie bei den derzeit verwendeten linearen Barcode-Systemen, aus mittleren Entfernungen, etwa bis zu 5 Metern.
Die tertiäre Intension der hier erläuterten Erfindung ist die vollständig informative Erkennung des Gegenstandes aus kurzen Entfernungen, d. h. typischerweise unterhalb eines Meters, mit einem lediglich durch Kosten und Zweckmäßigkeit beschränktem Datenvolumen, wie es hinsichtlich der speicherbaren Datenmenge in ähnlicher Weise bei den bereits heute verwendeten Systemen für die NFC-Nahfeldkommunikation gegeben ist.
Zunächst sollen die physikalischen Grundlagen für die Retroreflektor-Funktionalität der Radar-Etiketten erläutert werden und einige beispielhafte Realisierungen und Zahlenbeispiele bzw. geometrische Abmessungen für eine Frequenz von 77,5 GHz der von der Radaranlage ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung gegeben werden. Dem Fachmann ist es dann problemlos möglich, die erläuterten Gegebenheiten für Radaranlagen mit anderen Betriebsfrequenzen durch einfache Skalierung anzupassen.
Es ist bekannt, dass der Radarquerschnitt oder auch die effektive Rückstrahlfläche σ eines Objektes insbesondere von dem Frequenzbereich, dem Material des Objektes und besonders der Form, wodurch sich unterschiedliche Einfallswinkel und Ausfallswinkel der Radarstrahlung ergeben, abhängt.
Zunächst wird die planare Form eines Retroreflektors betrachtet. Dieser soll, zur Erläuterung der physikalischen Gegebenheiten, zunächst senkrecht zur Radaranlage ausgerichtet sein, also wie ein Spiegel die einlaufende Welle der Radaranlage genau zur Quelle zurück reflektieren.
Zur Beleuchtung der physikalischen Zusammenhänge dient die 1. Eine metallisch leitende, flächenhafte Struktur als Oberseitenmetallisierung (1), hier als rechteckförmige Metallisierung mit einer Weite W und einer Länge L beispielhaft dargestellt, befindet sich auf der Oberseite eines nicht leitenden dielektrischen Substrates (2) mit der Höhe H und ist der Radaranlage zugewandt. Auf der Unterseite des Substrates (2) befindet sich ebenfalls eine metallisch leitende flächenhafte Struktur als Unterseitenmetallisierung (3). Diese muss nicht strukturiert sein, sollte jedoch hinsichtlich der Fläche größer als die Oberseitenmetallisierung (1) sein oder kann die gesamte Unterseite des Substrates bedecken.
Eine solche Struktur hat auf den ersten Blick eine sehr große Ähnlichkeit zu einer sogenannten Microstrip-Patchantenne. Es gibt jedoch bedeutende Unterschiede. Es werden hier nämlich beispielsweise keine Transceiver mit einer Impedanz von 50 Ohm angeschlossen. Es ist in diesem speziellen Fall gar nichts angeschlossen. Die Struktur wirkt autark und ist trotz verblüffender Ähnlichkeit kein Baustein irgend einer Microstrip-Schaltung. Vielmehr werden durch diese Anordnung ausschließlich die elektrischen Eigenschaften von im freien Raum befindlichen Düppel, wie sie zur Radartäuschung verwendet werden, nachgebildet. Dazu sind einige technische Parameter möglichst genau einzuhalten, wie nachfolgend erläutert wird. Moderne Düppel bestehen beispielsweise aus haardünnen leitenden Kunstfasern, die in großer Zahl freigesetzt werden, um die Impulse von Radaranlagen vollständig zu reflektieren.
Zur elektrischen Nachbildung des freien Raumes dient hier die Unterseitenmetallisierung (3) und das Substrat (2). Die Unterseitenmetallisierung (3) bildet das notwendige hochfrequente Referenzpotential und definiert dieses. Dadurch werden die elektrischen Verhältnisse unabhängig von dem Material, auf dem es an der Rückseite befestigt ist. So kann die von der Radaranlage abgewandte Seite der Untermetallisierung (3) beispielsweise sowohl auf einer leitenden Metallfläche als auch auf einem nichtleitenden Karton geklebt werden, ohne dass das elektrische Feld im Substrat (2) durch die Beschaffenheit des Materials, auf dem die Etikette befestigt ist, beeinflusst würde.
Im Vorgriff auf die weiter unten erläuterten Möglichkeiten des Auslesens nahezu unbegrenzter Datenmengen durch die hier vorgestellten Etiketten im Nahfeldbereich sei bemerkt, dass sich nahezu sämtliche derzeit verfügbare NFC-Etiketten nicht mehr auslesen lassen, sobald sie auf eine metallisch leitende Oberfläche geklebt werden, weil die im Metall erzeugten Wirbelströme das Speisefeld typischer Lesegeräte zu sehr bedämpfen und dadurch zusammenbrechen lassen.
Der geometrische Abstand zwischen der Oberseitenmetallisierung (1) und der Unterseitenmetallisierung (3) wird durch die Höhe H des Substrates (2) festgelegt. Um die elektrischen Verhältnisse wie in einem freien Raum hinsichtlich der für die Oberseitenmetallisierung (1) wirksam werdenden und durch die Radaranlage erzeugten Feldstruktur nachzubilden, ist es lediglich erforderlich, den geometrischen Abstand mit dem elektrisch wirksamen Abstand so abzugleichen, dass die geometrische Höhe H möglichst exakt einer viertel Wellenlänge λ der von der Radaranlage angeregten Welle im Substrat entspricht.
In elektrischer Hinsicht sind auch ungeradzahlige Mehrfache der viertel Wellenlänge λ möglich, jedoch würde dadurch das Volumen deutlich vergrößert, wodurch die Zahl der Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis eingeschränkt würden.
Die elektrische Wellenlänge λ wird durch das Medium verändert. Wird beispielsweise als Substrat (2) ein mikrowellentaugliches Hydrokarbon-Keramik-Laminat mit einer Dielektrizitätskonstanten ε, von 3,624 verwendet, so gilt für die Höhe H des Substrates (2) für eine angenommene Betriebsfrequenz der Radaranlage von 77,5 GHz der folgende Zusammenhang:
Die Wellenlänge im Vakuum λ₀ berechnet sich zu: $λ_{0} = \frac{299792,458}{77500} mm .$
Die Wellenlänge im freien Raum beträgt somit bei dieser Betriebsfrequenz 3868 Mikrometer. Durch das Medium mit der Dielektrizitätskonstanten ε_r verkürzt sich die Wellenlänge dann auf den im Substrat (2) wirksam werdenden Wert: $λ = \frac{λ_{0}}{\sqrt{ε_{r}}} .$
Die Wellenlänge im Substrat (2) beträgt somit 2032 Mikrometer. Ein Viertel der Wellenlänge im Substrat muss dann für die Höhe H verwendet werden, also muss gelten: $H = 508 μ m .$
Dies ist die minimale notwendige Höhe H für das Substrat (2). Für Realisierungen der Etiketten als selbstklebende Einzeletiketten, Bänder oder großflächige Folien ist das ein praxistauglicher Wert.
Für Sonderanfertigungen und speziellere Einsatzzwecke wie beispielsweise noch weiter vergrößerte Reichweite kann auch das ungeradzahlige Mehrfache der Viertel-Wellenlänge verwendet werden, also die Höhe H = 1524 µm für dreimal eine Viertel-Wellenlänge oder sogar H = 2540 µm für fünfmal eine Viertel-Wellenlänge, usw.
Je größer die Substratdicke und somit die Höhe H ist, um so weniger flexibel ist jedoch die Etikette. Mit zunehmender geometrischer Höhe H des Substrates nimmt zwar die erzielbare Reichweite für die Wechselwirkung der Etikette mit der Radaranlage zu, weil das Streufeld zwischen der Oberseitenmetallisierung (1) und der Unterseitenmetallisierung (3) sich strukturell vergrößert und dadurch die Wechselwirkung mit dem Fernfeld intensiver wird, was einer Vergrößerung der effektiv wirksamen Rückstrahlfläche σ entspricht, jedoch wird aus der biegsamen Folie dann eine starre Platte mit eingeschränkten Möglichkeiten der Montage auf das zu markierende Objekt.
Zur Formgebung der Oberseitenmetallisierung (1) sind zur Optimierung der Wechselwirkung zwischen der Radaranlage und der Etikette Computerberechnungen notwendig, wenn kompliziert berandete Flächen verwendet werden. Für die bei der in 1 beispielhaft verwendeten einfachen rechteckförmigen Struktur, lässt sich der Sachverhalt hingegen anschaulich erläutern.
Wenigstens eine der angegebenen geometrischen Abmessungen, also der Länge L oder der Weite W muss so gewählt werden, dass die Oberseitenmetallisierung durch die von der Radaranlage abgestrahlten Sendeenergie mit der Betriebsfrequenz der Radaranlage in Resonanzschwingungen gerät. Somit wählen wir beispielhaft die Länge L gerade so lang, dass sie einem beidseitig an den Enden offen Dipol mit der halben Wellenlänge der Sendefrequenz der Radaranlage entspricht. Die geometrische Länge L muss dazu mit der elektrisch wirksamen Länge eines Dipols mit entweder der halben Wellenlänge der von der Radaranlage ausgesendeten Hochfrequenzimpulse oder einem Mehrfachen davon übereinstimmen. Andererseits bilden sich an den Enden der beidseitig leerlaufenden Resonanzleitung Streufelder aus, die wie Kapazitäten wirken. Diese sogenannten Endeffekt-Kapazitäten sind abhängig von der Frequenz, vom Material und von den geometrischen Abmessungen [08]. Wegen dieser Endeffekt-Kapazitäten muss die geometrische Länge L um einen, diesen Kapazitäten entsprechenden, äquivalenten Betrag kürzer gewählt werden, das heißt, die geometrische Länge L und die, der Länge des an beiden Enden auftretenden Streufeldes entsprechenden zusätzlichen elektrischen Längen 2 mal ΔL , müssen dann der halben elektrische wirksamen Wellenlänge, bzw. ein Mehrfaches davon, entsprechen.
Da die Oberseitenmetallisierung jedoch einerseits mit dem Feld im Substrat und andererseits mit dem Feld im freien Raum verknüpft ist, bildet sich ein sogenannter Hybridmode aus, da die Phasengeschwindigkeiten in beiden Medien unterschiedlich sind. Dadurch ist die effektiv wirksame Permittivität insbesondere jeweils von der Weite W der rechteckförmigen Oberseitenmetallisierung abhängig, weshalb an dieser Stelle kein allgemeingültig zutreffender Wert für die elektrisch wirksame Wellenlänge angegeben werden kann. Dieser muss jeweils, je nach Ausbildung der verwendeten Geometrien, mit Hilfe geeigneter Computerprogramme ermittelt werden.
Für einen angenommenen rechteckförmigen Leiterstreifen als Oberseitenmetallisierung mit vernachlässigbarer Schichtdicke und mit einer willkürlich festgelegten Weite W = 1.0 mm würden sich dann für die hier beispielhaft behandelte Struktur folgende Größen ergeben:

Die effektiv wirksame Permittivität ε_eff ist höher als die der Luft und geringer als die des Substrates und lässt sich für einen Leiterbahnstreifen mit einer Weite W von 1mm berechnen zu einem Wert: $ε_{e f f} = 2,804.$

Damit ergibt sich für eine solche streifenförmige Oberseitenmetallisierung mit dem damit verknüpften elektromagnetischen Feld eine effektive Wellenlänge: $λ_{e f f} = \frac{λ_{0}}{\sqrt{ε_{e f f}}},$
nach der Berechnung somit λ_eff = 2310 µm. Eine halbe Wellenlänge wäre dann also eine Länge von 1155 µm. Der Endeffekt [08] für eine solche Struktur bewirkt aufgrund des Streufeldes an dem leerlaufendem Ende der Leitung eine äquivalente zusätzliche Leitungslänge $Δ L = 23 μ m .$
Diese äquivalente Ersatzlänge wirkt an beiden Seiten, somit gilt für die geometrische Länge der als Halbwellendipol betriebenen rechteckförmigen Oberseitenmetallisierung: $L = 0,5 \cdot λ_{e f f} - 2 \cdot Δ L,$
$L = 1155 μ m - 46 μ m,$
$L = 1109 μ m .$
Zur Vergrößerung der Rückstrahlfläche σ ist es zweckmäßig, die Länge L auf ein Mehrfaches der halben Wellenlänge zu verlängern, sofern die dafür erforderliche geometrische Fläche verfügbar ist. Dazu muss die ermittelte geometrische Länge lediglich mit einer natürlichen Zahl multipliziert werden. Eine Länge L = 22,18 mm würde demnach das Zwanzigfache der effektiven Wellenlänge entsprechen und bei gleichzeitig signifikant vergrößerter Rückstrahlfläche σ trotzdem in Resonanz sein.
Die Weite W der Oberseitenmetallisierung kann bei dieser beispielhaft zur Erläuterung gewählten Oberseitenmetallisierung prinzipiell beliebig gewählt werden. Zu beachten sind jedoch die nachfolgend erläuterten Gesichtspunkte. Wählt man diese Weite W sehr gering, also geringer als 1 mm, so erhöht sich die charakteristische Impedanz des Leiterstreifens und mit zunehmender Verringerung der Weite W nähert sich die mit diesem Leiterstreifen verknüpfte Feldstruktur und damit der Wellenwiderstand der Anordnung der Freiraumimpedanz von 377 Ohm, was dann eine optimale Leistungsanpassung zum Freiraum bedeuten würde, wodurch sich die Wechselwirkung mit dem von der Radaranlage erzeugten Feld verstärken würde. Das ist der Grund für Wirksamkeit der zur Radartäuschung verwendeten haarfeinen Düppel. Andererseits verringert sich durch einen zu schmalen Streifen die elektrisch wirksame elektrisch leitende Fläche der Oberseitenmetallisierung (1), wodurch sich die Rückstrahlfläche σ verringert. Bei den Düppeln wird dieser Nachteil durch eine massenhafte in den Raum exportierten Anzahl von einzelnen Dipolen kompensiert. Bei einer beschränkten Anzahl von Etiketten oder bei einer Einzeletikette muss jedoch ein Kompromiss zwischen der Anpassung an die Freiraumimpedanz und der insgesamt zur Verfügung stehenden Metallfläche zur Erzeugung einer möglichst großen Rückstrahlfläche σ gefunden werden.
In den nachfolgenden Figuren sind einige zweckmäßige Strukturen für die Oberflächenmetallisierung (1) als Beispiele für geeignete planare Resonanzelemente von Etiketten qualitativ dargestellt.
Es zeigt die 2 streifenförmige Leiterstreifen gemäß der in 1 gezeigten und erläuterten rechteckförmigen Oberflächenmetallisierung (1). Die Längen der Leiterstreifen entsprechen einem Mehrfachen der halben Wellenlänge und sind daher in Resonanz mit dem von der Radaranlage erzeugten lokalen elektromagnetischem Feld. Um eine möglichst gute Anpassung der Resonanzelemente zum Freiraum zu erlangen, sind die Leiterstreifen relativ schmal ausgeführt, wodurch deren charakteristische Impedanz sich der Freiraumimpedanz von 377 Ohm nähert. Um andererseits eine ausreichend große Rückstrahlfläche σ zu erlangen, werden mehrere Leiterstreifen parallel zueinander angeordnet, wodurch sich die Wechselwirkungen der einzelnen Leiterstreifen addieren.
Der Nachteil der in 2 gezeigten Anordnung ist, dass die Wechselwirkung mit der Radaranlage sehr stark davon abhängt, wie die Polarisationsrichtungen der Radarantennen jeweils ausgebildet sind. Somit könnten sich signifikant unterschiedliche Rückstrahlflächen σ ergeben, je nachdem, ob die Etikette beispielsweise um 90 Grad verdreht ist oder nicht. Dieser Nachteil wird durch eine Struktur gemäß 3 aufgehoben. Die dort gezeigte Metallisierungen wirken wie Dipole, die entweder horizontal, vertikal oder jeweils um 45 Grad verdreht polarisiert sind. Dadurch wird die Wechselwirkung mit der Radaranlage weitgehend unabhängig von der Polarisation der Antennenanlage des Senders. Bei galvanisch verbundenen unterschiedlichen Resonatoren müssen die Verbindungsstellen das gleiche Potential besitzen. In der 3 befindet sich der Überkreuzungsbereich der beiden diagonal angeordneten Resonatoren in einem sogenannten gemeinsamen Spannungsknoten, d. h. an dieser Stelle verschwindet der Betrag der Spannung bei beiden Resonatoren und es kommt zu keiner gegenseitigen Beeinflussung durch die galvanische Verbindung an dieser Stelle. Dies gilt auch für die nachfolgend gezeigten Strukturen.
Eine besonders einfache Struktur für Dipol-Resonatoren für horizontal und vertikal polarisierte Antennen zeigt die 4. Für eine starke Wechselwirkung mit der Radaranlage ist es sinnvoll, eine Vielzahl solcher Strukturen auf der Etikette anzubringen, um eine ausreichend große Rückstrahlfläche σ zu erzielen.
Eine weitere Verbesserung bei gleichzeitig weiter vergrößerter Rückstrahlfläche σ zeigt die Struktur in 5. Dort werden auch um 45 Grad verdrehte linear polarisierte Sendeantennen der Radaranlage optimal erfasst.
Eine weitere Vergrößerung der Rückstrahlfläche σ ergibt sich durch die fächerförmige Erweiterung oder Weitung der Leiterbahnweite W zum offenen Ende der Dipol-Resonatoren hin. Die 6 zeigt diese Erweiterung. In elektrischer Hinsicht entspricht diese Struktur funktionell der in 4 gezeigten Resonator-Struktur. Im Gegensatz dazu ist die Weite W der rechteckförmigen Oberflächenmetallisierung (1) jedoch nicht konstant, sonder nimmt zum offenen Ende der Dipol-Resonatoren hin immer mehr zu. Dadurch vergrößert sich die für die Wechselwirkung mit der Radar-Anlage erforderliche Fläche der Metallisierung. Zu beachten ist jedoch, dass durch die jeweils größere Weite W am offenen Ende der Resonanz-Leitung sich der Betrag der Endeffektkapazität durch das größere Streufeld erhöht. Dadurch sind Resonatoren dieser Bauform bei gleicher Resonanzfrequenz entsprechend der durch den jeweils geänderten Endeffekt bedingten äquivalenten Ersatzlänge ΔL kürzer als die zuvor betrachteten rechteckförmigen Resonanz-Elemente.
Die 7 entspricht in elektrischer Hinsicht weitgehend der in 5 gezeigten Struktur, wobei nun aber die jeweiligen Dipol-Resonatoren fächerförmig gestaltet sind. Auch hier sind die Längen der Dipol-Resonatoren um die vergrößerte äquivalente Ersatzlänge ΔL zu verkürzen, damit die Strukturen bei der Betriebsfrequenz der Radar-Sendeanlage in Resonanz geraten.
Einen horizontal und gleichzeitig vertikal polarisierter Dipol-Resonator mit maximal möglicher Rückstrahlfläche σ ist in 8 gezeigt. In elektrischer Hinsicht wirkt diese Struktur ähnlich der in 4 gezeigten Oberflächenmetallisierung, wobei hier jedoch die Weite W gerade gleich der Länge L gewählt worden ist. Auch hier müssen die jeweiligen geometrischen Abmessungen entsprechend der sich durch das Streufeld am offenen Ende der Resonatoren ergebenden äquivalenten Ersatzlängen verkürzt werden.
Durch Verbreiterung der fächerförmigen Strukturen gemäß der 7 ergibt sich schließlich die in 9 gezeigte Struktur. Diese ist nun vollständig unabhängig von der Polarisation der Sendeantennen der Radaranlagen und ermöglicht eine völlig richtungsunabhängige Wechselwirkung bei maximal möglicher Rückstrahlfläche σ.
Der Vollständigkeit halber sind nachfolgend weitere planare resonanzfähige Strukturen beispielhaft aufgeführt, die entweder die gleiche Resonanzfrequenz bei unterschiedlichen geometrischen Abmessungen aufweisen oder aber auch jeweils unterschiedliche Resonanzfrequenzen besitzen und somit mit Radaranlagen wechselwirken können, die gleichzeitig auf unterschiedlichen Frequenzen wie beispielsweise 77,25 GHz und 24,125 GHz elektromagnetische Energie abstrahlen oder aber diese Strukturen sind für mehrere Radaranlagen geeignet, die für unterschiedliche Betriebsfrequenzen wie beispielsweise 77,25 GHz oder 24,125 GHz konstruiert worden sind. Dann können die selben Etiketten universell auch für unterschiedliche Systeme eingesetzt werden.
Die 10 zeigt schematisch eine Anzahl von am Ende freilaufenden Resonanzleitungen mit unterschiedlichen Längen, die entweder das unterschiedlich Mehrfache der halben Wellenlänge bei einer Betriebsfrequenz entsprechen oder alternativ auch für unterschiedliche Wellenlängen und unterschiedlichen Betriebsfrequenzen geeignet sind. Sobald die Metallisierungen der jeweiligen streifenförmigen Resonatoren sich berühren, also sobald sie galvanisch miteinander verkoppelt sind, müssen die Kontaktstellen konstruktiv an der Stelle angeordnet sein, wo die durch Resonanz erzeugte Spannungsverteilung eine Nullstelle aufweist. Das wäre bei einem streifenförmigen Dipol-Resonator stets genau in der Mitte des jeweiligen Leiters der Fall. Entsprechend ist dies bei den beispielhaft dargestellten Strukturen berücksichtigt. Es sind unterschiedlich lange streifenförmige Resonatoren schematisch dargestellt, die zwar galvanisch verkoppelt sind, jedoch trotzdem weitgehend unabhängig voneinander auch bei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen mit dem jeweils vorhandenen elektromagnetischen Feld in Wechselwirkung treten können.
Weitere funktionell sehr ähnlich wie die in 10 gezeigten, jeweils als Resonatoren wirkenden Oberseitenmetallisierungen (1) sind in der 11 beispielhaft dargestellt. Die Mehrfachresonanzfrequenzen werden hier durch elektrisch unterschiedlich wirkende Längen der Leiter bewirkt, welche dadurch entstehen, dass seitliche Schlitze in die fächerartige Struktur hinein erzeugt werden, die eine Erhöhung des Induktivitätsbelages und damit eine Verlängerung der elektrisch wirksamen Länge der fächerförmigen Strukturen bewirken oder durch in der Leiterstruktur erzeugte Löcher, die eine Verringerung des Kapazitätsbelages und damit eine Verkürzung der elektrisch wirksamen Länge der fächerförmigen Strukturen bewirken. Beide in 11 gezeigten Oberflächenmetallisierungen können jeweils bei drei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen gleichzeitig mit dem elektromagnetischen Feld in Wechselwirkung treten und sind somit universell für verschiedene Radarsysteme einsetzbar.
Sämtliche bisher betrachtete Retroreflektoren sind planare Gebilde und wirken nur dann optimal, wenn die Oberseitenmetallisierung (1) - ähnlich wie bei Licht und einem optischer Spiegel - nahezu senkrecht zur Einfallsrichtung des Radarstrahls ausgerichtet ist. In der Praxis und bei bewegten Objekten ist dies jedoch keineswegs immer der Fall.
Für einen typischen Anwendungsfall, dass mehrere durch Etiketten markierte Container oder andere Objekte auf einer größeren Lagerfläche zwischen nichtmarkierten Fremdcontainern aufgefunden werden sollen, sind nachfolgend technische Lösungen mit Hilfe multifunktionaler RFID-Radaretiketten gegeben. Dabei kann einschränkend davon ausgegangen werden, dass der Radarstrahl überwiegend in der horizontalen Ebene auftreffen wird, denn eine portable Radaranlage zur Erfassung von markierten Objekten wird sich weder in der Luft noch im Boden befinden, wobei der Azimutalwinkel der eintreffenden Strahlung jedoch alle Werte von 0 bis 360 Grad einnehmen kann. Wenn die Position zur Radaranlage unbestimmt ist, der zu reflektierende Radarstrahl also aus unbestimmter Richtung auftreffen kann, dann gibt es verschiedene Möglichkeiten, um trotzdem eine signifikante Reflektion des Radarstrahles zu bewirken.
Eine praxistaugliche Möglichkeit ist die vollständige, polygonzugähnliche Umschließung des zu markierenden Objektes mit Retroreflektoren. Sind die Retroreflektoren planare Gebilde, dann müssen lediglich eine hinreichend große Anzahl dieser Reflektoren so an dem zu markierenden Gegenstand angebracht werden, dass wenigstens einer dieser Reflektoren weitgehend senkrecht zum einfallenden Radarstrahl ausgerichtet ist.
So wäre zur Markierung einer Säule beispielsweise denkbar, dass je nach Durchmesser dieser Säule 200 solcher planaren Retroreflektoren auf einer Folie oder einem Band geklebt oder gedruckt zu einem Polygonzug seitlich aneinandergereiht angeordnet und entlang des Säulenumfangs befestigt werden. Dieses Vorgehen würde eine technische Möglichkeit eröffnen, mit planaren, also zweidimensionalen Etiketten, ein wieder aufzufindendes Objekt vollständig in der Ebene zu markieren, gleichgültig aus welcher Richtung der Radarstrahl bei der Suche auf das durch Etiketten markierte Objekt trifft. Ein solches, aus planaren Retroreflektoren zusammengesetztes, wie ein Polygonzug geformtes Gebilde, ließe sich auch als fortlaufendes selbstklebendes Band herstellen und je nach Bedarf auf die passende Länge beschneiden.
Es können auch Perforierungen nach jeder planaren Etikette im Band vorhanden sein, damit die erforderliche Länge durch einfaches Abreißen an passender Stelle auch ohne Werkzeug erfolgen kann, wie es beispielsweise bei einer Rolle Briefmarken der Fall ist.
Mit einem technologisch höherem Aufwand bei der Herstellung können alternativ sehr wirksame nichtplanare, also dreidimensionale Retroreflektoren realisiert werden, die als geeignete hybride Elemente in das System modular erweiterbarer multifunktionale RFID-Radaretiketten problemlos integriert werden können, wenn die Aufgabenstellung die höheren Herstellungskosten rechtfertigt. Es handelt sich dabei um eine dreidimensionale Oberflächenstruktur, die unter der Bezeichnung Perkin-Elmer-Pyramiden bekannt ist. Die 12 zeigt schematisch eine solche dreidimensionale Perkin-Elmer-Pyramiden Oberflächenstruktur. Es handelt sich um eine Vielzahl gleichmäßig angeordneter würfelförmiger Strukturen, wobei die Würfel, aus der Frontalansicht betrachtet, jeweils mit einer Ecke zum Betrachter hin zeigen. Es ergeben sich durch die drei Seitenflächen von jeweils drei benachbarten Würfeln trichterförmige Vertiefungen, die bei totaler Reflektion an den jeweiligen Oberflächen einen einfallenden Lichtstrahl genau in die Richtung zurück werfen, aus der er gekommen ist. Diese so geformte Oberfläche bildet eine Struktur mit zahlreichen kontinuierlich aneinandergereihten Tripelspiegeln. Sie wird in der Praxis für hochwertige optische Rückstrahler verwendet. Diese Rückstrahler verwenden als Material einen geeigneten, gegebenenfalls eingefärbten Kunststoff mit ausreichend hohem Brechungsindex. Durch die dadurch entstehende Totalreflexion kann auf eine Verspiegelung der Oberflächen verzichtet werden, was die Herstellungskosten noch weiter reduziert. Die Kantenlängen der einzelnen Würfelstrukturen bestimmen die Strukturgrößen. Diese liegen typischerweise im Bereich von 2 mm für preiswerte Rückstrahler und bis 4 mm für hochwertige Rückstrahler.
Es ist technisch jedoch prinzipiell auch möglich, diese optischen Reflektoren so zu gestalten, dass sie gleichzeitig sowohl das Licht als auch die elektromagnetischen Radarstrahlen nach dem gleichen physikalischen Prinzip reflektieren. Dazu müssten bei einer Betriebsfrequenz der Radaranlage von beispielsweise 77,5 GHz zweckmäßigerweise die jeweiligen Kantenlängen der derzeit verwendeten dielektrischen triangularen Winkelreflektoren auf etwa das Dreifache verlängert werden und die Oberflächen müssten metallisiert werden.
Bei gleicher Anzahl von Reflektoren würde sich dann aber auch die Gesamtgröße verdreifachen. Als Kompromiss zwischen Größe und Wirksamkeit kann jedoch die Anzahl der einzelnen triangularen Reflektorelemente verringert werden, um insgesamt praktikablere Größenverhältnisse zu schaffen.
Während für elektromagnetische Strahlung mit einer sehr hohen Frequenz, nämlich dem Licht, verlustarme transparente Materialien mit hinreichend hohem Brechungsindex preiswert zur Verfügung stehen, ist dies für elektromagnetische Strahlung mit signifikant geringerer Frequenz, nämlich die Strahlung der Radaranlage, nicht der Fall. Diese geeigneten Materialien sind derzeit noch deutlich teurer. Somit wird der Effekt der Totalreflexion zum Aufbau solchermaßen strukturierter Reflektoren für eine preiswerte Produktion mangels geeigneter Materialien derzeit nicht genutzt werden, so dass für Radaranlagen dann doch mit metallisierten Oberflächen gearbeitet werden muss. Grundsätzlich ist diese dreidimensionale Oberflächenstruktur, wie sie in 12 gezeigt ist, jedoch für alle elektromagnetischen Strahlen geeignet, wenn die Oberflächen so gestaltet werden, dass für den jeweiligen Frequenzbereich eine Totalreflexion der einfallenden Strahlung bewirkt wird. Je nach beabsichtigter Anwendung müssen dann für den betreffenden Frequenzbereich fachmännische Anpassungen oder auch Skalierungen vorgenommen werden. Gemäß den weiter oben angegebenen Abschätzungen wären zur Realisierung solchermaßen aufgebauter Retroreflektoren für Radaranlagen mit einer Betriebsfrequenz von 77,5 GHz also Strukturgrößen im Bereich von 10 mm bis zu 12 mm und eine metallisch leitend verspiegelte Oberfläche der triangularen Winkelreflektoren zweckmäßig.
Einerseits ist der technische Aufwand und damit die Kosten zur Herstellung solcher für Frequenzbereiche von Radaranlagen geeigneten Retroreflektoren deutlich höher als für herkömmliche optische Rückstrahler. Andererseits erhält man durch die Verwendung von Metall und Strukturgrößen bis zum Zentimeterbereich jedoch einen sehr wirkungsvollen Rückstrahler, der gleichzeitig sowohl Radarstrahlen als auch Lichtstrahlen sehr effektiv zur Quelle zurück reflektiert. Damit erhalten die multifunktionale RFID-Radaretiketten zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Verkehrssicherheit, wenn diese hybriden Elemente miteinander modular kombiniert werden.
Neben der bisher betrachteten einfachen Reflexion von elektromagnetischer Energie mit planaren oder dreidimensionalen Retroreflektoren, welches von der Radaranlage als Nachweis für die Präsenz eines Objektes detektiert wird, werden die Radaretiketten so gestaltet, dass zusätzlich auch Informationen in Form digital geformter Daten übertragen werden können.
Eine in 13 beispielhaft dargestellte planare multifunktionale Etikettenstruktur (4), welche für die oben aufgeführten Anwendungsfälle geeignet und für zusätzliche Funktionen erweiterbar ist, wird nachfolgend beschrieben.
Die beiden fächerförmigen Resonanzleitungen der planaren multifunktionale Etikettenstruktur (4) besitzen - physikalisch gesehen - weitgehend den in 1 gezeigten Aufbau. Sie bestehen also aus einer Oberseitenmetallisierung (1), einem dielektrischen Substrat (2) als Trägermaterial und einer Unterseitenmetallisierung (3).
Die 13 zeigt die Struktur der Oberseitenmetallisierung (1). Diese besitzt neben einem multifrequenten Halbwellendipol (5) und einem multifrequenten Viertelwellenresonator (7) noch eine zusätzliche Schlitzleitungsmetallisierung (9). Innerhalb dieser Schlitzleitungsmetallisierung (9) befinden sich zahlreiche Schlitzleitungsresonatoren (10) mit jeweils unterschiedlichen geometrischen Längen. Diese sind an den Enden jeweils kurzgeschlossen und bilden dadurch Schlitzleitungsresonatoren (10), deren Resonanzfrequenz signifikant von der jeweils elektrisch wirksamen Gesamtlänge des Schlitzleitungsresonators (10) abhängt. Die Details zur Programmierung und Erkennung der programmierten Daten im Zusammenhang mit Schlitzleitungsresonatoren finden sich in [03].
Die 13 zeigt im dargestellten Beispiel aus zeichentechnischen Gründen lediglich acht Schlitzleitungsresonatoren (10) mit jeweils unterschiedlichen geometrischen Längen. Die Anzahl der Schlitzleitungsresonatoren (10) kann jedoch je nach Erfordernissen auf eine größere Anzahl vergrößert werden. Einschränkend ist lediglich die zur Verfügung stehende Fläche der Schlitzleitungsmetallisierung (9), wobei ein ausreichend großer Abstand zwischen den einzelnen Resonatoren zu beachten ist, damit diese nicht durch eine zu starke Verkopplung die jeweiligen Resonanzfrequenzen verfälschen.
Zusätzlich ist zwischen den beiden multifrequenten fächerförmigen Resonanzleitungen noch eine Montagegrube (6) zur Aufnahme eines hybriden Chipmoduls (14) vorhanden. Nachfolgend wird die grundsätzliche Funktionsweise dieser planaren multifunktionalen Etikettenstruktur (4) erläutert.
Die größere der beiden großflächigen, fächerförmigen Oberseitenmetallisierungen ist als ein multifrequenter Halbwellendipol (5) ausgebildet. Dieser Dipol ist an beiden Enden leerlaufend. Daher sind an den beiden Enden im Resonanzfall bei Erregung durch ein äußeres elektromagnetisches Feld, wie es beispielsweise von einer entfernt stationierten Radaranlage erzeugt wird, dann jeweils Spannungsmaxima zu erwarten.
Der multifrequente Halbwellendipol (5) ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kreissegment mit konstantem Radius und damit konstanter elektrisch wirksamer Resonatorlänge strukturiert. An dem von der Montagegrube (6) abgewandtem leerlaufenden Ende ist die geometrische Breite maximal. Hier findet sich daher auch ein maximales Streufeld, welches mit dem Freiraum intensiv wechselwirken kann. Damit diese Wechselwirkung möglichst wenig behindert wird, ist ein hinreichend großer dielektrischer Freiraum (8) mit einem maximalen Abstand von weiteren möglicherweise bedämpfend wirkenden Metallisierungen, die einem Viertel der Wellenlänge bei der niedrigsten Resonanzfrequenz entspricht und einem minimalen Abstand, der einem Sechzehntel der Wellenlänge bei der niedrigsten Resonanzfrequenz entspricht. Die niedrigste Resonanzfrequenz ist bei der hier beispielhaft ohne Berücksichtigung der unterschiedlichen frequenzabhängigen Werte für den Endeffekt dimensionierten Anordnung etwa 2,42 GHz und die bestimmungsgemäße Resonanzfrequenz für die Wechselwirkung mit der Radaranlage liegt signifikant höher bei 77,5 GHz. Somit ist selbst der geringste Abstand immer noch ein Vielfaches der Wellenlänge der Betriebsfrequenz der Radaranlage und spielt somit hinsichtlich einer möglichen Bedämpfung der Felder nur eine untergeordnete Rolle.
Die kleinere der beiden großflächigen, fächerförmigen Oberseitenmetallisierungen ist als ein multifrequenter Viertelwellenresonator (7) ausgebildet. Dieser ist lediglich an der von der Montagegrube (6) abgewandten Seite leerlaufend. Durch eine in der Montagegrube (6) befindliche Durchmetallisierung (11) ist der multifrequente Viertelwellenresonator (7) galvanisch mit der Unterseitenmetallisierung (3) und dadurch gleichzeitig mit dem hochfrequenten Erdungspotential verbunden. Die 14 zeigt als seitliche Schnittbilddarstellung die geometrischen und elektrisch wirksamen Details.
Die großflächige ununterbrochen durchgängige Unterseitenmetallisierung (3) bildet das hochfrequente Erdungspotential der Anordnung. Das Substrat (2) mit der Höhe H separiert die gesamte Oberseitenmetallisierung (1) in einem Abstand von der Unterseitenmetallisierung (3), die einer viertel Wellenlänge bezüglich der Betriebsfrequenz der Radaranlage entspricht, um Freiraumbedingungen zu simulieren und um eine möglichst intensive Wechselwirkung mit der Radaranlage zu ermöglichen.
Der an beiden Seiten leerlaufende multifrequente Halbwellendipol (5) hat eine Länge, die der Strecke zwischen den beiden Markierungspunkten B und C in 14 entspricht. Der Punkt B befindet sich unmittelbar an der Montagegrube (6). Der Punkt C befindet sich an dem gegenüber liegenden, fächerförmig verbreitetem Ende der Resonanzleitung.
Der multifrequente Viertelwellenresonator (7) hat eine Länge, die der Strecke zwischen den beiden Markierungspunkten A und G in 14 entspricht. Der Punkt G befindet sich unmittelbar an der Montagegrube (6). Der Punkt G ist wegen der Durchmetallisierung (11) galvanisch mit der Unterseitenmetallisierung verbunden. Der Punkt C befindet sich an dem gegenüber liegenden, fächerförmig verbreitetem Ende der Resonanzleitung.
Die 15 zeigt die elektrischen Verhältnisse und Spannungsverläufe auf beiden Resonanzleitungen bei der Betriebsfrequenz von 77,5 GHz der Radaranlage.
Im Punkt A, also dem leerlaufendem Ende des multifrequenten Viertelwellenresonators (7), ist die Spannung maximal. Nach einer Distanz, die dem 16-fachen der halben Wellenlänge und zusätzlich einer einfachen viertel Wellenlänge entspricht, verschwindet die Spannung am Punkt G, der als Erdungspunkt mit der Unterseitenmetallisierung (3) durch die Durchmetallisierung (11) galvanisch verbunden ist. Es findet also eine intensive Wechselwirkung mit dem von der Radaranlage ausgesendeten Suchstrahl statt, wobei die zur Wechselwirkung zur Verfügung stehende Wirkfläche bereits wegen der geometrischen Distanz zwischen den Punkten A und G mehr als das 16-fache der Fläche eines einfachen Halbwellendipols entspricht.
Im Punkt B, also dem leerlaufendem Ende des multifrequenten Halbwellendipols (5), ist die Spannung maximal. Nach einer Distanz, die einer 32-fachen der halben Wellenlänge entspricht, wird die Spannung am ebenfalls freilaufenden Ende im Punkt C ebenfalls maximal. Es findet also eine intensive Wechselwirkung mit dem von der Radaranlage ausgesendeten Suchstrahl statt, wobei die zur Wechselwirkung zur Verfügung stehende Wirkfläche bereits wegen der geometrischen Distanz zwischen den Punkten A und G mehr als das 32-fache der Fläche eines einfachen Halbwellendipols entspricht.
Die seitlichen Abmessungen der Montagegrube wird so gewählt, dass der Abstand zwischen den Punkten G und B einer dreiviertel Wellenlänge entspricht. In diesem Fall kann die gesamte Oberseitenmetallisierung (1) bestehend aus dem multifrequenten Halbwellendipols (5) und dem multifrequenten Viertelwellenresonator (7) und das Streufeld in der Montagegrube wie ein großer auf die Frequenz der Radaranlage abgestimmter Resonator mit einer Gesamtlänge, die dem 50-fachen eines Halbwellendipols bei dieser Frequenz entspricht, intensiv wechselwirken. Die Frequenz der Radaranlage von 77,5 GHz ist für die Lokalisation entfernter Objekte für die Automobilindustrie freigegeben. Durch die auf diese Frequenz abgestimmten Resonatoren mit optimal großer Wirkfläche der planaren multifunktionalen Etikettenstruktur ist ein signifikant verbessertes Rückstreupegel zu erwarten, als es ohne diese Etikette der Fall wäre.
Für eine Betriebsfrequenz von 2,42 GHz, wie sie zum Betrieb eines Daten-Lesegerätes für fremdgespeiste Transponder für kurze Distanzen im Meterbereich verwendet wird, zeigt die 16 den Verlauf der Spannungen auf den Resonanzleitungen.
Die Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz von 2,42 GHz ist 32 mal größer, als bei 77,5 GHz. Somit ergeben sich für die vorgegebenen geometrischen Abmessungen für diesen Frequenzbereich folgende elektrischen Spannungsverläufe auf den Resonanzleitungen.
Im Punkt A, also dem leerlaufendem Ende des multifrequenten Viertelwellenresonators (7), ist die Spannung maximal. Nach einer Distanz, die einer viertel Wellenlänge entspricht, verschwindet die Spannung am Punkt G, der als Erdungspunkt mit der Unterseitenmetallisierung (3) durch die Durchmetallisierung (11) galvanisch verbunden ist.
Im Punkt B, also dem leerlaufendem Ende des multifrequenten Halbwellendipols (5), ist die Spannung hingegen maximal. Nach einer Distanz, die einer halben Wellenlänge entspricht, wird die Spannung am ebenfalls freilaufenden Ende im Punkt C ebenfalls maximal.
Zwischen den Punkten G und B stellt sich also eine maximal mögliche Spannungsdifferenz ein, wenn die beiden Resonanzleitungen dem Abfragefeld eines Lesegerätes mit einem Speisesender mit einer Frequenz von 2,42 GHz ausgesetzt sind. Würde man einen elektrischen Verbraucher zwischen den Punkten G und B anschließen, so könnte man diesem elektrischen Verbraucher die zum Betrieb notwendige Energie durch Erregung der beiden Resonanzleitungen durch ein äußeres Feld zuführen.
Zur Erläuterung der Details zur Integration eines solchen elektrischen Verbrauchers am Beispiel eines hybriden Chipmoduls (14), dienen die nachfolgend beschriebenen Figuren.
Die 17 zeigt die Aufsicht auf die planare multifunktionale Etikettenstruktur (4) als Detailansicht im Bereich der Montagegrube (6). Zu erkennen sind die auf dem Substrat (2) positionierten verjüngten Enden einerseits des multifrequenten Halbwellendipols (5) und des multifrequenten Viertelwellenresonators (7). Die laterale Kontur der hier beispielhaft gezeigten Montagegrube (6) ist nicht vollständig kreisförmig, sondern sie ist an einer Seite abgeflacht, um ein einfaches Positionieren eines optional zu montierenden Chipmoduls zu ermöglichen. Da das Substrat (2) typischerweise eine Folie ist, lässt sich diese Kontur mit Hilfe einer Stanze problemlos realisieren.
Wenn die planare multifunktionale Etikettenstruktur (4) lediglich als Retroreflektor für eine Radaranlage dienen soll, so sind weder die Montagegrube (6) noch das Chipmodul (14) erforderlich. Wenn jedoch größere Datenmengen in der planare multifunktionale Etikettenstruktur (4) abgespeichert werden sollen, dann muss ein geeigneter ASIC (18), wie er beispielsweise auch für NFC-Etiketten verwendet wird, in die multifunktionale Etikettenstruktur (4) integriert werden. Je nachdem, wie der ASIC aufgebaut ist und welche Funktionen angestrebt werden, muss eventuell zusätzlich noch eine Diode integriert werden. In 18 ist gezeigt, wie sich durch einen zusätzlich hergestellten Spalt (12) in der Metallisierung des multifrequenten Halbwellendipols (5) und einer zusätzlich angebrachten Diode (13) alle erforderlichen Betriebsbedingungen erzielt werden können. Die Diode (13) kann gemäß aktueller Forschungsergebnissen auch in gedruckter Form auf das Substrat (2) aufgebracht werden.
An dieser Stelle wird darauf ausdrücklich hingewiesen, dass alle bisher beschriebenen flächenhaften, also rein planaren Ausführungsformen vollständig drucktechnisch erzeugbar sind. Dabei wird anstelle von Farbe eine geeignete metallisch leitende Schicht direkt mit den jeweilig erforderlichen Strukturen auf ein dielektrisches Material gedruckt.
Im einfachsten Fall könnte man also die Etiketten auf einen zyklisch perforierten selbstklebenden Kunststofffilm mit definierter Höhe und definierter Permittivität drucken und diese Etikette dann an der Perforation wie eine selbstklebende Briefmarke von den anderen Etiketten trennen und direkt auf das zu markierende Gehäuse aus Metall kleben. Dabei lassen sich die Schlitzleitungsresonatoren für jede Etikette einzeln mit unterschiedlichen Längen und damit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen während des Druckvorganges produzieren.
So, wie jeder gedruckte Geldschein ein grundsätzlich gleiches Aussehen aber eine unterschiedliche Nummerierung besitzt, so wird auch beispielsweise die grundsätzliche Struktur der Oberseitenmetallisierung (1) gemäß 13 zunächst gleichartig für alle Etiketten gedruckt und in beispielsweise einem weiteren Druckprozess werden dann an jeweils unterschiedlichen Stellen metallisch leitende Kurzschlüsse in die Schlitze der jeweiligen Schlitzleitungsresonatoren (10) gedruckt. Durch die Kurzschlüsse an verschiedenen Stellen werden die elektrisch wirksamen Längen dieser Schlitzleitungsresonatoren und damit die unterschiedlichen Resonanzfrequenzen bereits beim Drucken festgelegt. Es ist also drucktechnisch möglich, die physikalisch wirksamen Längen der Schlitzleitungsresonatoren (10) und damit die von den Resonatoren jeweils erzeugten Resonanzfrequenzen für jeden einzelnen Etikettendruck individuell einzustellen. Die durch die Schlitzleitungsresonatoren (10) mit unterschiedlichen Längen durch den Druckvorgang kodierten individuellen Daten der jeweiligen Etiketten, können mit geeigneten Lesegeräten dann ähnlich wie ein Strichcode oder Barcode ausgelesen werden. Weitere Details zum physikalischen Hintergrund des Lesens dieser so programmierten Daten sind in [03] beispielhaft erläutert.
Bis zu der bisher beschriebenen Ausbaustufe des hier vorgestellten Systems modular funktionell erweiterbarer RFID-Radaretiketten für die Wechselwirkung mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern für größere, mittlere und kurze Distanzen sind sämtliche beispielhaft diskutierten Ausführungsbeispiele äußerst preisgünstig rein drucktechnisch produzierbar und benötigen keine weiteren elektronischen Bauteile. Um es für RFID-Radaretiketten der Ausbaustufe 1, also für größere Distanzen und für RFID-Radaretiketten der Ausbaustufe 2, also für mittlere Distanzen klar zu sagen: Diese Etiketten benötigen keine zusätzlichen elektronischen Bausteine, d. h. sie besitzen keinen Chip!
Erst für die Ausbaustufe 3, also für kurze Distanzen und für das Schreiben und Lesen größerer Datenmengen ist nun doch ein elektronischer Chip in Form eines ASICs (18) erforderlich, der jedoch nur mit einer Gleichspannung als Versorgungsspannung funktioniert.
Eine Diode ist also erforderlich, um aus dem hochfrequenten Speisefeld eine Gleichspannung zu erzeugen, welche dann die elektronischen Bausteine im ASIC (18) versorgt. Entweder handelt es sich dabei um eine zusätzliche beispielsweise drucktechnisch montierte Diode wie oben beispielhaft erläutert wurde oder aber die Diode ist direkt im ASIC (18) integriert.
Um Kosten zu sparen, kann dabei auf bekannte Entwicklungen zurückgegriffen werden. Die in NFC-Etiketten integrierten Chips sind beispielsweise sehr gut geeignet und können auch hier direkt als ASIC (18) eingesetzt werden. Allerdings sind die in diesen NFC-Chips integrierten Dioden für einen Frequenzbereich von beispielsweise 13,56 MHz, jedoch nicht für einen Frequenzbereich von 2450 MHz geeignet, wie es für die hier vorgestellten Etiketten erforderlich wäre. Deshalb ist gemäß 18 eine ebenfalls drucktechnisch herstellbare Diode vorgesehen, wenn die im ASIC (18) bereits integrierte Diode für den Frequenzbereich der Etikette nicht geeignet sein sollte. Die Grenzfrequenzen der drucktechnisch erzeugten Dioden liegen nach aktuellen Forschungsergebnissen deutlich oberhalb von 40 GHz. Dies bedeutet, dass beide Konfigurationen, nämlich die gemäß 17 und die gemäß 18 möglich sind und lediglich von den Eigenschaften des verwendeten ASICs (18) abhängen.
In beiden Fällen ergibt sich dadurch, dass die Diode bis zum Überschreiten der Schwellenspannung keinen Stromfluss zulässt, sich dadurch also ähnlich wie ein offener Schalter verhält, der folgende sehr bedeutende Sachverhalt, der den multiplen Einsatz der Oberflächenmetallisierung überhaupt erst ermöglicht:

Solange die beiden Resonatoren, nämlich der multifrequente Halbwellendipol (5) und der multifrequenten Viertelwellenresonators (7) über große Entfernung als Radarretroreflektor wirken, bleiben die in der 15 dargestellten Spannungsamplituden unterhalb der Schwellenspannung und es findet kein Stromfluss durch die Diode statt. In diesem Fall wirkt die Diode wie ein Widerstand mit nahezu unendlich großem Wert. Dadurch wird keiner der beiden Resonatoren (5) und (7) bedämpft und sie verhalten sich in elektrischer Hinsicht daher so, als würden sie sich, ähnlich wie die Düppel, isoliert im freien Raum befinden. Die Diode wirkt also wie ein Schalter, der den ASIC (18), der ja Betriebsenergie benötigt wenn er aktiviert ist, vom Resonator galvanisch trennt, wodurch dieser durch keine Last bedämpft wird.

Erst dann, wenn das Lesegerät, welches bei einer signifikant niedrigeren Frequenz als das Radargerät arbeitet, in geringer Entfernungen aktiviert wird, ergeben sich durch die erheblich höheren Feldstärken des in der Nähe positionierten Lesegerätes die in 16 gezeigten Spannungsverläufe mit ausreichend großen Spannungsamplituden und erst dann lässt die Diode einen Stromfluss zu, der den Resonanzkreis bedämpft. In diesem Fall ist das aber durchaus erwünscht, denn das Lesegerät liefert kontinuierlich die den Resonanzleitungen entzogene Energie nach, da das Lesegerät durch die geringe Entfernung zur multifunktionalen RFID-Radaretikette ein genügend starkes elektromagnetisches Speisefeld aufbauen kann.
Ein Ausführungsbeispiel für ein einfach modular bei Bedarf zu montierendes Chipmodul (14) ist in 19 gezeigt. Dieses Chipmodul ist so konstruiert, dass es jederzeit auch nachträglich noch in die RFID-Radaretikette gemäß 13 nachgerüstet werden kann, wenn die Funktionalität der RFID-Radar-Etikette erhöht werden soll.
Das Chipmodul (14) kann in diesem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel funktionell in drei Ebenen aufgeteilt werden. Der Boden des Chipmoduls wird durch die Chipmodulbasis (15) gebildet. Diese dient zur Befestigung der benötigten Bauteile. In der 19 ist zu erkennen, dass der ASIC (18) direkt auf ihr, beispielsweise mit Hilfe eines Klebers, montiert ist. Somit befinden sich die notwendigen elektronischen Bauteile oberhalb der Chipmodulbasis (15) im Montagebereich (16). Hier werden auch die notwendigen Anschlussdrähte wie die Erdungsleitung (19) und die Versorgungsleitung (20) mit dem ASIC verbunden. Darüber befindet sich die Zuleitungsfixierung. In diesem Bereich werden die vom Montagebereich heraufsteigenden Leitungen stabil vergossen und nach außen geführt. Da beim Einsetzen des Chipmoduls (14) in die Montagegrube (6) sowohl die Erdungsleitung (19) als auch die Versorgungsleitung (20) gebogen werden, müssen sie, wegen der dabei auftretenden Kräfte, zuvor ausreichend gut fixiert sein.
Die 20 zeigt in seitlicher Ansicht das Chipmodul (14) als schematische Schnittzeichnung und erläutert weitere Details. Das dort gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt das Chipmodul (14) als einen in einem Hohlkörper vergossenen elektronischen Baustein. Die Chipmodulbasis (15) ist hier mit Hilfe eines festen Materials realisiert, welches den Hohlkörper mechanisch stabilisiert, damit er sich beim Einpressen in die Montagegrube (6) nicht verformt. Wird für das feste Material beispielsweise eine Kupfer- oder Aluminiumscheibe verwendet, so hat das den Vorteil, dass der darauf befestigte ASIC (18) falls erforderlich, gleichzeitig geerdet und gekühlt werden kann.
Ebenso dient eine Vergussmasse in der Zuleitungsfixierung (17) der mechanischen Stabilisierung des Hohlkörpers und der Fixierung sowohl der Erdungsleitung (19) als auch der Versorgungsleitung (20). Des Weiteren ist zu erkennen, dass sowohl die Chipmodulbasis (15) als auch der Montagebereich (16) zum Boden hin im Durchmesser verjüngt sind. Dadurch lässt sich das Chipmodul (14) sehr leicht in die planare multifunktionale Etikettenstruktur integrieren, weil das Gehäuse des Chipmoduls (14) durch diese Maßnahmen sowohl selbstführend als auch selbstjustierend ist, was die Anforderungen an die Toleranzen bei der Montage signifikant vermindert und dadurch die Montagegeschwindigkeit erhöht und die Montagekosten vermindert.
Die grundsätzlichen Schritte zur Montage des Chipmoduls (14) zeigen die nachfolgenden Figuren. Diese sind zur Verdeutlichung der verschiedenen bei der Montage auftretenden Phänomene jedoch nicht maßstäblich gezeichnet. So ist insbesondere der Querschnitt des Chipmoduls (14) zu gering, die Schichtdicken der Metallisierungen für den multifrequente Halbwellendipol (5) und für den multifrequenten Viertelwellenresonators (7) zu groß und die Drahtstärken sowohl der Erdungsleitung (19) als auch der Versorgungsleitung (20) ebenfalls zu groß im Vergleich zu den geometrischen Abmessungen der Montagegrube dargestellt.
Dadurch werden die wesentlichen Vorgänge der gleichzeitigen Kontaktierung und Fixierung jedoch signifikant verdeutlicht und erleichtert dem Fachmann das Verständnis.
Zu Beachten ist jedoch trotz der unmaßstäblichen Darstellung, dass es sich hierbei aber um eine Presspassung handelt, das heißt, dass die Querschnittsabmessungen der Montagegrube (6) - im Gegensatz zu den Darstellungen in den Figuren (21) bis (23) - geringfügig geringer als die Querschnittsabmessungen des Chipmoduls (14) sind. Beim Einpressvorgang wird daher das Substrat (2) elastisch verformt und bewirkt dadurch nach der Montage Presskräfte, die das Chipmodul (14) in seiner Position fixieren. Zusätzlich werden die Metallisierungen für den multifrequente Halbwellendipol (5) und der multifrequenten Viertelwellenresonators (7) beim Einpressen durch die Drähte sowohl der Erdungsleitung (19) als auch der Versorgungsleitung (20) eingekerbt und verformt, wodurch sich eine widerstandsarme und zeitstabile elektrische Kontaktverbindung ohne weitere Maßnahmen wie beispielsweise Löten ergibt.
Die 21 zeigt schematisch die Situation unmittelbar vor der Montage. Das Chipmodul (14) befindet sich in der Nähe oberhalb der Montagegrube (6) und wird zu dieser hin abgesenkt. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich am Boden der Montagegrube (6) ein zuvor zusätzlich deponierter Klebstoff (21).
Beim Einpressvorgang findet die Chipmodulbasis (15) sofort die obere Öffnung der Montagegrube (6), weil die Chipmodulbasis durch die Verjüngung lateral eine signifikant geringere Ausdehnung besitzt. Dies ist vergleichbar mit dem Problem, einen Stab durch einen Ring zu stecken. Je größer der Ringdurchmesser und je kleiner der Stabdurchmesser ist, um so einfacher und schneller ist das Problem zu lösen. Beim weiter fortgeschrittenen Einpressvorgang findet nun, wegen der in den 17 und 18 gezeigten nichtkreisförmigen Form des Querschnitts der Montagegrube (6), zusätzlich eine durch Formschlüssigkeit bedingte Drehung um die Mittelachse des Chipmoduls (14) statt, solange bis die in 19 gezeigte gerade Seite des Chipmoduls (14) mit der in den 17 und 18 zu erkennenden geraden Seiten der Montagegrube (6) überein stimmen. Erst dann verschwinden die eine Rotation bewirkenden durch den Einpressvorgang zusätzlich erzeugten und eine Drehung bewirkenden Kräfte.
Das in allen Richtungen justierte Chipmodul wird dann weiter eingepresst und dabei werden nun die beiden Leitungen, nämlich die Erdungsleitung (19) und die Versorgungsleitung (20) an den Kanten der Oberseitenmetallisierung (1) zunächst abgeknickt. Die 22 zeigt das Abknicken der Erdungsleitung (19) des Chipmoduls (14) an der Kante des multifrequenten Viertelwellenresonators (7) und das Abknicken der Versorgungsleitung (20) des Chipmoduls (14) an der Kante des multifrequenten Halbwellendipols (5).
In 23 ist der Zustand nach dem Einpressen de Chipmodul (14) in die Montagegrube (6) gezeigt. Das Chipmodul (14) befindet sich nun vollständig in der Montagegrube (6). Die jeweiligen Leitungen des Chipmoduls sind durch Pressung galvanisch, ähnlich dauerhaft wie durch die plastische Verformung beim Crimpen mit der Crimpzange, mit den Resonanzleitungen auf der Oberfläche des Substrates verbunden. Der Klebstoff (21) ist für die Montage entbehrlich und dient als Sicherheitsmaßnahme primär dazu, dass das Chipmodul nicht unbefugt ausgetauscht werden kann, um womöglich nachträglich die im ASIC (18) des Chipmoduls (14) abgespeicherten Daten zu verfälschen.
Nachfolgend werden einige zweckmäßige anwendungsspezifische Konfigurationen der multifunktionale Radaretiketten beispielhaft präsentiert.
Für Anwendungsfälle, in denen in horizontaler Ebene Retroreflektoren wirksam sein sollen, jedoch weitere Informationen nur im Nahbereich ausgelesen werden müssen, genügt die Kombination einer hinreichenden Anzahl von äußerst preiswert zu produzierenden planaren Etiketten z. B. gemäß 7 mit einer einzigen etwas aufwendiger herzustellenden Etikette gemäß 13, wobei in letztere kein Chipmodul (14) eingesetzt werden muss, wenn die durch die programmierten Schlitzleitungsresonatoren (10) gegebene Informationsmenge genügt. Anderenfalls kann durch das Einsetzen eines Chipmoduls (14) die Menge der abgespeicherten Daten je nach Bedarf signifikant erhöht werden.
Eine solche beispielhafte Realisierung ist in 24 gezeigt. Eine hinreichend große Anzahl von preiswerten planaren Retroreflektor-Etiketten bilden eine bandförmige Struktur. Diese Etiketten sind beispielsweise auf einer Folie befestigt und jeweils seitlich aneinander gereiht. Sie bilden dadurch ein Band, welches sich beispielsweise um eine Säule binden lassen würde mit dem Effekt, dass wenigstens eine der Retroreflektor-Etiketten stets wie ein Spiegel voll in die gewünschte horizontale Richtung reflektiert, obwohl jede einzelne Etikette lediglich in sehr preiswerter planarer Form produziert worden ist. Die Anzahl der preiswerten Etiketten gemäß 8 ist hier in der 24 lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit reduziert und muss in der Praxis je nach den gegebenen Anforderungen entsprechend angepasst werden. Die aufwendiger zu produzierende planare multifunktionale Etikettenstruktur gemäß 13 ist als einzelne Etikette der zentrale Teil des Ensembles.
Auf diese Weise lassen sich beispielsweise auch für Fahrräder Identifikationsmerkmale zuordnen. So lassen sich Besitzverhältnisse abspeichern oder auch eine namentliche Zuordnung zwischen dem jeweiligen Fahrrad und seinem Besitzer eindeutig vornehmen. Dadurch würde es möglich sein, jedes Fahrrad mit einem elektronischen drahtlos auslesbaren Kennzeichen zu versehen. Dies würde eine eindeutige Identifizierung des jeweiligen Fahrrades ermöglichen, wie es beispielsweise durch das Nummernschild bei einem Kraftfahrzeug derzeit bereits der Fall ist. Dadurch könnte man nicht nur im Falle eines Fahrraddiebstahls mit Hilfe eines Lesegerätes sehr einfach in einer Ansammlung von Fahrrädern die als gestohlen gemeldeten Fahrräder leicht erkennen, sondern es würde auch das Auffinden des eigenen Fahrrades auf einem großen Fahrradparkplatz erleichtern.
Da die Identifikationsmerkmale sich durch ein einfaches elektronisches Lesegerät über eine von der jeweiligen Leistung des Lesegerätes abhängige Distanz drahtlos ermitteln lassen, wäre auch eine Art Black-Box-Aufzeichnung der letzten Minuten vor einem Verkehrsunfall mit allen am Unfallgeschehen Beteiligten möglich. Dazu müssten lediglich die Funktionen der beispielsweise in vielen Automobilen bereits eingebauten Fahrzeugassistenzsystemen entsprechend so erweitert werden, dass die Funketiketten benachbarter Objekte laufend zyklisch ermittelt und temporär aufgezeichnet werden.
Eine ähnlich gestaltete Anordnung, welche jedoch für sehr große Entfernungen geeignet ist, wird in 25 gezeigt. Die Vielzahl der Retroreflektoren bewirkt eine sehr signifikante Wechselwirkung mit der Radaranlage. Diese Anordnung ist insbesondere für weit entfernte aber mit der Oberfläche zur Radaranlage hin ausgerichteten Objekten geeignet. So können beispielsweise aufeinander gestapelte eigene Container von fremden Containern unterschieden und gezählt oder bestätigt werden.
Eine sehr effektive Möglichkeit, auch dreidimensionale Retroreflektoren mit planaren Etiketten zu kombinieren ist in der 26 gezeigt. Dort ist eine planare multifunktionale Etikettenstruktur (4) auf einem beispielsweise kreisrunden Montageträger (22) befestigt. Durch die sich dann ergebenden zusätzlichen Montageflächen können retroreflektierende Strukturen, wie sie im Zusammenhang mit den Erläuterungen zur 12 diskutiert worden sind, ebenfalls montiert werden. Diese räumlichen Retroreflektoren (23) werden zunächst passend zu den Freiflächen gruppiert und dann jeweils auf den von der planaren multifunktionalen Etikettenstruktur (4) nicht belegten Flächen auf dem Montageträger (22) beispielsweise durch Aufkleben montiert.
Die im Zusammenhang mit der 12 behandelten würfelförmigen Strukturen haben als dreidimensionale Retroreflektoren im Zusammenhang mit den hier vorgestellten zweidimensionalen, planaren Retroreflektoren den Nachteil, dass sie für den für Radaranlagen verwendeten Frequenzbereich entweder soweit durch Skalierung vergrößert werden müssten, dass die Abmessungen nicht mehr für eine flache Montage geeignet sind oder aber dass sie so klein bleiben, wie es für optische Anwendungen erforderlich ist, und dadurch die wirksam werdende Rückstrahlfläche nicht optimal genutzt werden kann.
Deutlich besser eignet sich die hier die in 27 vorgestellte neu erfundene Struktur, die aus dünnen Metallplättchen besteht. Diese Form der Retroreflektoren basiert auf im Zusammenhang mit Marineanwendungen konstruierten aus Metallplatten zusammen gesetzten Körpern zur Sichtbarmachung auf der Radaranlage von kleinen nichtmetallischen Booten bei rauer See.
Die gestrichelte Kontur in 27 zeigt den im Zusammenhang mit Radaranlagen in der Nautik bekannten Oktaeder-Radarreflektor mit acht triangularen Winkelreflektoren in der sogenannten Viererstellung.
Für die hier gewünschten Anforderungen wären selbst die gemäß der signifikant kürzeren Wellenlänge im Bereich von 4 mm der für den Straßenverkehr verwendeten Radaranlagen skalierten Dimensionen dieser hochwirksamen Retroreflektoren jedoch immer noch zu groß. Da im Zusammenhang mit der Integration von planaren Retroreflektoren jedoch nur eine einseitige, nämlich frontale Reflektion gefordert ist, kann der gesamte untere Teil des Oktaeders mit der Kantenlänge Q gemäß der 27 entfallen. Dadurch findet zur Rückseite hin keine Retroreflektion mehr statt. Dies ist aber bei den planaren Retroreflektoren ohnehin ebenfalls der Fall. Daher sind nun beide Formen hinsichtlich ihres Reflexionsverhaltens nun kompatibel.
Somit verbleibt von dem Oktaeder-Radarreflektor nach dem Entfernen des unteren Teile nunmehr die in 27 gezeigte seitliche Silhouette eines spitzen Kegels oder einer Pyramide, die aus zwei sich in der Mitte überkreuzenden Metallplatten besteht, die sich auf einer weiteren quadratischen metallenen Bodenplatte befinden.
In einem weiteren Modifikationsschritt wird nun auch diese geometrische Abmessung weiter reduziert, um den Grad der Kompatibilität zu den planaren Retroreflektoren noch weiter zu erhöhen.
Es hat sich gezeigt, dass als Kompromiss zwischen der Wirksamkeit und den geometrischen Abmessungen auch noch die Höhe T von der Mittelplatte bis zur Spitze um ein Drittel der ursprünglichen Höhe gekürzt werden kann, um die gesamte Anordnung flacher zu gestalten, ohne die Funktion oder Wirksamkeit des Radarretroreflektors mehr als 20% zu beschränken. So gelangt man nach diesen Abänderungen des bekannten Oktaeder-Radarreflektors, wie er in 27 durchgezogen und gestrichelt dargestellt ist, zu einem immer noch hochwirksamen jedoch nun sehr kompakten räumlichen Retroreflektor (24). Die durchgezogenen Linien in 27 zeigen die Kontur dieser kompakteren Konstruktion nach der erfindungsgemäßen Modifikation.
Eine Vielzahl eines solchen einzelnen Elementes, wie es in der 27 mit durchgezogenen Linien gezeigt ist, wird nun kontinuierlich mit seinen quadratischen Bodenplatten Kante an Kante zu einer flächenhaften Struktur angeordnet. Auf den freien Montageflächen beispielsweise eines runden Montageträgers (22) wie er in 26 gezeigt ist, kann somit das in 27 mit durchgezogenen Linien gezeigte einzelne reftroreflektierende Element in Vielzahl mit seiner quadratischen Basisfläche mit der Kantenlänge Q, ähnlich wie die in 26 gezeigt, als zusätzlich räumlich realisierte Retroreflektoren, auf einen Montageträger angeordnet und beispielsweise durch Klebung oder sonst wie befestigt werden. Ein direkt frontal einfallender Radarstrahl (R) wird gemäß 27 mit der gesamten metallenen Fläche total reflektiert. Ein seitlich einfallender Radarstrahl (S) wird gemäß 27 ebenfalls mit einem nur geringen seitlich Versatz nahezu in voller Stärke reflektiert. Insgesamt ist die in 27 gezeigte Struktur des kompakten räumlichen Retroreflektors, bei gleichem Volumen wie die im Zusammenhang mit 13 diskutierte Struktur, signifikant wirksamer, insbesondere, wenn sie wie in 26 gezeigt mit weiteren planaren RFID-Radaretiketten kombiniert wird.
Die 28 zeigt beispielhaft eine Schnittzeichnung zur Erläuterung eines kombinierten Retroreflektors. Da Radarstrahlen das Dielektrikum optischer Retroreflektoren mühelos durchdringen, können beide Versionen, nämlich optische Retroreflektoren einerseits und für Radaranlagen geeignete Retroreflektoren andererseits, zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse montiert werden. Die 28 zeigt schematisch, wie dies realisiert werden kann. In einem Montageträger (22) sind auf der Bodenplatte sowohl planare multifunktionale Etikettenstrukturen (4) als auch räumliche Retroreflektoren (23) montiert. Wird die durch die planare multifunktionale Etikettenstrukturen (4) ermöglichte erweiterte Funktionalität nicht gewünscht, dann so muss diese nicht montiert werden, um Kosten zu sparen. Stattdessen kann die dadurch frei werdende Fläche für die Montage zusätzlicher räumlicher Retroreflektoren dienen, wenn beispielsweise ausschließlich die Rückstreuung zur Präsenzermittlung gewünscht ist. Die optischen Retroreflektoren (25) werden, wie in 28 gezeigt, als Abdeckkappe ausgebildet und oberhalb der räumlichen Retroreflektoren (23) montiert. Dadurch ist eine sehr flache Bauform möglich und dieser kombinierte Retroreflektor kann beispielsweise wie ein Ansteck-Button als ein der Sicherheit dienendes Accessoire an der Kleidung getragen oder an einem mitgeführten Objekt befestigt werden, um gleichzeitig sowohl im Scheinwerferlicht als auch in der Verkehrsradaranlage eines Fahrzeuges eine deutliche Reflexion zu produzieren. Bereits heutzutage ist die zusätzliche optische Markierung von Fahrrädern durch Rückstrahler, Frontreflektor, Pedal- und Speichenreflektoren vorgeschrieben. Technisch wäre es kein Problem, die jeweiligen optisch wirkenden Rückstrahler gemäß des in 28 gezeigten Prinzips mit Retroreflektoren zu ergänzen, damit die Fahrräder auch von den Radaranlagen der Automobile deutlicher erkannt werden können. Die ohnehin bereits vorhandenen Speichenreflektoren lassen sich sehr einfach durch solche kombinierten Retroreflektoren, die als optische Rückstrahler gestaltet sind, die jedoch zusätzlich noch, wie in 28 gezeigt, Radarretroreflektoren im gemeinsamen Gehäuse besitzen, ersetzen. Auf ähnliche Weise können kombinierte frontale Retroreflektoren oder kombinierte rückwärtige Retroreflektoren entweder mit vorhandenen Rückstrahlern kombiniert oder zusätzlich angebracht werden. Zusätzlich können Fahrräder dadurch mit einer eindeutigen Kennzeichnung versehen werden. Das würde auch die Erkennungsproblematik im Zusammenhang mit autonom gesteuerten Fahrzeugen signifikant entschärfen und einen weiteren Beitrag zur Verkehrssicherheit insbesondere auch für zukünftige Entwicklungen leisten.
Die 29 zeigt eine ergänzende Modifikation der Funketikette gemäß 13. Die in 13 gezeigten Schlitzleitungsresonatoren (10) besitzen eine hohe elektrische Güte und ein auf den schmalen Luftspalt im Streifen eng begrenztes Streufeld. Dadurch ergibt sich ein sehr geringer Grad der Verkopplung mit räumlich benachbarten weiteren Schlitzleitungsresonatoren. Es kommt somit nicht zu einer Überlagerung der jeweiligen Resonanzfrequenzen, wie es beispielsweise bei Bandfiltern aus gekoppelten Resonanzkreisen der Fall ist. Dadurch ermöglichen sie scharf begrenzte und in einem breitbandigen Empfangsspektrum signifikant erkennbare Resonanzfrequenzen, aus denen sich die geometrisch gespeicherte Information mit Hilfe geeigneter UWB-Lesegeräte sicher rekonstruieren lässt.
Wegen des geringen Streufeldes ist jedoch auch die Ankopplung an die Lesegeräte nicht über große Distanzen hinweg möglich.
Um die mögliche Lesereichweite signifikant zu erhöhen, ist eine Modifikation der Struktur der Schlitzleitungsmetallisierung (9) gemäß 29 zweckmäßig.
Der multifrequente Halbwellendipol (5) befindet sich, wie zu 16 erläutert, u. a. in Resonanz bei einer beispielhaft gewählten Frequenz von 2,42 GHz. Auch bei der doppelten, dreifachen, vierfachen usw. Frequenz ist er ebenfalls in Resonanz, wenn die elektrisch wirksame Länge jeweils ein Vielfaches der halben Wellenlänge bei der niedrigsten Resonanzfrequenz entspricht. Daher wirkt der multifrequente Halbwellendipol auch in Frequenzbändern, die für den Betrieb von UWB-Lesegeräten zugelassen sind, als Antennenvorrichtung.
Da es sich beim multifrequenten Halbwellendipol (5) um eine offene Streifenleitungsstruktur mit durch Verbreiterung eines Leitungsendes vergrößertem Streufeld handelt, ist die Wechselwirkung dieses multifrequenten Halbwellendipols (5) mit dem elektromagnetischen Feld der UWB-Lesegeräte signifikant größer, als es bei den Schlitzleitungsresonatoren mit ihrem begrenzten Streufeld der Fall ist. Die 29 zeigt deutlich, wie ein Teil des seitliche Streufeld des multifrequenten Halbwellendipols (5) in die jeweiligen Schlitzleitungsresonatoren angekoppelt wird.
Die Schlitzleitungsmetallisierung (9) wird zusammen mit den Schlitzleitungsresonatoren (10) bis auf einen Spalt in der Metallisierung mit einer Breite von etwa 0,2 mm an die Metallisierung des multifrequenten Halbwellendipols (5) heran geführt. Die Schlitzleitungsresonatoren sind im Gegensatz zur Darstellung in 13 nun jedoch in der unmittelbaren Nähe zum multifrequenten Halbwellendipol (5) nicht durch die Schlitzleitungsmetallisierung (9) kurzgeschlossen, sondern sie sind dort nun offen, also leerlaufend. Dadurch findet eine intensive Verkopplung des Streufeldes des multifrequenten Halbwellendipols (5) einerseits und des Streufeldes der jeweiligen Schlitzleitungsresonatoren andererseits statt.
Somit wirkt der multifrequente Halbwellendipol (5) für die jeweiligen Schlitzleitungsresonatoren wie eine zusätzliche Empfangs- und Sendeantenne. Dadurch verbessert sich die Wechselwirkung mit den UWB-Lesegeräten und es wird die mögliche Lesereichweite signifikant erhöht. Zur Erläuterung des Prinzips sind in der 29 lediglich 4 Schlitzleitungsresonatoren schematisch dargestellt. Dadurch soll lediglich der Aufwand für die Zeichnungen gering gehalten werden und es sollen die jeweiligen Schlitzleitungsresonatoren in der Zeichnung noch deutlich erkannt werden. In der praktischen Realisierung der RFID-Radaretiketten ist eine höhere Anzahl von Schlitzleitungsresonatoren problemlos möglich, um beispielsweise den Informationsgehalt eines typischen BATR-Codes zu ermöglichen.
Bezugszeichenverzeichnis

(1): Oberseitenmetallisierung
(2): Substrat
(3): Unterseitenmetallisierung
(4): planare multifunktionale Etikettenstruktur
(5): multifrequenter Halbwellendipol
(6): Montagegrube
(7): multifrequenter Viertelwellenresonator
(8): dielektrischer Freiraum
(9): Schlitzleitungsmetallisierung
(10): Schlitzleitungsresonator
(11): Durchmetallisierung
(12): Spalt
(13): Diode
(14): Chipmodul
(15): Chipmodulbasis
(16): Montagebereich
(17): Zuleitungsfixierung
(18): ASIC
(19): Erdungsleitung
(20): Versorgungsleitung
(21): Klebstoff
(22): Montageträger
(23): räumliche Retroreflektoren
(24): kompakter räumlicher Retroreflektor
(25): optische Retroreflektoren

Verzeichnis der in den Figuren verwendeten Buchstaben

A: Punkt am leerlaufenden Ende des multifrequenten Viertelwellenresonators (7)
B: Punkt am Ende des multifrequenten Halbwellendipols (5), welches an der Montagegrube (6) liegt
C: Punkt am Ende des multifrequenten Halbwellendipols (5), welcher der Montagegrube (6) gegenüber liegt
G: Punkt am kurzgeschlossenen Ende des multifrequenten Viertelwellenresonators (7) an der Montagegrube (6)
H: Höhe des dielektrischen Substrates
L: Länge einer Struktur der Oberseitenmetallisierung (1)
P: Trapezlänge der verkürzten Tetraederstruktur
Q: Kantenlänge eines Oktaeders
R: frontal einfallender und reflektierter Radarstrahl
S: seitlich einfallender und reflektierter Radarstrahl
T: verbleibende Tetraederhöhe nach Verkürzung
W: Weite einer Struktur der Oberseitenmetallisierung (1)

Literaturverzeichnis

[01] DE000001129192A , Auslegeschrift 1129192 vom 10.Mai 1962, Anmelder: Dunlop Rubber Company Ltd., London.
[02] WO002017055516A1 , Internationale Anmeldung WO 2017/055516 A1 vom 6.4.2017, Anmelder: Erich Utsch AG, Siegen.
[03] Hashemi, A.; Sarhaddi, A. H. und Emami, H.: „A Review on Chipless RFID Tag Design", in: Majlesi Journal of Electrical Engineering, Vol.7, No.2, June 2013.
[04] Vena, A.; Perret, E.;Tedjini, S.; Tourtollet, E. P.; Delattre, A.; Garet F. und Boutant, Y. : « Design of Chipless RFID Tags Printed on Paper by Flexograhy », in: IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 61, No. 12, Dec. 2013.
[05] Tedjini, S.: „Chipless RFID, State of the art & current Developments", WIPE COST IC 1301, International Spring School on Electromagnetics and emerging technologies for pervasive applications: Internet of Things, Health and Safety,18 - 20 April 2016, Bologna, Italy.
[06] WO002017140628A1 , Internationale Anmeldung WO 2017/140628 A1 vom 24.8.2017, Anmelder: Telensa Limited, London.
[07] EP000003210587A1 , Europäische Patentanmeldung EP 3 210 587 A1 vom 30.08.2017, Anmelder: Novartis AG, Basel.
[08] Koster, Norbert H. L.: „Zur Charakterisierung der frequenzabhängigen Eigenschaften von Diskontinuitäten in planaren Wellenleitern", Dissertationsschrift an der Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik, Fachgebiet Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik, Duisburg, 29. Feb.1984.

Claims

Multifunktionales RFID-Radaretiketten-System, mit einer Vielzahl von auf einem Trägermaterial aufgebrachter Resonatoren, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer planaren multifunktionalen Etikettenstruktur (4) gleichzeitig eine Kombination aus sowohl Schlitzleitungsresonatoren (10) als auch Streifenleitungsresonatoren, welche einerseits als multifrequenter Halbwellendipol (5) und andererseits als multifrequenter Viertelwellenresonator (7) ausgebildet sind, verwendet werden, wobei die Schlitzleitungsresonatoren unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen die durch ein entfernt positioniertes Lesegerät drahtlos ermittelt werden können und deren Frequenzmuster eine digitale Information beinhaltet, wobei diejenigen Streifenleitungsresonatoren, die als Halbwellendipol (5) ausgebildet sind, bei der niedrigen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz einen beidseitig leerlaufenden Dipol mit einer elektrisch wirksamen Länge von einer halben Wellenlänge bei der niedrigen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz repräsentieren und bei der hohen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz einen beidseitig leerlaufenden Dipol mit einer elektrisch wirksamen Länge von mehr als zwanzigmal der halben Wellenlänge bei der oberen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz repräsentieren und wobei diejenigen Streifenleitungsresonatoren, die als Viertelwellenresonator (7) ausgebildet sind, bei der niedrigen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz einen einseitig leerlaufenden Resonator mit einer elektrisch wirksamen Länge von einer viertel Wellenlänge bei der niedrigen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz repräsentieren und bei der hohen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz einen einseitig leerlaufenden Resonator mit einer elektrisch wirksamen Länge von mehr als zehnmal der viertel Wellenlänge bei der oberen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz repräsentieren.
Multifunktionales RFID-Radaretiketten-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der multifrequente Halbwellendipol (5) und der multifrequente Viertelwellenresonator (7) zusammen für eine bei der hohen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz betriebenen FMCW-Radaranlage als resonante Düppel fungieren und dadurch eine erhöhte Wechselwirkung mit der Radaranlage bewirken.
Multifunktionales RFID-Radaretiketten-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf einer planaren multifunktionalen Etikettenstruktur (4) im Trägersubstrat zusätzlich eine Montagegrube (6) zur Aufnahme eines Chipmoduls (14) befindet und der multifrequente Halbwellendipol (5) und der multifrequente Viertelwellenresonator (7) zusammen die für den Betrieb des Chipmoduls (14) erforderliche Betriebsenergie aus dem Speisefeld eines bei der niedrigen bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz betriebenen Lesegerätes empfangen und dem Chipmodul (14) zuführen, wobei das aktivierte Chipmodul (14) die in ihm gespeicherten Informationen mit Hilfe der Absorptionsmodulation an das Lesegerät überträgt.
Multifunktionales RFID-Radaretiketten-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die planare multifunktionale Etikettenstruktur (4) auf einem Montageträger (22) mit hinreichender Größe montiert ist und dass seitlich um die planare multifunktionale Etikettenstruktur (4) herum eine Vielzahl nichtplanarer, also räumlicher Retroreflektoren (23) angeordnet ist, welche je nach den jeweiligen geometrischen Abmessungen zur Reflektion entweder von Radarsignalen, von Lidarsignalen oder von optischen Lichtstrahlen geeignet ist.
Multifunktionales RFID-Radaretiketten-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlichen Retroreflektoren (23) durch Verkürzung der Struktur erzeugte kompakte räumliche Retroreflektoren (24) sind.
Multifunktionales RFID-Radaretiketten-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die planare multifunktionale Etikettenstruktur (4) auf einem Montageträger (22) mit hinreichender Größe montiert ist und dass seitlich um die planare multifunktionale Etikettenstruktur (4) herum eine Vielzahl planarer Metallstrukturen angeordnet ist, wobei die jeweiligen planaren Metallstrukturen eine Oberseite (1) und eine Unterseite (3) besitzen, die durch ein Substrat (2) voneinander galvanisch getrennt sind und wobei die planaren Metallstrukturen der Oberseite (1) so geformt sind, dass sie bei der Betriebsfrequenz einer für die Fernerfassung der planaren multifunktionalen Etikettenstruktur (4) bestimmungsgemäß verwendeten FMCW-Radaranlage in Resonanz sind, dadurch als resonante Düppel fungieren und dadurch eine erhöhte Wechselwirkung mit der Radaranlage bewirken.