DE102022110042A1

DE102022110042A1 - Antennenanordnung zum Auslesen von UHF RFID Signalen

Info

Publication number: DE102022110042A1
Application number: DE102022110042.1A
Authority: DE
Inventors: Stoyan ILIEV; Thomas Brunner; Volker Schönig
Original assignee: Kathrein Sachsen GmbH
Current assignee: Kathrein Sachsen GmbH
Priority date: 2022-04-26
Filing date: 2022-04-26
Publication date: 2023-10-26
Also published as: EP4270637A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zum Auslesen von UHF RFID Signalen, wobei die Antennenanordnung ein als Monopolantenne ausgebildetes Antennenelement und ein mit dem Antennenelement verbundenes UHF RFID Lesegerät aufweist und wobei das Antennenelement ein elektrisch leitfähiges Plattenelement und ein erstes zum Plattenelement senkrecht angeordnetes und elektrisch leitfähiges Stabelement aufweist, wobei das Plattenelement und das erste Stabelement galvanisch voneinander getrennt sind. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antennenanordnung eines UHF RFID Lesegerätes zu schaffen, die mit einem geringeren Aufwand in einen Straßenbelag integrierbar ist und sich durch einen großen Erfassungsbereich zur Erfassung bewegter Transponder auszeichnet sowie eine Richtungserfassung bewegter Transponder ermöglicht. Dies Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Antennenelement (4) zumindest ein zweites senkrecht zum Plattenelement (2) angeordnetes und elektrisch leitfähiges Stabelement (7) aufweist und dass das Plattenelement (2) und das zweite Stabelement (7) galvanisch voneinander getrennt sind und dass das erste Stabelement (3) und das zweite Stabelement (7) mit einem Abstand von einer viertel bis einer dreiviertel Wellenlänge der UHF Signale (λ/4 bis ¾ λ) zueinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zum Auslesen von UHF RFID Signalen, wobei die Antennenanordnung ein als Monopolantenne ausgebildetes Antennenelement und ein mit dem Antennenelement verbundenes UHF RFID Lesegerät aufweist und wobei das Antennenelement ein elektrisch leitfähiges Plattenelement und ein erstes zum Plattenelement senkrecht angeordnetes und elektrisch leitfähiges Stabelement aufweist, wobei das Plattenelement und das erste Stabelement galvanisch voneinander getrennt sind.
Aus dem Stand der Technik ist aus EP 2 830 157 B1 eine UHF RFID Antennenanordnung mit einem Antennenelement und einem UHF RFID Lesergerät für die Erfassung von UHF RFID Transpondern an Fahrzeugen bekannt. Das Antennenelement ist als Rohrschlitzantenne ausgebildet und hat den Vorteil, dass sie eine sehr robuste Konstruktion aufweist. Allerdings sind die Abmessungen solcher Schlitzantennen für übliche RFID UHF Frequenzen groß. Eine Integration dieser Rohrschlitzantennen in einen Straßenbelag ist daher nur mit großem Aufwand möglich. Weiterhin ist mit derartigen Schlitzantennen eine Erfassung von Fahrzeugtranspondern nur in einer Richtung möglich. Liegt der Erfassungspunkt in einer Verkehrskreuzung, wäre es mit einer Rohrschlitzantenne nicht möglich die Fahrzeugtransponder in beide Richtungen zu erfassen.
Ein ähnliches Antennenelement ist in der US 10,402,601 B2 offenbart. Diese ist als Hohlraumantenne ausgebildet, wobei der Hohlraum ein rechteckiges Profil hat.
In EP 3 132 387 B1 wird eine weitere Antennenanordnung beschrieben, welche auf einer Straße positioniert wird. Das zugehörige Antennenelement ist als Monopol ausbildet. Eine derartige Monopolantenne weist ein elektrisch leitfähiges Plattenelement und ein zum Plattenelement senkrecht angeordnetes und elektrisch leitfähiges Stabelement auf. Das Plattenelement und das erste Stabelement sind galvanisch voneinander getrennt. Zwischen dem Plattenelement und dem Stabelement sind mit einer Spannungsquelle eines Speisenetzwerkes des UHF RFID Lesegerätes UHF RFID Signale anlegbar. 1 zeigt eine solche Monopolantenne des Standes der Technik. Die Strahlcharakteristik (Richtdiagram) eines derartigen Monopols hat die Form eines elliptischen Torus'. Nachteilig ist aber, dass die Hauptstrahlrichtung solcher Monopol-Antennen entlang der Monopolachse ausgerichtet ist. Als Folge ist die Erfassungszone der Antenne sehr schmal und somit die Erfassungsrate von auf beweglichen Fahrzeugen montierten Transpondern sehr gering. Darüber hinaus kann bei dieser Ausführung auch die Einfahrrichtung des Fahrzeuges in die Erfassungszone nicht ermittelt werden, sodass eine Richtungserkennung nicht möglich ist. Um die Erfassungszone zu vergrößern, schlägt EP 3 132 387 B1 eine großflächige leitfähige Struktur vor, welche zusätzlich in den Straßenbelag integriert wird. Eine derartige leitfähige Struktur kann beispielsweise als leitfähiges Gitternetz ausgeführt werden, wobei dieses aber mehrere Quadratmeter Fläche aufweisen muss. Somit wird die Hauptstrahlrichtung der Antenne abgesenkt und verbreitert, sodass der Erfassungsbereich vergrößert wird. Allerdings ist dies mit hohen Installationskosten verbunden, da die großflächige, leitfähige Struktur in den Straßenbelag integriert werden muss. Nachteilig ist weiterhin, dass sich bei dieser Anordnung ein rundes Richtdiagramm ergibt. Laut dem europäischen Standard ETSI 302 208 dürfen Antennen mit einem runden Richtdiagramm nur eine effektive Strahlungsleistung von 500 mW e.r.p. aufweisen. Antennen mit einem gerichteten Richtdiagramm hingegen dürfen eine effektive Strahlungsleistung von 1000 mW e.r.p oder sogar 2000 mW e.r.p., abhängig von deren 3dB Öffnungswinkel aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antennenanordnung eines UHF RFID Lesegerätes zu schaffen, die mit einem geringeren Aufwand in einen Fahrbelag integrierbar ist und sich durch einen großen Erfassungsbereich zur Erfassung bewegter Transponder auszeichnet sowie eine Richtungserfassung bewegter Transponder ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einer Antennenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 17.
Erfindungsgemäß weist die Antennenanordnung zum Auslesen von UHF RFID Signalen ein als Monopolantenne ausgebildetes Antennenelement und ein mit dem Antennenelement verbundenes UHF RFID Lesegerät auf. Das Antennenelement wiederum weist ein elektrisch leitfähiges Plattenelement, ein erstes zum Plattenelement senkrecht angeordnetes, elektrisch leitfähiges Stabelement und zumindest ein zweites senkrecht zum Plattenelement angeordnetes, elektrisch leitfähiges Stabelement auf. Das Plattenelement und die Stabelement sind galvanisch voneinander getrennt. Das Antennenelement ist mit einem Speisenetzwerk des UHF RFID Lesegerätes verbunden, wobei dieses Speisenetzwerk eine RFID Signale erzeugende Spannungsquelle aufweist. Weiterhin sind die beiden Stabelemente mit einem Abstand von einer viertel bis einer dreiviertel Wellenlänge der UHF Signale (λ/4 bis ¾ λ) zueinander angeordnet. Durch die Beabstandung der beiden Stabelemente mit einer Wellenlänge der UHF Signale im Bereich λ/4 bis ¾ λ werden sowohl destruktive, als auch konstruktive Überlagerungen der von beiden Stabelementen ausgesandten elektromagnetischen Wellen erreicht. Je nach Amplitude und Phasenverschiebung der Speisung beider Stabelemente kann damit gezielt eine gewünschte Strahlcharakteristik erzeugt werden.
Zum Auslesen eines UHF RFID Transponders werden mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung gerichtete UHF RFID Signale emittiert, die von dem im Erfassungsbereich befindlichen UHF RFID Transponder aufgenommen werden. Durch Wechselwirkung dieser UHF RFID Signale mit dem Transponder werden von diesem UHF RFID Signale wieder emittiert, welche wiederum zum Antennenelement der erfindungsgemäßen Antennenanordnung gelangen und dort erfasst werden. Die erfassten UHF RFID Signale werden in einer Auswerteeinheit ausgewertet. Mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung sind Transponder erfassbar, die sich in Bewegungsrichtung auf das Antennenelement zubewegen oder entfernen. Ebenso sind Transponder erfassbar, die die Leserichtung seitlich, diagonal oder quer passieren. Damit wird insbesondere die Möglichkeit eröffnet, Bewegungsprofile eines Transponders und damit mit Transpondern versehene Objekte zu erstellen. Durch den weiträumigen Erfassungsbereich und eine hohe Erfassungsrate wird insbesondere die Möglichkeit geschaffen, eine Vielzahl an Transpondern, die sich um das Antennenelement herum bewegen, auszulesen.
In einer vorteilhaften Ausführung sind das erste Stabelement und das zweite Stabelement mit einem Abstand von einer halben Wellenlänge der UHF Signale (λ/2) zueinander angeordnet.
Eine Ausführung sieht vor, dass mit der Spannungsquelle über das Speisenetzwerk zwischen dem Plattenelement und dem zweiten Stabelement UHF RFID Signale anlegbar sind, deren Phase identisch mit den zwischen Plattenelement und erstem Stabelement anliegenden UHF RFID Signalen sind.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Speisenetzwerk derart ausgeführt ist, dass mit der Spannungsquelle zwischen dem Plattenelement und dem zweiten Stabelement UHF RFID Signale anlegbar sind, deren Amplitude identisch mit den zwischen Plattenelement und erstem Stabelement anliegenden UHF RFID Signalen sind.
Bei einer Speisung beider Stabelemente mit UHF RFID Signalen gleicher Phase und gleicher Amplitude wird eine Strahlcharakteristik erreicht, welche zwei Hauptkeulen aufweist, die gegenüber eines elliptischen Torus` einer einfachen Monopolantenne deutlich nach unten (in Richtung Plattenelement) verlagert sind und weiterhin eine gerichtetere Abstrahlcharakteristik erzeugt wird. Gegenüber dem Stand der Technik ist hierzu keine mehrere Meter großer, elektrisch leitfähiger Reflektor notwendig. Bei der erfindungsgemäßen Antennenanordnung ist ein (elektrisch leitfähiges) Plattenelement mit einem Durchmesser kleiner 0,5 m ausreichend.
Durch die gerichtete Abstrahlcharakteristik können gemäß EN 302 208-1 - V3.3.1 höhere abgestrahlte Leistungen genutzt werden. Dies ermöglicht einen breiteren Erfassungsbereich, robustere Erfassungsraten und höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass das Antennenelement ein drittes und ein viertes jeweils senkrecht zum Plattenelement angeordnetes und elektrisch leitfähiges Stabelement aufweist. Das dritte Stabelement und das vierte Stabelement sind mit einem Abstand von einer viertel bis einer dreiviertel Wellenlänge der UHF Signale (λ/4 bis ¾ λ) zueinander angeordnet. Eine Verbindungslinie zwischen ersten und zweiten Stabelement und eine Verbindungslinie zwischen dritten und vierten Stabelement schneiden sich jeweils auf ihrer halben Strecke, wobei beide Verbindungslinien orthogonal zueinander angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausführung sind das dritte Stabelement und das vierte Stabelement mit einem Abstand von einer halben Wellenlänge der UHF Signale (λ/2) zueinander angeordnet.
In einer Ausgestaltung ist das Speisenetzwerk derart ausgeführt, dass mit der Spannungsquelle zwischen dem Plattenelement und dem dritten Stabelement sowie dem Plattenelement und dem vierten Stabelement UHF RFID Signale anlegbar sind, die gegenüber den zwischen Plattenelement und erstem Stabelement anliegenden UHF RFID Signalen um 180° phasenverschoben sind.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Speisenetzwerk derart ausgeführt, dass mit der Spannungsquelle zwischen dem Plattenelement und dem dritten Stabelement sowie dem Plattenelement und dem vierten Stabelement UHF RFID Signale anlegbar sind, die amplitudengleich zu den zwischen Plattenelement und erstem Stabelement anliegenden UHF RFID Signalen sind.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass das Speisenetzwerk derart ausgeführt ist, dass mit der Spannungsquelle zwischen dem Plattenelement und dem dritten Stabelement UHF RFID Signale anlegbar sind, die gegenüber den zwischen Plattenelement und erstem Stabelement anliegenden UHF RFID Signalen um +90° phasenverschoben sind und gleichzeitig die Phase zwischen Plattenelement und viertem Stabelement anliegenden UHF RFID Signalen gegenüber den zwischen Plattenelement und erstem Stabelement anliegenden UHF RFID Signalen um -90° phasenverschoben sind.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ansteuerung der weiteren Stabelemente können UHF RFID Transponder in mehreren Raumrichtungen erfasst werden. Je nach Anforderungen lässt sich die Erfassungsrichtung mit einer hohen Erfassungsrate ändern.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass zumindest das Antennenelement in einen Fahrbelag einer Fahrstrecke, die von einem sich bewegenden Objekt mit einem UHF RFID Signalen emittierenden Transponder befahren wird, integriert ist.
Es wird vorgeschlagen, dass das Antennenelement derart in einen Fahrbelag integriert ist, dass die den Stabelementen zugewandte Seite des Plattenelementes in Richtung Straßenoberfläche ausgerichtet ist.
Mit einer derartigen Antennenanordnung können UHF RFID Transponder beispielsweise in vier Richtungen (beispielsweise vier Straßen einer Kreuzung) erfasst werden. Bei üblichen Frequenzen der UHF RFID Signale haben die Stabelemente eine Länge von etwa 8 cm (λ/4). Das Antennenelement der Antennenanordnung weist damit eine geringe Höhe auf, was die Integration in einen Straßenbelag einer Straße vereinfacht. Die Antennenanordnung kann dabei bündig mit der Straßenoberfläche oder leicht erhaben über der Straßenoberfläche in den Straßenbelag integriert werden. Somit ergeben sich beispielsweise auch keine Einschränkungen beim Winterdienst oder anderweitigen Straßenreinigungen. Die Integration der Antennenanordnung in den Straßenbelag erfolgt so, dass die den Stabelementen zugewandte Seite des Plattenelementes in Richtung Straßenoberfläche ausgerichtet ist. Auch die verhältnismäßig geringe laterale Ausdehnung des Plattenelementes ist vorteilhaft für die Integration der Antennenanordnung im Straßenbelag.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die senkrecht angeordneten Stabelemente als top loaded Monopole ausgeführt. Eine Ausgestaltung sieht dabei vor, dass die Stabelemente an ihren zum Plattenelement abgewandten Enden elektrisch leitfähige Scheibenelemente mit einer runden, elliptischen, quadratischen oder rechteckigen Form aufweisen. Die Länge der Stabelemente ist damit verkürzbar, wobei die Resonanzfrequenz gewährleistet bleibt. Beispielsweise ist dann für die Stabelemente eine Länge von 3 cm ausreichend (bei üblichen UHF RFID Frequenzen). Somit wird die gesamte Antennenanordnung weiter abgeflacht, was die Integration in den Straßenbelag der Straße weiter vereinfacht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Speisenetzwerk derart ausgeführt, dass drei der vier Stabelemente (beispielsweise über Schaltelemente des Speisenetzwerks) mit dem Plattenelement kurzschließbar sind und dass mit der Spannungsquelle die UHF RFID Signale zwischen dem Plattenelement und dem verbleibenden Stabelement anlegbar sind. Somit dienen die drei kurzgeschlossenen Stabelemente als Reflektor für die von dem verbleibenden Stabelement emittierten elektromagnetischen Strahlung. Das hat den Vorteil, dass z.B. für eine Anwendung auf einer Autobahn oder Schnellstraße mit gesonderten Spuren die Abstrahlcharakteristik (Abstrahlkeule) in Richtung der ankommenden Fahrzeuge ausgerichtet werden kann und somit längere Erfassungszonen und damit auch höhere Erfassungsgeschwindigkeiten möglich sind.
Es wird vorgeschlagen, dass durch die Spannungsquelle eine Abstrahlcharakteristik und/oder eine Abstrahlrichtung des Antennenelementes, insbesondere periodisch, variierbar ist. Eine derartige Variation ist insbesondere durch eine Variation der Spannung durch die Spannungsquelle erreichbar. Durch eine veränderbare Abstrahlcharakteristik des Antennenelementes kann die Erfassung mehrerer um das Antennenelement befindlichen Transpondern verbessert werden. Weiterhin ist die Antennenanordnung damit hoch flexibel im jeweiligen Anwendungsfall einsetzbar.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Plattenelement an seinem Plattenrand eine elektrisch leitfähige Umrandung aufweist, welche eine den Stabelementen zugewandte Plattenseite des Plattenelementes überragt.
Vorteilhafterweise sind das Speisenetzwerk und/oder die Spannungsquelle in einem auf der den Stabelementen abgewandten Seite des Plattenelementes angeordneten Gehäuse integriert. Somit wird eine kompakte Bauform des UHF RFID Lesegerätes erreicht.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 Monopolantenne aus dem Stand der Technik
2 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung
3 Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung gemäß 2
4 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung
5 Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung gemäß 4
6 Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung gemäß 4 bei drei kurzgeschlossenen Stabelementen
7 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung mit top loaded Monopolen
8a, eine Seitenansicht einer Fahrstrecke mit zu erfassenden Objekten mit einer im
8b Fahrbelag integrierten Antennanordnung

1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes, als Monolpolantenne ausgebildetes Antennenelement 1 einer Antennenanordnung zur Erfassung von UHF RFID Signalen. Ein derartiges Antennenelement 1 weist ein elektrisch leitfähiges Plattenelement 2 und ein zum Plattenelement 2 senkrecht angeordnetes und elektrisch leitfähiges Stabelement 3 auf. Das Plattenelement 2 und das erste Stabelement 3 sind galvanisch voneinander getrennt. Zwischen dem Plattenelement 2 und dem Stabelement 3 sind mit einer Spannungsquelle eines Speisenetzwerkes eines UHF RFID Lesegerätes der Antennenanordnung UHF RFID Signale anlegbar. Ein Speisenetzwerk besteht üblicherweise aus elektronischen Bauteilen und elektrischen Leitungen zur Verteilung und Beeinflussung elektrischer Signale.
2 zeigt eine Ausführung eines Antennenelementes 4 der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 5 (4) zum Auslesen von UHF RFID Transpondern 6 (8a). Dieses Antennenelement 4 weist neben dem elektrisch leitfähigen Plattenelement 2 und dem zum Plattenelement 2 senkrecht angeordneten, elektrisch leitfähigen Stabelement 3 ein zweites ebenfalls senkrecht zum Plattenelement 2 angeordnetes, elektrisch leitfähiges Stabelement 7 auf. Dieses zweite Stabelement 7 ist mit einem Abstand von der halben Wellenlänge der vom UHF RFID Transponder emittierten UHF RFID Signale (λ/2) zum ersten Stabelement 3 angeordnet. In der Darstellung liegt das Plattenelement 2 in der x-y-Ebene. Das erste Stabelement 3 und das zweite Stabelement 7 sind parallel zueinander ausgerichtet und verlaufen entlang der z-Achse.
Ein Speisenetzwerk 8 (4) der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 5 ist so ausgeführt, dass mit einer Spannungsquelle 9 (4) zwischen dem Plattenelement 2 und dem ersten Stabelement 3 sowie zwischen dem Plattenelement 2 und dem zweiten Stabelement 7 UHF RFID Signale anlegbar sind. Das Speisenetzwerk 8 ist weiterhin so ausgeführt, dass die zwischen dem Plattenelement 2 und dem zweiten Stabelement 7 angelegten UHF RFID Signale eine identische Phase und/oder eine identische Amplitude zu den zwischen Plattenelement und erstem Stabelement anliegenden UHF RFID Signalen aufweisen. Bei identischer Phase und Amplitude ergibt sich für das in 2 gezeigte Antennenelement 4 die in 3 dargestellte Abstrahlcharakteristik. Diese Abstrahlcharakteristik weist zwei Hauptkeulen 24, 25 auf, die in Richtung Plattenelement 2 verlagert sind. Diese Charakteristik entsteht, da die Anteile der elektrischen Felder in Y-Richtung beider von den Stabelementen 3, 7 emittierten elektromagnetischen Strahlung konstruktiv und die Anteile der elektrischen Felder in X-Richtung destruktiv überlagert werden.
4 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 5. Neben dem ersten Stabelement 3 und dem zweiten Stabelement 7 weist die Antennenanordnung ein drittes Stabelement 10 und ein viertes Stabelement 11 auf. Beide Stabelemente 10, 11 sind jeweils senkrecht zum Plattenelement angeordnet und elektrisch leitfähig. Das dritte Stabelement 10 und das vierte Stabelement 11 sind mit einem Abstand von der halben Wellenlänge der UHF Signale (λ/2) zueinander angeordnet sind. Eine Verbindungslinie zwischen dem ersten Stabelement 3 und dem zweiten Stabelement 7 und eine Verbindungslinie zwischen dem dritten Stabelement 10 und dem vierten Stabelement 11 schneiden sich jeweils auf ihrer halben Strecke, wobei beide Verbindungslinien orthogonal zueinander angeordnet sind. Die vier Stabelemente 3, 7, 10, 11 bilden damit die Eckpunkte eines Quadrates, wobei die die gegenüberliegenden Eckpunkte verbindenden Diagonalen eine Länge von λ/2 aufweisen.
Das Speisenetzwerk 8 ist so ausgeführt, dass mit der Spannungsquelle 9 zwischen dem Plattenelement 2 und dem dritten Stabelement 10 sowie dem Plattenelement 2 und dem vierten Stabelement 11 UHF RFID Signale anlegbar sind, die gegenüber den zwischen Plattenelement 2 und erstem Stabelement 3 anliegenden UHF RFID Signalen um 180° phasenverschoben und/oder amplitudengleich sind. Bei einer Phasenverschiebung um 180° und jeweils gleichen Amplituden ergibt sich für das in 4 dargestellte Antennenelement 4 die in 5 gezeigte Abstrahlcharakteristik. Diese Abstrahlcharakteristik weist vier Hauptkeulen 26, 27, 28, 29 auf.
Das Speisenetzwerk kann in einer weiteren Ausführung derart ausgeführt sein, dass drei der vier Stabelemente 3, 7, 10, 11 mit dem Plattenelement 2 kurzschließbar sind und mit der Spannungsquelle 9 die UHF RFID Signale zwischen dem Plattenelement 2 und dem verbleibenden Stabelement 3, 7, 10, 11 anlegbar sind. Eine dabei entstehende Abstrahlcharakteristik des Antennenelementes 4 ist in 6 gezeigt.
Eine zu 6 ähnliche Abstrahlcharakteristik wird erreicht, wenn die Phase der zwischen Plattenelement (2) und dem dritten Stabelement (10) anliegenden UHF RFD Signalen gegenüber den zwischen Plattenelement (2) und erstem Stabelement (3) anliegenden UHF RFID Signalen um +90° phasenverschoben sind und gleichzeitig die Phase der zwischen Plattenelement (2) und dem vierten Stabelement (11) anliegenden UHF RFID Signalen gegenüber den zwischen Plattenelement (2) und erstem Stabelement (3) anliegenden UHF RFID Signalen um -90° phasenverschoben sind.
7 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 5. Die senkrecht angeordneten Stabelemente 3, 7, 10, 11 sind hier als top loaded Monopole ausgeführt. In der dargestellten Ausführung weisen die Stabelemente 3, 7, 10, 11 hierzu an ihren zum Plattenelement 2 abgewandten Enden elektrisch leitfähige Scheibenelemente 12, 13, 14, 15 mit einer runden Form aufweisen. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können die elektrisch leitfähigen Scheibenelemente 12, 13, 14, 15 auch eine elliptische, quadratische oder rechteckige Form aufweisen.
Weiterhin weist das Plattenelement 2 an seinem Plattenrand eine elektrisch leitfähige Umrandung 16 auf, welche eine den Stabelementen 3, 7, 10, 11 zugewandte Plattenseite des Plattenelementes 2 überragt. Eine Höhe der Umrandung 16 reicht zumindest bis zur Höhe der dem Plattenelement 2 abgewandten Enden der Stabelemente 3, 7, 10, 11. Die Umrandung 16 kann allerdings auch über die zum Plattenelement 2 abgewandten Enden der Stabelemente 3, 7, 10, 11 hinausreichen. In der gezeigten Ausführung sind das Speisenetzwerk 8 und die Spannungsquelle 9 in einem Gehäuse 21 integriert, welches auf der den Stabelementen 3, 7, 10, 11 abgewandten Plattenseite des Plattenelementes 2 angeordnet ist. Optional ist das Antennenelement 4 mit einer elektrisch nicht leitfähigen Abdeckung 17 abdeckbar, sodass die Stabelemente 3, 7, 10, 11 vor mechanischen Einflüssen geschützt sind. Eine derartige Abdeckung kann beispielsweise ein Radom-Deckel sein.
Die erfindungsgemäße Antennenanordnung 5 ist in einen Fahrbelag 18 (8a) einer Fahrstrecke, die von sich bewegenden Objekten 19 (8a) befahren wird, integrierbar. Dabei wird zumindest das Antennenelement 4 in den Fahrbelag 18 verlegt, wobei das Antennenelement 4 vorzugsweise so in den Fahrbelag 18 integriert wird, dass die den Stabelementen 3, 7, 10, 11 zugewandte Plattenseite des Plattenelementes 2 in Richtung Fahrbelagoberfläche ausgerichtet ist. Das Speisenetzwerk 8 und die Spannungsquelle 9 können ebenfalls im Fahrbelag 18 integriert sein. Dies ist allerdings nicht zwingend. Das Speisenetzwerk 8 und/oder die Spannungsquelle 9 können auch neben dem Fahrbelag 18 positioniert sein, wobei diese dann über entsprechende Leitungen angebunden werden.
8a und 8b zeigen schematisch die im Fahrbelag 18 der Fahrstrecke integrierte Antennenanordnung 5. Auf dem Fahrbelag 18 der Fahrstrecke bewegen sich die Objekte 19 entlang einer Bewegungsrichtung 20. In der dargestellten Ausführung ist jedes Objekt jeweils mit zwei UHF RFID Transpondern ausgestattet. Die Objekte können aber auch nur einen UHF RFID Transponder oder auch mehr als zwei UHF RFID Transponder aufweisen.
Zum Auslesen der UHF RFID Transponder werden von der Antennenanordnung 5 auf die Fahrstrecke ausgerichtete ausgehende UHF RFID Signale 22 ausgesendet (8a). Diese ausgehenden UHF RFID Signale 22 passieren zumindest einen der an den Objekten 19 befindlichen UHF RFID Transponder 6 und wechselwirken mit einer Antennenvorrichtung dieser UHF RFID Transponder 6. In der Folge werden UHF RFID Signale von mit der Antennenvorrichtung verbundenen aktiven oder passiven UHF RFID Chips der UHF RFID Transponder 6 erzeugt, die wiederum von der Antennenvorrichtung der UHF RFID Transponder 6 als ausgehende UHF RFID Signale 23 emittiert werden (8b). Diese von den UHF RFID Transponder 6 emittierten ausgehenden UHF RFID Signale 23 werden dann über das Antennenelement 4 der Antennenanordnung 5 aufgenommen und mit einer Auswerteeinheit des UHF RFID Lesegerätes der Antennenanordnung 5 ausgewertet. Die von den UHF RFID Transpondern 6 emittierten ausgehenden UHF RFID Signale 23 enthalten eine vom jeweiligen UHF RFID Chip generierte Kennung, was eine Zuordnung der UHF RFID Signale zum jeweiligen UHF RFID Transponder 6 und damit zum jeweiligen Objekt 19 ermöglicht.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass das erste Stabelement 3 und das zweite Stabelement 7 mit einem Abstand von einer halben Wellenlänge der UHF Signale (λ/2) zueinander angeordnet sind. In weiteren Ausführungen sind das erste Stabelement 3 und das zweite Stabelement 7 sowie das dritte Stabelement 10 und das vierte Stabelement 11 mit einem Abstand von einer viertel bis einer dreiviertel Wellenlänge der UHF Signale (λ/4 bis ³/₄ λ) zueinander angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Antennenelement
2: Plattenelement
3: Stabelement
4: Antennenelement
5: Antennenanordnung
6: UHF RFID Transponder
7: Stabelement
8: Speisenetzwerk
9: Spannungsquelle
10: Stabelement
11: Stabelement
12: Scheibenelement
13: Scheibenelement
14: Scheibenelement
15: Scheibenelement
16: elektrisch leitfähige Umrandung
17: Abdeckung
18: Fahrbelag
19: Objekt
20: Bewegungsrichtung
21: Gehäuse
22: ausgehende UHF RFID Signale
23: eingehende UHF RFID Signale
24: Hauptkeule der Abstrahlcharakteristik
25: Hauptkeule der Abstrahlcharakteristik
26: Hauptkeule der Abstrahlcharakteristik
27: Hauptkeule der Abstrahlcharakteristik
28: Hauptkeule der Abstrahlcharakteristik
29: Hauptkeule der Abstrahlcharakteristik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2830157 B1 [0002]
US 10402601 B2 [0003]
EP 3132387 B1 [0004]

Claims

Antennenanordnung (5) zum Auslesen von UHF RFID Signalen, wobei die Antennenanordnung (5) ein als Monopolantenne ausgebildetes Antennenelement (4) und ein mit dem Antennenelement (4) verbundenes UHF RFID Lesegerät der Antennenanordnung (5) aufweist und wobei das Antennenelement (4) ein elektrisch leitfähiges Plattenelement (2) und ein erstes zum Plattenelement (2) senkrecht angeordnetes und elektrisch leitfähiges Stabelement (3) aufweist, wobei das Plattenelement (2) und das erste Stabelement (3) galvanisch voneinander getrennt sind und wobei das Antennenelement (4) mit einem Speisenetzwerk (8) des UHF RFID Lesegerätes verbunden ist und dieses Speisenetzwerk (8) mit einer RFID Signale erzeugenden Spannungsquelle (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenelement (4) zumindest ein zweites senkrecht zum Plattenelement (2) angeordnetes und elektrisch leitfähiges Stabelement (7) aufweist und dass das Plattenelement (2) und das zweite Stabelement (7) galvanisch voneinander getrennt sind und dass das erste Stabelement (3) und das zweite Stabelement (7) mit einem Abstand von einer viertel bis einer dreiviertel Wellenlänge der UHF Signale (λ/4 bis ³/₄ λ) zueinander angeordnet sind.
Antennenanordnung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stabelement (3) und das zweite Stabelement (7) mit einem Abstand von einer halben Wellenlänge der UHF Signale (λ/2) zueinander angeordnet sind.
Antennenanordnung (5) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (8) derart ausgeführt ist, dass mit der Spannungsquelle (9) zwischen dem Plattenelement (2) und dem zweiten Stabelement (7) UHF RFID Signale anlegbar sind, deren Phase identisch mit den zwischen Plattenelement (2) und erstem Stabelement (3) anliegenden UHF RFID Signalen sind.
Antennenanordnung (5) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (8) derart ausgeführt ist, dass mit der Spannungsquelle (9) zwischen dem Plattenelement (2) und dem zweiten Stabelement (7) UHF RFID Signale anlegbar sind, deren Amplitude identisch mit den zwischen Plattenelement (2) und erstem Stabelement (3) anliegenden UHF RFID Signalen sind.
Antennenanordnung (5) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenelement (4) ein drittes und ein viertes jeweils senkrecht zum Plattenelement (2) angeordnetes und elektrisch leitfähiges Stabelement (10, 11)aufweist und dass das dritte Stabelement (10) und das vierte Stabelement (11) mit einem Abstand von einer viertel bis einer dreiviertel Wellenlänge der UHF Signale (λ/4 bis ¾ λ) zueinander angeordnet sind und dass sich eine Verbindungslinie zwischen ersten und zweiten Stabelement (3, 7) und eine Verbindungslinie zwischen dritten und vierten Stabelement (10, 11) jeweils auf ihrer halben Strecke schneiden und dass beide Verbindungslinien orthogonal zueinander angeordnet sind.
Antennenanordnung (5) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Stabelement (10) und das vierte Stabelement (11) mit einem Abstand von einer halben Wellenlänge der UHF Signale (λ/2) zueinander angeordnet sind.
Antennenanordnung (5) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (8) derart ausgeführt ist, dass mit der Spannungsquelle (9) zwischen dem Plattenelement (2) und dem dritten Stabelement (10) sowie dem Plattenelement (2) und dem vierten Stabelement (11) UHF RFID Signale anlegbar sind, die gegenüber den zwischen Plattenelement (2) und erstem Stabelement (3) anliegenden UHF RFID Signalen um 180° phasenverschoben sind.
Antennenanordnung (5) nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (8) derart ausgeführt ist, dass mit der Spannungsquelle (9) zwischen dem Plattenelement (2) und dem dritten Stabelement (10) sowie dem Plattenelement (2)und dem vierten Stabelement (11) UHF RFID Signale anlegbar sind, die amplitudengleich zu den zwischen Plattenelement (2) und erstem Stabelement (3) anliegenden UHF RFID Signalen sind.
Antennenanordnung (5) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (8) derart ausgeführt ist, dass mit der Spannungsquelle (9) zwischen dem Plattenelement (2) und dem dritten Stabelement (10) UHF RFID Signale anlegbar sind, die gegenüber den zwischen Plattenelement (2) und erstem Stabelement (3) anliegenden UHF RFID Signalen um +90° phasenverschoben sind und gleichzeitig die Phase zwischen Plattenelement (2) und viertem Stabelement (11) anliegenden UHF RFID Signalen gegenüber den zwischen Plattenelement (2) und erstem Stabelement (3) anliegenden UHF RFID Signalen um -90° phasenverschoben sind.
Antennenanordnung (5) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht angeordneten Stabelemente (3, 7, 10, 11) als top loaded Monopole ausgeführt sind.
Antennenanordnung (5) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabelemente (3, 7, 10, 11) an ihren zum Plattenelement (2) abgewandten Enden elektrisch leitfähige Scheibenelemente (12, 13, 14, 15) mit einer runden, elliptischen, quadratischen oder rechteckigen Form aufweisen.
Antennenanordnung (5) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (8) derart ausgeführt ist, dass drei der vier Stabelement (3, 7, 10, 11) mit dem Plattenelement (2) kurzschließbar sind und dass mit der Spannungsquelle die UHF RFID Signale zwischen dem Plattenelement (2) und dem verbleibenden Stabelement (3, 7, 10, 11) anlegbar sind.
Antennenanordnung (5) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Spannungsquelle (9) eine Abstrahlcharakteristik und/oder eine Abstrahlrichtung des Antennenelementes (4), insbesondere periodisch, variierbar ist.
Antennenanordnung (5) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (2) an seinem Plattenrand eine elektrisch leitfähige Umrandung (16) aufweist, welche eine den Stabelementen (3, 7, 10, 11) zugewandte Plattenseite des Plattenelementes (2) überragt.
Antennenanordnung (5) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speisenetzwerk (8) und/oder die Spannungsquelle (9) in einem auf der den Stabelemente (3, 7, 10, 11) abgewandten Seite des Plattenelementes (2) angeordneten Gehäuse (21) integriert sind.
Antennenanordnung (5) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Antennenelement (4) in einen Fahrbelag (18) einer Fahrstrecke, die von zumindest einem sich bewegenden Objekt (19) mit zumindest einem UHF RFID Signalen emittierenden UHF RFID Transponder (6) befahren wird, integriert ist.
Antennenanordnung (5) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenelement (4) derart in den Fahrbelag (18) integriert ist, dass die den Stabelementen (3, 7, 10, 11) zugewandte Seite des Plattenelementes (2) in Richtung Fahrbelagoberfläche ausgerichtet ist.