DE19612522A1 - HF-Schwingkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen HF-Schwingkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Langwellenbereich arbeitenden AM-Datenübertragungssysteme nutzen zur Daten- bzw. Energieübertragung üblicherweise ein magnetisches Feld. Die Erzeugung dieses magnetischen Feldes erfolgt mittels einer Induktivität, die in einem auf Resonanz abgestimmten HF-Schwingkreis arbeitet.

Bezüglich der Daten- bzw. Energieübertragung, d. h. bezüglich des Signalflusses zwischen einer Basiseinrichtung und einem zugehörigen Datenträger ist zwischen passiven und aktiven Systemen zu unterscheiden. Bei den passiven Systemen entzieht der Datenträger über die Induktivität des auf Resonanz abgestimmten HF-Schwingkreises dem Erregerfeld die entsprechende Energie und übermittelt seine Information durch Bedämpfung des HF-Schwingkreises dem Erregerschwingkreis. Bei den aktiven Systemen erkennt der Datenträger eine von der Stärke des in die Induktivität eingekoppelten Magnetfeldes abhängige Schwingkreisspannung als Empfangssignal. In Abhängigkeit des Sendesignales wird hierbei der Schwingkreis des Datenträgers angeregt und über die Induktivität ein Magnetfeld aufgebaut.

Bei den bekannten HF-Schwingkreisen der oben genannten Art handelt es sich üblicherweise um Reihenschwingkreise mit direktem Anschluß der Induktivität an die Schwingkreis-Elektronikeinrichtung, wobei sich eine nicht zu vernachlässigende Schwingkreis-Kapazität ergibt. Diese Reihenschwingkreise bewirken in Abhängigkeit von der Aufbau-Geometrie, daß außer dem oben erwähnten magnetischen Feld ein elektrisches Feld generiert wird, das folgende nachteilige Wirkungen aufweisen kann:

• a) Die aus dem elektrischen und dem magnetischen Feld resultierenden Empfangsspannungen sind in Abhängigkeit des Wicklungssinnes der Induktivität gleich- oder gegenphasig. Bei Gegenphasigkeit ergibt sich neben einer Dämpfung innerhalb des Entfernungs-Funktionsbereiches eine unerwünschte Totzone. Bei festen, vorbestimmten Geometrien der beiden Schwingkreise der Basiseinrichtung und des Datenträgers, bzw. bei einem bestimmten, konstanten Abstand zwischen Basiseinrichtung und Datenträger ist folglich die Funktion des Datenübertragungssystemes nicht mehr gewährleistet;
• b) Es wird ein nicht genutztes elektrisches Feld hoher Feldstärke erzeugt, welches die bspw. durch Postzulassungsbestimmungen begrenzte EMV-Belastung der Umgebung verstärkt;
• c) der empfangende HF-Schwingkreis des Datenübertragungssystemes kann bei ungünstigem Aufbau auf eingestreute elektrische Störfelder reagieren.

Die Entstehung des erwähnten starken elektrischen Feldes läßt sich darauf zurückführen, daß zwischen den relativ großen metallischen Flächen des Elektronik-Aufbaues und dem sog. heißen Ende der Induktivität des HF-Schwingkreises eine große Potentialdifferenz entsprechend der Resonanzüberhöhung wirksam wird. Diese Renonanzüberhöhung kann in der Größenordnung von 100V liegen. Das führt insbes. zu den oben unter den Punkten a) und b) erwähnten Mängeln.

Die aus dem herkömmlichen Aufbau des HF-Schwingkreises, d. h. der Serienschaltung von Induktivität und Schwingkreis-Kapazität resultierende Eigenschaft, nicht nur ein der Datenübertragung dienendes Magnetfeld sondern außerdem auch ein elektrisches Feld zu erzeugen, ist im umgekehrten Falle dafür verantwortlich, daß ein vorhandenes elektrisches Feld unerwünscht eingekoppelt werden kann. Das führt dann insbes. zu den oben unter den Punkten a) und c) zitierten Mängeln.

Die genannten Wirkungen treten dabei sowohl in der Basiseinrichtung als auch im Datenträger auf. Nachdem üblicherweise die Abmessungen in der Basiseinrichtung im Vergleich zu den Abmessungen des Datenträgers groß sind, ist auch der beschriebene Einfluß in der Basiseinrichtung entsprechend stärker.

Aus der EP 0 582 137 A2 ist eine Einrichtung zur induktiven HF-Abfrage von Datenträgern mittels einer Antennenspule bzw. Induktivität bekannt, an die ein HF-Generator sowie eine Abfrageschaltung mit einem AD-Wandler für den Rhythmus der Bedämpfung der Antennenspule durch den Kennzeichnungs- bzw. Datenträger angeschlossen sind. Dort ist der Erfassungsbereich eines Antennenträgers in mehrere nebeneinandergelegene Teilbereiche unterteilt, in welchen jeweils eine axial flache Antennenspule bzw. Induktivität angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen HF-Schwingkreis für ein Datenübertragungssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, der im Empfangsbereich keine Totzone aufweist, und bei welchem sowohl die Störempfindlichkeit als auch die EMV-Belastung der Umgebung verringert sind.

Diese Aufgabe wird bei einem HF-Schwingkreis der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteiles des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Aus- und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen HF-Schwingkreises sind in den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet. Erfindungsgemäße Verwendungen des erfindungsgemäßen HF-Schwingkreises sind in den Ansprüchen 5 bis 7 beansprucht.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verwendung des HF-Schwingkreises bei einem Identschloß wird bspw. auf die WO 91/16517 hingewiesen, aus der ein Türschloß bekannt ist, dessen Falle von innen mittels einer ersten Klinke betätigbar und dessen außen angeordnete zweite Klinke mittels eines an der Innenseite des Türschlosses angeordneten Öffnungswählers freischaltbar ist. Zu diesem Zwecke ist ein elektrisch betätigbares Kupplungselement vorgesehen. Das Kupplungselement kann von einem Geber angesteuert werden, der durch eine berührungslose selektierte Datenübertragung aktivierbar ist. Mit Hilfe des Kupplungselementes ist die äußere Klinke mit der inneren Klinke für einen kurzen Zeitraum verbindbar.

Bezüglich der erfindungsgemäßen Verwendung des HF-Schwingkreises bei einer Zeiterfassungseinrichtung für Sportereignisse wird bspw. auf die EP 0 544 277 A2 Bezug genommen, aus der eine Zeitnahmeeinrichtung für sportliche Wettbewerbe, insbes. für Brieftaubenpreisflüge, bekannt ist. Diese Zeitnahmeeinrichtung weist einen berührungslos abfragbaren Teilnehmer-Kennungs- bzw. Datenträger sowie eine Registrier- bzw. Basiseinrichtung für einander zugeordnete Teilnehmer- und Zeitinformationen auf. Dabei ist jeder Teilnehmer dauernd mit einem ihn individualisierenden codierten Kennungsträger ausgestattet, der über seine Empfangsspule von einem Lesegerät aktivierbar und abfragbar ist, wenn und solange er sich im Feld einer hochfrequenzgespeisten Sendespule befindet.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des HF-Schwingkreises, bei dem es sich um einen Reihenschwingkreis mit aufgeteilten zwei Teilkapazitäten handelt, durch welche ein potentialsymmetrischer direkter Anschluß an den Elektronik-Aufbau mit nicht zu vernachlässigendem Kapazitätsbelag gebildet wird, ergibt sich ein vergleichsweise schwächeres elektrisches Feld und somit eine Reduzierung der oben erwähnten nachteiligen Effekte der bislang angewandten Serienschwingkreis-Ausführungen.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Beschaltung ist davon abhängig, wie genau die beiden Teilkapazitäten in ihrem Kapazitätswert übereinstimmen. Dabei ist festzustellen, daß sich bei einem kapazitiven Resonanzabgleich des HF-Schwingkreises die Wirkung der Beschaltung mit zunehmender Unsymmetrie verschlechtert. Deshalb wird es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn der Resonanzabgleich des HF-Schwingkreises nicht kapazitiv sondern induktiv erfolgt, d. h. wenn die Induktivität des HF-Schwingkreises zum Resonanzabgleich einstellbar ist. Dabei kann die Induktivität einen verstellbaren höherpermeablen Kern aufweisen.

Bei dem erfindungsgemäßen HF-Schwingkreis werden anstelle eines Kreiskondensators zwei Teilkapazitäten - vorzugsweise gleichen Kapazitätswertes - eingesetzt, die den doppelten Kapazitätswert der Schwingkreis-Kapazität des HF-Schwingkreises aufweisen, die jedoch in vorteilhafter Weise nur die halbe Nennspannung desselben benötigen. Für die Ankopplung der Empfangsschaltung ist zu beachten, daß sich die Eingangsspannung und die Quellimpedanz halbieren.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles eines Identschlosses im Vergleich mit einer bekannten Ausbildung eines solchen Identschlosses beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ausbildung eines bekannten HF-Schwingkreises,

Fig. 2 eine Schaltungsdarstellung des HF-Schwingkreises gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung des erfindungsgemäßen HF-Schwingkreises, und

Fig. 4 die Schaltungsdarstellung des HF-Schwingkreises gemäß Fig. 3.

Bei dem bekannten HF-Schwingkreis gemäß den Fig. 1 und 2 weist die Basiseinrichtung 10, bei der es sich um eine Schreib­ bzw. Lesestation handeln kann, einen bspw. auf einer Stahlblende 12 montierten Elektronik-Aufbau 14 auf. Die Metallfläche 16 der Stahlblende 12 bildet eine Schaltungsmasse mit einem nicht zu vernachlässigenden Kapazitätsbelag C1. Der Schwingkreis-Abgleich erfolgt mittels einer direkten Kapazität C2. Die an der Stahlblende 12 befestigte Induktivität 18 generiert das vom Datenübertragungssystem genutzte Magnetfeld.

Durch die Resonanzüberhöhung treten am Schwingkreisknotenpunkt in bezug zur Schaltungsmasse, d. h. in bezug zur Stahlblende 12, Spannungen in der Größenordnung mehrerer 100 V auf. Durch den räumlichen Abstand der Induktivität 18 von der Schaltungsmasse bzw. von der Stahlblende 12 und durch die relativ große Flächenausdehnung der Metallfläche 16 der Stahlblende 12 wird ein relativ starkes elektrisches Feld erzeugt. Mit der Bezugsziffer 20 sind in Fig. 1 einige Feldlinien dieses elektrischen Feldes bezeichnet. Dieses starke elektrische Feld (Feldlinien 20) geht mit entsprechenden Potentiallinien bzw. Potentialdifferenzen einher, wobei das Potential ϕ1 sehr viel größer als das Potential ϕ0′ ist. Das bedeutet, daß sich zwischen der Schaltungsmasse und dem heißen Ende 22 der Induktivität 18 eine entsprechende Potentialdifferenz einstellt. Für ϕ0 und ϕ0′ gilt, daß diese Potentiale annähernd gleich groß sind, d. h. ϕ0 Φ ϕ0′.

Aus dem Obigen folgt ohne weiteres, daß bei dem bekannten HF-Schwingkreis für ein Datenübertragungssystem, wie er in den Fig. 1 und 2 verdeutlicht ist, die oben beschriebenen nachteiligen Wirkungen a bis c mit der entsprechenden Stärke auftreten können.

Die Fig. 3 und 4 verdeutlichen demgegenüber die erfindungsgemäße Ausbildung des HF-Schwingkreises eines Datenübertragungssystemes, wobei gleiche Einzelheiten mit denselben Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet sind. Auch hier ist bspw. eine Basiseinrichtung 10 mit einer Stahlblende 12 verdeutlicht, die einen Elektronik-Aufbau 14 aufweist. Die Stahlblende 12 bildet eine Metallfläche 16, an der eine Induktivität 18 angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Schwingkreis-Kapazität durch zwei gleich große Teilkapazitäten c gebildet, die am heißen Ende 22 und am kalten Ende 24 der Induktivität 18 vorgesehen sind. Das resonanzüberhöhende Potential liegt jetzt nur zwischen dem heißen und dem kalten Ende 22, 24 der Induktivität 18. Es erzeugt durch die kleinen geometrischen Abstände in der Induktivität 18 ein vergleichsweise kleines elektrisches Feld. Mit der Bezugsziffer 20 sind auch hier entsprechende Feldlinien des elektrischen Feldes bezeichnet. Zwischen der Induktivität 18 und der Schaltungsmasse, d. h. der Metallfläche 16 der Stahlblende 12 entstehen zwei zueinander entgegengesetzte elektrische Felder, die sich in vorteilhafter Weise zumindest annähernd kompensieren.

Claims (7)

1. HF-Schwingkreis einer Basiseinrichtung und/oder eines Datenträgers eines Datenübertragungssystemes, das eine Induktivität (18) und eine damit in Reihe geschaltete Schwingkreis-Kapazität aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingkreis-Kapazität in zwei mindestens annähernd gleich große Teilkapazitäten (C) unterteilt ist, von welchen die eine Teilkapazität (C) am einen Ende und die andere Teilkapazität (C) am anderen Ende der Induktivität (18) vorgesehen ist.

2. HF-Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Induktivität (18) zum Resonanzabgleich einstellbar ist.

3. HF-Schwingkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (18) einen verstellbaren höherpermeablen Kern aufweist.

4. Hf-Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilkapazität (C) mindestens annähernd den doppelten Wert der Schwingkreis-Kapazität (C1) und mindestens annähernd die halbe Nennspannung derselben besitzt.

5. Verwendung eines HF-Schwingkreises nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Handlesegerät.

6. Verwendung eines HF-Schwingkreises nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Identschloß.

7. Verwendung eines HF-Schwingkreises nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einer Zeiterfassungseinrichtung für Sportereignisse.