DE60014708T2

DE60014708T2 - Antenne für radiofrequenzen für ein objektabfragegerät mit einer radiofrequenzantenne und ein damit verbundener elektrischer schaltkreis

Info

Publication number: DE60014708T2
Application number: DE60014708T
Authority: DE
Inventors: Lassina Sanogo
Original assignee: Tagsys SAS
Current assignee: Tagsys SAS
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2020-11-25
Also published as: US20020186175A1; WO2001045198A1; EP1245060A1; FR2802710B1; FR2802710A1; US6894660B2; DE60014708D1; ATE279026T1; EP1245060B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Systeme zur Identifizierung von Objekten vom Typ, bei dem jedes Objekt eine zu einem elektronischen Schaltkreis gehörende Radiofrequenzantenne trägt, so daß sie durch eine Abfragevorrichtung mit einer Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne abgefragt werden kann. Sie betrifft besonders eine solche Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne.
Es ist bekannt, Gegenstände zu identifizieren, indem man sie mit sogenannten elektronischen Etiketten ausstattet, die eine zu einem elektronischen Schaltkreis gehörende Radiofrequenzantenne aufweisen. Der elektronische Schaltkreis weist mindestens einen Speicher auf, der die Identifikationsmerkmale des Gegenstandes enthält. Eine Abfragevorrichtung emittiert über ihre Radiofrequenzantenne Abfragemeldungen zu den elektronischen Etiketten und empfängt von letzteren Antwortmitteilungen, welche die gewünschten Informationen enthalten. Diese Abfrage- und Antwortmeldungen werden gemäß einem sogenannten Antikollisionsverfahren emittiert, so daß die elektronischen Etiketten ihre Antwortmeldungen zu verschiedenen Zeitpunkten emittieren.
Ein solches System zur Identifizierung von Objekten funktioniert befriedigend, wenn die elektronischen Etiketten genügend voneinander entfernt sind. Im Fall von einander sehr nah benachbarten elektronischen Etiketten, beispielsweise auf aneinanderliegenden Blättern ausgebildeten, verstimmen sich die Resonanzkreise der verschiedenen Antennen bezüglich der zentralen Frequenz F0 und liefern zu F0 niedrigere oder höhere Resonanzfrequenzen. Daraus folgt, daß die Übertragung der Meldungen gestört ist, was zu Fehler der Identifizierung führt. Ein solcher schlechter Betrieb wurde festgestellt, wenn die zu identifizierenden Objekte Bücher von geringer Dicke sind, die auf einem Regal senkrecht oder horizontal nebeneinander stehen.
Bekannt ist im Stand der Technik die Patentanmeldung WO 9805171, die eine justierbare Vorrichtung zur Datenübermittlung bei radioelektrischen Frequenzen mit einem integrierten Halbleiterkreis, mit integrierten Kreisen mit Abfrageempfangskreisen, die einen Teil der integrierten Kreise bilden, einer Antenne und einer zum Speisen der Kommunikationsvorrichtung konfigurierten Speisung. Mindestens das eine oder andere von Antenne oder Abfrageempfangskreisen weist elektrische Merkmale auf, die durch selektive Abstimmung der Kreise in einem Bereich von abgestimmten und verstimmten Zuständen rekonfigurierbar sind, so daß eine gewünschte Empfindlichkeit des Empfängers der Kommunikationsvorrichtung erhalten wird.
Ein Ziel der Erfindung ist daher die Realisierung einer Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne für eine Vorrichtung zum Abfragen von elektronischen Etiketten, die von zu identifizierenden Objekten getragen werden, wobei die Vorrichtung das Abfragen aller elektronischen Etiketten unabhängig von deren Abstand voneinander ermöglicht.
Die Erfindung betrifft eine Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne einer Vorrichtung zur Abfrage von elektronischen Etiketten, die von Objekten getragen werden, wobei die besagte Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne auf die F0-Frequenz abgestimmt ist und jedes elektronische Etikett eine Radiofrequenzantenne aufweist, die auf die F0-Frequenz abgestimmt ist und mit einem elektronischen Schaltkreis assoziiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne so konfiguriert ist, daß ein magnetisches Feld erzeugt wird, das die Abstimmfrequenz der Radiofrequenzantennen der elektronischen Etiketten in einem Sinn modifiziert, der zur Rückzentrierung zur Frequenz F0 neigt.
Das von der Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne erzeugte Magnetfeld weist Kraftlinien auf, die im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Antenne der abzufragenden elektronischen Etiketten sind.
Eine solche Antenne wird beispielsweise realisiert durch eine planare Wicklung mit einer Mehrzahl von ebenen Windungen, deren Breite im wesentlichen größer als ihr Abstand ist. Sie kann auch realisiert werden durch eine Wicklung mit einer Mehrzahl von nicht verbundenen Windungen, die auf einen Träger aus Ferrit aufgewickelt sind. In diesem Fall ist der Abstand der Windungen deutlich größer als ihr Durchmesser.
Die Erfindung wird mit weiteren Eigenschaften und Vorteilen erläutert durch die folgende Beschreibung von besonderen Ausführungsformen, wobei sich die Beschreibung auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, worin:
1 ist ein Schema einer Antenne eines elektronischen Etiketts, die von einem Gegenstand wie einem Buch getragen werden soll,
2 ist ein Diagramm, das die Dämpfungskurve einer Radiofrequenzantenne eines elektronischen Etiketts zeigt,
3 ist ein Diagramm, das die Dämpfungskurven von zwei stark gekoppelten Radiofrequenzantennen zeigt,
4 ist ein Schema, das eine planare Wicklung zeigt, um einen ersten Typ von erfindungsgemäßer Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne zu realisieren,
5 ist ein Schema, das eine Wicklung um einen Träger aus Ferrit zeigt, um einen zweiten Typ von erfindungsgemäßer Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne zu realisieren,
6 zeigt die Position und die Richtung der Verschiebung der erfindungsgemäßen Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne mit Bezug auf vertikal angeordnete elektronische Etiketten,
7 zeigt die Position und die Richtung der Verschiebung der erfindungsgemäßen Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne mit Bezug auf horizontal angeordnete elektronische Etiketten, und
8 ist ein Schema, das die Kraftlinien des Magnetfeldes zeigt, das von den Leitern 32 der in 4 gezeigten Antenne erzeugt wird.
Ein elektronisches Etikett 10 weist beispielsweise einen nachgiebigen Träger 12 aus dielektrischem Material mit zwei bis drei Zentimetern Seitenlänge auf, auf dem eine leitende Wicklung 14 mit zwei Verbindungsanschlüssen 16 und 18 und ein mit den Anschlüssen 16 und 18 verbundener elektronischer Kreis 20 angeordnet sind.
Der elektronische Kreis 20 ist gut bekannt und wird hier nicht genauer beschrieben.
Im Fall eines Buches ist das elektronische Etikett 10 beispielsweise auf die erste oder letzte Seite in der Nähe des Einbands und des unteren Teils geklebt (6 und 7).
Die Wicklung 14 bildet eine Spule, die in Kombination mit einem nicht gezeigten Kondensator einen Kreis bildet, der auf eine Resonanzfrequenz F0 abgestimmt ist. Diese Frequenz F0 ist beispielsweise gleich 13,56 MHz. Die Dämpfungskurve eines solchen abgestimmten Kreises in Funktion von der Frequenz ist gegeben durch das Diagramm 22 der 2, das auf die Frequenz F0 zentriert ist. Wenn zwei Etiketten 10 einander benachbart angeordnet sind, sind die gemessenen Dämpfungskurven diejenigen der 3, d.h. Kurven analog zu den der 2 jedoch die eine 24 zu einer Frequenz F1 < F0 und die andere 26 zu einer Frequenz F2 > F0 verschoben.
Erfindungsgemäß weist die Radiofrequenzantenne 28 für die Vorrichtung zum Abfragen von elektronischen Etiketten 10 einen starren Träger 30 aus dielektrischem Material von etwa zehn Zentimetern Seitenlänge auf, auf dem eine planare leitende Wicklung 32 mit zwei Verbindungsanschlüssen 34 und 36 zu einem nicht gezeigten elektronischen Kreis angeordnet ist.
Die Wicklung 32 ist durch Windungen realisiert, die aus breiten leitenden Streifen 38 bestehen, die durch einen Zwischenraum von geringer Breite 40 getrennt sind. Als Beispiel hat der leitende Streifen 38 eine Breite W von etwa zehn Millimetern, während der Zwischenraum S 40 zwischen den Streifen etwa einen Millimeter beträgt, d.h. es besteht ein Unterschied von einer Größenordnung zwischen den Abmessungen. Diese Wicklung 32, wenn sie durch einen Radiofrequenzstrom gespeist wird, erzeugt ein Magnetfeld, das die Abstimmfrequenz F1 modifiziert, um sie zur Frequenz F0 zurückzubringen, was den Erfolg der Abfrage ermöglicht.
In der zum starren Träger 30 senkrechten Ebene (8) erzeugen die Windungen der Wicklung 32 ein seitliches Magnetfeld, dessen mit 60 bezeichneten Kraftlinien sich über verhältnismäßig weit von der Ebene des starren Trägers 30 entfernte Abstände schließen.
Für einen besseren Wirkungsgrad müssen die Kraftlinien dieses Magnetfeldes im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Wicklung der Antenne des elektronischen Etiketts verlaufen.
Die Abmessungen der Wicklung 32 und damit der Antenne hängen hauptsächlich vom maximalen Abstand zwischen der Antenne der Abfragevorrichtung und dem abzufragenden elektronischen Etikett ab, wobei relative Verschiebungen zwischen den Etiketten berücksichtigt werden.
So darf die Antenne 28 bezüglich des elektronischen Etiketts nicht zu klein sein, um zu vermeiden, daß eine Ortssuche nach der Position des elektronischen Etiketts durchzuführen ist. Sie darf nicht zu groß sein, um Lecks der Kraftlinien des Feldes zu vermeiden, Kraftlinien, die von der Antenne des elektronischen Etiketts nicht mehr erfaßt werden. Diese verschiedenen Kriterien führen zu einer Antenne 28, die eine Fläche gleich dem fünfzehnfachen von der des elektronischen Etiketts hat, d.h. einen erheblichen Unterschied gleich einer Größenordnung.
Das Vorhandensein der von einem Strom mit der Frequenz F0 durchströmten Antenne 28 in der Nähe eines elektronischen Etiketts 10 bewirkt die Induktion eines Wechselstroms in der Wicklung der Antenne des elektronischen Etiketts, was als Reaktion ein entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt, das auf die Antenne 28 wirkt. Da diese Antenne 28 in Folge von aneinanderliegenden leitenden Streifen 38 in Form einer metallischen Ebene vorliegt, bewirkt sie eine Verringerung der Kopplung zwischen den zwei Wicklungen, was eine Verringerung der Selbstinduktion L der Antenne des elektronischen Etiketts und dadurch einer Erhöhung der Abstimmfrequenz von F1 auf F0 entspricht.
Die Antenne der Abfragevorrichtung kann auch nach dem Schema der 5 realisiert sein durch eine Wicklung 42 mit nicht verbundenen Windungen aus einem Leiterdraht 44, der um einen Träger aus Ferrit 46, beispielsweise eine Ferritplatte von einigen Zentimetern Seitenlänge gewickelt ist. Die Ferritplatte modifiziert die Abstimmfrequenz der Antenne des Etiketts, um sie von F2 nach F0 zurückzubringen. Beispielsweise haben die etwa drei Windungen einen Durchmesser D von etwa einem Millimeter und der Abstand S zwischen den Windungen beträgt etwa zwanzig Millimeter. Die Ferritplatte 46 ist beispielsweise ein Quadrat von zehn Zentimetern Seitenlänge.
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der Abstand S wesentlich größer als der Durchmesser D und zwar um etwa eine Größenordnung.
Die Ferritplatte 46 bewirkt die Konzentration der Kraftlinien des Magnetfeldes im Ferrit wegen ihres hohen Permeabilitätskoeffizienten, was die Kopplung zwischen den zwei Wicklungen verstärkt, woraus sich eine Erhöhung der Selbstinduktanz L der Antenne des elektronischen Etiketts ergibt, dessen Abstimmfrequenz von F2 nach F0 abnimmt.
Um eine wirksame Abfrage der Etiketten zu realisieren wird empfohlen, einerseits die elektronischen Etiketten 10 an den Gegenständen wie Dokumenten 52 der 6 und 7 gemäß strengen Spezifikationen anzuordnen und andererseits die Antenne der Abfragevorrichtung gemäß bestimmten Regeln zu verschieben. Die Spezifikationen betreffend die Anordnung der Etiketten wurden oben definiert. Was die Verschiebung der Antenne 28 oder 48 angeht, so soll ihre ebene Fläche senkrecht zur Ebene der elektronischen Etiketten 10 sein und sich (Pfeil 50) senkrecht zur Ebene der elektronischen Etiketten 10 verschieben. Selbstverständlich muß der Weg der Antenne so nahe wie möglich an den elektronischen Etiketten 10 verlaufen.
Die erfindungsgemäße Antenne weist die folgenden Vorteile auf:

– sie ist leicht, reproduzierbar und billig;
– sie ermöglicht eine große Geschwindigkeit der Überstreichung der Regale, wo die Dokumente, wie Bücher, aufgestellt sind;
– sie ist wenig empfindlich gegen die metallische Umgebung der Regale; und
– sie ermöglicht die Realisierung einer tragbaren Ausrüstung, da sie keine hohe Ausgangsleistung benötigt.

Claims

Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne (28, 48) einer Vorrichtung zur Abfrage von elektronischen Etiketten (10), die von Objekten getragen werden, wobei die besagte Radiofrequenzantenne (28, 48) auf die F0 Frequenz abgestimmt ist, wobei jedes elektronische Etikett eine Radiofrequenzantenne aufweist, die auf die F0 Frequenz abgestimmt ist, und wobei die besagte Radiofrequenzantenne mit einem elektronischen Kreis (20) assoziiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Antenne (28, 48) der Radiofrequenzantenne des elektronischen Etiketts in der Form einer metallischen Fläche darstellt infolge ihrer Mehrzahl von Windungen aneinanderstoßender leitender Streifen (38) oder in der Form einer Platte aus Ferrit mit einer Wicklung aus einer Mehrzahl von nicht aneinanderstoßenden Windungen darstellt, wobei das magnetische Feld, das durch die Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne (28, 48) erzeugt wird, Kraftlinien aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Radiofrequenzantenne des elektronischen Etiketts sind, wobei die Abstimmfrequenz der Radiofrequenzantennen der elektronischen Etiketten in einem Sinn geändert wird, sie auf die (F0) der Antenne (28, 48) der Abfragevorrichtung zurückzuzentrieren.
Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne der Abfragevorrichtung eine planare Wicklung aufweist, die ihrerseits eine Mehrzahl an Windungen (32) aufweist, deren Breite (W) etwas größer als ihr Abstand (S) ist.
Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W) einer Windung (32, 38) größer als der Abstand (40, S) ist.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht aneinanderstoßenden Windungen (44) einen Abstand (S) aufweisen, der etwas größer als ihr Durchmesser (D) ist.
Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (S) zwischen zwei aufeinander folgenden Windungen (42) größer als ihr Durchmesser (D) ist.
Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnett, daß die Dimensionen der Antenne der Abfragevorrichtung durch den maximalen Abstand zwischen der besagten Antenne (28, 48) und den Antennen (10) der Objekte sowie durch die Dimensionen der besagten elektronischen Etiketten bestimmt werden.
Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnett, daß die Oberfläche der Antenne (28, 48) der Abfragevorrichtung größer als die der Antenne des elektronischen Etiketts (10) ist.
Vorrichtung zur Abfrage von elektronischen Etiketten (10) dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Sende-/Empfangs-Radiofrequenzantenne (28, 48) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 aufweist.