DE602004004216T2

DE602004004216T2 - Rahmenantennenvorrichtung

Info

Publication number: DE602004004216T2
Application number: DE602004004216T
Authority: DE
Inventors: Takakazu Suwa Fukano; Yasuhiko Suwa Kosugi; Noboru Asauchi; Eiichi Sumida Ishii
Original assignee: Seiko Epson Corp; Yoshikawa RF Systems Co Ltd
Current assignee: Seiko Epson Corp; Yoshikawa RF Systems Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-28
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2024-08-29
Also published as: US7142163B2; EP1511121B1; DE602004004216D1; EP1511121A1; CN100583554C; CN1595721A; US20050134519A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schleifenantenneneinrichtung und genauer gesagt eine Schleifenantenneneinrichtung, die vorzugsweise für eine Lese/Schreibeinrichtung eines kontaktlosen Datenträgersystems mit elektromagnetischer Induktion verwendet wird, in welchem eine Datenübertragung und eine Datenempfang kontaktlos zwischen mehreren Datenträgern und der Schleifenantenneneinrichtung ausgeführt werden.
Im Allgemeinen beinhaltet ein Datenträgersystem eine Lese/Schreibeinrichtung und einen Datenträger. Eine Antenneneinrichtung der Lese-/Schreibeinrichtung liefert ein moduliertes magnetisches Wechselfeld an einen Serviceflächenbereich, um Daten oder einen Befehl an den Datenträger zu übermitteln.
Der Datenträger empfängt das dem Serviceflächenbereich zugeleitete modulierte magnetische unter Verwendung einer darin eingebauten Wechselfeld Spule, um eine elektromotorische Spannung zu erzeugen, die gleichgerichtet wird und als Betriebsenergiequelle des Datenträgers verwendet wird. Der Datenträger führt auch vorgeschriebene Vorgänge wie beispielsweise die Demodulation des modulierten magnetischen Wechselfeldes zum Auffinden der Daten oder des Befehls, die bzw. der von der Lese-/Schreibeinrichtung ausgesandt worden waren bzw. war, und die Übertragung von Daten zu der Lese/Schreibeinrichtung gemäß dem Befehl aus.
Ein solches Datenträgersystem soll die Intensität des magnetischen Wechselfeldes, das dem vorgeschriebenen Serviceflächenbereich von der Lese-/Schreibeinrichtung aus zugeleitet wird, innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs beschränken, und es soll ein magnetisches Feld, das außerhalb des Serviceflächenbereiches erzeugt wird, so schwach wie möglich machen.
Der Grund, warum ein magnetisches Wechselfeld dem Serviceflächenbereich zugeleitet werden muss, das ausreichend stark ist, aber in den vorgeschriebenen Bereich fällt, wäre klar. Der Grund, warum das magnetische Wechselfeld, das nach außerhalb des Serviceflächenbereichs reicht, wünschenswerter Weise so schwach wie möglich ist, ist, eine Interferenz mit einer anderen Einrichtung oder eine nachteilige Beeinflussung einer solchen anderen Einrichtung zu eliminieren. Wenn beispielsweise mehrere der oben beschriebenen Lese/Schreibeinrichtungen angrenzend aneinander in beispielsweise einem automatischen Fahrkarten-Prüfsystem eines Bahnhofs angeordnet und montiert sind, ist es notwendig, eine Interferenz untereinander oder eine nachteilige Beeinflussung untereinander während des Betriebs zu eliminieren.
Als eine solche Art von Antenneneinrichtung ist im Stand der Technik beispielsweise eine Einrichtung bekannt, die in der Patentschrift 1 offenbart ist.
Die Antenneneinrichtung des Standes der Technik ist durch eine Vielzahl von Schleifenantennenzellen aufgebaut, die unter unten beschriebenen Bedingungen zusammen kombiniert sind, um die oben beschriebenen Anforderungen zu erfüllen.
Formel 1
Hierbei bezeichnet Ni die Anzahl der Wicklungen jeder Schleifenantennenzelle. Ii bezeichnet einen elektrischen Strom, der jeder Schleifenantennenzelle zugeleitet wird und bezeichnet wird durch Hinzufügen eines Plus oder Minus abhängig von der Richtung. Si bezeichnet einen Flächenbereich jeder Schleifenantennenzelle. NiIiSi bezeichnet ein magnetisches Moment, das von einer i-ten Schleifenantennenzelle erzeugt wird.
Die oben beschriebene Schleifenantenneneinrichtung des Standes der Technik hat ein solches Phänomen aufgewiesen, das das magnetische Wechselfeld, das einen Bereich entfernt von der Größe jeder Schleifenantennenzelle erreicht, geschwächt werden kann. Aus einer Messung, bei der die Intensität des magnetischen Wechselfeldes gemessen wurde, das von einer solchen Schleifenantenneneinrichtung erzeugt wird, wurde bestätigt, dass die Intensität des magnetischen Wechselfeldes sich drastische vermindert, je weiter das magnetische Wechselfeld von der Größe der Schleife entfernt ist.
Patentschrift 1: JP-A-10-209737
Die Messung hat aber auch gezeigt, dass der oben erwähnte Vorteil nur dann stabil erzielt werden kann, wenn die Schleifenantenneneinrichtung allein in einer Messumgebung vorgesehen ist. Das heißt, selbst wenn die Schleifenantenneneinrichtung so ausgestaltet ist, dass die Intensität des magnetischen Wechselfeldes abrupt vermindert wird, wenn das Wechselfeld entfernt ist von der Schleifengröße, wie es oben beschrieben ist, verursacht der Einfluss einer Umgebung um die Schleifenantenneneinrichtung herum ein Ungleichgewicht zwischen den Schleifenantennenzellen, was dazu führt, dass ein starkes magnetisches Feld auf unerwünschte Art und Weise eine Position entfernt von der Schleifengröße erreicht.
Insbesondere kann, wenn Metall oder dergleichen asymmetrisch in der Nähe der Schleifenantenneneinrichtung vorgesehen ist, ein induzierter Strom durch das Metall oder dergleichen hindurchströmen, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das die beabsichtigte Balance zwischen den Schleifenantennenzellen in der Schleifenantenneneinrichtung verschlechtert. Wenn die Schleifenantenneneinrichtung in die Lese-/Schreibeinrichtung hineinmontiert wird, kann daher die beabsichtigte Balance zwischen den Schleifenantennenzellen auf unerwünschte Art und Weise verschlechtert werden.
Selbst wenn die Schleifenantenneneinrichtung in die Lese/Schreibeinrichtung hinein mit einer guten Balance montiert wird, wäre es außerdem praktisch unmöglich, die Balance aufrecht zu erhalten oder zu erzielen, wenn die Umgebung um die Schleifenantenneneinrichtung herum berücksichtigt wird, wenn die Lese-/Schreibeinrichtung montiert wird.
Wenn ein Anhänger an einer bestimmten der Antennenzellen platziert wird, verursacht außerdem ein induzierter Strom, der durch eine Spule des Anhängers hindurchströmt, auch ein Problem, in welchem die Balance zwischen den Schleifenantennenzellen verschlechtert werden kann, ähnlich wie in dem oben beschriebenen Fall. Kurz gesagt leidet die Lösung, in welcher die mehreren Schleifenantennenzellen zusammen kombiniert werden, um die Summe der magnetischen Momente gleich 0 zu erhalten, immer noch unter einem Problem, in welchem die beabsichtigte Balance zwischen den Schleifenantennenzellen während der praktischen Verwendung verschlechtert ist.
Auf der Grundlage der oben beschriebenen Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schleifenantenneneinrichtung zu schaffen mit mehreren kleinen Antennenzellen, die zusammen kombiniert sind, welche ein Ungleichgewicht kompensieren kann, das zwischen Schleifenantennenzellen verursacht wird durch die Veränderung einer Arbeitsumgebung, und welche die Summe der magnetischen Momente, die von den Schleifenantennenzellen erzeugt werden, konstant auf ein Minimum reduzieren kann, vorzugsweise auf 0.
US 4,373,163 offenbart eine Schleifenantenne für Sicherheitssysteme, bei welchem die Schleife in einem röhrenförmigen elektrostatischen Schirm vorgesehen ist. Dies dient dazu, eine elektrostatische Strahlung zu minimieren, ohne die elektromagnetische Strahlung signifikant zu beeinflussen. Der Schirm kann geerdet sein.
GB 2,164,824 offenbart ein Zugangssteuerungssystem mit einer Sensorspule und einer Antriebsspule zum Erfassen einer Identifizierungskarte. Eine der Spulen hat null Balancebereiche, die in ein Ungleichgewicht geraten, wenn die Karte darüber hinweggewischt wird.
US 4,539,558 offenbart ein Anti-Diebstahl-System, bei welchem zwei Spulen angeregt werden, um ein magnetisches Wechselfeld in einer Überwachungszone zwischen den Spulen zu produzieren. Die Anordnung beinhaltet eine Übertragungsspule, eine Empfangsspule und einen elektrostatischen Schirm.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schleifenantenneneinrichtung geschaffen mit mehreren kleinen Schleifenantennen, die mit einer Antennenspule eines kontaktlosen Datenträgers magnetisch gekoppelt sind, um Signale an den kontaktlosen Datenträger zu übermitteln, wobei die kleinen Schleifenantennen magnetische Momente in Richtungen erzeugen, die einander entgegengesetzt sind, um die Signale an den kontaktlosen Datenträger zu übertragen; und die Summe der magnetischen Momente, die von all den kleinen Schleifenantennen erzeugt werden, gleich Null ist. Die Schleifenantenneneinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter folgendes aufweist: ein leitendes Element, das einen Kurzschlussring kollektiv für all die kleinen Schleifenantennen bildet, wobei der Kurzschlussring einen geschlossenen Kreis aufweist, in welchem durch jede der Schleifenantennen Strom induziert werden kann; und elektrische Felder abschirmende Leiter separat von dem leitenden Element, die für die jeweiligen kleinen Schleifenantennen vorgesehen sind, um elektrische Feldkomponenten zu vermindern, die von den kleinen Schleifenantennen emittiert werden, wobei jeder dieser elektrische Felder abschirmenden Leiter einen Spalt hat, um die Ausbildung eines Kurzschlussrings zu verhindern.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Gegenstand der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-209684 (angemeldet am 29. August 2003), der hierin explizit durch Bezug in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Zustand zeigt, dass ein Datenträger nahe an einen Serviceflächenbereich einer Schleifenantenneneinrichtung herangeraten darf.
2 zeigt die Schleifenantenneneinrichtung dieser Ausführungsform, welche einen Zustand veranschaulicht, dass drei kleine Schleifenspulen auf einem Grundteil vorgesehen sind.
3 zeigt eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, dass Leiter, die ein elektrisches Feld abschirmen, an den drei kleinen Schleifenspulen vorgesehen sind.
4 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, dass ein Kurzschlussringmuster an einem Antennenspulenmuster vorgesehen ist.
5 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Ausführungsform und veranschaulicht eine perspektivische Explosionsansicht einer Hauptstruktur eine Schleifenantenneneinrichtung.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Struktur eines Datenträgersystems zeigt.
7 ist eine Ansicht, die ein experimentelles Beispiel zum Erfassen der Intensität eines magnetischen Feldes zeigt, das aufgrund eines Ungleichgewichts zwischen Schleifenantennen erzeugt wird, wenn kein Kurzschlussringmuster vorgesehen ist.
8 ist eine Ansicht, die ein experimentelles Beispiel zum Erfassen der Intensität eines magnetisches Feldes zeigt, das erzeugt wird aufgrund eines Ungleichgewichts zwischen Schleifenantennen, wenn ein Kurzschlussring vorgesehen ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird nun eine Ausführungsform einer Schleifenantenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel einer Situation, in welcher die Schleifenantenneneinrichtung dieser Ausführungsform verwendet wird und ein Datenträger 3 in die Nähe eines Serviceflächenbereichs SA einer Lese-/Schreibeinrichtung 2 geraten darf.
Wie in 2 dargestellt, hat eine Schleifenantenneneinrichtung gemäß dieser Ausführungsform drei kleine Schleifenspulen für die Datenübertragung, d.h. eine erste 61, eine zweite 62 und eine dritte kleine Schleifenspule 63, die auf einem Grundteil 60 ausgebildet sind. Die Schleifenantenneneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann mehr kleine Schleifenspulen haben.
Die erste kleine Schleifenspule 61 hat einen Flächenbereich, der zweimal so groß ist wie der der zweiten kleinen Schleifenspule 62 oder der dritten kleinen Schleifenspule 63.
Wie in 2 dargestellt, ist außerdem die Richtung eines magnetischen Wechselfeldes 61a, das in der ersten kleinen Schleifenspule 61 erzeugt wird, entgegengesetzt der Richtung von magnetischen Wechselfeldern 62a und 63a, die in der zweiten 62 und der dritten kleinen Schleifenspule 63 erzeugt werden. Dies macht es einfacher, ein Gleichgewicht der drei kleinen Schleifenspulen (Zellen) 61, 62 und 63 zu erzielen, d.h. die Summe der magnetischen Momente, die von den kleinen Schleifenantennenspulen (Zellen) 61, 62 und 63 erzeugt werden, auf Null zu setzen. Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Richtungen der kleinen Schleifenspulen auf beliebige Art und Weise gewählt werden, solange die Summe der von den kleinen Schleifenantennenspulen erzeugten magnetischen Momente Null ist.
Wie in 3 dargestellt, sind außerdem Schirme 64, 65 und 66 für elektrische Felder an der ersten 61, der zweiten 62 bzw. der dritten kleinen Schleifenspule 63 vorgesehen. Diese Schirme 64, 65 und 66 sind vorgesehen, um elektrische Feldkomponenten abzuschirmen, die von den drei kleinen Schleifenspulen 61, 62 und 63 ausgestrahlt werden. Die Schirme 64, 65 und 66 sind elektrisch von den drei kleine Schleifenspulen 61, 62 und 63 isoliert. Dazu ist eine elektrisch isolierende Schicht vorzugsweise zwischen der ersten 61, zweiten 62 und dritten kleinen Schleifenspule 63 und den Schirmen 64, 65 und 66 vorgesehen.
Ein hochfrequentes elektrisches Energiesignal in Form eines elektrischen Feldes und eines magnetischen Feldes wird von jeder der kleinen Schleifenspulen 61, 62 und 63 ausgegeben. Ein Datenträgersystem braucht aber nur eine magnetische Feldkomponente, um seinen Betrieb einschließlich der Kommunikation auszuüben. Da die elektrische Feldkomponente mit einer Kommunikation zwischen anderen Schreib/Leseeinrichtungen und Datenträgern oder einer Kommunikation in anderen drahtlosen Einrichtungen interferiert, ist die Erzeugung einer elektrischen Komponente nicht bevorzugt.
In dieser Ausführungsform ist daher, wie in 3 dargestellt, der erste elektrische Felder abschirmende Leiter 64 für die erste kleine Schleifenspule 61 vorgesehen, der zweite Leiter 65 für die zweite 62 und der dritte Leiter 66 für die dritte kleine Schleifenspule 63.
Ein Spalt 64a ist in dem ersten elektrische Felder abschirmenden Leiter 64 vorgesehen. Ein Spalt 65a ist in dem zweiten 65 und ein Spalt 66a in dem dritten elektrische Felder abschirmenden Leiter 66 vorgesehen.
Von den elektrischen Wellen, die von den drei kleinen Schleifenspulen 61, 62 und 63 ausgestrahlt werden, werden die elektrischen Feldkomponenten mittels des ersten 64, des zweiten 65 und des dritten elektrische Felder abschirmenden Leiters 66 abgeschirmt, wohingegen die magnetischen Feldkomponenten nicht blockiert werden und erzeugt werden durch Vorsehen der oben beschriebenen Spalte 64a, 65a und 66a.
Wie in 4 dargestellt, ist außerdem ein Kurzschlussringmuster 67 auf den elektrische Felder abschirmenden Leitern 64, 65 und 66 überlappt und vorgesehen. Das Kurzschlussringmuster 67 dient als Muster eines Kurzschlussrings kollektiv für die drei kleinen Schleifenspulen 61, 62 und 63. Außerdem kann eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem Kurzschlussringmuster 67 und jedem der elektrische Felder abschirmenden Leiter 64, 65 und 66 vorgesehen sein.
Da das oben beschriebene Kurzschlussringmuster 67 Spalte 67a und 67b hat, bildet das Kurzschlussringmuster 67 keinen Kurzschlussring für eine einzelne der drei kleinen Schleifenspulen 61, 62 und 63. Wenn ein Ungleichgewicht zwischen den drei kleinen Schleifenspulen 61, 62 und 63 verursacht wird, wird außerdem ein Strom an dem Kurzschlussringmuster 67 induziert und strömt durch diesen hindurch, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, um dadurch das magnetische Moment der gesamten Schleifenantenneneinrichtung gleich Null zu machen.
Insbesondere ist die Schleifenantenneneinrichtung dieser Ausführungsform so ausgestaltet, dass die Abstrahlung der elektrischen Feldkomponenten, die mit der Arbeitsweise oder Kommunikation des Datenträgersystems interferiert, so klein wie möglich gemacht wird, um eine gute Kommunikation mit dem Datenträger auszuüben.
Außerdem hat die Schleifenantenneneinrichtung dieser Ausführungsform das Kurzschlussringmuster 67, das mit einem äußeren Umfangsbereich der Schleifenantenneneinrichtung überlappt ist, die mehrere Schleifenantennenzellen 61, 62 und 63 hat, die zusammen kombiniert sind, um einen Kurzschlussring für die Schleifenantenneneinrichtung zu bilden mit mehreren Schleifenantennenzellen 61, 62 und 63, die zusammen kombiniert sind, und der auch als der Schirm dient.
Das heißt, in dem Falle der Schleifenantenneneinrichtung dieser Ausführungsform strömt, da die Summe der von den mehreren Schleifenantennenzellen 61, 62 und 63 abgestrahlten magnetischen Momente gleich Null ist, der elektrische Strom nicht ursprünglich durch das äußere Kurzschlussringmuster 67 hindurch, das auch als der Schirm dient.
Wenn aber Metall oder dergleichen in die Nähe der Schleifenantenneneinrichtung gelangt oder in ihrer Umgebung vorgesehen wird, um ein Ungleichgewicht zwischen den kleinen Schleifenantennenzellen 61, 62 und 63 zu verursachen, dann wird der elektrische Strom an dem Kurzschlussringmuster 67 induziert, um ein magnetisches Feld zu erzeugen. Das erzeugte magnetische Feld funktioniert dazu, das Ungleichgewicht zu korrigieren. Wenn der Datenträger in die Nähe einer bestimmten der Antennenzellen gerät, um ein Ungleichgewicht zu verursachen, wird der oben beschriebene Vorgang ebenfalls ausgeführt.
Das heißt, in dieser Ausführungsform werden die mehreren Schleifenantennenzellen 61 bis 63 zusammen kombiniert, so dass die Summe der von allen Schleifenantennenzellen erzeugten magnetischen Momente gleich Null ist. Außerdem ist das Kurzschlussringmuster 67, das auch als der Schirm dient, in dem äußeren Umfangsbereich der kombinierten Schleifenantennenzellen 61 bis 63 vorgesehen. Die Eigenschaften der Schleifenantenne, die ein starkes magnetisches Feld an einen nahen Ort leitet und nur ein schwaches magnetisches Feld an einen weiter entfernten Ort, kann daher effektiv aufrecht erhalten werden, selbst wenn Metall oder der Datenträger in die Nähe der Schleifenantenneneinrichtung an einen Einbauort gelangt, um ein Ungleichgewicht zu verursachen. Wenn viele Datenträger konzentrisch in die Nähe einer spezifischen Antennenzelle kommen, kann außerdem eine Veränderungsbreite, in welcher die magnetische Feldintensität eines Antennenzellenflächenbereichs sich verändert, effektiv unterdrückt werden.
5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eine Schleifenantenneneinrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel der oben erwähnten Ausführungsform. Wie in 5 dargestellt, beinhaltet die Schleifenantenneneinrichtung des modifizierten Beispiels die erste 61, die zweite 62 und die dritte kleine Schleifenspule 63, die an dem Grundteil 60 ausgebildet sind, um mehrere Schleifenantennenzellen zu bilden.
Außerdem sind Kurzschlussringmuster 67, die auch als Schirme für elektrische Felder dienen, in der oberen und unteren Seite der mehreren Schleifenantennenzellen 61, 62 bzw. 63 vorgesehen. Da das Kurzschlussringmuster 67 einen Effekt eines Schirms für ein elektrisches Feld hat, sind die Schirme 64, 65 und 66 in der Schleifenantenneneinrichtung des in 5 gezeigten modifizierten Beispiels weggelassen. Jedes der Kurzschlussringmuster 67 ist elektrisch von den mehreren Schleifenantennenzellen 61, 62 und 63 isoliert. Das modifizierte Beispiel ist so ausgestaltet, dass eines der Kurzschlussringmuster 67 (d.h. das obere Kurzschlussringmuster 67 in 5) an einer Oberfläche des Grundteils 60 vorgesehen ist, wo die Schleifenantennenzellen 61, 62 und 63 vorgesehen sind, wohingegen das andere Kurzschlussringmuster 67 (d.h. das untere Kurzschlussringmuster 67) auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Grundteils 69 vorgesehen ist, um in der Position den Schleifenantennenzellen 61, 62 und 63 zu entsprechen. Das andere, d.h. das untere Kurzschlussringmuster 67, kann zwischen dem Grundteil 60 und den Schleifenantennenzellen 61, 62 und 63 vorgesehen sein, so dass beide Kurzschlussringmuster 67 auf der gleichen Oberfläche des Grundteils 60 vorgesehen sind, wo die Schleifenantennenzellen 61, 62 und 63 vorgesehen sind.
Mit Bezug auf 6 wird nun ein Beispiel eines Datenträgersystems, das die Schleifenantenneneinrichtung gemäß dieser Ausführungsform verwendet, beschrieben werden.
In einer Schreib-/Leseeinrichtung 2 werden Daten von einem Host 1 in einer CPU 15 verarbeitet und an einen Übertragungsschaltkreis 12 übermittelt. Ein hochfrequentes Signal mit einer vorgeschriebenen Amplitude wird von einem Schwingkreis 11 an den Übertragungskreis 12 geliefert, und das hochfrequente Signal wird moduliert durch die übertragenen Daten, um ein moduliertes hochfrequentes Signal auszugeben.
Das modulierte hochfrequente Signal wird an eine Übertragungsspule 6 gesandt, die an dem Grundteil 60 ausgebildet ist, und zwar durch einen Antrieb 13. In dieser Ausführungsform ist die Übertragungsspule 6 aufgebaut aus der ersten 61, der zweiten 62 und der dritten kleinen Schleifenspule 63.
Ein Datenträger 3 gerät nahe an die Schreib-/Leseeinrichtung 2 heran, und die Übertragungsspule 6 der Schreib/Leseeinrichtung 2 ist elektromagnetisch mit einen Antennenspule 8 des Datenträgers 3 gekoppelt. Demzufolge wird das modulierte hochfrequente Signal von der Übertragungsspule 6 der Schreib-/Leseeinrichtung 2 an einen Übertragungs/Empfangsschaltkreis 4 des Datenträgers 3 durch die Antennenspule 8 des Datenträgers 3 geleitet.
Das modulierte hochfrequente Signal wird in einem Gleichrichteschaltkreis 21 gleichgerichtet und an einen Energieschaltkreis 22 geleitet, um eine vorgeschriebene Quellenspannung zu erzeugen, die für jeweilige Teile des Datenträgers 3 notwendig ist. Außerdem wird ein Ausgabesignal der Antennenspule 8 auch an einem Empfangsschaltkreis 23 geleitet, in welchem die Daten demoduliert werden und die demodulierten Daten an eine CPU 5 geleitet werden. Die CPU 25 arbeitet auf der Grundlage der Ausgaben eines Taktungsschaltkreises 25 und eines Rücksetzschaltkreises 26, verarbeitet die zugeleiteten Daten und schreibt vorgeschriebene Daten in den Speicher hinein, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Schließlich wird ein Fall beschrieben, dass die Daten von dem Datenträger 3 an die Schreib-/Leseeinrichtung 2 übertragen werden, d.h. ein Empfangsmodus.
Von dem Übertragungsschaltkreis 12 der Lese/Schreibeinrichtung 2 aus wird das nicht modulierte hochfrequente Signal mit der vorgeschriebenen Amplitude ausgegeben und an den Datenträger 3 durch den Antrieb 13, die Übertragungsspule 6 und die Antennenspule 8 übermittelt.
Dabei gerät der Datenträger 3 nahe an die Schreib/Leseeinrichtung 2 heran, so dass die Übertragungsspule 6 der Lese-/Schreibeinrichtung 2 magnetisch mit der Antennenspule 8 des Datenträgers 3 gekoppelt ist. Demzufolge wird das hochfrequente Signal von der Übertragungsspule 6 der Lese/Schreibeinrichtung 2 an den Übertragungs/Empfangsschaltkreis 4 des Datenträgers 3 durch die Antennenspule 8 des Datenträgers 3 geleitet. Dieses hochfrequente Signal wird in dem Gleichrichteschaltkreis 21 gleichgerichtet, und das gleichgerichtete Signal wird dem Energieschaltkreis 22 zugeleitet, um die vorgeschriebene Quellenspannung zu erzeugen, die notwendig ist für die jeweiligen Teile des Datenträgers 3.
Andererseits werden in dem Datenträger 3 Daten, die aus dem in der Zeichnung nicht dargestellten Speicher ausgelesen werden, in der CPU 5 verarbeitet und an einen Übertragungsschaltkreis 24 geleitet. Der Übertragungsschaltkreis 24 beinhaltet beispielsweise einen Belastungswiderstand und einen Schalter, und der Schalter wird ein- und ausgeschaltet gemäß 1 und 0 Bits der Daten. Wie oben beschrieben, wird, wenn der Schalter des Übertragungsschaltkreises 24 ein- und ausgeschaltet wird, eine Belastung der Antennenspule 8 variiert.
Demzufolge wird in der Schreib-/Leseeinrichtung 2 die Amplitude von hochfrequentem Strom variiert, der durch eine Empfangsspule 7 hindurchfließt. Das heißt, die Amplitude von hochfrequentem Strom wird moduliert durch die Daten, die dem Übertragungsschaltkreis 24 von der CPU 5 des Datenträgers 3 aus zugeleitet werden. Dieses modulierte hochfrequente Signal wird in einem Empfangsschaltkreis 14 demoduliert, um die Daten zu erhalten. Diese Daten werden in der CPU 15 verarbeitet und an den Host 1 übermittelt.
Als eine Verwendung des Datenträgers 3 kann nicht nur eine Karte zur Zeit wie eine Kreditkarte oder elektronisches Geld behandelt werden, sondern es können auch mehrere Karten gleichzeitig behandelt werden, beispielsweise die Handhabung von Büchern oder das Inventarmanagement von Waren. In diesem Fall sind die Datenträger 3 an mehreren Büchern oder Waren einer nach dem anderen angebracht, und die Informationen der Bücher oder Waren werden mittels der Lese-/Schreibeinrichtung 2 gelesen, oder ein bestimmtes Buch oder eine bestimmte Ware werden aus diesen Büchern oder Waren herausgesucht.
In einem solchen Fall muss der Datenträger 3 kompakt sein, und die Übertragungs- und Empfangsspulen 6 und 7 der Lese/Schreibeinrichtung 2 müssen vergrößert werden. Wenn der Datenträger 3 kompakt gemacht ist, ist notwendigerweise die darin vorhandene Antennenspule 8 kompakt. Um die zum Betreiben des Datenträgers 3 notwendige elektrische Energie zuzuführen, muss daher eine in der Übertragungsspule 6 der Lese-/Schreibeinrichtung 2 erzeugte magnetische Feldintensität verstärkt werden.
Einerseits brauchen unnötige elektrische Wellen nicht nach außerhalb eines Serviceflächenbereichs SA abgestrahlt zu werden, wie oben beschrieben, ist die Übertragungsspule 6 der Ausführungsform so ausgestaltet, dass die mehreren Schleifenantennenzellen 61 bis 63 zusammen kombiniert sind, so dass die Summe der von all den Schleifenantennenzellen erzeugten magnetischen Momente gleich Null ist, und das das Kurzschlussringmuster 67, dass auch als der Schirm dient, in dem äußeren Umfangsbereich der kombinierte Schleifenantennenzellen 61 bis 63 vorgesehen ist.
Da die Eigenschaften der Schleifenantenne, die ein starkes magnetisches Feld an einen nahen Ort leitet und nur ein schwaches magnetisches Feld an einen entfernten Ort, selbst dann aufrecht erhalten werden können, wenn Metall oder der Datenträger nahe an die Schleifenantenne bei einem Einbauort gerät, um ein Ungleichgewicht zu erzeugen, können die oben beschriebenen Anforderungen ausreichend erfüllt werden.
Es werden nun die Messbeispiele von bestimmten Effekten gezeigt.
Wie in 7 dargestellt, sind Schleifenspulen 71 und 72 mit 60 mm × 120 mm parallel angeordnet. Hierbei ist die Anzahl der Wicklungen der erste 71 und der zweiten Schleifenspule 72 gleich 15T, und ein Induktanzwert L ist 130 μH, und ein Q-Wert ist 33. Diese Werte sind konstant unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit des Kurzschlussrings. Außerdem ist eine Messfrequenz 125 kHz. Ein magnetisches Feld wird an einem Erfassungspunkt 73 erfasst, welcher ein mittlerer Punkt ist, wo ein Gleichgewicht aufrecht erhalten wird, d.h. das Magnetfeld ist Null.
In einem Fall ohne Kurzschlussringmuster wird, wenn eine Aluminiumplatte 74 mit 40 Quadratmillimetern mit der Dicke von 1 mm an einer Position von 20 mm in dem unteren Bereich der Seite der ersten Schleifenspule 71 platziert wird, ein Ungleichgewicht zwischen der ersten 71 und der zweiten Schleifenspule 72 verursacht, und so wird das magnetische Feld erfasst.
8 zeigt ein experimentelles Beispiel zum Erfassen der Intensität eines magnetischen Feldes, das erzeugt wird aufgrund des Ungleichgewichts zwischen den Schleifenantennen, wenn ein Kurzschlussringmuster vorhanden ist. Wie in 8 dargestellt, wird, selbst wenn das Kurzschlussringmuster 75 vorgesehen ist, wenn eine Aluminiumplatte 74 mit 40 Quadratmillimetern mit der Dicke von 1 mm an einer Position 20 mm in dem unteren Bereich der Seite der ersten Schleifenspule 71 platziert wird, ein Ungleichgewicht zwischen der ersten 71 und der zweiten Schleifenspule 72 verursacht, und so wird das magnetische Feld erfasst. Es wurde aber bestätigt, dass die Intensität des magnetischen Feldes an dem Erfassungspunkt auf die Hälfte der Intensität des magnetischen Feldes gedrückt wurde, das erfasst wurde, wenn das Kurzschlussringmuster nicht vorgesehen ist, und dass der Betrag des Ungleichgewichts vermindert war.
Gemäß Ergebnissen von weiteren Experimenten, die die gleichen Spulen verwendeten, veränderte sich, wenn 10 Datenträger nur in einer der Antennenzellen platziert werden, ein Feldintensitätsverhältnis von links nach rechts von 100:100 auf 92:100 in dem Fall, in welchem kein Kurzschlussringmuster verwendet wurde.
In dem Fall mit dem Kurzschlussringmuster verändert sich das Feldintensitätsverhältnis andererseits von 100:100 auf 96:100. Wie sich aus diesen Ergebnissen ergibt, ist, wenn das Kurzschlussringmuster vorgesehen ist, der Betrag des Ungleichgewichts vermindert.
Wie oben beschrieben, hat eine Schleifenantenneneinrichtung mehrere kleine Schleifenantennenzellen, die magnetisch mit einer Antennenspule eines kontaktlosen Datenträgers gekoppelt sind, um Signale auf den kontaktlosen Datenträger zu übermitteln, und sie hat außerdem einen Leiter, der einen Kurzschlussring bildet kollektiv für alle kleinen Schleifenantennenzellen. Die mehreren kleinen Schleifenantennenzellen sind so ausgestaltet, dass die Richtungen der magnetischen Momente der Signale, die an den kontaktlosen Datenträger übermittelt werden, einander entgegengesetzt sind und dass die Summe der von all den kleinen Schleifenantennenzellen erzeugten magnetischen Momente gleich Null ist. Wenn ein Ungleichgewicht verursacht wird zwischen den Schleifenantennenzellen aufgrund des Einflusses einer Umgebung um die Schleifenantenneneinrichtung herum, fließt der induzierte Strom durch den Leiter hindurch, der den Kurzschlussring bildet, um ein magnetisches Feld zu erzeugen zum Kompensieren des Ungleichgewichts zwischen den Schleifenantennenzellen. Selbst wenn Metall oder dergleichen asymmetrisch in der Nähe der Antenne vorgesehen ist, oder der Datenträger an einer spezifischen Antennenzelle platziert ist, um ein Ungleichgewicht zwischen den Schleifenantennenzellen während des Betriebs zu verursachen, kann die Schleifenantenneneinrichtung effektiv das Ungleichgewicht zwischen den Schleifenantennenzellen kompensieren und verhindern, dass unnötige elektromagnetische Wellen an entfernte Stellen abgestrahlt werden.

Claims

Schleifenantenneneinrichtung mit mehreren kleinen Schleifenantennen (61, 62, 63), die mit einer Antennenspule eines kontaktlosen Datenträgers magnetisch gekoppelt sind, um Signale an den kontaktlosen Datenträger zu übermitteln, wobei die kleinen Schleifenantennen magnetische Momente in Richtungen erzeugen, die einander entgegengesetzt sind, um die Signale an den kontaktlosen Datenträger zu übertragen; und die Summe der magnetischen Momente, die von all den kleinen Schleifenantennen erzeugt werden, gleich Null ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenantenneneinrichtung weiter folgendes aufweist: ein leitendes Element (67), das einen Kurzschlussring kollektiv für all die kleinen Schleifenantennen bildet, wobei der Kurzschlussring einen geschlossenen Kreis aufweist, in welchem durch jede der Schleifenantennen Strom induziert werden kann; und elektrische Felder abschirmende Leiter (64, 65, 66) separat von dem leitenden Element, die für die jeweiligen kleinen Schleifenantennen vorgesehen sind, um elektrische Feldkomponenten zu vermindern, die von den kleinen Schleifenantennen emittiert werden, wobei jeder dieser elektrische Felder abschirmenden Leiter einen Spalt hat, um die Ausbildung eines Kurzschlussrings zu verhindern.
Schleifenantenneneinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher Leiter, die die kleinen Schleifenantennen bilden, und der Leiter, der den Kurzschlussring bildet, auf einem Grundteil (60) laminiert sind.
Schleifenantenneneinrichtung nach Anspruch 1 mit: einem Grundteil (60); einem ersten Leiter, der die mehreren Schleifenantennen bildet, wobei der erste Leiter an einer ersten Oberfläche des Grundteils vorgesehen ist; einem zweiten Leiter, der das leitende Element bildet, an der ersten Oberfläche des Grundteils vorgesehen ist und folgendes hat: einen äußeren kontinuierlichen Ringbereich, der einem äußeren Umfangsbereich des ersten Leiters überlagert und von diesem beabstandet ist; und einen inneren diskontinuierlichen Bereich (67a, 67b), der einem inneren Bereich des ersten Leiters überlagert und von diesem beabstandet ist, wobei zumindest ein Spalt definiert wird, durch welchen der zweite Leiter oberhalb jeder der Schleifenantennen diskontinuierlich ist; und einen dritten Leiter, der die elektrische Felder abschirmenden Leiter bildet und zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter und von diesen beabstandet vorgesehen ist, wobei jeder der elektrische Felder abschirmenden Leiter im Wesentlichen einer entsprechenden der Schleifenantennen überlagert ist, aber diskontinuierlich oberhalb dieser vorgesehen ist.
Schleifenantenneneinrichtung nach Anspruch 3, weiter mit einem vierten Leiter, der einen äußeren kontinuierlichen Ringbereich hat, der einem äußeren Umfangsbereich des ersten Leiters überlagert ist, und einen inneren diskontinuierlichen Bereich, der zumindest einen Spalt definiert, durch welchen der vierte Leiter oberhalb jeder der Schleifenantennen diskontinuierlich ist, wobei der erste Leiter zwischen dem zweiten und dem vierten Leiter vorgesehen ist.
Schleifenantenneneinrichtung nach Anspruch 4, bei welcher der vierte Leiter an einer zweiten Oberfläche des Grundteils gegenüber der ersten Oberfläche des Grundteils vorgesehen ist.