-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet
der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft Ringantennen für Resonanzschaltungen, die
verwendet werden können,
um Objekte zu identifizieren, und ein Abfragesystem, das derartige
Ringantennen enthält.
Derartige Resonanzschaltungen können
in Transpondern, Lesegeräten
oder dergleichen verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung
ringförmige
Antennen für
Resonanzschaltungen, die an metallischen Behältern und/oder um diese angebracht
sein können,
und Abfragesysteme, die Resonanzschaltungen und derartige ringförmige Antennen enthalten.
-
2. Beschreibung der verwandten
Technik
-
Zur
Fernüberwachung
verschiedener Parameter sind drahtlose Systeme entwickelt worden.
Diese Systeme können
verwendet werden, um die Anwesenheit, den Ort und die Anzahl von
Objekten, die sich in einer bestimmten Entfernung befinden, zu identifizieren
oder zu erfassen. Beispielsweise kann eine Abfragevorrichtung oder
ein Abfragesystem ein Radiofrequenz-(RF)Signal verwenden, um Informationen
von einem Transponder, der auch als Antwortgeber oder Antwortgebervorrichtung
bekannt ist, abzurufen. Diese Informationen können zu Identifizierungszwecken
einen vorgegebenen Code enthalten oder die angeforderten Informationen
können
auf Messungen eines Sensors beruhen.
-
Transponder
können
elektronische oder integrierte Schaltungen sowie Resonanzschaltungen
enthalten, die verwendet werden, um RF-Signale von einer Abfragevorrichtung
zu empfangen und RF-Signale, die Überwachungsinformationen enthalten,
an eine Abfragevorrichtung zurückzusenden.
Derartige Resonanzschaltungen enthalten eine Kapazität, eine
Induktivität
und einen Widerstand. Ferner kann Energie von den Signalen, die
von der Resonanzschaltung empfangen werden, gespeichert und verwendet
werden, um die Resonanzschaltung zu versor gen, wodurch bei vielen
Anwendungen die Notwendigkeit einer Stromversorgung entfällt. Diese
gespeicherte Energie kann auch dazu benutzt werden, die Resonanzschaltung
zu erregen, um Signale zu der Abfragevorrichtung zurückzusenden.
-
Um
weiter Energie zu sparen, sind Resonanzschaltungen entwickelt worden,
die nicht ständig
erregt werden müssen.
Stattdessen kann die Schaltung anfangs erregt und dann periodisch
mit zusätzlicher
Energie versorgt werden, um die Schwingung aufrechtzuerhalten. Diese
Aufrechterhaltungsenergie wird zugeführt, weil die Resonanzschaltungen
verschiedene Verluste erleiden können.
Auch könnten
weitere Komponenten des Transponders eine Dämpfung der Schwingung verursachen,
die ein Abklingen der Schwingung zur Folge hat. Das erneute Erregen
einer Resonanzschaltung mit Aufrechterhaltungsenergieimpulsen wird
auch als "plucking" (engl.) bezeichnet.
-
Bei
bekannten Transpondern kann die Neuerregungsfunktion nach einer
festen Anzahl von Schwingungen ausgelöst werden. Beispielsweise kann
die Neuerregungsfunktion nach jeweils acht Schwingungen (auch als "Ringings" bezeichnet) der
Resonanzschaltung ausgelöst
werden. Leider ist der Gütefaktor,
d. h. der Q-Faktor,
der Resonanzschaltungen von einem Transponder zum anderen nicht
konstant, und folglich kann die Frequenz der Neuerregungsfunktion
für einen
korrekten Betrieb Abänderungen
erfordern. Beispielsweise kann eine Neuerregungsfunktion, die alle
acht Schwingungen ausgeführt
wird, d. h. ein so genannter "8-Pluck", für die Aufrechterhaltung
der Schwingungen in einer Resonanzschaltung mit einem niedrigen
Gütefaktor,
z. B. einer Schaltung mit einem Gütefaktor im Bereich von ungefähr 10 bis
40, unzureichend sein. Außerdem
kann der Gütefaktor
der einzelnen Resonanzschaltungen auf Grund der Anwesenheit von
Metall oder von Schaltungen, die verwendet werden, um weitere, nahe
gelegene Resonatoren zu dämpfen,
schwanken.
-
Im
Allgemeinen werden kleine, preiswerte und sehr zuverlässige Transponder
gewünscht.
Transponder können
jedoch in einem weiten Anwendungsbereich eingesetzt werden, und
folglich werden gewöhnlich unterschiedliche
Transponder für
unterschiedliche Anwendungen entwickelt. Verschiedene Transponder-Ausfüh rungsformen
sind im US-Patent Nr. 5 053 774 beschrieben. Genauso sind ihre zugeordneten
Antennen dafür
ausgelegt, vielfältigen
Anforderungen zu genügen.
Die Notwendigkeit verschiedenartiger Ausführungen verursacht ein Ansteigen
der Transponder- und Antennenkosten und könnte eine Abnahme ihrer Zuverlässigkeit
zur Folge haben.
-
Trotzdem
sind Transponder mit eisenloser Spule hinsichtlich der unmittelbaren
Nähe von
Metall empfindlich. Die Abstände,
die die unmittelbare Nähe
darstellen, sind von der Masse und der Geometrie der metallischen
Objekte sowie der bestimmten Art des Metalls, aus dem die Objekte
hergestellt sind, abhängig.
Die unmittelbare Nähe
von Metall führt
zu einem Verstimmen der Antennenschaltungen, wobei Metalle, insbesondere
Eisen oder eisenhaltige Legierungen, zu einer Dämpfung des RF-Signals führen. Obwohl
Ferritstab-Transponder im Allgemeinen hinsichtlich der unmittelbaren
Nähe von
Metall weniger empfindlich sind, wenn der Stab parallel zur Metalloberfläche positioniert
ist, ist bei derartigen Antennenanwendungen die Feldrichtung oftmals
nicht optimal. Im Allgemeinen werden metallische Objekte in einem
Bereich, der weniger als ungefähr
15 mm von der Antenne eines Transponders mit eisenloser Spule entfernt
ist, als in unmittelbarer Nähe
angesehen, und metallische Objekte in einem Bereich, der ungefähr 8 bis
10 mm von der Antenne eines Ferritstab-Transponders entfernt ist,
werden als in unmittelbarer Nähe
befindlich angesehen. Topfkern-Transponder stellen eine alternative
Konfiguration zu Transpondern mit eisenloser Spule dar, aber diese
Transponder können
auf Grund von Beschränkungen
bezüglich
der Größe und der
Konstruktion nur eingeschränkte
Lesebereiche erzielen.
-
Das
Dokument EP-A-586 083 beschreibt eine Ringantenne gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Somit
ist ein Bedarf an Ringantennen mit Ringkernen, z. B. ringförmigen Kernen,
zur Verwendung mit Resonanzschaltungen entstanden. Derartige Ringantennen
können
an Objekten, wie etwa Metallbehältern, und/oder
um diese an gebracht sein, um diese Objekte zu identifizieren. Des
Weiteren ist ein Bedarf an Ringantennen entstanden, die im Stande
sind, über
größere Bereiche,
z. B. Bereiche von ungefähr
20 bis 40 cm, zu senden und/oder zu empfangen. Diese Antennen sollten
außerdem
weniger durch das Metall der Objekte beeinflusst werden, wobei ihr
Aufbau außerdem
verhältnismäßig hohe
Antennengütefaktoren
beibehalten sollte, z. B. eine Antenne mit einem Gütefaktor
im Bereich von ungefähr
60 bis 100.
-
In
einer Ausführungsform
ist die Erfindung eine Ringantenne für Resonanzschaltungen, die
in Transpondern, Lesegeräten
oder dergleichen verwendet werden können, um Objekte, z. B. metallische
Behälter,
zu identifizieren. Die Antenne kann einen Kernring umfassen, der
wenigstens eine Kernoberfläche
aufweist, die wenigstens einer Oberfläche des Objekts entspricht,
und kann aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt sein.
Beispielsweise kann der Kern einen L-förmigen, U-förmigen oder rechtwinkligen
Querschnitt haben (im Folgenden als L-förmige, U-förmige und rechteckige Kerne
bezeichnet). Ferner kann der Kernring eine ringförmige oder eine andere geschlossene
geometrische Form aufweisen, etwa eine rechtwinklige, dreieckige oder
krummlinig begrenzte Form mit einer geschlossenen Begrenzungslinie,
die ein offenes Zentrum umgibt, wobei die geschlossene Begrenzungslinie
und das offene Zentrum verschiedene Formen haben können. Geeignete
ferromagnetische Werkstoffe können
Eisen, Kobalt, Nickel und ihre Legierungen, Stahl inbegriffen, einschließen. Außerdem kann
die Antenne eine Drahtspule, die Draht enthält, der aus einem elektrisch
leitenden Werkstoff wie etwa Gold, Silber, Aluminium, Nickel, Kupfer
und Kupferlegierungen hergestellt ist und um wenigstens einen Abschnitt
des Kerns gewickelt ist, sowie eine Abschirmung, die aus einem nichtmagnetischen Werkstoff
wie etwa Gold, Silber, Aluminium, Kupfer und Blei hergestellt ist,
an der wenigstens einer Kernoberfläche befestigt ist und den Kern
von der Oberfläche
des Objekts trennt, enthalten. Beispielsweise kann die Abschirmung
einen L-förmigen,
U-förmigen
oder I-förmigen
Querschnitt haben und kann an den Oberflächen des Kerns gegenüber der
Oberfläche
oder den Oberflächen,
welche die Spule trägt
bzw. tragen, befestigt sein (im Folgenden als L-förmige, U-förmige und
I-förmige
Abschirmungen bezeichnet).
-
In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Erfindung ein Abfragesystem zum Identifizieren von Objekten,
das eine Resonanzschaltung umfasst, etwa in der Art, wie sie in
einem Transponder, einem Lesegerät oder
dergleichen enthalten sein kann, wobei die Resonanzschaltung mit
einer Ringantenne gekoppelt ist. Die Antenne kann einen Kernring
umfassen, der wenigstens eine Kernoberfläche aufweist, die wenigstens
einer Oberfläche
des Objekts entspricht, und kann aus einem ferromagnetischen Werkstoff
hergestellt sein. Eine Drahtspule mit einem aus einem elektrisch
leitenden Werkstoff hergestellten Draht ist um wenigstens einen Abschnitt
des Kerns gewickelt, und eine aus einem nichtmagnetischen Metallwerkstoff
hergestellte Abschirmung ist an der wenigstens einen Kernoberfläche befestigt
und trennt den Kern von der Oberfläche des Objekts.
-
Ein
technischer Vorteil der Antenne der vorliegenden Erfindung ist,
dass sie als ein Ring gestaltet ist und an metallischen Objekten
wie etwa Behältern,
z. B. Fässern,
Flaschen, Gasflaschen, und/oder um solche metallische Objekte angeordnet
und an Fahrzeugen angebracht sein kann. Ferner ist ein technischer
Vorteil, dass die Feldlinien der Antenne im Wesentlichen senkrecht
zu der metallischen Oberfläche
derartiger Objekte ausgerichtet sind, so dass eine ausgezeichnete
Kopplung der Antenne erzielt wird. Insbesondere ist es ein technischer
Vorteil dieser Erfindung, dass der Gütefaktor, der für die Ringantenne
erzielt wird, im Wesentlichen unabhängig von der Nähe von Metall
ist. Außerdem
schließen
die technischen Vorteile der Antenne ein, dass die Antenne einfach
herzustellen ist, dass sie leicht zu verschiedenen Abmessungen und
Formen abgeändert werden
kann, um an den Aufbau verschiedenster metallischer Objekte, z.
B. Behälter,
angepasst zu werden, und dass sie mit der richtigen Kopplungsausrichtung
an dem metallischen Objekt angebracht werden kann.
-
Weitere
Aufgaben und technische Vorteile werden dem Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung
und der beigefügten
Zeichnung offensichtlich sein.
-
Der
Geltungsbereich des Patents ist durch die Merkmale definiert, die
in den Ansprüchen
angegeben sind; folglich deckt das Patent keine Ausführungsformen
der Antenne ab, die einen aus Ferrit oder Eisenoxid-Werkstoffen
hergestellten Kernring besitzen.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
Für ein umfassenderes
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgende
Beschreibung verwiesen, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung
vorgenommen wurde, worin:
-
1 eine
Schnittperspektive einer Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einem L-förmigen Kern
und einer L-förmigen
Abschirmurkg zeigt;
-
2 eine
Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Antenne dieser
Erfindung zeigt;
-
3 eine
Querschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Antenne dieser
Erfindung zeigt;
-
4 eine
Querschnittansicht einer vierten Ausführungsform der Antenne dieser
Erfindung zeigt;
-
5 eine
Querschnittansicht einer fünften
Ausführungsform
der Antenne dieser Erfindung zeigt;
-
6 eine
Querschnittansicht einer sechsten Ausführungsform der Antenne dieser
Erfindung zeigt;
-
7 eine
Querschnittansicht einer siebten Ausführungsform der Antenne dieser
Erfindung zeigt;
-
8a eine
Querschnittansicht einer achten Ausführungsform der Antenne dieser
Erfindung zeigt; und 8b ein Ende mit Sicht auf den
Kern und die Abschirmung der Antenne von 8a im
Schnitt längs der
Linie VIIIb-VIIIb zeigt;
-
9a eine
Querschnittansicht einer neunten Ausführungsform der Antenne dieser
Erfindung mit einem U-förmigen
Kern und einer L-förmigen
Abschirmung zeigt; und 9b eine Querschnittansicht der
Antenne dieser Erfindung mit einem U-förmigen Kern und einer U-förmigen Abschirmung
zeigt;
-
10 eine
Querschnittansicht einer zehnten Ausführungsform der Antenne dieser
Erfindung zeigt;
-
11 eine
Querschnittansicht einer elften Ausführungsform der Antenne dieser
Erfindung mit einem Kern, der einen rechtwinkligen Querschnitt besitzt,
und mit einer I-förmigen
Abschirmung zur Befestigung um metallische Objekte zeigt;
-
12 eine
Querschnittansicht einer zwölften
Ausführungsform
der Antenne dieser Erfindung zeigt;
-
13 eine
Querschnittansicht der Antenne von 12, die
an einem metallischen Gasbehälter
befestigt ist, zeigt;
-
14a–b Perspektivansichten von Kernringen mit
anderen geschlossenen geometrischen Formen zeigen;
-
15 ein
Diagramm ist, das den Erfassungsradius (ROD: radius of detection
(engl.)) in Zentimetern (cm) zeigt, der für verschiedene Massen in Gramm
(g) für
die Ausführungsformen
der 12–13 gemessen
worden ist.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
In 1 ist
eine Schnittperspektive einer Ringantenne 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem ringförmigen
Kern 11 mit L-förmigem
Querschnitt und einer ringförmigen
Abschirmung 13 mit L-förmigem Querschnitt
gezeigt. Im Gegensatz zu einer Topfkern-Antenne hat ein Kernring,
z. B. ein ringförmiger
Kern, eine geschlossene Begrenzungslinie, die ein offenes Zentrum
umgibt. Der ringförmige
Kern 11 hat zwei Kernoberflächen 11a' und 11b', die den zwei
Oberflächen
eines (nicht gezeigten) metallischen Behälters entsprechen, und einen ersten
und einen zweiten Abschnitt, 11a bzw. 11b. Außerdem ist
der ringförmige
Kern 11 aus Ferrit hergestellt und weist eine x-Achse auf,
die durch eine gestrichelte Linie angegeben ist. Wie in den 2–8 gezeigt ist, variieren die relative Dicke
und die Höhe
eines Kernrings und folglich seine Masse mit der Gestalt, d. h.
der Größe und der
Form, des Behälters,
an dem er befestigt ist, und mit der gewünschten Sende- oder/und Empfangscharakteristik
der Antenne oder des Systems.
-
Wie
wiederum aus 1 ersichtlich ist, kann ein
Draht um einen ersten Abschnitt 11a gewickelt sein, um
eine Drahtspule 12 zu bilden, die auf dem zweiten Abschnitt 11b des
ringförmigen
Kerns 11 aufsitzt. Die Spule 12 enthält Draht,
der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff wie etwa Kupfer oder
Kupferlegierungen hergestellt ist. Obwohl bei der Spule 12 nur
wenige Windungen des Drahts 12a gezeigt sind, kann die
Anzahl der Windungen beispielsweise mit der gewünschten Größe der Spule und dem Durchmesser
des Drahts 12a sowie der gewünschten Induktivität (L) für die Abstimmung
der zugeordneten Resonanzschaltung variieren. Ferner ist die Abschirmung 13 aus
einem nichtmagnetischen Werkstoff wie etwa Aluminium hergestellt
und, wie weiter oben erwähnt
wurde, an ersten und zweiten Kernoberflächen 11a' und 11b' des ringförmigen Kerns 11 angebracht.
Die Schirmung 13 trennt den Kern 11 von den entsprechenden
Oberflächen
des Behälters (nicht
gezeigt). Derartige Abschirmungen können wenigstens einen vertikalen
oder zylindrischen Abschnitt haben, wobei sie einen solchen zylindrischen
Abschnitt nur dann haben werden, wenn die Antenne eher um ein metallisches
Objekt als an diesem angeordnet ist. Wenn die Antenne an einem metallischen
Objekt angeordnet ist, weist die Abschirmung einen horizontalen
oder Scheiben-Abschnitt auf. Beispielsweise kann eine Schraube oder
ein Niet benutzt werden, um eine Ringantenne und eine Resonanzschaltung,
etwa in einem scheibenförmigen
Transponder, an einem metallischen Objekt zu befestigen. Die Schraube
oder der Niet kann auf der Mittellinie des scheibenförmigen Transponders
positioniert sein.
-
Wie
weiter oben erwähnt
wurde, zeigen 2–8 verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung, die so ausgelegt sind, dass sie an die Größe und Form
verschiedener metallischer Behälter,
an denen sie angebracht werden können,
angepasst sind, und so ausgelegt sind, dass die gewünschte Sende-
und/oder Empfangscharakteristik erzielt wird. Beispielsweise zeigt 2 eine
Ringantenne 20, die einen Luftspalt 24 aufweist,
der eine erste Kernoberfläche 21a' von einem zylindrischen
Abschnitt einer L-förmigen
Schirmung 23 trennt. Die Schirmung 23 ist jedoch
in direktem Kontakt mit einem zweiten Abschnitt 21b eines
Kernrings 21 an einer zweiten Kernoberfläche 21b'.
-
In 3 ist
eine Antenne 30 gezeigt, bei der ein Luftspalt 34 zwischen
einer Spule 32 und einem ersten Abschnitt 31a eines
Kernrings 31 ausgebildet ist. Die Spule 32 sitzt
auf einem zweiten Abschnitt 31b des Kerns 31 auf,
und eine L-förmige
Abschirmung 33 berührt
den ersten Abschnitt 31a sowie den zweiten Abschnitt 31b des
Kerns 31 an einer ersten und einer zweiten Kernoberfläche 31a' bzw. 31b'.
-
4 und 5 zeigen
Antennen 40 bzw. 50. Was die Ringantenne 40 betrifft,
so erstreckt sich eine L-förmige
Abschirmung 43 über
das obere Ende eines ersten Abschnitts 41a und das äußere Ende
eines zweiten Abschnitts 41b eines Kernrings 41 hinaus.
Ferner ist eine Spule 42 im Allgemeinen längs eines
ersten Abschnitts 41a des Kerns 41 ausgerichtet.
Genauso erstreckt sich, die Ringantenne 50 betreffend,
eine L-förmige Abschirmung 53 über das
obere Ende eines ersten Abschnitts 51a und das äußere Ende
eines zweiten Abschnitts 51b des Kerns 51 hinaus.
Eine Spule 52 ist jedoch im Allgemeinen längs des
zweiten Abschnitts 51b des Kerns 51 ausgerichtet.
Wie weiter oben erwähnt
wurde, können
die relative Dicke, Höhe
und Ausrichtung der Spule, z. B. der Spulen 41 und 51,
mit der Größe und der
Form des Behälters,
an dem eine Antenne angebracht ist, sowie mit der gewünschten
Sende- und/oder Empfangscharakteristik variieren. Folglich sind
in 6 und 7 die Ringantennen 60 und 70 den
in 2 bzw. 3 gezeigten Antennen 20 und 30 ähnlich. Jedoch
sind die Spulen 62 und 72 im Allgemeinen längs des
ersten Abschnitts 61a bzw. 71a der Kernringe 61 und 72 ausgerichtet,
wäh rend
die Spulen 22 und 32 im Allgemeinen längs des
zweiten Abschnitts 21b bzw. 31b der Kernringe 21 und 31 ausgerichtet
sind.
-
In 8a enthält eine
ringförmige
Antenne 80 einen ringförmigen
Kern 81 und eine Abschirmung 83, die an einem
zweiten Abschnitt 81b des Kerns 81 angebracht
ist. Eine Spule 82 sitzt auf dem zweiten Abschnitt 81b des
Kerns 81 auf, und eine elektronische Schaltung 86 ist
am Umfang der Spule 82 angebracht, an die sie elektrisch
angeschlossen ist. Derartige elektronische Schaltungen können einen
Signalgenerator enthalten, der ein oszillierendes Signal erzeugt,
sowie einen Transistor, der an den Signalgenerator angeschlossen ist
und von diesem aktiviert und deaktiviert wird. Ferner können sie
einen Diskriminator, der Signale in einem ausgewählten Frequenzbereich durchlässt, und
einen Prozessor, z. B. einen Mikroprozessor, der die von dem Diskriminator
durchgelassenen Signale verarbeitet, enthalten. Die Spule 82,
der Kern 81 und die Schaltung 86 sind in einer
schützenden
und für
elektromagnetische Wellen durchlässigen
Ummantelung 85 enthalten, wobei ein Luftspalt 87 zwischen
der Ummantelung 85 und dem ersten Abschnitt 81a des
Kerns 81 geschaffen wird. In einer Ausführungsform kann die Ummantelung 85 einen
Innendurchmesser (ID) von ungefähr
31 mm, einen Außendurchmesser
(AD) von ungefähr
60 mm und eine Höhe
(h) von ungefähr
10 mm haben. 8b zeigt von oben eine Querschnittansicht
von 8a längs
der Linie VIIIb-VIIIb.
-
9a–b und 12 zeigen
alternative Ausführungsformen
der Ringantenne der vorliegenden Erfindung, bei denen der Kernring
einen U-förmigen
Querschnitt hat. In 9a weist ein ringförmiger Kern 91 mit U-förmigem Querschnitt
einen ersten Abschnitt 91a, einen zweiten Abschnitt 91b und
einen dritten Abschnitt 91c auf; eine Spule 92 sitzt
auf dem zweiten Abschnitt 91b zwischen dem ersten Abschnitt 91a und
dem dritten Abschnitt 91c auf. Eine L-förmige Abschirmung 93a berührt einen
ersten Abschnitt 91a und einen zweiten Abschnitt 91b des
Kerns 91 an einer ersten und einer zweiten Kernoberfläche, 91a' bzw. 91b'. Die Spule 92 und der
Kern 91 können
wiederum in einer schützenden
und für
elektromagnetische Wellen durchlässigen
Ummantelung 95 enthalten sein, wobei zwischen der Ummantelung 95 und
dem Abschnitt der Abschirmung 93, der mit dem ersten Abschnitt 91a des
Kerns 91 in Kontakt ist, ein Luftspalt 97 ausgebildet
sein kann. Alternativ kann, wie aus 9b ersichtlich
ist, eine U-förmige
Abschirmung 93b einen ersten Abschnitt 91a, einen
zweiten Abschnitt 91b und einen dritten Abschnitt 91c eines
U-förmigen
Kerns 91 an einer ersten Kernoberfläche 91a', einer zweiten Kernoberfläche 91b' bzw. einer
dritten Kernoberfläche 91c' berühren. Außerdem können, wie
in 9b gezeigt ist, auch zwischen den zylindrischen
Abschnitten der U-förmigen
Abschirmung 93b und dem zweiten Abschnitt 91b sowie
dem dritten Abschnitt 91c des Kerns 91 Luftspalte 94a und 94c ausgebildet sein.
Solche U-förmigen
Abschirmungen vermindern den Einfluss von nahen metallischen Objekten
auf die Antenne weiter oder beseitigen diesen.
-
In ähnlicher
Weise zeigt 10 noch eine weitere Ausführungsform
der Ringantenne der vorliegenden Erfindung, bei der der Kernring
wiederum einen U-förmigen Querschnitt
aufweist, jedoch zu jenem, der in 9a–b gezeigt ist, eine Ausrichtung von 90° aufweist.
In 10 enthält
ein ringförmiger
Kern 101 mit U-förmigem
Querschnitt einen ersten Abschnitt 101a, einen zweiten
Abschnitt 101b und einen dritten Abschnitt 101c;
eine Spule 102 sitzt auf dem zweiten Abschnitt 101b unter
dem ersten Abschnitt 101a und dem dritten Abschnitt 101c auf.
Eine L-förmige
Abschirmung 103 berührt
den ersten Abschnitt 101a und den zweiten Abschnitt 101b des
Kerns 101 an einer ersten und einer zweiten Kernoberfläche, 101a' bzw. 101b'.
-
12 zeigt
noch eine weitere Ausführungsform
einer ringförmigen
Antenne mit U-förmigem
Querschnitt ähnlich
jener, die in 9a gezeigt ist. Jedoch ist die
in 12 gezeigte Antenne 120 von einer Ummantelung 125 mit
winkligen äußeren oberen
Ecken umgeben, und ferner umschließt die Ummantelung 125 eine
elektronische Schaltung 126. 13 zeigt
eine Antenne 120, die an einer Flasche, wie etwa einer
metallischen Gasflasche 210, beispielsweise aus Stahl,
angebracht ist. Die Antenne 120 ist um den Hals 212 der Gasflasche 210 angeordnet,
wobei eine Ummantelung 125 an der Schulter 214 der
Gasflasche 210 angebracht ist. Ferner kann die Gasflasche 210 mit
einem Gestellrahmen 300 ausgestattet sein, um die Antenne 120 und
den Gasflaschenhals 212 während der Lagerung oder während eines
Transports vor einer Beschädigung
zu schützen.
-
In 11 ist
eine Ringantenne 110 gezeigt, die einen rechtwinkligen
Kernring 111 besitzt. Der Kern 111 weist einen
Basisabschnitt 111a und einen inneren Begrenzungsabschnitt 111b auf,
um eine I-förmige
Abschirmung 113 an dem Kern 111 an einer ersten
Kernoberfläche 111a' zu befestigen, wobei
eine Spule 112 an dem äußeren Begrenzungsabschnitt 111c zur
Anlage kommt. Die Antenne 110 eignet sich für eine Befestigung um
metallische Objekte wie etwa metallische Behälter.
-
Wie
weiter oben erwähnt
wurde, können
die relative Dicke sowie die Höhe
des Kernrings und folglich seine Masse mit der Größe und der
Form des Behälters,
an dem oder um den er angebracht ist, und der gewünschten
Sende- und/oder Empfangscharakteristik variieren. Die Tabelle 1
zeigt beispielhaft Abmessungen der ringförmigen Ferritkerne von Ausführungsformen
der Ringantennen der 2–5 und 9a–12.
-
-
Wie
weiter oben erwähnt
wurde, kann ein Kernring ringförmig
sein oder eine andere geschlossene geometrische Form aufweisen,
etwa eine rechtwinklige, dreieckige oder krummlinig begrenzte Form
mit einer geschlossenen Begrenzungslinie, die ein offenes Zentrum
umgibt. Außerdem
können
die Kernbegrenzungslinie und das offene Zentrum verschiedene Formen
haben. In 14a–b sind
zwei im Wesentlichen L-förmige
Kerne 140a und 140b gezeigt. In 14a besitzt der Kern 140a ein rechtwinkliges,
offenes Zentrum 141a und eine ringförmige, geschlossene Begrenzungslinie 142a;
in 14b hat der Kern 140b ein rechtwinkliges,
offenes Zentrum 141b und eine ringförmige, geschlossene Begrenzungslinie 142b.
Aus diesen Figuren sind weitere mögliche Kombinationen von Formen
der Begrenzungslinie und des offenen Zentrums ersichtlich.
-
Die
Erfindung kann anhand der folgenden Beispiele, die lediglich als
Anwendungsbeispiele der Erfindung gedacht sind, klarer werden. Ferner
sind die ausgezeichneten Ergebnisse, die sich bei den nachfolgend beschriebenen
Tests zeigten, beispielhaft für
die Leistungsfähigkeit
der Ausführungsformen
der Ringantenne.
-
Beispiele
-
Es
wurden verschiedene Tests an einer Antenne mit einer Gestalt, die
der anhand 9a–b beschriebenen
ungefähr
gleich ist, ausgeführt.
Die Antenne hatte einen Innendurchmesser von ungefähr 44,5
mm, einen Außendurchmesser
von ungefähr
51 mm, eine Höhe
von ungefähr
8 mm und eine Tiefe von ungefähr
1,85 mm. Die Spule war aus einhundertzwölf (112) Windungen aus Kupferdraht
mit einem Durchmesser von ungefähr
0,2 mm geformt worden. Diese Tests umfassten Messungen an Antennen,
die um verschiedenste Flaschen oder an diesen sowie an Oberflächen platziert
waren. Ferner wurden die Antennen mit inneren zylindrischen Abschnitten
und/oder äußeren zylindrischen
Abschnitten oder ohne zylindrische Abschnitte getestet.
-
Die
Tabellen IIA und IIB zeigen die Ergebnisse der Tests (1) der Spule
allein, ohne Kern, (2) der einen Ferritkern umgebenden Spule, (3)
der einen Ferritkern umgebenden Spule mit einem Aluminiumscheibenabschnitt,
(4) der an einer Gas flasche aus Stahl angebrachten Antenne, (5)
der an einer Stahl-Gasflasche mit einem Gasventil angebrachten Antenne,
(6) der einer Stahl-Gasflasche mit einer Schutzkappe angebrachten Antenne,
(7) der an einer Stahl-Gasflasche mit einem Gasventil und einer
Schutzkappe angebrachten Antenne, (8) der Antenne an einer Aluminiumplatte,
(9) der Antenne an einer Stahlplatte, (10) der Antenne, die einen Stahlkern
umgibt, der an einer Aluminiumplatte angeordnet ist. Die in den
Tabellen IIA und IIB beschriebene Flasche ist eine Stahl-Gasflasche
mit einer Höhe
von ungefähr
60 cm und einem Durchmesser von ungefähr 15 cm. Außerdem kann
die Flasche mit einem Messingventil ausgestattet sein, wie es gewöhnlich bei
Gasflaschen, z. B. Sauerstoff-Flaschen, verwendet wird, und/oder
mit einer tulpenförmigen
Stahlkappe. Die programmierte Frequenz ist die Frequenz, auf welche
die Resonanzschaltung beispielsweise durch die Verwendung von Schaltkapazitäten abgestimmt
ist. Der Offset ist der Frequenzunterschied, der zwischen der Resonanzfrequenz
eines Transponders, d. h. der Resonanzschaltung, und der Referenzfrequenz
eines gegebenen Abfragesystems gemessen wurde. Beispielsweise betrug
die Referenzfrequenz, die bei den in Tab. IIA und IIB beschriebenen
Beispielen verwendet wurde, ungefähr 134 kHz. Diese Tabellen
zeigen die hervorragenden Ergebnisse, die durch die vorliegende
Erfindung erzielt wurden.
-
-
-
-
-
Außerdem beschreiben
die Tabellen IIA und IIB Testergebnisse für die Ausführungsform der 9a–b mit den oben angegebenen Abmessungen.
Insbesondere zeigen diese Tabellen den Frequenzunterschied ΔF (kHz),
gemessen unter den verschiedenen Testbedingungen, die oben beschrieben
worden sind, den Gütefaktor
(Q-Faktor) und den Erfassungsradius (ROD) in Zentimetern (cm). Schließlich zeigt 15 den
Erfassungsradius (ROD) in Zentimetern (cm), der für die verschiedenen
Kernmassen in Gramm (g) für
die von Luft umgeben platzierten oder an einer Flasche mit einer
Schutzkappe befestigten Ausführungsformen
der 12–13 gemessen
worden ist. Wie in 15 gezeigt ist, kann die Ferrit-Masse
zu einer Verminderung der Verstimmungswirkung führen, die durch eine verhältnismäßig große und nahe
metallische Masse verursacht ist. Dies ist durch die Verringerung
des Erfassungsradius gezeigt, die durch die Platzierung des ringförmigen Ferritkerns
an einer Gasflasche, die mit einer Schutzkappe ausgerüstet ist,
herbeigeführt
wird.
-
Dem
Fachmann auf dem Gebiet werden in Anbetracht dieser Beschreibung
oder der Anwendung der hier offenbarten Erfindung weitere Ausführungsformen
offensichtlich sein. Die Beschreibung und die betrachteten Beispiele
sollen lediglich als beispielhaft angesehen werden.
