DE69600910T2

DE69600910T2 - Antenne für einen Transponder und ein Transponder

Info

Publication number: DE69600910T2
Application number: DE69600910T
Authority: DE
Inventors: Takanori C/O Mitsubishi Materials Corp. Omiya-Shi Saitama-Ken Endo; Masami C/O Mitsubishi Materials Corp. Omiya-Shi Saitama-Ken Miyake; Takashi C/O Mitsubishi Materials Corp. Omiya-Shi Saitama-Ken Tsuchida; Seiro Chiyoda-Ku Tokyo Yahata
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2016-08-23
Also published as: EP0762535B1; KR100459839B1; KR980012707A; US6930646B2; US20030107523A1; DE69600910D1; EP0762535A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Antennen für Transponder und auf Transponder. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Antenne für einen Transponder und einen Transponder, welcher bei einer Frequenz von 40 kHz bis 200 kHz arbeitet, oder bei einer Frequenz, die 100 kHz übersteigt, welcher geeignet ist für die Verwendung einer derartigen Vorrichtung, welche von einer Person getragen wird, wie ID-Karten, Zeitkarten bzw. Pendler-Pässe oder Kupon-Karten.
Antennen, welche verwendet wurden, umfassen jene einer Wicklung auf einem magnetischen Ferritkern und jene eines gewickelten Leiters ohne magnetischen Kern. Bei Antennen, welche in Wechselmagnetfeldern verwendet werden, verhindert die Verwendung des Magnetkerns, welcher geschichtete, dünne Platten umfaßt, einen Verlust aufgrund von Wirbelströmen (d. h. einen Wirbelstromverlust).
Wenn eine Antenne nach dem Stand der Technik für die an Personen für ID-Karten, Pendler-Pässe und Kupon-Karten getragenen Transponder verwendet wird, treten die folgenden Probleme auf.
Da Ferrit hart und nicht flexibel ist und somit zerbrechlich bei einem Verbiegen ist, ist es nicht geeignet, in einer Tasche getragen zu werden.
Obwohl eine Spule, die keinen magnetischen Kern aufweist, durch Ausbilden einer konzentrischen Spiralspule 1, wie dies in Fig. 2A gezeigt ist, dünner gestaltet werden kann, sind die Spulencharakteristika geschwächt, gestört, beeinflußt oder verschlechtert, wenn eine Münze 10 oder die Aluminiumfolie in einer Zigarettenpackung in der Tasche einer Person senkrecht mit der Achse eines Transponders 2, welcher eine derartige Spule 1 aufweist, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist, überlappt. Eine derartige charakteristische Verschlechterung kann mit der signifikanten Unbequemheit verhindert werden, indem der Transponder aus der Tasche genommen wird, wenn er verwendet wird. Weiters kann bei einer derartigen Verwendung die Verschlechterung der Charakteristika aufgrund von darauf aufgebrachten Wasserstropfen oder Schnee bewirkt werden.
Wenn ein metallischer, magnetischer Kern mit einem Wechselstrom verendet wird, wurde der Wirbelstromverlust durch Überlagern von dünnen, magnetischen Platten, welche einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, vermieden, während die Platten voneinander isoliert werden. Ein derartiger Effekt ist mit einem höheren elektrischen Widerstand und einer kleineren Dicke des magnetischen Materials weiter verstärkt. Jedoch tritt bereits bei einer Frequenz, welche einige Dutzend kHz, und insbesondere mehr als 100 kHz, übersteigt, ein signifikanter Verlust ein und ist daher für eine Verwendung nicht geeignet, selbst wenn ein Material verwendet wird, welches einen extrem hohen elektrischen Widerstand besitzt und eine extrem kleine Dicke aufweist und industriell verfügbar ist, z. B. ein amorphes Metall, welches einen elektrischen Widerstand von 137 uΩcm und eine Dicke von 23 u aufweist.
US-A 5 396 698 offenbart eine Antenne, welche die Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch 1 aufweist. Insbesondere ist eine Antenne umfassend einen flachen, rechteckigen, magnetischen Kern, welcher aus einem Kompositmaterial zusammengesetzt ist, und eine Spule, welche um diesen magnetischen Kern gewickelt ist, geoffenbart. Es ist weiters die Verwendung von dünnen Schichten von amorphem Metallglas für den Magnetkern beschrieben.
Aus der EP-A 0 302 355 und dem Patent-Abstract von Japan Vol. 016, Nr. 324 (e-1234) vom 15. Juli 1992 & JP-A-04 094 502 sind magnetische Kerne, welche aus Kompositmaterial gefertigt sind, umfassend magnetisch weiche Flocken und ein synthetisches Harz, bekannt.
Aus der US-A 5 408 243 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer flachen, flexiblen Antenne unter Verwendung von magnetisch weichen Flocken und einem synthetischen Harz als magnetischer Kern bekannt.
Aus Rothammel Karl "Antennenbuch", 1991, Franckh-Kosmos Verlag, Stuttgart, Seite 389, sind schleifenartige Luftantennen bekannt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Antenne für einen Transponder und Transponder, welcher von einer derartigen Antenne Gebrauch macht, zur Verfügung zu stellen, welche dünn und flexibel ist, einen geringen Verlust, umfassend einen Wirbelstromverlust bei einer hohen Frequenz aufweist und welche insbesondere nicht durch eine Münze oder eine Aluminiumfolie in einer Zigarettenschachtel oder andere Eisen- oder Nichteisenmetall-Materialien, welche möglicherweise nahe dem Transponder getragen werden, wie Schlüssel von Autos oder Haustüren, beeinflußt wird.
Gemäß der Erfindung wird das obige Ziel durch eine Antenne, welche die Merkmale von Anspruch 1 aufweist, bzw. durch einen Transponder, welcher die Merkmale von Anspruch 21 aufweist, gelöst. Bevorzugte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Antenne und des Transponders sind in den entsprechenden Unteransprüchen definiert.
Eine Antenne für einen Transponder in Übereinstimmung mit einer ersten Ausbildung der vorliegenden Erfindung umfaßt einen magnetischen Kern, welcher aus geschichteten, rechteckigen, metallischen, dünnen Platten zusammengesetzt ist, und eine Spule, welche parallel zu der längeren Seite des magnetischen Kerns gewickelt ist.
Da der magnetische Kern in einer derartigen Antenne für einen Transponder aus geschichteten, metallischen, dünnen Platten zusammengesetzt ist, ist die Antenne dünn und flexibel und hat einen verringerten Hochfrequenzverlust. Indem eine Spule in der Richtung der längeren Seite des magnetischen Kerns in einer bevorzugten Ausbildung gewickelt wird, ist der Verlust bei Hochfrequenzbereichen von einigen Dutzend kHz noch signifikanter herabgesetzt.
Wenn die Antenne in einen Transponder montiert wird, fließt der magnetische Fluß parallel zu der Ebene des Transponders. So ist der magnetische Fluß im wesentlichen nicht durch eine Münze oder eine Aluminiumfolie oder andere Eisen- oder Nichteisenmetall-Materialien, wie sie für Schlüssel von Autos oder Haustüren verwendet werden, welche in der Transponderebene überlappen, beeinflußt.
Ein Transponder in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausbildung der vorliegenden Erfindung hat zwei Plattenantennen, welche jeweils einen magnetischen Kern, der aus geschichteten, metallischen, dünnen Platten zusammengesetzt ist, um welche eine Leiterspule gewickelt ist und eine Luftkernantenne, welche aus einem spiralig gewickelten Leiter zusammengesetzt ist.
Eine Antenne für einen Transponder in Übereinstimmung mit einer dritten Ausbildung der vorliegenden Erfindung umfaßt einen plattenartigen, magnetischen Kern, der aus einem Kompositmaterial aus magnetisch weichen Flocken und einem synthetischen Harz zusammengesetzt ist, und eine um einen derartigen Magnetkern gewickelte Spule.
Eine derartige Antenne für einen Transponder ist dünn und flexibel und hat einen verringerten Hochfrequenzverlust, da der magnetische Kern aus einem Kompositmaterial aus magnetisch weichen Flocken und einem synthetischen Harz zusammengesetzt ist.
Wenn die Antenne für den Transponder in einem Transponder eingebaut ist, fließt der magnetische Fluß parallel zu der Transponderplatte oder -ebene. Daher ist der magnetische Fluß nahzu nicht durch eine Münze oder eine Aluminiumfolie oder ein ähnliches Material, welches die Transponderplatte überlappt, beeinflußt.
Ein Transponder in Übereinstimmung mit einer vierten Ausbildung der vorliegenden Erfindung umfaßt zwei plattenartige Antennen in Übereinstimmung mit der dritten Ausbildung, die oben beschrieben wurde, und eine Luftkern-Antenne, welche aus einem spiralförmig gewickelten Leiter zusammengesetzt ist.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Antenne in Übereinstimmung mit Merkmalen einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A ist eine Draufsicht, welche einen Transponder zeigt, der eine Antenne nach dem Stand der Technik aufweist, und.
Fig. 2B ist eine perspektivische Ansicht desselben;
die Fig. 3A und 3B sind Draufsichten, die einen magnetischen Kern in Übereinstimmung mit Merkmalen einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 4A ist eine Draufsicht, welche einen Transponder in Übereinstimmung mit Merkmalen einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 4B ist eine Seitenansicht desselben;
Fig. 5A ist eine Draufsicht, welche einen Transponder, der auch als eine Magnetkarte verwendbar ist, zeigt, und Fig. 5B ist eine Seitenansicht desselben;
die Fig. 6A und 6B sind repräsentative Ansichten, die die Länge, Breite und Dicke von Spulen in Beispiel (6A) und Vergleichsbeispiel (6B) zeigen; und
Fig. 7A ist eine Draufsicht, die einen Transponder in Übereinstimmung mit Merkmalen einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 7B ist eine Seitenansicht desselben.
Eine Antenne für einen Transponder in Übereinstimmung mit einer ersten Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird nun erklärt.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein bevorzugtes Merkmal einer Antenne 3 in Übereinstimmung mit der ersten Ausbildung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Diese Antenne 3 umfaßt einen Magnetkern 4, der aus geschichteten, metallischen, dünnen Platten zusammengesetzt ist, und eine darauf gewickelte Spule 5.
Bevorzugte Materialien für die metallischen, dünnen Platten sind magnetisch weiche Materialien und insbesondere jene, welche exzellente magnetische Eigenschaften und einen großen spezifischen Widerstand aufweisen, d. h. einen großen spezifischen, elektrischen Widerstand. Beispiele von derartigen Materialien umfassen amorphe, metallische Materialien, wie METAGLAS 2714A (Co-Fe-Ni-B-51-Typ), 2605S2 (Fe-B-51-Typ), 2605SC (Fe-B-Si-C-Typ) und 2876MB (Fe-Ni-Mo-B-Typ), die von Allied Signal hergestellt werden; Eisen-Nickel-Legierungen, wie JIS 2531 PB PC; Siliciumstähle, wie JIS 2553 Z6H und RC6HL G09 S09; und dgl. Unter diesen ist das Co-Fe-Ni-B-51- Typ amorphe, magnetische Material bevorzugter und die bevorzugte Dicke der metallischen, dünnen Platten liegt zwischen 20 und 50 um.
Die Anzahl der geschichteten, metallischen, dünnen Platten ist vorzugsweise 3 bis 16. Obwohl nur metallische, dünne Platten geschichtet werden können, ohne andere Materialien zwischenzulegen, können auch metallische, dünne Platten, welche durch Beschichten oder Oxidieren ihrer Oberflächen isoliert sind, geschichtet werden. Um weiters die Isolation zwischen den metallischen, dünnen Platten sicherzustellen, kann ein isolierendes Material, wie Papier und Polymerfolien, zwischen die metallischen, dünnen Platten bei der Schichtung gelegt werden.
Das Verhältnis B/A der Seitenlänge B zu der Seitenlänge A in dem magnetischen Kern 4, welcher aus geschichteten, metallischen, dünnen Platten zusammengesetzt ist, ist 1 oder vorzugsweise weniger als 1 und bevorzugter 0,4 bis 1,0 und noch bevorzugter 0,5 bis 0,9.
Der als die Spule 5 gewickelte Leiter hat vorzugsweise 100 bis 200 um Durchmesser. Wenn die Spule 5 ausgebildet ist, ist der Leiter um den magnetischen Kern 4 in der Richtung parallel zu seiner langen Seite gewickelt. Die bevorzugte Dicke der Antenne 3, nachdem die Spule gewickelt wurde, ist 0,4 mm oder weniger und bevorzugter 0,3 mm oder weniger.
Der Querschnitt des Leiters der Spule 5 ist typischerweise kreisförmig und er ist vorzugsweise rechteckig für die noch kompaktere Spule. Geeignete Materialien für den Leiter sind reines Kupfer für eine allgemeine Verwendung, Chrom-Kupfer für eine Verwendung, welche eine besondere Festigkeit für eine höhere Vibrationsbeständigkeit erfordert, hoch leitfähiges Silber für eine kompaktere Größe, korrosionsbeständiges Gold für die Verwendung, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordert, und Aluminium für ein geringeres Gewicht.
Der magnetische Kern der Antenne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist flexibel, um ein Brechen aufgrund eines Verbiegens zu verhindern. Aufgrund der Tatsache, daß die Antenne dünn ist und die Spulenachse parallel zu der Transponderplatte gesetzt werden kann, sind ihre Charakteristika weiters nahezu nicht beeinflußt oder verschlechtert, wenn eine Münze oder eine Aluminiumfolie oder andere Eisen- oder Nichteisenmetall-Materialien mit dem Transponder überlagern. Daher weist die Antenne einen geringen Verlust bei hohen Frequenzen auf. Der Ausdruck Verlust wird in der Beschreibung so verwendet, daß er Wirbelstromverluste umfaßt.
Insbesondere wenn die Ecken des Magnetkerns abgeschnitten oder abgerundet sind, wie dies in den Fig. 3A und 3B von später beschriebenen Beispielen gezeigt ist, kann der Verlust bei hohen Frequenzen weiter unterdrückt bzw. verringert werden. Der Verlust in der Antenne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Spule um den magnetischen Kern, welcher aus geschichteten, metallischen, dünnen Platten zusammengesetzt ist, in Richtung der längeren Seite gewickelt ist, ist in einem Hochfrequenzbereich von einigen. Dutzend kHz signifikant herabgesetzt und der größte Teil des Verlustes wird an den Ecken des magnetischen Kerns ausgebildet. Daher sind die Ecken abgeschnitten oder abgerundet, wie bei dem magnetischen Kern 3A, der in Fig. 3A gezeigt ist, oder dem magnetischen Kern 3B, der in Fig. 3B gezeigt ist, um den Verlust abzusenken.
Wenn die Ecken abgeschnitten sind, beträgt die Länge der abgeschnittenen Seite (a in Fig. 3A) allgemein 2 bis 12 mm, vorzugsweise 3 bis 10 mm, und noch bevorzugter 4 bis 8 mm. Wenn die Ecken abgerundet sind, ist der Kurvenradius R allgemein 2 bis 15 mm, vorzugsweise 3 bis 12 mm, und noch bevorzugter 4 bis 10 mm.
Als nächstes wird ein Transponder einer zweiten Ausbildung unter Verwendung der Antenne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erklärt.
Der Transponder in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird durch Einbetten der Antenne 3 für den Transponder ebenso wie eines Mikroschaltungsbausteins in ein synthetisches Harz hergestellt. Die bevorzugte Größe des Transponders ist 54 mm in der Breite und 86 mm in der Länge analog zu allgemein verwendeten Kreditkarten. Eine größere Größe ist zu voluminös zu tragen, wohingegen eine geringere Größe oft den Verlust bewirkt, wobei beides in einer ungeeigneten Handhabung resultiert. Die bevorzugte Dicke des Transponders ist 0,76 mm oder weniger, analog zu Kreditkarten.
Wie dies in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist, ist der plattenförmige Transponder 8 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit zwei dünnen, plattenförmigen Antennen 6, 7 versehen, wobei deren Spulenachsen (oder Antennenachsen) normalaufeinander stehen, und eine Luftkern-Antenne, die aus einer Luftkern-Spiralspule 9 zusammengesetzt ist, ist in dem Transponder 8 vorgesehen, sodaß die Achse normal auf die Transponderplatte verläuft. Die Achsen der Antennen 6, 7 und der aus der Spule 9 gebildeten Antenne 9 sind vorzugsweise in drei aufeinander senkrechten Richtungen ausgerichtet. Die Antennen haben Chipschaltungen 11.
Wenn ein Transponder als eine ID-Karte oder ein Pendler-Paß verwendet wird, um in einer Tasche getragen zu werden und an einer automatischen Schranke oder Tür wirksam zu sein, muß ein derartiger Transponder auf Radiowellen aus beliebigen Richtungen ansprechen, da keine Korrelation der Richtungen zwischen der Antenne eines abfragenden Transmitters, Abfragesenders oder Empfängers und dem Transponder definiert ist. Obwohl ein Plattentransponder, der zwei plattenförmige Antennen aufweist, deren Achsen sich in der Ebene der Platte kreuzen, auf alle Richtungen parallel zu der Platte antworten kann, kann ein derartiger Transponder nicht auf Richtungen in der Ebene senkrecht auf die Platte antworten. Die oben beschriebene Spiralantenne kann nicht auf Richtungen parallel zu der Platte antworten.
Der erfindungsgemäße Plattentransponder, der in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist, kann auf Radiowellen eines Abfragesensors aus allen Richtungen antworten, ungeachtet der Richtung des Transponders und der Richtung der Radiowellen; die Antenne 7 antwortet auf Radiowellen in der X-Richtung, die Antenne 6 antwortet auf Radiowellen in der Y-Richtung und die Luftkern- Antenne (Spule) 9 antwortet auf Radiowellen in der Z-Richtung.
Der in den Fig. 5A und 5B gezeigte Transponder 12 kann mit einer magnetischen Aufzeichnungsschicht, wie einem Magnetstreifen 13, an der Oberfläche und der Antenne 14 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung versehen sein. Der Transponder kann sowohl in dem Kontakt- als auch in dem Nichtkontaktzustand verwendet werden. Jeder Druck 15 kann auf der Oberfläche ohne eine magnetische Aufzeichnung für die optische Beurteilung angebracht sein. Jede Prägung kann in den Bereichen, die nicht die Antenne, die Schaltung und die magnetische Aufzeichnungsschicht darstellen, für ein deutlicheres Drucken und für eine Verbesserung der Dauerhaftigkeit gegen Überschreiben und Verschleiß ausgebildet sein. Der Transponder 12 hat einen Mikroschaltungsbaustein 16.
Eine Antenne für einen Transponder in Übereinstimmung mit einer dritten Ausbildung wird nun erklärt.
Beispiele von magnetisch weichen Materialien, welche für die Flocken aus einem Kompositmaterial verwendet werden, welches als ein Magnetkern für die Antenne des Transponders in Übereinstimmung mit einer dritten Ausbildung der vorliegenden Erfindung geeignet ist, umfassen reines Eisen, Siliciumstahl, Permalloys (Fi-Ni-Legierung), Eisen/Kobalt-amorphe Legierungen und insbesondere Kobalt-amorphe Legierungen (Co-Fe-Ni- B-Si). Amorphe Legierungen haben exzellente Hochfrequenz- Eigenschaften und werden leicht in Flocken ausgebildet, indem die geschmolzenen Tropfen von der geschmolzenen Legierung auf der Kupferoberfläche, die mit Wasser gekühlt wird, zum Abschrecken gezwungen werden.
Die Dicke der Flocken beträgt vorzugsweise 30 um oder weniger und bevorzugter 10 um oder weniger, um den Effekt von Wirbelströmen, d. h. einen Wirbelstromverlust, zu vermeiden. Ein größerer Flockendurchmesser kann die Permeabilität des Kompositmaterials erhöhen und die Größe des magnetischen Kerns verringern. Jedoch homogenisiert ein besonders großer Durchmesser der Flocken das Material des magnetischen Kerns. Dem entsprechend liegt der Flockendurchmesser zwischen 50 und 2000 um und vorzugsweise zwischen 100 und 1000 um.
Beispiele von synthetischen Harzen umfassen thermohärtende Harze, z. B. Expoxyharze, Phenolharze, Harnstoffharze, ungesättigte Polyesterharze, Diacrylphthalatharze, Melaminharze, Siliconharze und Polyurethanharze; und thermoplastische Harze, z. B. Polyethylenharze, Polypropylenharze, Vinylchloridharze, Fluoroplasten, Methacrylatharze, Polystyrolharze, AS-Harze, ABS-Harze, ABA-Harze, Polycarbonatharze, Polyacetalharze und Polyimidharze.
Die Flexibilität des Kompositmaterials steigt an und die Formeingeschaften verbessern sich mit dem ansteigenden Gehalt an synthetischem Harz in dem Kompositmaterial. Wenn der Harzgehalt zu klein ist, sinkt die Festigkeit des Kompositmaterials ab. Auf der anderen Seite bewirkt ein zu großer Gehalt an synthetischem Harz einen Abfall in der Permeabilität. Dementsprechend ist die bevorzugte Menge des synthetischen Harzes 3 bis 50 Gew.-% und bevorzugt 10 bis 40 Gew.-% des Kompositmaterials.
Verwendbare Formverfahren umfassen Spritzgießen, Druckformen, Walzen und Rakelklingenformen. Ein Kompositmaterial, welches exzellente magnetische Eigenschaften aufweist, kann durch Druckformen, Walzen oder Rakelklingenformen erhalten werden, da die Flockenebene zu der Ebene des Kompositmaterials ausgerichtet wird. Die Größe, welche geeignet ist, um ein derartiges Verfahren auszuführen, ist 0,2 bis 3 mm in der Dicke, 100 mm oder weniger in der Breite und Länge, und insbesondere 0,3 bis 1 mm in der Dicke, 10 bis 25 nun in der Breite und 60 bis 80 mm in der Länge.
Wenn der die Spule bildende Leiter zu dick ist, wird die Antenne zu dick, wohingegen ein übemräßig dünner Leiter eine Erhöhung im Widerstand bewirkt. Daher liegt der Durchmesser des Leiters vorzugsweise zwischen 100 und 200 um.
Es ist bevorzugt, daß die Spule normal auf die längere Seite der Antenne gewickelt wird, mit anderen Worten liegt die Achse der Spule parallel zu der längeren Seite.
Die Antenne für den Transponder in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt exzellente Effekte dahingehend, daß die Antenne dünn und flexibel ist, daß der Verlust bei hohen Frequenzen über 100 kHz gering ist und daß die Antenne weniger durch eine Münze oder eine Aluminiumfolienverpackung oder andere Eisen- oder Nichteisenmetall-Materialien beeinflußt wird.
Ein eine Antenne in Übereinstimmung mit einer vierten Ausbildung der vorliegenden Erfindung verwendender Transponder wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 7A und 7B erklärt.
In diesem Transponder sind zwei plattenförmige Antennen in Übereinstimmung mit der dritten Ausbildung normal aufeinander angeordnet und eine Luftkern-Antenne, welche aus einem spiralig gewickelten Leiter zusammengesetzt ist, ist analog zu der zweiten Ausbildung, die oben beschrieben wurde, angeordnet, da die Richtung der Transponderantenne nicht immer in der Richtung des magnetischen Flusses des Abfragegerätes orientiert ist, wenn der Transponder in der Tasche durch eine automatische Schranke geführt wird. Wie dies in den Fig. 7A und 7B gezeigt ist, sind zwei dünne, plattenförmige Antennen 26, 27 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in dem Plattentransponder 28 vorgesehen, wobei sich ihre Achsen in der Ebene des plattenförmigen Transponders kreuzen, und eine Luftkern-Antenne, die aus einer Luftkern-Spiralspule 29 zusammengesetzt ist, ist in dem Plattentransponder vorgesehen, sodaß die Achse der Antennen normal auf die Platte des Transponders liegt. Die Achsen der Antennen 26, 27 und der Antenne, die aus der Spule 29 gebildet ist, sind vorzugsweise in drei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen ausgerichtet. Diese Antennen haben Chipschaltungen 31.
Wenn der Transponder als eine ID-Karte oder als ein Pendler- Paß verwendet wird, die bzw. der in der Tasche zu tragen ist und auf eine automatische Schranke wirken soll, besteht keine Korrelation zwischen der Richtung der Abfrage- bzw. Sende/Empfangsantenne und der Richtung des definierten Transponders. Daher muß der Transponder auf Radiowellen aus allen Richtungen antworten. Ein Transponder, welcher zwei Plattenantennen aufweist, die einander kreuzen, kann auf die Richtung parallel zu der Platte antworten, jedoch kann er nicht auf die normal auf die Platte stehende Richtung antworten. Demgegenüber kann der in Fig. 7A und 7B gezeigte Plattentransponder auf Wellen aus allen Richtungen unabhängig von der Richtung des Transponders antworten. Die Antenne 27 antwortet auf Radiowellen in der X-Richtung, die Antenne 26 antwortet auf Radiowellen in der Y-Richtung und die Luftkern-Antenne (Spule) 29 antwortet auf Radiowellen in der Z-Richtung.

Experiment 1

Ein aus Allied Signal METAGLAS 2714A hergestelltes Blatt, welches eine Breite von 50 mm und eine Dicke von 25 um aufweist, wurde als ein magnetisches Kernmaterial verwendet. Das Blatt wurde in eine in Tabelle 1 gezeigte Größe geschnitten auf 250ºG für 10 min an Luft erhitzt und abgeschreckt. Ein Magnetkern wurde durch Überlagern von einigen Blättern hergestellt, um die in Tabelle 1 gezeigte Dicke zu erreichen. Ein Isolationsleiter, welcher einen Durchmesser von 0,15 mm aufweist, wurde um den magnetischen Kern gewickelt, sodaß die Induktion L der Spule etwa 3 mH ist. Der Leiter wurde in der Richtung parallel zu der längeren Seite des magnetischen Kerns in den Beispielen und in der Richtung parallel zu der kürzeren Seite des magnetischen Kerns in den Vergleichsbeispielen gewickelt.
Der Widerstand von jeder Antenne aufgrund des magnetischen Kerns wurde durch die folgende Gleichung aus dem Widerstand R, welcher von einem Yokogawa-Hewlett-Packard LCR-Meter 4284A erhalten wurde, ermittelt:
R1 = R - R2
worin R1 einen Widerstand aufgrund des magnetischen Kerns, R einen beobachteten Widerstand und R2 einen Gleichstromwiderstand der Spule darstellt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 zeigt deutlich, daß der Widerstand signifikant absinkt, indem die Spule in der Richtung parallel zu der längeren Seite des magnetischen Kerns gewickelt wird.
Wie dies in den Fig. 6A und 6B gezeigt ist, ist die Größe des magnetischen Kerns normal auf die Spulenachse durch A dargestellt, die Größe des magnetischen Kerns parallel zu der Spulenachse durch B dargestellt und die Größe des magnetischen Kerns normal auf die Ebene AB durch C dargestellt. (Tabelle 1)
Bemerkungen A: Größe des magnetischen Kerns normal auf die Spulenachse
B: Größe des magnetischen Kerns parallel zu der Spulenachse
C: Dicke

Experiment 2

Ein aus Allied Signal METAGLAS 2714A hergestelltes Blatt mit einer Breite von 50 mm und einer Dicke von 25 um wurde in eine Form von 50 mm mal 25 mm geschnitten. Vier Ecken des geschnittenen Blattes in Beispiel A wurden wie in Fig. 3A gezeigt abgeschnitten (a = 6 mm). Vier Ecken des geschnittenen Blattes in Beispiel B, wurden wie in Fig. 3B gezeigt abgerundet, sodaß sie Bogen (R = 6 mm) ausbilden. Jede Ecke in Beispiel C wurde rechtwinkelig aufrechterhalten. Die Blätter wurden auf 250ºC für 10 min an Luft erhitzt und abgeschreckt. Ein magnetischer Kern von jedem Beispiel wurde durch Überlagern von drei Blättern hergestellt. Ein Isolationsleiter mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde mit jeweils 85 Wicklungen zweimal in der Richtung parallel zu der längeren Seite des magnetischen Kerns gewickelt, um eine Antenne zu bilden. Der Gleichstromwiderstand jeder Spule war 20,4 Ω.
Der Widerstand von jeder Antenne aufgrund des magnetischen Kerns wurde analog zu Experiment 1 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 zeigt, daß der Widerstand signifikant absinkt, indem die Ecken des magnetischen Kerns eliminiert wurden. (Tabelle 2)

Experiment 3

(Beispiel)

Ein aus Allied Signal METAGLAS 2714A hergestelltes Blatt mit einer Breite von 50 mm und einer Dicke von 0,025 mm wurde in eine Form von 50 mm mal 25 mm geschnitten, auf 250ºC für 10 min an Luft erhitzt und abgeschreckt. Ein magnetischer Kern wurde durch Überlagern von drei Blättern gebildet. Ein Isolationsleiter mit einem Durchmesser von 0,16 mm wurde 180 mal in der Richtung parallel zu der längeren Seite des magnetischen Kerns gewickelt.

(Vergleichsbeispiel)

Andererseits wurde die aus einem Luftkern zusammengesetzte Antenne, deren Leiter einen Durchmesser von 0,016 mm aufweist, mit 400 Wicklungen gewickelt.

(Messung)

Der Widerstand des magnetischen Kerns von jeder Probe, auf welcher eine 10 Yen Münze in dem Spulenzentrum placiert wurde, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist, wurde analog zu den Experimenten 1 und 2 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 zeigt deutlich, daß die Antenne der Beispiele einen kleineren Widerstand in einem praktischen Frequenzbereich für einen Transponder von 40 bis 200 kHz zeigt. (Tabelle 3)

Experiment 4

(Beispiele)

Nr. 1
Ein magnetisches Kernmaterial wurde durch Mischen von Co-Typ- amorphen Metallflocken mit einer durchschnittlichen Dicke von 5 um und einem durchschnittlichen Durchmesser von 500 um mit einem Epoxyharz in einer Menge von 10% (die Menge des Harzes zu der Gesamtmenge von Flocken und Harz) und durch Druckformen bei 160ºC und 200 kg/cm² gebildet. Das magnetische Kern material wurde in geschnittene Blätter mit einer Dicke von 0,6 mm, einer Breite von 25 mm und einer Länge von 80 mm geschnitten. Ein Leiter mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde in der Richtung parallel zu dem geschnittenen Blatt gewickelt, sodaß L ist 3 mH.
Nr. 2
Ein magnetisches Kernmaterial wurde durch Mischen von Co-Typ- amorphen Metallflocken mit einer durchschnittlichen Dicke von 5 um und einem durchschnittlichen Durchmesser von 500 um mit einem Epoxyharz in einer Menge von 20% (die Menge des Harzes zu der Gesamtmenge von Flocken und Harz) und durch Druckformen bei 160ºC und 200 kg/cm² gebildet. Das magnetische Kernmaterial wurde in geschnittene Blätter mit einer Dicke von 0,6 mm, einer Breite von 25 mm und einer Länge von 80 mm geschnitten. Ein Leiter mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde in der Richtung parallel zu dem geschnittenen Blatt gewickelt, sodaß L ist 3 mH.
Nr. 3
Ein magnetisches Kernmaterial wurde durch Mischen von Co-Typ- amorphen Metallflocken mit einer durchschnittlichen Dicke von 5 um und einem durchschnittlichen Durchmesser von 500 um mit einem Epoxyharz in einer Menge von 30% (die Menge des Harzes zu der Gesamtmenge von Flocken und Harz) und durch Druckformen bei 160ºC und 200 kg/cm² gebildet. Das magnetische Kernmaterial wurde in geschnittene Blätter mit einer Dicke von 0,6 mm, einer Breite von 25 mm und einer Länge von 80 mm geschnitten. Ein Leiter mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde in der Richtung parallel zu dem geschnittenen Blatt gewickelt, sodaß L ist 3 mH.
Nr. 4
Ein magnetisches Kernmaterial wurde durch Mischen von Co-Typ- amorphen Metallflocken mit einer durchschnittlichen Dicke von 5 um und einem durchschnittlichen Durchmesser von 500 um mit einem Epoxyharz in einer Menge von 40% (die Menge des Harzes zu der Gesamtmenge von Flocken und Harz) und durch Druckformen bei 160ºC und 200 kg/cm² gebildet. Das magnetische Kernmaterial wurde in geschnittene Blätter mit einer Dicke von 0,6 mm, einer Breite von 25 mm und einer Länge von 80 mm geschnitten. Ein Leiter mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde in der Richtung parallel zu dem geschnittenen Blatt gewickelt, sodaß L ist 3 mH.
Nr. 5
Ein magnetisches Kernmaterial wurde durch Mischen von Co-Typ- amorphen Metallflocken mit einer durchschnittlichen Dicke von 5 um und einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 um mit einem Epoxyharz in einer Menge von 20% (die Menge des Harzes zu der Gesamtmenge von Flocken und Harz) und durch Druckformen bei 160ºC und 200 kg/cm² gebildet. Das magnetische Kernmaterial wurde in geschnittene Blätter mit einer Dicke von 0,6 mm, einer Breite von 25 mm und einer Länge von 80 mm geschnitten. Ein Leiter mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde in der Richtung parallel zu dem geschnittenen Blatt gewickelt, sodaß L ist 3 mH.
Nr. 6
Ein magnetisches Kernmaterial wurde durch Mischen von Co-Typ- amorphen Metallflocken mit einer durchschnittlichen Dicke von 10 um und einem durchschnittlichen Durchmesser von 500 um mit einem Epoxyharz in einer Menge von 20% (die Menge des Harzes zu der Gesamtmenge von Flocken und Harz) und durch Druckformen bei 160ºC und 200 kg/cm² gebildet. Das magnetische Kernmaterial wurde in geschnittene Blätter mit einer Dicke von 0,6 mm, einer Breite von 25 mm und einer Länge von 80 mm geschnitten. Ein Leiter mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde in der Richtung parallel zu dem geschnittenen Blatt gewickelt, sodaß L ist 3 mH.
Nr. 7
Ein magnetisches Kernmaterial wurde durch Mischen von Co-Typ- amorphen Metallflocken mit einer durchschnittlichen Dicke von 5 um und einem durchschnittlichen Durchmesser von 500 um mit einer Mischung eines Urethanharzes und eines Epoxyharzes in einer Menge von 20% (die Menge der Harzmischung zu der Gesamtmenge von Flocken und Harzmischung) und durch Druckformen bei 160ºC und 200 kg/cm² gebildet. Das magnetische Kernmaterial wurde in geschnittene Blätter mit einer Dicke von 0,6 mm, einer Breite von 25 mm und einer Länge von 80 mm geschnitten. Ein Leiter mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde in der Richtung parallel zu dem geschnittenen Blatt gewickelt, sodaß L ist 3 mH.

(Vergleichsbeispiele)

Nr. 1
Ein magnetisches Kernmaterial wurde durch Schneiden von Allied Chemical METAGLAS 2714A in rechteckige Stücke mit einer Breite von 25 mm und einer Länge von 50 mm hergestellt. Ein magnetischer Kern mit einer. Dicke von 0,3 mm wurde durch Überlagern von 12 Stücken hergestellt. Ein Leiter mit einem Durchmesser von 0,15 mm wurde in der Richtung parallel zu dem geschnittenen Blatt gewickelt, sodaß L ist 3 mH.

(Messung)

Der Widerstand R (Verlust) von jeder Spule wurde mit einem yokogawa-Hewlett-Packard LCR-Meter gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4 zeigt deutlich, daß die Antenne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen geringen Verlust in einem Hochfrequenzbereich über 100 kHz zeigt. (Tabelle 4) Frequenz Widerstand R (Ω)

Claims

1. Antenne (3; 6, 7, 9; 14; 26, 27, 29) für einen Transponder (8; 12; 28) umfassend einen flachen, rechteckigen, magnetischen Kern (4), der aus einem Kompositmaterial zusammengesetzt ist, und eine um diesen magnetischen Kern (4) gewickelte Spule (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (5) parallel zur längeren Seite des magnetischen Kerns gewickelt ist und daß die Ecken des magnetischen Kerns (4) geschnitten bzw. abgeschrägt (a) oder abgerundet (b) sind.

2. Antenne für einen Transponder nach Anspruch 1, worin das Kompositmaterial geschichtete, rechteckige, metallische, dünne Platten umfaßt.

3. Antenne für einen Transponder nach Anspruch 2, worin die dünnen Platten ein amorphes, magnetisches Material enthalten.

4. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 oder 3, worin die Dicke der dünnen Platten 20 bis 50 um beträgt.

5. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, worin die Anzahl der geschichteten, dünnen Platten 3 bis 16 beträgt.

6. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, worin die dünnen Platten, welche durch Oxidieren ihrer Oberflächen isoliert sind, geschichtet sind.

7. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, worin das Verhältnis B/A der Längen der kürzeren Seite B zur längeren Seite A des magnetischen Kerns (4) 0,4 bis 1,0 beträgt.

8. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, worin die Dicke der Antenne 0,4 mm oder weniger beträgt.

9. Antenne für einen Transponder nach Anspruch 1, worin das Kompositmaterial aus magnetisch weichen Flocken und einem synthetischen Harz gebildet ist.

10. Antenne für einen Transponder nach Anspruch 9, worin das magnetisch weiche Material, welches die Flocken ausbildet, aus reinem Eisen, Siliziumstahl, einem Permalloy (eine Fe-Ni Legierung) und einer amorphen Eisen/Kobalt-Legierung gewählt ist.

11. Antenne für einen Transponder nach Anspruch 10, worin das die Flocken zusammensetzende magnetisch weiche Material eine amorphe Kobalt-Legierung (Co-Fe-Ni-B-51) ist.

12. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, worin die Flocke eine Dicke von 30 um oder weniger und einen Durchmesser von 50 bis 2000 um aufweist.

13. Antenne für einen Transponder nach Anspruch 12, worin die Flocken eine Dicke von 10 um oder weniger und einen Durchmesser von 100 bis 1000 um aufweisen.

14. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, worin das synthetische Harz aus der Gruppe bestehend aus den thermohärtenden Harzen, z. B. Epoxyharzen, Phenolharzen, Harnstoffharzen, ungesättigten Polyesterharzen, Diacrylphthalatharzen, Melaminharzen, Siliconharzen und Polyurethanharzen; und thermoplastischen Harzen, z. B. Polyethylenharzen, Polypropylenharzen, Vinylchloridharzen, Fluoroplasten, Methacrylatharzen, Polystyrolharzen, AS- Harzen, ABS-Harzen, ABA-Harzen, Polycarbonatharzen, Polyacetalharzen und Polyimidharzen gewählt ist.

15. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, worin die Menge an dem synthetischen Harz in dem Kompositmaterial 3 bis 50 Gew.-% beträgt.

16. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, worin die Flocken eine amorphe Legierung auf Kobaltbasis umfassen, während das synthetische Harz ein Epoxyharz ist und die Menge an dem synthetischen Harz in dem Kompositmaterial 10 bis 40 Gew.-% beträgt.

17. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, worin der magnetische Kern eine Dicke von 0,3 bis 2 mm und eine Breite bzw. Länge von 100 mm oder weniger aufweist.

18. Antenne für einen Transponder nach Anspruch 17, worin der magnetische Kern eine Dicke von 0,3 bis 1 mm, eine Breite von 10 bis 25 mm und eine Länge von 60 bis 80 mm aufweist.

19. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, worin der Durchmesser des Spulenleiters 100 bis 200 um beträgt.

20. Antenne für einen Transponder nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, worin die Antenne für den Transponder geeignet ist, als eine ID-Karte, ein Pendler-Paß oder eine Kupon-Karte getragen zu werden, welche bei einer Frequenz über 100 kHz mit dem plattenförmigen Kern arbeitet und bei einer Frequenz zwischen 40 kHz und 200 kHz mit dem aus geschichteten, dünnen Platten bestehenden Kern arbeitet.

21. Plattentransponder (8; 28) umfassend zwei plattenförmige, aus einem auf einen magnetischen Kern (4) gewickelten Leiter zusammengesetzten Antennen (6, 7; 26, 27), wie sie in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert ist, und einer aus einem spiralförmig gewickelten Leiter zusammengesetzten Luftkern-Antenne (9, 29).

22. Transponder (8; 28) nach Anspruch 21, worin Achsen der drei Antennen (6, 7, 9; 26, 27, 29) in drei aufeinander senkrecht stehende Richtungen orientiert sind.

23. Transponder (8; 28) nach Anspruch 21 oder 22, worin die zwei plattenförmigen Antennen (6, 7; 26, 27) in dem Plattentransponder (8; 28) so vorgesehen sind, daß die Achsen (X, Y) dieser zwei Antennen oder Spulen normal aufeinander stehen, und die aus dem spiralförmig gewickelten Leiter bestehende Luftkern-Antenne (9; 29) in dem Plattentransponder (8; 28) so vorgesehen ist, daß die Achse (Z) davon normal auf die Transponderplatte (8; 28) steht.

24. Transponder (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 23, worin eine magnetische Aufzeichnungsschicht, wie ein Magnetstreifen (13), auf der Oberfläche des Transponders (12) vorgesehen ist, und Antennen (14) im Inneren des Transponders (12) vorgesehen sind.

25. Transponder (12) nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 24, worin auf der Oberfläche ein Druck vorgesehen ist.

26. Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 25, worin eine Prägung auf den Abschnitten vorgesehen ist, die nicht die Antennen (14), die Schaltung und die magnetische Aufzeichnungsschicht darstellen.

27. Transponder nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 26, worin der Transponder (8; 12; 28) geeignet ist, als eine ID-Karte, ein Pendler-Paß oder eine Kupon-Karte getragen zu werden, welcher bei einer Frequenz von 40 bis 200 kHz arbeitet.