DE69630627T2

DE69630627T2 - Mehrschleifenantenne

Info

Publication number: DE69630627T2
Application number: DE69630627T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kanuma-shi Fujimoto; Shoshichi Kanuma-shi Saitoh; Katsuhisa Kanuma-shi Orihara; Susumu Kanuma-shi Yanagibori
Original assignee: Sony Chemicals Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 1995-04-22
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2016-04-20
Also published as: US5764196A; EP0739050B1; EP0739050A1; DE69630627D1; KR960039489A; JP3337865B2; JPH08293724A; KR100377589B1

Description

HINTERGRUND UND TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Mehrschleifenantenne, die zur Nachrichtenübertragung über kurze Entfernungen, wie z. B. innerhalb eines Gebäudes, Verwendung findet, und bezieht sich insbesondere auf eine Mehrschleifenantenne, mit deren Hilfe sich ein Magnetfeld erzeugen lässt, das innerhalb eines vorgegebenen Nachrichtenübertragungsbereichs eine hohe magnetische Feldstärke aufweist, die jedoch mit steigender Entfernung von der Schleifenantenne stark abnimmt und dahingehend gesteuert werden kann, dass sie außerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs eine vorgegebene magnetische Feldstärke nicht überschreitet.
In Betracht gezogener Stand der Technik
Schleifenantennen sind als Antennen für den Mittelwellenbereich, den Kurzwellenbereich oder eine im UKW-Bereich (Meterwellenbereich) erfolgende Nachrichtenübertragung über kurze Entfernungen, wie z. B. innerhalb eines Gebäudes, weit verbreitet. Bei kontaktlosen IC-Kartensystemen (Chipkartensystemen), bei denen ein Informationsempfang und eine Informationsübertragung zwischen einer Abfrageeinheit (einem Lese/Schreibgerät) und einem Transponder (einer IC-Karte bzw. Chipkarte) stattfindet, wird z. B. eine in 7 veranschaulichte Mehrschleifenantenne 1 verwendet, die aus einer einzigen Schleifenwindung besteht.
Die von einer solchen Mehrschleifenantenne erzeugte magnetische Feldstärke nimmt mit steigender Entfernung von der Schleifenantenne aufeinanderfolgend umgekehrt proportional zur dritten Potenz, zweiten Potenz und ersten Potenz der Entfernung ab. Wenn hierbei die Nachrichtenübertragungsentfernung zur Gewährleistung einer guten Nachrichtenübertragungsqualität ein wenig verlängert werden soll, ist eine Vergrößerung der Strahlungsleistung der Schleifenantenne, d. h., der Feldstärke des von der Schleifenantenne abgestrahlten Magnetfeldes, erforderlich.
Wenn jedoch die Strahlungsleistung und damit die Feldstärke des von der Schleifenantenne abgestrahlten Magnetfelds vergrößert wird, kann dies zu Interferenzen mit oder Störungen von benachbarten Geräten oder benachbarten Nachrichtenübertragungssystemen führen. Die Feldstärke des abgestrahlten Magnetfelds kann somit nicht beliebig vergrößert werden. Durch bestehende Funkvorschriften ist daher die magnetische Feldstärke in einer bestimmten Entfernung von der Schleifenantenne auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.
Bei Nachrichtenübertragungssystemen für kurze Entfernungen, bei denen Schleifenantennen Verwendung finden, tritt daher häufig auf Grund der Beschränkung der Strahlungsleistung von Schleifenantennen bzw. der Feldstärke des von Schleifenantennen abgestrahlten Magnetfeldes, das Problem auf, dass keine ausreichende Qualität der Nachrichtenübertragung gewährleistet werden kann.
Zur Lösung derartiger Probleme kann in Betracht gezogen werden, eine Mehrschleifenantenne unter Verwendung mehrerer einfacher Schleifenantennen herzustellen und Faktoren, wie die Anzahl der Windungen einer jeden Schleifenantenne und die elektrischen Ströme dahingehend auszugestalten, dass innerhalb des Versorgungs- oder Betriebsbereichs der Nachrichtenübertragung eine ausreichende magnetische Feldstärke gewährleistet ist, die jedoch an Punkten außerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs, die sich in einer bestimmten, vorgegebenen Entfernung von der Mehrschleifenantenne befinden, annähernd den Wert 0 annehmen kann, indem diese Faktoren dahingehend gesteuert bzw. eingestellt werden, während die magnetische Feldstärke an diesen Punkten gemessen wird.
Wenn jedoch die magnetische Feldstärke an den in dem vorgegebenen Abstand von der Mehrschleifenantenne befindlichen Punkten im wesentlichen nur auf den Wert 0 eingesteuert wird, ist davon auszugehen, dass die magnetische Feldstärke an in Bezug auf diese Punkte weiter entfernten Punkten wieder hohe Werte annimmt. Als Gegenmaßnahme könnte hierbei in Betracht gezogen werden, die Punkte, an denen die magnetische Feldstärke auf den Wert 0 eingesteuert wird, auf die Entfernung "unendlich" von der Mehrschleifenantenne festzulegen, jedoch ergäbe sich hierbei die Schwierigkeit, dass eine Einstellung der magnetischen Feldstärke auf den Wert 0 an solchen Punkten bei Messung der magnetischen Feldstärke in der Entfernung "unendlich" tatsächlich nicht möglich ist.
Aus der Druckschrift US-A-5 218 371 ist ein Antennensystem bekannt, das zwei Schleifenantennen umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung dient zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik, wobei ihr die Aufgabe zu Grunde liegt, eine Mehrschleifenantenne anzugeben, mit deren Hilfe ein Magnetfeld erzeugt werden kann, das innerhalb des vorgegebenen Nachrichtenübertragungsbereichs eine hohe Feldstärke aufweist, die jedoch mit steigender Entfernung von der Schleifenantenne stark abfällt und zuverlässig dahingehend steuerbar ist, dass sie außerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mehrschleifenantenne gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrschleifenantenne gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Mehrschleifenantenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung einer Mehrschleifenantenne gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung einer Mehrschleifenantenne gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine schematische Darstellung einer Mehrschleifenantenne gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 ein Modell, das die von zwei Mikroschleifenantennen gemeinsam erzeugte magnetische Feldstärke veranschaulicht,
6 die Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke von der Antennenentfernung, und
7 eine schematische Darstellung einer eine einzige Schleifenwindung aufweisenden Mikroschleifenantenne des Standes der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei der erfindungsgemäßen Mehrschleifenantenne wird von Faktoren der jeweiligen Schleifenantenne, wie dem Durchmesser einer jeden Schleifenantenne, der Anzahl der Windungen und deren Windungsrichtung, den effektiven Permeabilitäten, den relativen Werten der elektrischen Ströme der Schleifenantennen und der Phasendifferenz der elektrischen Ströme zumindest ein Faktor dahingehend ausgestaltet bzw. eingestellt, dass sich die magnetische Feldstärke innerhalb des von der Mehrschleifenantenne bis zum Abstand von Sendewellenlängen (λ) der Mehrschleifenantenne verlaufendem Bereichs, vorzugsweise unter der Bedingung 1/k >> r (wobei k = 2 π/λ ist und r den Radius einer Schleifenantenne bezeichnet), umgekehrt proportional zur n-ten Potenz der Entfernung von der Mehrschleifenantenne verringert (wobei n > 3 ist).
Durch die auf diese Weise erfolgende Steuerung bzw. Einstellung der magnetischen Feldstärke der Mehrschleifenantenne kann die magnetische Feldstärke mit steigender Entfernung von der Antenne verringert werden, wobei sich der Entfernungsbereich von der Antenne bis zu der Entfernung "unendlich" erstreckt. Erfindungsgemäß wird somit eine Verringerung der magnetischen Feldstärke außerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs ermöglicht, während gleichzeitig eine ausreichend hohe magnetische Feldstärke innerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs gewährleistet ist, sodass Interferenzen mit oder Störungen von benachbarten Geräten oder benachbarten Nachrichtenübertragungssystemen weitgehend verhindert werden können.
Diese Steuerung bzw. Einstellung kann erfolgen, indem nicht etwa die magnetische Feldstärke in der außerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs liegenden Entfernung "unendlich", sondern praxisnah an zwei, innerhalb des sich von der Antenne erstreckenden Bereichs beliebig gewählten Punkten, vorzugsweise unter der Bedingung 1/k >> r (wobei k = 2 π/λ ist und r den Radius einer Schleifenantenne bezeichnet) gemessen und Parameter einer jeden Schleifenantenne, wie der Durchmesser der Schleifenantenne, die Anzahl von deren Windungen und die Windungsrichtung, die jeweilige effektive Permeabilität, die relativen Werte der elektrischen Ströme der Schleifenantennen und die Phasendifferenz der elektrischen Ströme in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Verringerung der magnetischen Feldstärke zwischen den beiden Punkten ausgestaltet bzw. gesteuert werden. Die von der Mehrschleifenantenne erzeugte magnetische Feldstärke kann insbesondere auf einfache Weise gesteuert werden, wenn eine einstellbare Induktivität, ein einstellbarer Kondensator oder ein Stellwiderstand jeweils mit einem Antennenkreis der Schleifenantenne zusätzlich zu den einzelnen Schleifenantennen verbunden ist, von denen die Mehrschleifenantenne gebildet wird, oder wenn eine Metallfolienanordnung oder dergleichen um die Schleifenantenne herum angeordnet und die Anordnung oder der Bereich der Metallfolie in entsprechender Weise vorgesehen wird.
Nachstehend wird näher auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Mehrschleifenantenne 2a gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Mehrschleifenantenne gemäß 1 umfasst zwei Schleifenantennen, die aus einer inneren Schleifenantenne 3-1 und einer äußeren Schleifenantenne 3-2 bestehen, die in der gleichen Ebene unter Verwendung einer einzigen Leiterbahn ausgebildet sind. Erfindungsgemäß sind die einzelne innere Schleifenantenne 3-1 und/oder äußere Schleifenantenne 3-2, von denen die Mehrschleifenantenne 2a gebildet wird, dahingehend ausgestaltet, dass sich die von dieser Mehrschleifenantenne 2a erzeugte magnetische Feldstärke innerhalb des bis zum Abstand der Sendewellenlänge der Mehrschleifenantenne 2a verlaufenden Bereichs umgekehrt proportional zu einem geringeren Wert als der dritten Potenz der Entfernung von der Mehrschleifenantenne 2a verringert, worauf nachstehend näher eingegangen wird.
Wenn in der in 5 dargestellten Weise die Felder von zwei Mikro-Schleifenantennen c1 und c2 in einem Polarkoordinatensystem (r, Θ, φ) dargestellt werden, lässt sich die magnetische Feldstärke H an einem von der jeweiligen Schleifenantenne c1 und c2 ausreichend entfernten (und die Entfernung "unendlich" einschließenden) Punkt P (r, Θ, φ) in Abhängigkeit von den Dimensionen bzw. Kennwerten der Schleifenantennen c1 und c2 durch folgende Gleichungen annähern:
wobei
der Index i den Wert 1 oder 2 besitzt und der jeweiligen Schleifenantenne c1 und/oder c2 zugeordnet ist, und
I_i den über die Schleifenantenne fließenden elektrischen Strom,
n_i die Anzahl der Windungen der Schleifenantenne,
S_i den Bereich, der von einer die Schleifenantenne bildenden geschlossenen Kurve umgeben wird,
ω die Signal-Kreisfrequenz,
k = 2 π/λ (λ: Wellenlänge), und
μ die Permeabilität bezeichnen.
Das am Punkt P erhaltene gemeinsame Magnetfeld lässt sich somit als Summe der Magnetfelder der einzelnen Schleifenantennen folgendermaßen darstellen: Hr = Hr1 + Hr2 HΘ = HΘ1 + HΘ2 Eφ = Eφ1 + Eφ2
Wenn hierbei die einzelnen Schleifenantennen c1 und c2 derart dimensioniert werden, dass n1I1S1 = –n2I2S2 gilt, ergibt sich, dass das gemeinsame Magnetfeld an einem ausreichend von den Schleifenantennen c1 und c2 entfernten Punkt annähernd den Wert 0 annehmen kann. Wenn jedoch bei einem außerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs bis zu der Entfernung "unendlich" verlaufenden Magnetfeld die magnetische Feldstärke einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten soll, kann die magnetische Feldstärke an den Punkten in der Entfernung "unendlich" nicht bei gleichzeitiger Messung der magnetischen Feldstärke an diesen Punkten auf den Wert 0 eingesteuert werden.
Erfindungsgemäß wird daher die magnetische Feldstärke an einem Punkt innerhalb des bis zum Abstand der Sendewellenlänge (λ) der Mehrschleifenantenne verlaufenden Bereichs in Betracht gezogen, d. h., an dem in einer kürzeren Entfernung als die von den Schleifenantennen c1 und c2 gesendete elektromagnetische Wellenlänge befindlichen Punkt P, und zwar vorzugsweise unter der Bedingung, dass 1/k >> r gegeben ist (wobei k = 2π/λ ist und r den Radius einer Schleifenantenne bezeichnet). Diese magnetische Feldstärke an dem Punkt P lässt sich nicht in der gleichen Weise wie eine magnetische Feldstärke an einem weiter entfernten Punkt ausdrücken. Wenn jedoch die Schleifenantennen c1 und c2 kreisförmig ausgestaltet sind, ist die magnetische Feldstärke H_ri im Abstand r von ihrem Mittelpunkt durch
gegeben, wobei
r_i den Radius einer kreisförmigen Schleifenantenne und
S_i den Bereich bzw. die Kreisfläche oder den Kreisinhalt einer kreisförmigen Schleifenantenne (S_i = πr_i ²) bezeichnen.
Das gemeinsame Magnetfeld H_r lässt sich daher folgendermaßen ausdrücken:
Wenn somit die einzelnen kreisförmigen Schleifenantennen derart ausgestaltet sind, dass die Bedingung von Gleichung (1) erfüllt ist: n1I1S1 = –n2I2S2 (1)ergibt sich für das gemeinsame bzw. kombinierte Magnetfeld H_r:
Unter Verwendung dieses Ausdrucks lässt sich das gemeinsame bzw. kombinierte Magnetfeld H_r in diesem Fall unter der Annahme, dass r >> r₁, r₂ ist, in der durch die nachstehende Gleichung (2) angegebenen Weise annähern:
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann somit innerhalb des Bereichs einer kürzeren Entfernung als der Wellenlänge der von den Schleifenantennen c1 und c2 gesendeten elektromagnetischen Wellen die magnetische Feldstärke annähernd umgekehrt proportional zur fünften Potenz der Entfernung von den kreisförmigen Schleifenantennen verringert werden, wenn die einzelnen Schleifenantennen dahingehend ausgestaltet werden, dass die Bedingung gemäß Gleichung (1) erfüllt ist.
Auch bei Ausgestaltung der einzelnen kreisförmigen Schleifenantennen zur Erfüllung der Bedingung gemäß Gleichung (1) ergeben sich in der Praxis jedoch Beeinträchtigungen der magnetischen Feldstärke durch Abweichungen der Radien der Schleifenantennen, Abweichungen der Anzahl von deren Windungen, Abweichungen der elektrischen Ströme und anderen verschiedenen Fehlern, sodass die magnetische Feldstärke nicht genau umgekehrt proportional zur fünften Potenz der Entfernung von den kreisförmigen Schleifenantennen, sondern umgekehrt proportional zur n-ten Potenz (n > 3), d. h. üblicherweise umgekehrt proportional zu einem zwischen der dritten und fünften Potenz liegenden Wert, abnimmt. Erfindungsgemäß werden die Schleifenantennen daher derart ausgestaltet, dass die magnetische Feldstärke umgekehrt proportional zur n-ten Potenz (n > 3) der Entfernung von den kreisförmigen Schleifenantennen abnimmt.
Gemäß vorstehender Beschreibung sind die einzelnen Schleifenantennen c1 und c2 in der in 5 veranschaulichten Weise kreisförmig ausgestaltet und in der gleichen Ebene angeordnet. Auch wenn jedoch die einzelnen Schleifenantennen c1 und c2 nicht kreisförmig und nicht in der gleichen Ebene angeordnet sind, kann ein gemeinsames bzw. kombiniertes Magnetfeld mit der durch die Näherungsgleichung (2) gegebenen Feldstärke innerhalb des Bereichs einer kürzeren Entfernung als die Wellenlänge der von den Schleifenantennen c1 und c2 gesendeten elektromagnetischen Wellen erhalten werden. Die erfindungsgemäße Mehrschleifenantenne ist daher nicht auf eine Ausgestaltung beschränkt, bei der die jeweiligen Schleifenantennen einer Vielzahl von die Mehrschleifenantenne bildenden Schleifenantennen jeweils kreisförmig ausgebildet und in der gleichen Ebene angeordnet sind.
Ein spezifisches Verfahren, durch das die die Mehrschleifenantenne bildenden einzelnen Schleifenantennen dahingehend ausgestaltet werden können, dass die von ihnen erzeugte magnetische Feldstärke umgekehrt proportional zur n-ten Potenz (n > 3) der Entfernung von der Mehrschleifenantenne abnimmt, kann z. B. darin bestehen, dass bei der Mehrschleifenantenne 2a gemäß 1 die magnetischen Feldstärken an zwei, beliebig innerhalb des von der Mehrschleifenantenne bis zum Abstand der Sendewellenlänge (λ) der Mehrschleifenantenne verlaufenden Bereichs gewählten Punkten vorzugsweise unter der Bedingung des Vorliegens von 1/k >> r (wobei k = 2π/λ ist und r den Radius einer Schleifenantenne bezeichnet) gemessen und die Parameter der inneren Schleifenantenne 3-1 oder der äußeren Schleifenantenne 3-2 in geeigneter Weise derart ausgestaltet werden, dass eine Abnahme der magnetischen Feldstärke zwischen den beiden Punkten umgekehrt proportional zur fünften Potenz der Entfernung von der Mehrschleifenantenne 2a erfolgt (d. h., dass die Bedingung gemäß Gleichung (1): n1I1S1 = –n2I2S2 (1)erfüllt ist). Hierbei können die Antennenparameter den Durchmesser einer jeden Schleifenantenne, die Anzahl ihrer Windungen und deren Richtung, ihre effektive Permeabilität, die relativen Werte der elektrischen Ströme der Schleifenantennen sowie die Phasendifferenz der elektrischen Ströme umfassen. Da jedoch in der Praxis eine genaue Ausgestaltung bzw. Ausbildung der Durchmesser einer jeden Antenne mit Schwierigkeiten verbunden ist, ist normalerweise eine Justierung bzw. eine Abstimmung der Anzahl von Windungen und der elektrischen Ströme in Betracht zu ziehen.
Bei einer derart abgeglichenen Mehrschleifenantenne liegt die in 6 veranschaulichte Beziehung zwischen der Entfernung von der Mehrschleifenantenne und der magnetischen Feldstärke vor. Wie durch die durchgezogene Kennlinie veranschaulicht ist, nimmt die magnetische Feldstärke umgekehrt proportional zur fünften Potenz der Entfernung ab, sodass die Antenne innerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs eine hohe magnetische Feldstärke erzeugen kann, die allerdings mit zunehmender Entfernung stark abnimmt und außerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs weiter auf annähernd den Wert 0 abfällt. Hierdurch können Interferenzen mit oder Störungen von benachbarten Geräten oder benachbarten Nachrichtenübertragungssystemen vermieden werden, während gleichzeitig innerhalb des vorgegebenen Nachrichtenübertragungsbereichs eine hohe magnetische Feldstärke gewährleistet ist. In 6 ist außerdem zum Vergleich die Beziehung zwischen der Entfernung von der Schleifenantenne und der von ihr erzeugten magnetischen Feldstärke für eine Einschleifenantenne veranschaulicht, die die gleiche magnetische Feldstärke wie das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel erzeugt. Wie 6 zu entnehmen ist, tritt bei dieser Einschleifenantenne eine geringere Abnahme der von ihr erzeugten magnetischen Feldstärke bei zunehmender Entfernung von der Antenne auf, sodass bei dem Versuch der Aufrechterhaltung einer hohen magnetischen Feldstärke innerhalb des vorgegebenen Nachrichtenübertragungsbereichs keine entsprechende Verringerung der magnetischen Feldstärke außerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs erzielt werden kann, was zu Störeinwirkungen bei in der Nähe befindlichen Geräten oder Nachrichtenübertragungssystemen führt.
Zweites Ausführungsbeispiel
2 zeigt eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem eine Mehrschleifenantenne 2b aus einer inneren Schleifenantenne 3-1 und einer äußeren Schleifenantenne 3-2 besteht, mit denen eine variable bzw. einstellbare Induktivität 4 mit einem Ferritkern als Feineinstelleinrichtung für die magnetische Feldstärke verbunden ist.
Wenn nämlich eine Schleifenantenne durch Anordnung von Windungen einer einzigen Leiterbahn oder eines einzigen Leiterdrahtes ausgebildet wird, ist eine genaue Anordnung der Windungen in einer vorgegebenen Lage erheblich schwieriger als wenn die Leiterbahn bzw. der Leiterdraht um ein festes Bauelement wie einen Kern herumgewickelt wird. Demzufolge ist auch die Steuerung der Abnahme der magnetischen Feldstärke umgekehrt proportional zur fünften Potenz der Entfernung von der Schleifenantenne mit Schwierigkeiten verbunden. Wenn im einzelnen die Schleifenantenne c2 einen Fehler α in Bezug auf den gewünschten Radius r2 aufweist, lässt sich die vorstehende Gleichung (2) durch folgende Gleichung wiedergeben:
die sich folgendermaßen weiter annähern lässt:
Hieraus ergibt sich, dass die magnetische Feldstärke im Bereich der ersten Potenz und der zweiten Potenz des Fehlers α beeinträchtigt wird. Die Abweichung der magnetischen Feldstärke, die durch eine solche Genauigkeitsabweichung bei der Anordnung der Windungen der Schleifenantenne verursacht wird, lässt sich jedoch auf einfache Weise durch Verbindung der einen Ferritkern aufweisenden variablen bzw. einstellbaren Induktivität mit der Mehrschleifenantenne kompensieren. Außerdem wird hierdurch eine Ausgestaltung bzw. Steuerung erleichtert, durch die die Bedingung: n1I1S1 = –n2I2S2 (1)zur Verringerung der magnetischen Feldstärke in umgekehrter Proportionalität zur fünften Potenz der Entfernung von der Schleifenantenne erfüllt werden kann.
Drittes Ausführungsbeispiel
3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem mit einer Mehrschleifenantenne 2c wie im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels ebenfalls eine variable bzw. einstellbare Induktivität 4 mit einem Ferritkern als Feineinstelleinrichtung für die magnetische Feldstärke verbunden ist, wobei jedoch die Verbindung der den Ferritkern aufweisenden variablen bzw. einstellbaren Induktivität 4 mit in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel unterschiedlichen Positionen der Mehrschleifenantenne vorgenommen worden ist.
Viertes Ausführungsbeispiel
4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem bei einer Mehrschleifenantenne 2d die innere Schleifenantenne 3-1 und die äußere Schleifenantenne 3-2 durch Ätzen einer auf einem Substrat 5 befindlichen Kupferschicht 6 ausgebildet werden. Außerdem wird zur Herstellung der Feineinstelleinrichtung für die magnetische Feldstärke ein Feineinstellmuster 7 in ähnlicher Weise durch Ätzen der Kupferfolie 6 auf dem Substrat 5 ausgebildet.
Vorzugsweise sollten die einzelnen Schleifenantennen 3-1 und 3-2 durch Ätzen einer Metallfolie auf dem Substrat ausgebildet werden, da auf diese Weise ihre Ausbildung mit höherer Genauigkeit erfolgen kann als wenn sie durch Anordnung von Windungen einer einzigen Leiterbahn oder eines einzigen Leiterdrahts ausgebildet werden. Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass hierbei die einzelnen Schleifenantennen und das Feineinstellmuster für die magnetische Feldstärke gleichzeitig ausgebildet werden können.
Bei Verwendung des Magnetfeld-Feineinstellmusters 7 zur Steuerung bzw. Einstellung der magnetischen Feldstärke dahingehend, dass eine Abnahme in umgekehrter Proportionalität zur fünften Potenz der Entfernung von dieser Mehrschleifenantenne 2d erfolgt, lässt sich diese Steuerung bzw. Einstellung auf einfache Weise durch entsprechende Entfernungs- oder Hinzufügungsmaßnahmen bei dem Feineinstellmuster für die magnetische Feldstärke erzielen.
Wie vorstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben, ermöglicht die Erfindung die Herstellung einer Mehrschleifenantenne, mit deren Hilfe sich innerhalb des vorgegebenen Nachrichtenübertragungsbereichs ein Magnetfeld hoher magnetischer Feldstärke, die jedoch mit steigender Entfernung von der Antenne stark bzw. steil abfällt, erzeugen und außerhalb des Nachrichtenübertragungsbereichs die magnetische Feldstärke zuverlässig dahingehend steuern lässt, dass sie einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

Claims

Mehrschleifenantenne, mit einer ersten und einer zweiten Schleifenantenne (3-1 , 3-2), die jeweils einen Durchmesser, eine jeweilige Anzahl von Windungen n1 und n2, eine Windungsrichtung, eine effektive Permeabilität sowie einen jeweiligen Bereich S1 und S2 aufweisen, der als Bereich definiert ist, der von der die erste und die zweite Schleifenantenne bildenden geschlossenen Kurve umgeben ist, wobei der ersten und der zweiten Schleifenantenne ein jeweiliger elektrischer Strom I1 und I2 mit einer jeweiligen Phase zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser, die Anzahl der Windungen, die Windungsrichtung, die effektiven Permeabilitäten, die relativen Werte der Ströme und deren Phase der ersten und der zweiten Schleifenantenne auf derartige Werte eingestellt werden, dass die Beziehung n1I1S1 = –n2I2S2 erfüllt ist, wodurch sich die magnetische Feldstärke innerhalb des von der Mehrschleifenantenne bis zum Abstand der Sendewellenlänge der Mehrschleifenantenne verlaufenden Bereiches zumindest umgekehrt proportional zur n-ten Potenz der Entfernung von der Mehrschleifenantenne verringert, wobei n eine ganze Zahl und größer als 3 ist.
Mehrschleifenantenne nach Anspruch 1, bei der n ungefähr 5 beträgt.
Mehrschleifenantenne nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Feineinstelleinrichtung für die magnetische Feldstärke vorgesehen ist, durch die eine derartige Feineinstellung der magnetischen Feldstärke der Mehrschleifenantenne erfolgt, dass sich die magnetische Feldstärke innerhalb des von der Mehrschleifenantenne bis zum Abstand der Sendewellenlänge der Mehrschleifenantenne verlaufenden Bereichs umgekehrt proportional zur n-ten Potenz der Entfernung von der Mehrschleifenantenne verringert, wobei n > 3 ist.
Mehrschleifenantenne nach Anspruch 3, bei der die Feineinstelleinrichtung für die magnetische Feldstärke eine einstellbare Induktivität, einen einstellbaren Kondensator oder einen Stellwiderstand, die jeweils mit einem Antennenkreis verbunden sind, oder eine um eine Schleifenantenne herum vorgesehene Metallfolie umfasst.
Mehrschleifenantenne nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Schleifenantennen im wesentlichen kreisförmig und in der gleichen Ebene angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrschleifenantenne, wobei die Mehrschleifenantenne eine erste und eine zweite Schleifenantenne (3-1, 3-2) umfasst, die jeweils einen Durchmesser, eine jeweilige Anzahl von Windungen n1 und n2, eine Windungsrichtung, eine effektive Permeabilität sowie einen jeweiligen Bereich S1 und S2 aufweisen, der als Bereich definiert ist, der von der die erste und die zweite Schleifenantenne bildenden geschlossenen Kurve umgeben ist, und der ersten und der zweiten Schleifenantenne ein jeweiliger elektrischer Strom I1 und I2 mit einer jeweiligen Phase zugeführt wird, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt einer Steuerung der Einstellung der Durchmesser, der Anzahl der Windungen, der Windungsrichtung, der effektiven Permeabilitäten, der relativen Werte der Ströme und deren Phase der ersten und der zweiten Schleifenantenne auf Werte, durch die die Beziehung n1I1S1 = –n2I2S2 erfüllt wird, wodurch sich die magnetische Feldstärke innerhalb des von der Mehrschleifenantenne bis zum Abstand der Sendewellenlänge der Mehrschleifenantenne verlaufenden Bereiches zumindest umgekehrt proportional zur n-ten Potenz der Entfernung von der Mehrschleifenantenne verringert, wobei n eine ganze Zahl und größer als 3 ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrschleifenantenne nach Anspruch 6, bei dem n ungefähr 5 beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrschleifenantenne nach Anspruch 6 oder 7, bei dem eine Feineinstelleinrichtung für die magnetische Feldstärke der Mehrschleifenantenne vorgesehen ist und die magnetische Feldstärke innerhalb des von der Mehrschleifenantenne bis zum Abstand der Sendewellenlänge der Mehrschleifenantenne verlaufenden Bereichs durch die Feineinstelleinrichtung derart eingestellt wird, dass sie sich umgekehrt proportional zur n-ten Potenz der Entfernung von der Mehrschleifenantenne verringert, wobei n > 3 ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrschleifenantenne nach Anspruch 8, bei der eine einstellbare Induktivität, ein einstellbarer Kondensator oder ein Stellwiderstand, die jeweils mit einem Antennenkreis verbunden sind, oder eine um eine Schleifenantenne herum vorgesehene Metallfolie als die Feineinstelleinrichtung für die magnetische Feldstärke vorgesehen sind.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrschleifenantenne nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der die Schleifenantennen im wesentlichen kreisförmig und in der gleichen Ebene angeordnet sind.