DE69635792T2

DE69635792T2 - Antenne für Lese-/Schreibgerät

Info

Publication number: DE69635792T2
Application number: DE69635792T
Authority: DE
Inventors: Shoshichi Kanuma-shi Saitoh; Masahiro Kanuma-shi Fujimoto; Susumu Kanuma-shi Yanagibori; Katsuhisa Kanuma-shi Orihara
Original assignee: Sony Chemicals Corp
Current assignee: Dexerials Corp
Priority date: 1995-09-30
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2016-09-28
Also published as: US6137447A; DE69635792D1; EP0766200A3; SG52846A1; KR100445249B1; JP3783713B2; EP0766200A2; EP0766200B1; KR970018842A; JP3528367B2; JP2004173293A; JPH0998014A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG UND IN BETRACHT GEZOGENER STAND DER TECHNIK
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifenantenne, die bei einem Abfragegerät eines kontaktlosen Datenträgersystems im Rahmen einer durch elektromagnetische Induktion zwischen dem Abfragegerät und einem Transponder erfolgenden Nahkommunikation Verwendung findet, und betrifft insbesondere eine zur Übermittelung eines Sendesignals von dem Abfragegerät zu dem Transponder und zum Empfang eines Antwortsignals von dem Transponder im Abfragegerät verwendete Schleifenantenne, die die Erfassung des Antwortsignals vom Transponder ohne Erfassung des von dem Abfragegerät abgegebenen Sendesignals ermöglicht und auf diese Weise die Erfassung des Antwortsignals erleichtert und eine höhere Zuverlässigkeit des Lesevorgangs gewährleistet.
In jüngerer Zeit haben kontaktlose Datenträgersysteme zur Durchführung einer Nahkommunikation durch induktive elektromagnetische Kopplung zwischen einem Abfragegerät und einem Transponder erhebliches Interesse und damit schnelle Verbreitung gefunden. Bei einem automatischen Eintritts- oder Fahrkartenverkaufssystem, einem Zugangskontrollsystem und dergleichen wird z.B. ein kontaktloses Informationskartensystem eingesetzt, bei dem ein Lese-/Schreibgerät als Abfragegerät und eine Karte in Form einer Chipkarte (IC-Karte) oder einer Identifikationskarte (ID-Karte) als Transponder Verwendung finden.
Bei einem solchen kontaktlosen Datenträgersystem sendet das Abfragegerät elektromagnetische Wellen mit Frequenzen im Bereich von einigen 100 kHz bis zu einigen MHz zu dem Transponder, um dem Transponder Informationen zu übermitteln oder ihn darüber hinaus mit Energie zu versorgen, wobei gleichzeitig ein Antwortsignal vom Transponder empfangen und erfasst wird. Hierbei umfasst das Abfragegerät üblicherweise eine Schleifenantenne, die die doppelte Funktion einer sowohl als Sendeantenne zur Übermittlung des Signals oder von Energie zu dem Transponder als auch als Empfangsantenne zum Empfang des Antwortsignals vom Transponder dienenden Antenne hat.
Bei den üblichen kontaktlosen Datenträgersystemen tritt jedoch bei dem im Abfragegerät erfolgenden Empfang und der Detektion des Antwortsignals vom Transponder an den Anschlüssen der Schleifenantenne des Abfragegeräts nicht nur das vom Transponder abgegebene Antwortsignal sondern auch das dem Transponder vom Abfragegerät bereits zugeführte Sendesignal auf. Je größer der Kommunikationsbereich (d.h., die Entfernung zwischen dem Abfragegerät und dem Transponder) ist, umso höher ist hierbei auch die Stärke des dem Transponder vom Abfragegerät zugeführten Sendesignals. Das an den Anschlüssen der Schleifenantenne des Abfragegerätes auftretende Verhältnis des Sendesignals zu dem Antwortsignal vergrößert sich somit mit zunehmendem Kommunikationsbereich. Normalerweise ist das an den Schleifenantennenanschlüssen des Abfragegerätes auftretende Sendesignal ungefähr um den Faktor 100 bis 100000 stärker als das zu erfassende Antwortsignal. Dies hat zur Folge, dass an den Schleifenantennenanschlüssen des Abfragegerätes häufig ein schwaches Antwortsignal in Form von unerwünschten Störsignalen auftritt, die den Signalempfang beeinträchtigen und erschweren. Außerdem findet auf Grund von herstellungsbedingten Abweichungen bei den Schleifenantennen des Abfragegerätes und Streuungen der Resonanzkapazität auch ein unerwünschter Empfang von Sendesignalen beim Empfang des Antwortsignals vom Transponder an den Schleifenantennenanschlüssen des Abfragegerätes mit nichtkonstanter Stärke statt. Da darüber hinaus die Induktivität, Kapazität, der Gütefaktor und dergleichen der Schleifenantenne temperaturabhängigen Änderungen unterworfen sind, unterliegt der Störsignalpegel an den Schleifenantennenanschlüssen beim Empfang des Antwortsignals vom Transponder auch zeitabhängigen Änderungen. Es besteht somit das Problem, dass der Empfang und die genaue Erfassung des Antwortsignals vom Transponder durch die Schleifenantenne des Abfragegerätes und damit auch die Gewährleistung eines zuverlässigen Auslesens von Daten mit Schwierigkeiten verbunden sind. Dies wiederum führt zu dem Problem, dass die Leseschaltung zum Auslesen des Antwortsignals komplex und aufwendig wird.
Diese Probleme ergeben sich jedoch nicht nur in Fällen, bei denen das Abfragegerät eine Schleifenantenne aufweist, die die doppelte Funktion einer sowohl als Sendeantenne als auch als Empfangsantenne dienenden Antenne hat, sondern treten auch in Fällen auf, bei denen das Abfragegerät eine separate Sendeantenne und eine separate Empfangsantenne umfasst, da auch bei einer einfachen Trennung der Sendeantenne von der Empfangsantenne zwischen den beiden Antennen eine Kopplung auftritt, wodurch das Sendesignal der Sendeantenne direkt in der Empfangsantenne induziert wird, was dazu führt, dass unerwünschte Sendesignale mit einem hohen Pegel an den Anschlüssen der Empfangsantenne auftreten.
Aus der US 5 321 412 ist bereits eine Antennenanordnung bekannt, die eine Sendeantenne mit einer inneren und einer äußeren Sendeantenne sowie eine Empfangsantenne umfasst. Die Sendeantennen sind hierbei derart angeordnet und werden derart erregt, dass der gesamte magnetische Induktionsfluss entlang eines Umrisses oder einer Bahn im wesentlichen 0 ist, der auch die Empfangsantenne weitgehend folgt. Auf diese Weise ist die von der in der Empfangsantenne durch die Sendeantennenanordnung induzierten Spannung hervorgerufene Interferenzwirkung bei der Empfangsantenne weitgehend vernachlässigbar. Es besteht jedoch weiterhin das Problem, dass die von der Sendeantenne abgegebenen Magnetfelder ohne nennenswerte Dämpfung auch außerhalb eines Kommunikationsbereiches vorhanden sind. Solche Magnetfelder sind außerhalb des Kommunikationsbereiches unnötig und somit unerwünscht. Darüber hinaus führen derartige, außerhalb des Kommunikationsbereiches vorhandene Magnetfelder zu einer unnötigen Strahlungsbelastung, deren gesundheitsgefährdende Aspekte in der Öffentlichkeit häufig diskutiert werden. Die Patentansprüche sind gegenüber diesem Stand der Technik abgegrenzt.
Weiterhin ist aus der US 5 218 371 eine Antennenanordnung gemäß 2 bekannt, die zur Begrenzung einer Energieverteilung auf einen spezifischen Überwachungsbereich und damit eine Kommunikationszone dient. Eine solche Antennenanordnung umfasst eine Sende- und Empfangsantenne mit gegensinnig gewickelten Spulen. Die Antennen sind hierbei jedoch an den jeweiligen Seiten des Kommunikationsbereichs angeordnet, sodass sich die Empfangsantenne nicht in einer Position befindet, bei der eine gegenseitige Aufhebung der Magnetfelder der Sendeantenne stattfindet.
Ähnliche Anordnungen sind aus der DE 38 01 205 C1 (als "Helmholtz-Anordnung" bezeichnet) und aus der WO 89/05 530 (5 und 27) bekannt. Weiterhin sind aus dem Lehrbuch "Repetitorium der Physik" von F. K. Kneubühl, ISBN 3-519-03012-8, Teubner, Stuttgart 1975, Seiten 234 bis 241, die allgemeinen Gesetzmäßigkeiten von magnetischen Feldern bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik konzipiert worden, wobei ihr die Aufgabe zu Grunde liegt, bei einem kontaktlosen Datenträgersystem zur Durchführung einer Nahkommunikation durch elektromagnetische Induktion zwischen einem Abfragegerät und einem Transponder das Auftreten des von dem Abfragegerät zu dem Transponder übertragenen Sendesignals an den Antennenanschlüssen des Abfragegerätes beim Empfang des Antwortsignals vom Transponder über die Antenne des Abfragegeräts zu verhindern und auf diese Weise die Detektion des vom Transponder abgegebenen Antwortsignals zu erleichtern und die Zuverlässigkeit des Erkennungs- bzw. Lesevorgangs zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antenne gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die in den 1 bis 10 und 13 bis 20 dargestellten Beispiele beziehen sich auf Hintergrundinformationen und stellen keine Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Die 1, 2, 3, 9 und 10 zeigen den Aufbau von Vergleichsbeispielen einer Antenne für ein Lese-/Schreibgerät.
Die 4A und 4B zeigen den Aufbau eines weiteren Vergleichsbeispiels einer Antenne für ein Lese-/Schreibgerät (wobei 4A eine Draufsicht und 4B eine Seitenansicht der Antenne zeigen).
5 veranschaulicht eine Sendeantenne, die bei der Antenne für ein Lese-/Schreibgerät Verwendung findet.
6 veranschaulicht die von der bei der Antenne für ein Lese-/Schreibgerät verwendeten Sendeantenne erzeugten magnetischen Feldlinien und deren Wirkung auf eine Empfangsantenne.
Die 7A und 7B zeigen den Aufbau eines weiteren Vergleichsbeispiels der Antenne für ein Lese-/Schreibgerät (wobei 7A eine Draufsicht und 7B eine Seitenansicht der Antenne zeigen).
8 veranschaulicht die von der bei der Antenne für ein Lese-/Schreibgerät verwendeten Sendeantenne erzeugten magnetischen Feldlinien und deren Wirkung auf die Empfangsantenne.
11 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antenne für ein Lese-/Schreibgerät.
12 zeigt den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antenne für ein Lese-/Schreibgerät.
13 veranschaulicht einen auf einer kapazitiven Kopplung zwischen der Sendeantenne und der Empfangsantenne beruhenden Leckstrom.
14 veranschaulicht eine zur Verhinderung des Leckstroms dienende Bifilardrosselspule.
15 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel für eine Abschirmung der Empfangsantenne, bei dem eine abgeschirmte Leitung zur Verhinderung des Leckstroms Verwendung findet.
Die 16A und 16B veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel für eine Abschirmung der Empfangsantenne, bei dem ein Rohrmaterial zur Verhinderung des Leckstroms Verwendung findet.
Die 17A, 17B und 17C veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel für eine Abschirmung der Empfangsantenne, bei dem Erdungsplatten zur Verhinderung des Leckstroms Verwendung finden.
Die 18A, 18B und 18C veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel für eine Abschirmung der Empfangsantenne und der Sendeantenne, bei dem Abschirmröhrchen zur Verhinderung des Leckstroms Verwendung finden.
19 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Antennenabstand und der magnetischen Feldstärke bei Sendeantennen von Lese-/Schreibgerätantennen für ein Beispiel und ein Vergleichsbeispiel.
20 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Schleifenradius einer Schleifenspule der Empfangsantenne und der Gegeninduktivität zwischen der Empfangsantenne und einer inneren oder äußeren Schleifenspule der Sendeantenne für die Lese-/Schreibgerätantenne dieses Beispiels.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Antenne für das Lese-/Schreibgerät (die Lese-/Schreibgerätantenne) besteht aus einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne, die jeweils separat vorgesehen sind, wobei die Empfangsantenne eine Schleifenspule aufweist, die in einer Position angeordnet ist, bei der Magnetfelder entgegengesetzter Polarität in der Empfangsantenne durch magnetische Kopplung zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne induziert werden und sich diese Magnetfelder entgegengesetzter Polarität gegenseitig aufheben. Bei einem Abfragegerät mit der erfindungsgemäßen Lese-/Schreibgerätantenne wird daher das Sendesignal der Sendeantenne bei der Empfangsantenne auch bei der über die Sendeantenne erfolgenden Abgabe des Sendesignals zur Übertragung von Informationen oder Energie zu dem Transponder aufgehoben, wodurch ein Auftreten des Sendesignals an den Anschlüssen der Empfangsantenne verhindert wird. Hierdurch wird das Auslesen des Antwortsignals vom Transponder über die Empfangsantenne erleichtert und damit eine höhere Zuverlässigkeit beim Datenlesevorgang erhalten.
Insbesondere umfasst bei der Lese-/Schreibgerätantenne die Sendeantenne zumindest zwei Schleifenspulen zur Erzeugung von Magnetfeldern entgegengesetzter Polarität und ist derart angeordnet, dass die durch die von diesen Schleifenspulen erzeugten Magnetfelder entgegengesetzter Polarität in der Empfangsantenne induzierten Magnetfelder sich gegenseitig aufheben, wobei von dem Schleifendurchmesser einer jeden Schleifenspule der Sendeantenne, der Anzahl ihrer Windungen, ihrer Windungsrichtung, dem Absolutwert des in jeder Schleifenspule fließenden elektrischen Stroms und der Phasendifferenz zwischen den in den jeweiligen Schleifenspulen fließenden elektrischen Strömen zumindest ein Parameter bzw. Faktor ausgewählt und dererart eingestellt wird, dass die magnetischen Feldstärken der von der Sendeantenne abgegebenen Magnetfelder außerhalb eines Kommunikationsbereichs stärker abnehmen als innerhalb des Kommunikationsbereichs, wodurch die magnetische Feldstärke außerhalb des Kommunikationsbereichs verringert und gleichzeitig die magnetische Feldstärke innerhalb des Kommunikationsbereichs auf einem ausreichend hohen Wert gehalten werden können, sodass einerseits eine hohe Kommunikationsqualität gewährleistet und andererseits Interferenzen oder Störungen bei benachbarten Geräten oder benachbarten Kommunikationssystemen in erheblichem Maße verringert sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben, in denen gleiche Bezugszahlen und Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Bauelemente bezeichnen.
1 veranschaulicht den Aufbau einer Lese-/Schreibgerätantenne 1a, die aus einer Sendeantenne 2 und einer Empfangsantenne 3 in separater Anordnung besteht. Hierbei umfasst die Sendeantenne 2 eine mehrere kreisförmige Windungen aufweisende innere Schleifenspule 2a und eine aus einer Windung bestehende äußere Schleifenspule 2b, die koaxial in der gleichen Ebene ausgebildet sind. Die innere Schleifenspule 2a und die äußere Schleifenspule 2b werden hierbei von einer gegensinnig gewickelten Antennenleiterbahn gebildet, sodass die innere Schleifenspule 2a und die äußere Schleifenspule 2b jeweilige Magnetfelder entgegengesetzter Polarität bei der Abgabe des Sendesignals erzeugen.
Diese Sendeantenne 2 kann z.B. erhalten werden, indem ein Leiterdraht in der dargestellten Weise zur Bildung der inneren Schleifenspule und der äußeren Schleifenspule gewickelt wird. Darüber hinaus kann die Antenne auch durch Ätzen einer leitenden Schicht wie einer Kupferfolie eines Substrats erhalten werden, bei dem die leitende Schicht auf einer Isolierschicht angeordnet ist.
Die Empfangsantenne 3 besteht dagegen aus einer kreisförmigen Schleifenspule, deren Schleifendurchmesser größer als derjenige der inneren Schleifenspule 2a der Sendeantenne, jedoch kleiner als der Durchmesser der äußeren Schleifenspule 2b ist, wobei die Empfangsantenne 3 annähernd koaxial zu der inneren Schleifenspule 2a und der äußeren Schleifenspule 2b verläuft. Hierbei sind der Schleifendurchmesser der Empfangsantenne 3 und ihre Lage in Relation zu der inneren Schleifenspule 2a und der äußeren Schleifenspule 2b in geeigneter Weise derart festgelegt, dass die Gegeninduktivität zwischen der Empfangsantenne 3 und der inneren Schleifenspule 2a den gleichen Wert jedoch die entgegengesetzte Polarität in Bezug auf die Gegeninduktivität zwischen der Empfangsantenne 3 und der äußeren Schleifenspule 2b aufweist, wodurch sie sich gegenseitig aufheben. Im einzelnen sind z.B. die Spulenparameter der Empfangsantenne 3 und ihre Lage derart festgelegt, dass die an den Empfangsantennenanschlüssen bei der Abgabe des Sendesignals über die innere Schleifenspule 2a auftretende Klemmenspannung gleich der bei der Abgabe des Sendesignals über die äußere Schleifenspule 2b dort auftretenden Klemmenspannung wird, sodass sich die an den Empfangsantennenanschlüssen auftretenden Klemmenspannungen gegenseitig aufheben. Wenn die Sendeantenne 2 und die Empfangsantenne 3 bei einer Struktur wie im Falle der Lese-/Schreibgerätantenne 1a gemäß 1 oder der nachstehend noch näher beschriebenen Lese-/Schreibgerätantennen 1b (2), 1c (3), 1d (4A und 4B), 1e (7A und 7B), 1f (9), 1g (10), 1h (11) und 1i (12) in Horizontalrichtung oder Vertikalrichtung sehr symmetrisch angeordnet sind, lassen sich der Schleifendurchmesser der Empfangsantenne 3 und ihre Lage in Relation zu den die Sendeantenne bildenden Schleifenspulen relativ einfach bestimmen bzw. festlegen.
Die Empfangsantenne 3 kann durch Wickeln eines Leiterdrahtes oder durch Ätzen eines Substrats in ähnlicher Weise wie die vorstehend beschriebene Sendeantenne ausgebildet werden. Insbesondere bei Ausbildung der Sendeantenne 2 durch Ätzen einer Leiterschicht eines auf beiden Seiten mit Leiterschichten versehenen doppelseitigen Substrats wird die Empfangsantenne 3 vorzugsweise durch Ätzen der jeweils anderen Leiterschicht auf der gegenüberliegenden Seite des doppelseitigen Substrats ausgebildet, wodurch sich eine Vereinfachung der Herstellungsschritte erzielen lässt.
Wenn ein Abfragegerät mit der aus der Sendeantenne 2 und der Empfangsantenne 3 in der vorstehend beschriebenen Weise bestehenden Lese-/Schreibgerätantenne 1a ausgestattet ist, heben sich bei der Übermittlung von Sendesignalen von der Sendeantenne 2 (der inneren Schleifenspule 2a und der äußeren Schleifenspule 2b) des Abfragegerätes zur Informations- oder Energieübertragung zu dem Transponder bei gleichzeitigem Empfang des Antwortsignals vom Transponder durch die Empfangsantenne 3 des Abfragegerätes die von der Sendeantenne 2 abgegebenen Sendesignale entgegengesetzter Polarität in der Empfangsantenne 3 gegenseitig auf, wodurch das Auftreten von unerwünschten Störspannungen an den Anschlüssen der Empfangsantenne 3 auf Grund der Sendesignale in erheblichem Maße verringert wird. Das Antwortsignal kann somit von der Empfangsantenne 3 einfach detektiert und mit hoher Zuverlässigkeit erfasst bzw. ausgelesen werden.
Bei der Erzeugung der Magnetfelder entgegengesetzter Polarität durch die innere Schleifenspule 2a und die äußere Schleifenspule 2b, die die Sendeantenne in der vorstehend beschriebenen Weise bilden, werden die Schleifenspulen vorzugsweise derart eingestellt, dass die magnetische Feldstärke des Gesamtfeldes, das sich aus den von der inneren Schleifenspule 2a und der äußeren Schleifenspule 2b erzeugten Magnetfeldern zusammensetzt, außerhalb der Kommunikationszone stärker als innerhalb der Kommunikationszone abfällt. Diese Einstellung findet vorzugsweise derart statt, dass die magnetische Feldstärke der von der Sendeantenne 2 abgegebenen Magnetfelder umgekehrt proportional zur n- ten Potenz (n > 3) des Abstands von der Sendeantenne 2 innerhalb eines Entfernungsbereiches abnimmt, der ausreichend kürzer als die Sendewellenlänge ist (siehe die Patentansprüche der japanischen Patentanmeldung No. 7-120 810, die als JP 829 3724 und als US 5 764 196 veröffentlicht worden ist). Dies ermöglicht eine Verringerung der magnetischen Feldstärke außerhalb des Kommunikationsbereichs bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer ausreichend hohen magnetischen Feldstärke innerhalb des Kommunikationsbereichs und damit die Gewährleistung einer guten Kommunikationsqualität, wobei Interferenzen oder Störungen bei benachbarten Geräten oder benachbarten Kommunikationssystemen in erheblichem Maße verringert werden können.
Hierbei besteht ein Einstellverfahren darin, von dem Schleifendurchmesser einer jeden Schleifenspule 2a, 2b, der Anzahl ihrer Windungen, ihrer Windungsrichtung, dem Absolutwert des in ihr fließenden elektrischen Stroms und der Phasendifferenz zwischen den in den Schleifenspulen fließenden elektrischen Strömen zumindest einen Faktor bzw. Parameter in geeigneter Weise einzustellen. Obwohl dies nicht dargestellt ist, können zur Erleichterung einer Feineinstellung eine variable Induktivität, ein variabler Kondensator oder ein variabler Widerstand jeweils mit der internen Schleifenspule 2a und der externen Schleifenspule 2b verbunden und entsprechend eingestellt werden. Wenn die Schleifenspulen auf einem Substrat ausgebildet werden, kann ein Einstellmuster aus einer Metallfolie oder dergleichen um die Schleifenspulen herum auf dem Substrat angeordnet werden, wobei sich die Anordnung und der Bereich des Musters in entsprechender Weise einstellen lassen.
In Bezug auf die Lese-/Schreibgerätantenne kann eine Vielzahl von Konfigurationen in Betracht gezogen werden, solange die Erfordernisse erfüllt sind, dass die Empfangsantenne und die Sendeantenne separat vorgesehen sind, Magnetfelder entgegengesetzter Polarität durch magnetische Kopplung zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne in der Empfangsantenne induziert werden und die Empfangsantenne derart angeordnet ist, dass sich die Magnetfelder entgegengesetzter Polarität gegenseitig aufheben. Bei der die Sendeantenne oder die Empfangsantenne jeweils bildenden Schleifenspule bestehen keine spezifischen Beschränkungen in Bezug auf die Konfiguration, die Anzahl ihrer Windungen, die Anzahl der Schleifenspulen, deren Anordnung usw.
So umfasst z.B. bei der Lese-/Schreibgerätantenne 1a gemäß 1 die Sendeantenne 2 zwei Schleifenspulen 2a, 2b zur Erzeugung von Magnetfeldern entgegengesetzter Polarität bei der Abgabe des Sendesignals, während bei der Lese-/Schreibgerätantenne 1b gemäß 2 die verwendete Sendeantenne 2 aus einer einzigen Schleifenspule besteht. In diesem Fall ist die Empfangsantenne 3 derart anzuordnen, dass ihre Schleifenfläche senkrecht zu der Schleifenfläche der Sendeantenne 2 verläuft. In Bezug auf den durch die Empfangsantenne 3 hindurch verlaufenden Anteil des bei der Abgabe des Sendesignals durch die Sendeantenne 2 erzeugten (und in der Zeichnung gestrichelt dargestellten) magnetischen Induktionsflusses wird der magnetische Induktionsfluss 2x auf einer Seite der Schleifenfläche der Sendeantenne 2 dahingehend gesteuert, dass er dem magnetischen Induktionsfluss 2y auf der anderen Seite der Schleifenfläche entspricht. Dies führt zu einer gegenseitigen Aufhebung des von der Sendeantenne 2 erzeugten magnetischen Induktionsflusses 2x und magnetischen Induktionsflusses 2y in der Empfangsantenne 3. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass durch das Sendesignal ein unerwünschter Anstieg von Störspannungen an den Anschlüssen der Empfangsantenne 3 erfolgt.
Während bei der Lese-/Schreibgerätantenne 1a gemäß 1 die Sendeantenne 2 aus der inneren Schleifenspule 2a und der äußeren Schleifenspule 2b besteht, die koaxial in der gleichen Ebene ausgebildet sind, kann bei einem anderen Beispiel einer Lese-/Schreibgerätantenne 1c gemäß 3 die Sendeantenne 2 zwei separate, kreisförmige Schleifenspulen 2a, 2b umfassen, die ohne Schleifenüberdeckung einander gegenüberliegend angeordnet sind, während eine Empfangsantenne 3 derart angeordnet ist, dass sie die beiden Schleifenspulen 2a, 2b überdeckt. Damit in diesem Fall von den beiden Schleifenspulen 2a, 2b Magnetfelder entgegengesetzter Polarität bei der Abgabe des Sendesignals erzeugt werden, sind z.B. die Antennenanschlüsse derart geschaltet, dass in den Schleifenspulen 2a, 2b gegensinnig gerichtete elektrische Ströme fließen können.
Die Lese-/Schreibgerätantenne 1d gemäß 4 (bei der 4A eine Draufsicht und 4B eine Seitenansicht darstellen) bezieht sich auf ein Beispiel, bei dem die Sendeantenne 2 erhalten wird, indem ein Antennenleiter derart geformt wird, dass die Schleifenspulen 2a, 2b zur Erzeugung von Magnetfeldern entgegengesetzter Polarität benachbart zueinander angeordnet und gegensinnig gewickelt sind, wobei die aus einer Schleifenspule bestehende Empfangsantenne 3 im wesentlichen in der Mitte zwischen den beiden Schleifenspulen 2a, 2b der Sendeantenne 2 derart angeordnet ist, dass die Schleifenfläche der Empfangsantenne 3 parallel zu der Schleifenfläche der Schleifenspulen 2a, 2b der Sendeantenne 2 verläuft.
Die Sendeantenne 2 gemäß 4 kann z.B. erhalten werden, indem ein Leiterdraht in Form einer "8" verlegt wird. Bei einem in 5 veranschaulichten weiteren Verfahren wird ein in der Zeichnung in Form von durchgezogenen Linien dargestelltes S-förmiges Leiterbahnmuster durch Ätzen auf einer Oberfläche eines doppelseitigen Substrats 4 ausgebildet, das leitende Schichten auf beiden Oberflächen einer zwischenliegenden Isolierschicht aufweist, während ein in der Zeichnung gestrichelt dargestelltes S-förmiges Leiterbahnmuster durch Ätzen auf der anderen Oberfläche ausgebildet wird, wobei die beiden Muster über Durchgangslöcher h1, h2 miteinander verbunden werden.
Bei der Ausbildung der Sendeantenne 2 in Form von zwei Schleifenspulen zur Erzeugung von Magnetfeldern entgegengesetzter Polarität kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten in geeigneter Weise festgelegt werden, ob diese Schleifenspulen durch Wickeln eines Leiterdrahtes in der vorstehend in Verbindung mit 4 oder 1 beschriebenen Weise oder als separate, voneinander unabhängige Schleifenspulen in der in 3 veranschaulichten Weise ausgestaltet werden sollen. Die erstere Konfiguration besitzt jedoch den Vorteil, dass Richtung und Phase der in den jeweiligen Schleifenspulen fließenden elektrischen Ströme zur Erzeugung von Magnetfeldern entgegengesetzter Polarität nicht separat eingestellt werden müssen, wodurch sich Entwurf und Auslegung der Sendeantenne vereinfacht.
6 veranschaulicht die von der Sendeantenne 2 gemäß 4 erzeugten magnetischen Feldlinien bzw. Kraftlinien. Wie der Figur zu entnehmen ist, weist das von der Schleifenspule 2a der Sendeantenne 2 erzeugte Magnetfeld in Bezug auf das von der Schleifenspule 2b erzeugte Magnetfeld die entgegengesetzte Polarität auf. Auch bei dieser Sendeantenne 2 wird vorzugsweise von dem Schleifendurchmesser einer jeden Schleifenspule 2a, 2b, der Anzahl ihrer Windungen, dem Absolutwert des in ihnen fließenden elektrischen Stroms und der Phasendifferenz zwischen den in den jeweiligen Schleifenspulen fließenden elektrischen Strömen zumindest ein Faktor bzw. Parameter in geeigneter Weise derart eingestellt, dass die Feldstärke des Gesamtmagnetfeldes, das sich aus den von diesen Schleifenspulen 2a, 2b erzeugten Magnetfeldern ergibt, in ähnlicher Weise wie bei der vorstehend beschriebenen Sendeantenne gemäß 1 außerhalb des Kommunikationsbereichs in stärkerem Maße abnimmt als innerhalb des Kommunikationsbereichs.
Außerdem weist die magnetische Induktion bzw. Flussdichte in der Nähe des Berührungspunktes zwischen den beiden Schleifenspulen 2a, 2b der Sendeantenne 2 in der in 6 veranschaulichten Weise hohe Werte auf. Wenn daher die Schleifenspule der Empfangsantenne 3 parallel zu der Schleifenfläche der Schleifenspulen 2a, 2b in der in 4 veranschaulichten Weise im Bereich der hohen magnetischen Induktion bzw. Flussdichte angeordnet wird, induzieren die Schleifenspule 2a und die Schleifenspule 2b der Sendeantenne 2 in der Schleifenspule der Empfangsantenne 3 jeweils starke Spannungen entgegengesetzter Polarität. Wenn daher die Spulenparameter der Schleifenspule der Empfangsantenne 3 derart eingestellt werden, dass die Gegeninduktivität zwischen der Schleifenspule der Empfangsantenne 3 und der Schleifenspule 2a der Sendeantenne den gleichen Wert, jedoch die entgegengesetzte Polarität in Bezug auf die Gegeninduktivität zwischen der Schleifenspule der Empfangsantenne 3 und der Schleifenspule 2b der Sendeantenne aufweist, findet in der Empfangsantenne 3 eine gegenseitige Aufhebung wie im Falle der Anordnung gemäß 1 statt. Auch durch diese Konfiguration lässt sich somit das Auftreten einer von dem Sendesignal verursachten unerwünschten Störspannung an den Anschlüssen der Empfangsantenne 3 in erheblichem Maße verringern.
Da die magnetische Induktion bzw. Flussdichte in der Nähe des Berührungspunktes zwischen den beiden benachbarten Schleifenspulen 2a, 2b der Sendeantenne gemäß 4 in der vorstehend beschriebenen Weise hohe Werte aufweist, kann durch die Verwendung einer solchen Sendeantenne der Winkelbereich der Transponderantenne in Bezug auf die Sendeantenne des Abfragegerätes erheblich vergrößert werden, den der Transponder zum Empfang des von dem Abfragegerät abgegebenen Sendesignals mit einer bestimmten, vorgegebenen Empfangsempfindlichkeit benötigt.
Die Lese-/Schreibgerätantenne 1e gemäß 7 (bei der 7A eine Draufsicht und 7B eine Seitenansicht zeigen) stellt ein Beispiel dar, bei dem die Sendeantenne 2 der Sendeantenne der Lese-/Schreibgerätantenne 1d gemäß 4 entspricht, während die Empfangsantenne 3 derart angeordnet ist, dass ihre Schleifenfläche senkrecht zu der Schleifenfläche der Schleifenspulen 2a, 2b der Sendeantenne verläuft. 8 veranschaulicht die magnetischen Feldlinien bzw. Kraftlinien für diesen Fall. Wenn bei dieser Anordnung der Empfangsantenne 3 die Sendeantenne 2 bei der Abgabe des Sendesignals einen (in der Figur gestrichelt dargestellten) magnetischen Induktionsfluss erzeugt, wird von dem durch die Empfangsantenne 3 hindurchtretenden magnetischen Induktionsfluss der magnetische Induktionsfluss 2x auf der einen Seite der Schleifenfläche der Sendeantenne 2 dahingehend gesteuert, dass er dem magnetischen Induktionsfluss 2y auf der anderen Seite entspricht, sodass sich in der Empfangsantenne 3 der von der Sendeantenne 2 erzeugte magnetische Induktionsfluss 2x und magnetische Induktionsfluss 2y wie im Falle der vorstehend beschriebenen Lese-/Schreibgerätantenne 1b gemäß 2 gegenseitig aufheben können. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist somit ebenfalls eine erhebliche Verringerung einer auf Grund des Sendesignals an den Anschlüssen der Empfangsantenne 3 auftretenden unerwünschten Störspannung erzielbar.
Die Lese-/Schreibgerätantenne 1f gemäß 9 stellt ein Beispiel dar, bei dem die Sendeantenne 2 aus drei benachbarten, in einer Reihe angeordneten Schleifenspulen 2a, 2b, 2c besteht, die durch Verlegen eines Antennenleiterdrahtes in einer Konfiguration von benachbarten, gegensinnig gewickelten Schleifenspulen erhalten werden, wodurch sich benachbarte Schleifenspulen zur Erzeugung von Magnetfeldern entgegengesetzter Polarität in ähnlicher Weise wie bei der Lese-/Schreibgerätantenne 1d gemäß 4 ergeben. In diesem Fall besitzen die beiden Schleifenspulen an den beiden Enden die gleiche Polarität, während die Schleifenspule 2b in der Mitte in Bezug auf diese Schleifenspulen 2a und 2c die entgegengesetzte Polarität aufweist. Die Spulenparameter der Schleifenspule der Empfangsantenne 3 sind daher derart eingestellt, dass die Gegeninduktivität zwischen der Schleifenspule der Empfangsantenne 3 und den Schleifenspulen 2a, 2c an den beiden Enden der Sendeantenne den gleichen Wert, jedoch die entgegengesetzte Polarität in Bezug auf die Gegeninduktivität zwischen der Schleifenspule der Empfangsantenne 3 und der Schleifenspule 2b in der Mitte der Sendeantenne aufweist. Auch hierdurch lässt sich das Auftreten einer von dem Sendesignal hervorgerufenen unerwünschten Störspannung in der Empfangsantenne 3 unterdrücken.
Die Lese-/Schreibgerätantenne 1g gemäß 10 stellt eine Modifikation der Lese-/Schreibgerätantenne 1f gemäß 9 dar, die erhalten wird, indem die beiden Endschleifenspulen 2a, 2c der Sendeantenne 2 nicht kreisförmig ausgestaltet werden. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von Konfigurationen für die Schleifenspulen der Sendeantenne und der Empfangsantenne in Betracht gezogen werden kann, ohne dass hierbei eine Beschränkung auf eine Kreisform erforderlich ist.
Die Lese-/Schreibgerätantenne 1h gemäß 11 ist zwar der Lese-/Schreibgerätantenne 1f gemäß 9 insofern ähnlich, als die Sendeantenne 2 auch in diesem Falle aus drei benachbarten, gegensinnig gewickelten Schleifenspulen 2a, 2b, 2c besteht, unterscheidet sich jedoch von der Sendeantenne 2 gemäß 9 dadurch, dass der Schleifendurchmesser der beiden Endschleifenspulen 2a, 2c kleiner als bei der Konfiguration gemäß 9 ist und die mittlere Schleifenspule 2b darüber hinaus eine geringere Windungszahl aufweist.
Außerdem umfasst die Empfangsantenne 3 der Lese-/Schreibgerätantenne 1h gemäß 11 Hilfsspulen 3p, 3q. Hierbei kann die Aufhebung der Gegeninduktivitäten zwischen der Empfangsantenne 3 und der Sendeantenne 2 genau eingestellt werden, indem die Form der Hilfsspulen 3p, 3q entsprechend verändert wird, wenn es sich bei der Schleifenspule der Empfangsantenne 3 um eine gewickelte Drahtspule handelt, oder indem ein entsprechendes Muster der Hilfsspulen 3p, 3q ausgebildet wird, wenn es sich bei der Schleifenspule um ein durch Ätzen einer leitenden Schicht auf einem Substrat erhaltenes Spulenmuster handelt. Die Empfangsantenne 3 wird daher zur Einstellung der Gegeninduktivitäten vorzugsweise mit den Hilfsspulen 3p, 3q ausgestattet.
Die Lese-/Schreibgerätantenne 1i gemäß 12 ist der Lese-/Schreibgerätantenne 1a gemäß 1 zwar insofern ähnlich, als die Sendeantenne 2 die in koaxialer Ausbildung in der gleichen Ebene angeordnete innere Schleifenspule 2a und äußere Schleifenspule 2b umfasst und die Schleifenspule der Empfangsantenne 3 weitgehend koaxial zu der inneren Schleifenspule 2a und der äußeren Schleifenspule 2b verläuft, ähnelt jedoch außerdem auch der Lese-/Schreibgerätantenne 1h gemäß 11 insofern, als die Empfangsantenne 3 mit Hilfsspulen 3p, 3q, 3r, 3s zur genauen Einstellung der Aufhebung der Gegeninduktivitäten zwischen der Empfangsantenne 3 und der Sendeantenne 2 versehen ist.
Außer der Hinzufügung der Hilfsspulen in der in 11 oder 12 veranschaulichten Weise können die Gegeninduktivitäten zwischen der Empfangsantenne 3 und der Sendeantenne 2 auch eingestellt werden, indem ein variabler Kondensator oder ein variabler Widerstand mit jeder Schleifenspule der Sendeantenne oder der Schleifenspule der Empfangsantenne verbunden und entsprechend eingestellt wird, oder indem die Schleifenspulen mit einer Metallfolie oder dergleichen umgeben und hierbei die Anordnung und der Bereich der Metallfolie eingestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben, besteht die erfindungsgemäße Lese-/Schreibgerätantenne grundsätzlich aus der Sendeantenne und der Empfangsantenne, wobei die Sendeantenne vorzugsweise von zumindest zwei Schleifenspulen zur Erzeugung von Magnetfeldern entgegengesetzter Polarität bei der Abgabe des Sendesignals gebildet wird. Die Empfangsantenne ist hierbei derart angeordnet, dass die von der Sendeantenne abgegebenen Magnetfelder aufgehoben werden, wodurch verhindert wird, dass die Empfangsantenne das Sendesignal aufnimmt.
Darüber hinaus kann im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von Maßnahmen zur Modifikation dieser grundlegenden Anordnung zwecks Erzielung einer Abschirmung der Empfangsantenne in Bezug auf das von der Sendeantenne abgegebene Sendesignal in Betracht gezogen werden. Auch wenn eine Aufhebung der von der Sendeantenne erzeugten Magnetfelder in der Empfangsantenne erfolgt, ist nämlich eine Streukoppelkapazität auf Grund einer kapazitiven Kopplung zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne vorhanden, durch die das Fließen eines Leckstroms in der Empfangsantenne verursacht wird. 13 veranschaulicht ein allgemeines Beispiel für einen solchen Leckstrom, das zeigt, dass beim Fließen eines elektrischen Stroms in Pfeilrichtung in der Spule der Sendeantenne 2 über die Streukoppelkapazität C auch das Fließen eines elektrischen Stroms in Pfeilrichtung in der Empfangsantenne 3 herbeigeführt wird.
Durch eine solche Maßnahme wird eine erhebliche Verringerung des Einflusses der Streukoppelkapazität C ermöglicht, wodurch sich das durch den Leckstrom gegebene Problem lösen lässt. So kann z.B. die Maßnahme zur erheblichen Verringerung der Streukoppelkapazität C in der Anordnung einer Bifilardrosselspule in der Empfangsantenne oder in der Anbringung einer elektrostatischen Abschirmung um die Empfangsantenne herum bestehen.
Eine Konfiguration mit einer Bifilardrosselspule ist z.B. in der in 14 veranschaulichten Weise derart ausgestaltet, dass eine Bifilardrosselspule 5 der Schleifenspule der Empfangsantenne 3 nachgeschaltet und ein Anpassungstransformator 6 zwischen der Bifilardrosselspule 5 und dem Hauptteil der Empfangsschaltung vorgesehen sind. In diesem Fall besitzen die die Bifilardrosselspule bildenden beiden Spulen vorzugsweise eine hohe Impedanz in Bezug auf in der gleichen Richtung fließende Ströme. Dies wird vorzugsweise durch Vergrößerung der Windungszahl der Spulen oder durch Einfügung eines Ferritkerns oder dergleichen in jede Spule realisiert. Auf diese Weise lässt sich der Leckstrom in erheblichem Maße reduzieren und damit ein durch den Leckstrom hervorgerufener Spannungsabfall an den Anschlüssen der Empfangsantenne weitgehend unterdrücken. Demgegenüber fließen die durch das Antwortsignal vom Transponder hervorgerufenen elektrischen Ströme in der entgegengesetzten Richtung über die Bifilardrosselspule, sodass kein Spannungsabfall hervorgerufen wird und keine Dämpfung erfolgt. Auf diese Weise ist eine gute Erfassung des ursprünglichen Nutzsignals gewährleistet.
Andererseits kann eine Konfiguration zur elektrostatischen Abschirmung der Empfangsantenne z.B. in der in 15 dargestellten Weise in Betracht gezogen werden, bei der ein abgeschirmtes Kabel (oder Koaxialkabel) 7 für die Empfangsantenne 3 Verwendung findet, dessen Abschirmmantel 7a an Masse liegt. Hierbei dient ein Innenleiter 7b des abgeschirmten Kabels 7 als Antenne. In einem Bereich 7x des abgeschirmten Kabels 7 ist ein Teil des Abschirmmantels 7a entfernt um zu verhindern, dass der Abschirmmantel 7a eine Schleife bildet.
Eine weitere Konfiguration kann darin bestehen, die Empfangsantenne 3 mit Hilfe eines elektrisch leitenden Rohrmaterials 8 in der in 16A veranschaulichten Weise abzuschirmen und dieses Rohrmaterial 8 an Masse zu legen. Das Rohrmaterial 8 besteht aus einem C-förmigen Rohr, das den mit einem Isoliermaterial 9 beschichteten Antennenleiter 3a in der in der Schnittansicht gemäß 16B veranschaulichten Weise umgibt, wobei ein Ende des Rohrs an Masse gelegt ist.
Die 17A (eine Draufsicht), 17B (eine Seitenansicht) und 17C (eine Ansicht von unten) zeigen ein weiteres Beispiel in Form einer Modifikation der Lese-/Schreibgerätantenne gemäß 1, bei dem eine jeweils scheibenförmige Sendeantennenplatte 10x und Empfangsantennenplatte 10y auf den entsprechenden Schleifenflächen der Sendeantenne 2 und der Empfangsantenne 3 einander gegenüberliegend angeordnet sind, eine Erdungsplatte 11x (in 17A gestrichelt dargestellt) auf der Oberfläche der Sendeantennenplatte 10x gegenüber den Schleifenspulen 2a, 2b und eine Erdungsplatte 11y (in 17C gestrichelt dargestellt) auf der Oberfläche der Empfangsantennenplatte 10y gegenüber der Schleifenspule angeordnet sind, und außerdem eine Isolationsplatte 12 zwischen der Erdungsplatte 11x und der Erdungsplatte 11y angeordnet ist, wobei die Erdungsplatte 11x und die Erdungsplatte 11y an Masse liegen.
18A zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem zur besseren Abschirmung der Empfangsantenne in der Lese-/Schreibgerätantenne gemäß 1 Kupfer-Abschirmungsrohre 13 die Sendeantenne (die drei Windungen umfassende innere Schleifenspule und die eine Windung umfassende äußere Schleifenspule) und die (eine Schleifenspule mit einer Windung umfassende) Empfangsantenne aufnehmen und abschirmen, die jeweils von isolierten Leiterdrähten gebildet werden. 18B zeigt in vergrößerter Darstellung einen Bereich A1 der von dem Abschirmrohr 13 in der in 18A veranschaulichten Weise abgeschirmten inneren Schleifenspule 2a der Sendeantenne, während 18C eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Bereichs B der inneren Schleifenspule 2a zeigt. Das Abschirmrohr 13 wird in der dargestellten Weise von elektrisch leitenden Rohren 13a gebildet, die in dem Bereich A1 gemäß der Pfeildarstellung in die beiden Seiten eines Isolationselements 13b eingepasst werden, wodurch verhindert wird, dass sich eine von den leitenden Rohren 13a gebildete Leiterschleife schließt. Die gleiche Anordnung findet auch bei einem Bereich A2 der äußeren Schleifenspule der Sendeantenne und einem Bereich A3 der Empfangsantenne Verwendung, die jeweils dem Bereich A1 der inneren Schleifenspule entsprechen.
BEISPIELE
Nachstehend wird ein "Beispiel 1" in Verbindung mit einem "Vergleichsbeispiel" näher beschrieben, wobei sowohl das Beispiel 1 als auch das Vergleichsbeispiel keine Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
Es wurde die Lese-/Schreibgerätantenne 1a gemäß 1 hergestellt. Hierbei wurden die Spulenparameter der die Sendeantenne 2 bildenden inneren Schleifenspule 2a und äußeren Schleifenspule 2b gemäß der nachstehenden Tabelle 1 eingestellt (Beispiel 1).
Für einen Vergleich wurde eine weitere Lese-/Schreibgerätantenne in der gleichen Weise wie im Falle des Beispiels 1 hergestellt, allerdings mit der Ausnahme, dass die Sendeantenne in diesem Fall aus einer einzigen Schleifenspule bestand. Die Spulenparameter der Schleifenspule dieser Sendeantenne wurden ebenfalls gemäß Tabelle 1 eingestellt, wobei der elektrische Strom derart festgelegt wurde, dass in einem Objektabstand von 15 cm eine magnetische Feldstärke von 100 dBμA/m erhalten wurde.
Tabelle 1
Die Messung erfolgte unter Verwendung einer Suchspule zur Ermittlung der magnetischen Feldstärkeverteilung bei der jeweiligen Sendeantenne, d.h., zur Ermittlung der Beziehung zwischen dem Abstand von der Sendeantenne und der hierbei auftretenden magnetischen Feldstärke. Die Messergebnisse sind in 19 wiedergegeben.
19 lässt sich entnehmen, dass bei der Sendeantenne gemäß dem Vergleichsbeispiel die magnetische Feldstärke umgekehrt proportional zur dritten Potenz des Abstands von der Antenne allmählich abfällt, während bei der Sendeantenne gemäß Beispiel 1 die magnetische Feldstärke mit steigender Entfernung zu der Antenne umgekehrt proportional zur fünften Potenz des Abstands von der Antenne steil abfällt. Die magnetische Feldstärke kann somit im Kommunikationsbereich auf einem hohen Wert gehalten werden, während außerhalb des Kommunikationsbereichs eine Abnahme der magnetischen Feldstärke auf einen ausreichend niedrigen Pegel stattfindet, sodass Interferenzen oder Störungen bei benachbarten Geräten oder benachbarten Kommunikationssystemen in erheblichem Maße verringert werden.
Sodann wurde die Gegeninduktivität für verschiedene Schleifendurchmesser bei einer aus einer einzigen Windung bestehenden Schleifenspule der Empfangsantenne gemessen. Hierbei wurden die Gegeninduktivität M (3-2a) zwischen der Schleifenspule der Empfangsantenne und der inneren Schleifenspule der Sendeantenne, die Gegeninduktivität M (3-2b) zwischen der Schleifenspule der Empfangsantenne und der äußeren Schleifenspule der Sendeantenne sowie die Gegeninduktivität M (3-2a, 3-2b) zwischen der Schleifenspule der Empfangsantenne und der Spule der Sendeantenne erhalten, die hierbei als Sendeantenne mit in Reihe geschalteten inneren und äußeren Schleifenspulen entgegengesetzter Polarität ausgestaltet war, die somit als einzige Sendespule betrachtet werden können. Die Ergebnisse dieser Messung sind in 20 dargestellt.
20 lässt sich entnehmen, dass im Falle einer inneren Schleifenspule 2a der Sendeantenne mit drei Windungen und einem Radius von 50 mm, einer äußeren Schleifenspule 2b mit zwei Windungen und einem Radius von 61,2 mm und koaxialer Anordnung der Spulen in der gleichen Ebene, M = 0 beträgt, wenn die Schleifenspule der Empfangsantenne eine Windung und einen Radius von 58,4 mm aufweist, sodass zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne (an einem in der Figur durch einen Pfeil veranschaulichten Punkt) keine Kopplung besteht. Die Spulenparameter der Empfangsantenne können daher entsprechend diesem Punkt festgelegt werden, bei dem zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne keine Kopplung mehr besteht.
Wie vorstehend beschrieben, kann durch eine solche Konfiguration bei einem kontaktlosen Datenträgersystem zur Durchführung einer Nahkommunikation durch elektromagnetische Induktion zwischen einem Abfragegerät und einem Transponder verhindert werden, dass das von dem Abfragegerät zum Transponder übermittelte Sendesignal an den Antennenanschlüssen des Abfragegerätes beim Empfang des Antwortsignals vom Transponder über die Antenne des Abfragegerätes auftritt, wodurch die Detektion des Antwortsignals vom Transponder erleichtert und damit die Zuverlässigkeit des Lesevorgangs verbessert werden.
Außerdem kann bei dieser Konfiguration eine Sendeantenne mit zumindest zwei Schleifenspulen zur Erzeugung von Magnetfeldern entgegengesetzter Polarität verwendet werden, wobei von dem Schleifendurchmesser einer jeden Schleifenspule, der Anzahl ihrer Windungen, ihrer Windungsrichtung, dem Absolutwert des in ihr fließenden elektrischen Stroms und der Phasendifferenz zwischen den in den jeweiligen Schleifenspulen fließenden elektrischen Strömen zumindest ein Faktor bzw. Parameter ausgewählt und in geeigneter Weise derart eingestellt ist, dass die magnetische Feldstärke innerhalb des zu erwartenden Kommunikationsbereichs ausreichend hoch ist, mit zunehmender Entfernung von der Antenne jedoch stark abnimmt, sodass die magnetische Feldstärke außerhalb des Kommunikationsbereichs zuverlässig unter einem vorgegebenen Pegel gehalten werden kann.
Auf diese Weise kann somit die Feldstärke des von dem Abfragegerät zu dem Transponder übertragenen Magnetfeldes außerhalb des Kommunikationsbereiches in ausreichendem Maße verringert und auf diese Weise die Interferenz- oder Störwirkung bei benachbarten Geräten oder benachbarten Kommunikationssystemen in erheblichem Maße herabgesetzt werden, während gleichzeitig eine ausreichend hohe magnetische Feldstärke zur Gewährleistung einer guten Kommunikationsqualität innerhalb des Kommunikationsbereiches aufrecht erhalten wird. Gleichzeitig kann verhindert werden, dass das Abfragegerät bei der Detektion des Antwortsignals vom Transponder in unerwünschter Weise das von dem Abfragegerät dem Transponder zugeführte Sendesignal erfasst, wodurch die Detektion des Antwortsignals vom Transponder erleichtert und damit die Zuverlässigkeit des Lesevorgangs erhöht werden.

Claims

Antenne (1h, 1i) für ein Lese-/Schreibgerät eines Abfragegerätes in einem das Abfragegerät und einen Transponder umfassenden kontaktlosen Datenträgersystem, wobei die Antenne (1h, 1i) für das Lese-/Schreibgerät des Abfragegerätes eine Sendeantenne (2) zur Übertragung eines Signals zu dem Transponder und eine Empfangsantenne (3) zum Empfang eines Signals vom Transponder aufweist, und die Empfangsantenne eine Schleifenspule aufweist, die in einer Position angeordnet ist, bei der Magnetfelder entgegengesetzter Polarität in der Empfangsantenne (3) durch magnetische Kopplung zwischen der Empfangsantenne (3) und der Sendeantenne (2) induziert werden und sich die Magnetfelder entgegengesetzter Polarität gegenseitig aufheben, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsantenne (3) eine Hilfsspule (3p, 3q, 3r, 3s) zur Einstellung einer Gegeninduktivität zwischen der Empfangsantenne (3) und der Sendeantenne (2) aufweist, der Durchmesser der Hilfsspule (3p, 3q, 3r, 3s) kleiner als der Durchmesser der Schleifenspule der Empfangsantenne (3) ist, und die Hilfsspule (3p, 3q, 3r, 3s) in einem von der Schleifenspule der Empfangsantenne (3) definierten Bereich angeordnet ist.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach Anspruch 1, bei der die Sendeantenne zumindest zwei Schleifenspulen zur Erzeugung von Magnetfeldern entgegengesetzter Polarität aufweist und die Empfangsantenne derart angeordnet ist, dass durch die von den Schleifenspulen erzeugten Magnetfelder entgegengesetzter Polarität in der Empfangsantenne induzierte Magnetfelder sich gegenseitig aufheben.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach Anspruch 2, bei der von dem Schleifendurchmesser einer jeden Schleifenspule der Sendeantenne, der Anzahl ihrer Windungen, ihrer Windungsrichtung, dem Absolutwert des in ihr fließenden elektrischen Stroms und der Phasendifferenz zwischen den in den jeweiligen Schleifenspulen fließenden elektrischen Strömen zumindest ein Parameter derart eingestellt ist, dass die magnetischen Feldstärken der von der Sendeantenne abgegebenen Magnetfelder außerhalb eines Kommunikationsbereichs stärker abnehmen als innerhalb des Kommunikationsbereichs.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach Anspruch 2, bei der die Sendeantenne zur nebeneinanderliegenden Ausbildung der Schleifenspulen der Sendeantenne, Erzeugung der Magnetfelder entgegengesetzter Polarität und Wickeln der nebeneinanderliegenden Schleifenspulen in einander entgegengesetzten Richtungen von einer Leiterbahn eines Antennenleiters gebildet wird.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach Anspruch 3, bei der die Sendeantenne zur nebeneinanderliegenden Ausbildung der Schleifenspulen der Sendeantenne, Erzeugung der Magnetfelder entgegengesetzter Polarität und Wickeln der nebeneinanderliegenden Schleifenspulen in einander entgegengesetzten Richtungen von einer Leiterbahn eines Antennenleiters gebildet wird.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach Anspruch 2, bei der die Schleifenspulen der Sendeantenne zur Erzeugung der Magnetfelder entgegengesetzter Polarität eine innere Schleifenspule und eine äußere Schleifenspule aufweisen, die koaxial in der gleichen Ebene ausgebildet sind, wobei die innere Schleifenspule und die äußere Schleifenspule aus einer in einander entgegengesetzten Richtungen gewickelten Leiterbahn eines Antennenleiters bestehen.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach Anspruch 3, bei der die Schleifenspulen der Sendeantenne zur Erzeugung der Magnetfelder entgegengesetzter Polarität eine innere Schleifenspule und eine äußere Schleifenspule aufweisen, die koaxial in der gleichen Ebene ausgebildet sind, wobei die innere Schleifenspule und die äußere Schleifenspule aus einer in einander entgegengesetzten Richtungen gewickelten Leiterbahn eines Antennenleiters bestehen.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach Anspruch 2, bei der die Schleifenspulen der Sendeantenne zur Erzeugung der Magnetfelder entgegengesetzter Polarität in jeweiligen Positionen angeordnet sind, in denen sich die Schleifenspulen nicht überdecken.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach Anspruch 3, bei der die Schleifenspulen der Sendeantenne zur Erzeugung der Magnetfelder entgegengesetzter Polarität in jeweiligen Positionen angeordnet sind, in denen sich die Schleifenspulen nicht überdecken.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Empfangsantenne eine Bifilardrosselspule zur Verhinderung des Fließens eines durch kapazitive Kopplung zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne hervorgerufenen Leckstroms aufweist.
Antenne für ein Lese-/Schreibgerät nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Empfangsantenne eine elektrostatische Abschirmung zur Verhinderung einer kapazitiven Kopplung zwischen der Empfangsantenne und der Sendeantenne aufweist.