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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Radiofrequenzantennen und,
mehr insbesondere, auf eine mehrschleifige Antenne gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, die Felder erzeugt, welche sich in Abständen von
einer Wellenlänge
oder mehr von der Antenne insgesamt auslöschen, und auf ein elektronisches
Warenüberwachungssystem gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 21.
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Bei
manchen bekannten Typen von elektronischen Systemen ist es bekannt,
ein- oder mehrschleifige Antennen vorzusehen, wobei die Kopplung zwischen
einer Antenne und ihrer nahen Umgebung hoch ist, wobei aber der
Entwurf der Antenne so ist, dass die Kopplung zwischen der Antenne
und ihrer fernen Umgebung (das heißt, etwa eine Wellenlänge oder
mehr entfernt von der Antenne) minimiert wird. Solche Antennen werden
im Allgemeinen für
Nahfeldkommunikationen oder Erfassungszwecke benutzt, wobei der
Begriff „Nahfeld" innerhalb einer
halben Wellenlänge
bedeutet. Beispiele von solchen Anwendungsfällen beinhalten Kommunikationen
mit implantierten medizinischen Vorrichtungen, im Kurzbereich arbeitende
drahtlose Lokalbereichskommunikationsnetzwerke für Computer und Radiofrequenzidentifikationssysteme
einschließlich
elektronischen Warenüberwachungs(electronic
article surveillance oder EAS)-Systemen. Im Allgemeinen erfolgt
die Kopplung mit diesen Schleifenantennen hauptsächlich über magnetische Induktion.
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Zum
Bespiel beinhalten Radiofrequenz-EAS-Systeme üblicherweise sowohl eine Sendeantenne
als auch eine Empfangsantenne, die gemeinsam eine Überwachungszone
bilden, und Etiketten, die an zu schützenden Waren befestigt sind. Die
Sendeantenne erzeugt ein elektromagnetisches Feld variabler Frequenz
innerhalb eines Bereiches einer ersten vorbestimmten Frequenz. Die
Etiketten enthalten jeweils einen Schwingkreis, der eine vorbestimmte
Resonanzfrequenz hat, die im Allgemeinen gleich der ersten Frequenz
ist. Wenn eines der Etiketten in der Überwachungszone vorhanden ist,
induziert das Feld, das durch die Sendeantenne erzeugt wird, eine
Spannung in dem Schwingkreis in dem Etikett, die bewirkt, dass der
Schwingkreis ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches eine
Störung
in dem Feld innerhalb der Überwachungszone verursacht.
Die Empfangsantenne erfasst die Störung des elekt romagnetischen
Feldes und erzeugt ein Signal, welches das Vorhandensein des Etiketts (und
somit des geschützten
Artikels, an welchem das Etikett befestigt ist) in der Überwachungszone
anzeigt.
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Der
Entwurf dieser Antennen sollte zwei Forderungen erfüllen: (1)
die Kopplung mit dem Etikett über
eine möglichst
große
Entfernung zwischen der Sende- und
der Empfangsantenne zu maximieren und (2) die Kopplung mit dem Fernfeld
zu minimieren. Das sind einander widersprechende Forderungen. Bekannte
Antennen wie diejenigen, die von Lichtblau in US-A-4,243,980, US-A-4,260,990
und US-A-4,866,455 beschrieben sind, weisen im Allgemeinen zwei
oder mehr als zwei Schleifen auf, so dass in Kombination die Größen jeder
Schleife, die Stärke
der Ströme
innerhalb der Schleifen und die Richtung der Ströme Felder erzeugen, welche,
wenn sie in einem Punkt entfernt von der Antenne gemessen werden,
sich insgesamt auslöschen.
Mit anderen Worten, die Felder, die von jeder der Schleifen erzeugt
werden, ergeben insgesamt, wenn sie summiert werden, ein Feld, das
sich null nähert.
Diese Fernfeldauslöschung
ist nicht möglich,
wenn nur eine Schleife verwendet wird. In Ziffer-Acht-Schleifenantennen
sind die Schleifen insgesamt rechteckig, in einer koplanaren Konfiguration
angeordnet und in der Position so versetzt, dass wenigstens eine
Seite jeder Schleife nahe bei einer Seite der anderen Schleife ist.
Mit anderen Worten, die gemeinsamen Seiten sind einander unmittelbar
benachbart. Lichtblau offenbart weiter in US-A 4,251,808 und US-A-4,866,455
Antennen mit Abschirmungen, die verwendet werden, um eine elektrische
Feldkopplung mit den Antennen zu verhindern, offenbart aber nicht
irgendeine Verbesserung in Bezug auf das Erfüllen der beiden oben erwähnten Forderungen.
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Bowers
offenbart in der US-Patentanmeldung Nr. 08/482,680 vom 07. Juni
1995 eine verbesserte zweischleifige (Ziffer-8)-Konfiguration als
ein optimales Element einer Verbundantenne, zu deren Eigenschaften
sowohl eine gute Fernfeldauslöschung
als auch die Erzeugung von rotierenden Feldern gehören. Die
Verbesserung in der zweischleifigen Konfiguration beinhaltet das
Trennen der Schleifen voneinander, so dass die gemeinsamen Seiten nicht
länger
gemeinsam oder unmittelbar benachbart zueinander sind. Diese Verbesserung
hat zur Folge, dass der Durchmesser der toroidförmigen Zone hoher Kopplung
nahe bei der Antenne vergrößert wird, wodurch
die Entfernung vergrößert wird,
um welche die Sende- und die Empfangsantenne eines EAS-Systems getrennt
sein können.
Es gibt jedoch keine Verbesserung bei dieser Antenne in Bezug auf die
zweitgenannte Forderung, die Kopplung mit dem Fernfeld zu minimieren.
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Die
US-A-2,749,544 beschreibt allgemein eine omnidirektionale Antenne,
die ein Paar Z-förmige
Elemente aufweist, welche in einer quadratischen Konfiguration überlagert
sind, wobei die entsprechenden freien und nichtabgeschlossenen Enden der
Z-förmigen
Elemente an diagonalen Ecken des Quadrats einander benachbart sind.
Der Einspeisungspunkt jedes Z-förmigen
Elements ist in dessen Zentrum.
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Die
oben bereits erwähnte
US-A-4,260,990 beschreibt asymmetrische Antennen zur Verwendung
in elektronischen Sicherheitssystemen. Die Antenne hat wenigstens
zwei verdrehte Schleifen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen,
wobei jede Schleife 180° verdreht
und in Phasenopposition mit jeder benachbarten Schleife ist.
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Die
US-A-5,373,301 beschreibt eine Sende- und Empfangsantenne zur Verwendung
in einem elektronischen Warenüberwachungssystem,
wobei die Antenne elektromagnetische Energie gleichzeitig sendet
und empfängt
und ein Paar abgewinkelte Überkreuzungselemente
mit parallelen Leitern hat, welche Schleifenelemente der Antenne
mit einer Sendeeinheit verbinden, wobei die Leiter der getrennten Überkreuzungselemente
abgeschlossen sind.
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Die
US-A-4,135,183 beschreibt eine Vorrichtung zum Aufbauen eines magnetischen
Feldes innerhalb einer Abfragezone zum Erfassen von Störungen in
dem Feld, welche durch das Vorhandensein eines ferromagnetischen
Markierungselements erzeugt werden.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, die Fernfeldkopplungseigenschaften der
bekannten mehrschleifigen Antennen zu reduzieren und ein verbessertes elektronisches
Warenüberwachungssystem
zu schaffen.
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Dieses
Ziel wird erreicht durch die mehrschleifige Antenne nach Anspruch
1 bzw. durch das elektronische Warenüberwachungssystem nach Anspruch
21.
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Die
vorliegende Erfindung schafft demgemäß eine Antenne, die sowohl
stark reduzierte Fernfeldkopplungseigenschaften als auch eine verstärkte Kopplung
in einer Zone nahe der Antenne hat. Die Antenne kann eine erste
und eine zweite dreieckige Schleife von insgesamt gleichen Abmessungen
und insgesamt gleicher Form aufweisen, wobei die Schleifen koplanar
und auf entgegengesetzten Seiten einer zentralen Achse in der Ebene
der Schleife positioniert sind. Darüber hinaus können die
Schleifen so positioniert sein, dass eine Ecke der Schleifen, eine äußere Ecke,
nahe bei einer Ecke eines koplanaren Rechtecks, das die äußeren Abmessungen der
Antenne festlegt, angeordnet ist oder diese Ecke schneidet. Die
Schleifen sind durch eine Überkreuzung
miteinander verbunden, deren Länge
wenigstens gleich der Länge
der kürzesten
Seite der Schleifen ist, so dass, wenn sie mit einer Treiberschaltung verbunden
sind, der Strom in entgegengesetzten Richtungen fließt und dadurch
sich gegenseitig im wesentlichen auslöschende Felder erzeugt. Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Invertieren, Umklappen oder Spiegeln der
zweiten Schleife relativ zu der ersten Schleife, so dass die äußeren Ecken
der Schleifen in diagonal entgegensetzten Ecken des die Abmessung
festlegenden Rechtecks sind. Die Antenne kann mit einer Sende- oder
Treiberschaltung verbunden sein, die einen relativ starken Strom
liefert, und trotzdem die Regelungsforderungen für die Fernfeldstrahlung erfüllen. Die
vorliegende Erfindung schafft auch eine Antenne, die für extern
emittierte Signale innerhalb einer Zone nahe bei der Antenne äußerst empfindlich
ist, für
distante emittierte Signale aber äußerst unempfindlich ist.
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Die
vorliegende Erfindung beinhaltet, kurz gesagt, eine mehrschleifige
Antenne mit einem ersten Schleifenelement, das die Form eines Dreiecks haben
kann, und einem zweiten Schleifenelement, das auch die Form eines
Dreiecks haben kann. Das erste und das zweite Schleifenelement haben
insgesamt gleiche Abmessungen und stehen in einer insgesamt koplanaren,
beabstandeten und invertierten Beziehung. Ein abgewinkeltes Überkreuzungselement,
das ein Paar beabstandete, parallele Leiter aufweist, verbindet
und das erste und das zweite Schleifenelement elektrisch miteinander
in Reihe.
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Die
vorliegende Erfindung schafft weiter ein elektronisches Warenüberwachungssystem.
Das EAS-System umfasst ein Sendeschaltungselement und eine Sendeantenne,
die mit dem Sendeschaltungselement elektrisch verbunden ist, um
elektromagnetische Felder zu erzeugen. Die Sendeantenne hat ein
erstes und ein zweites Schleifenelement von insgesamt gleichen Abmessungen,
wobei jedes der Elemente insgesamt die Form eines Dreiecks hat. Die
Schleifenelemente stehen in insgesamt koplanarer, beabstandeter
und invertierter Beziehung zueinander. Ein abgewinkeltes Überkreuzungselement, das
ein Paar beabstandete, parallele Leiter aufweist, verbindet das
erste und das zweite Schleifenelement elektrisch miteinander. Eine
Empfangsantenne ist ebenfalls vorgesehen, die von der Sendeantenne
beabstandet ist. Die Empfangsantenne hat im Wesentlichen dieselbe
Größe und dieselbe
Geometrie wie die Sendeantenne. Eine Überwachungszone ist zwischen
der Sendeantenne und der Empfangsantenne gebildet. Ein Empfangsschaltungselement
ist mit der Empfangsantenne elektrisch verbunden, um die Resonanz
eines Schwingkreismarkierungsele ments oder -etiketts in der Überwachungszone
bei einer vorbestimmten Frequenz zu erfassen und daraus ein Alarmsignal
zu erzeugen, welches das Vorhandensein einer geschützten Ware
in der Überwachungszone
anzeigt.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
bilden die Gegenstände
der abhängigen
Ansprüche.
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Die
folgende ausführliche
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
wird besser verständlich,
wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
Zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen
Ausführungsformen gezeigt,
die gegenwärtig
bevorzugt werden. Es sollte jedoch klar sein, dass sich die vorliegende
Erfindung nicht auf die besonderen Anordnungen und Instrumentieren,
die gezeigt sind, beschränkt.
In den Zeichnungen ist:
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1 ein
Schaltbild einer bekannten Fernfeldauslöschantenne;
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2 ein
Schaltbild einer Fernfeldauslöschantenne
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Schaltbild einer Fernfeldauslöschantenne
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
Schaltbild einer Fernfeldauslöschantenne
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 ein
Schaltbild einer Fernfeldauslöschantenne
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 ein
Schaltbild eines Fernfeldauslöschantennensystems,
das zwei Fernfeldauslöschantennen
gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist;
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7 ein
Schaltbild einer Fernfeldauslöschantenne
mit einem in Reihe geschalteten Sender gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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8 ein
Schaltbild einer Antenne gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Eine
bestimmte Terminologie wird in der folgenden Beschreibung lediglich
der Einfachheit halber und nicht zur Beschränkung benutzt. Die Wörter „oben", „unten", „unterer" und „oberer" bezeichnen Richtungen
in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Terminologie
beinhaltet die oben speziell erwähnten
Wörter,
Ableitungen derselben und Wörter
von ähnlicher
Bedeutung.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Antenne gerichtet, die elektromagnetische
Energie hauptsächlich über magnetische
Induktion senden und empfangen kann, wobei die Größe der Antenne
wesentlich kleiner als die Wellenlänge der gesendeten oder empfangenen
elektromagnetischen Energie ist. Die Antenne nach der vorliegenden
Erfindung ist gut geeignet zur Verwendung in Systemen, wo die Kopplung
von Energie aus der oder in die Antenne hauptsächlich in der Nähe der Antenne
erfolgt (das heißt, innerhalb
von weniger als einer halben Wellenlänge). Ein Beispiel eines solchen
Systems ist ein EAS-System, wo die Antenne benutzt wird, um eine Überwachungszone
zu bilden. Selbstverständlich
hat eine solche Antenne viele andere Verwendungszwecke, die für den einschlägigen Fachmann
auf der Hand liegen, und das EAS-System ist nur ein illustratives
Beispiel für
einen Verwendungszweck der Antenne.
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In
einem EAS-System wird die Antenne benutzt, um einen Schwingkreis
in einem Sicherheitsetikett zu aktivieren und dann dieses Etikett
zu erfassen. Ein Sicherheitsetikett (nicht dargestellt) zur Verwendung
bei der vorliegenden Erfindung ist insgesamt von einem Typ, der
auf dem Gebiet der EAS-Systeme gut bekannt ist. Das Etikett ist
dafür ausgebildet,
an einer Ware oder einem Gegenstand oder an der Verpackung der Ware,
für die
Sicherheit oder Bewachung angestrebt wird, befestigt zu werden oder
anderweitig durch die Ware oder durch einen Gegenstand getragen
zu werden. Das Etikett kann an der Ware oder ihrer Verpackung in
einem Einzelhandelsgeschäft
oder in einer anderen derartigen Einrichtung befestigt werden oder
kann durch den Hersteller oder durch den Großhändler an der Ware oder ihrer
Verpackung befestigt oder in die Ware oder in die Verpackung einverleibt
werden. Das Sicherheitsetikett hat Bauteile, die einen Schwingkreis
bilden, der in Resonanz ist, wenn er mit elektromagnetischer Energie
bei oder nahe bei einer vorbestimmten Erfassungsresonanzfrequenz
beaufschlagt wird. Solche Etiketten, die in Verbindung mit EAS-Systemen verwendet
werden, insbesondere in Verbindung mit einem Radiofrequenz- oder RF-EAS-System,
sind bekannt, weshalb eine vollständige Beschreibung des Aufbaus
und der Arbeitsweise von solchen Etiketten für das Verständnis der vorliegenden Erfindung
nicht notwendig ist. Es genügt
feststellen, dass solche Etiketten in Resonanz sind oder antworten,
wenn sie sich einem überwachten
Bereich oder in einer überwachten
Zone befinden, welcher bzw. welche sich im Allgemeinen nahe bei
einem Eingang oder Ausgang eines Geschäfts, beispielsweise eines Einzelhandelsgeschäfts, befindet.
Das in Resonanz befindliche Etikett wird dann durch das Sicherheitssystem
erfasst, welches einen Alarm aktiviert, um Personal zu informieren,
dass das Etikett in der überwachten
Zone ist.
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In
den Zeichnungen, auf die nun im Einzelnen Bezug genommen wird und
in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen, ist in 1 ein
Schaltbild einer bekannten Fernfeldauslöschantenne eines EAS-Systems
zum Erzeugen von und/oder Koppeln mit elektromagnetischen Feldern
gezeigt, die im Einzelnen in der US-A-4,243,980 von Checkpoint Systems,
Inc., Thorofare, New Jersey, offenbart ist, wobei deren Offenbarung
hier einbezogen wird. Insgesamt umfasst die Antenne 10 eine
erste, obere Schleife 12 und eine zweite, untere Schleife 14,
wobei die obere und die untere Schleife 12, 14 koplanar
sind. Die obere und die untere Schleife 12, 14 haben
insgesamt gleiche Abmessungen und insgesamt die Form eines Vierecks,
so dass die Gesamtform der Kombination aus oberer und unterer Schleife 12, 14 insgesamt
rechteckig ist.
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Die
Antenne 10 hat einen Sender 16 zum Liefern eines
Stroms zu der oberen und der unteren Schleife 12, 14,
so dass die obere und die untere Schleife 12, 14 elektromagnetische
Felder abstrahlen. Der Sender 16 ist mit der oberen und
der unteren Schleife 12, 14 so verbunden, dass
der Strom in der oberen Schleife 12 in einer ersten Richtung
fließt,
im Gegenuhrzeigersinn, wie es durch einen Pfeil 18 gezeigt
ist, und in der unteren Schleife 14 in einer zweiten Richtung,
im Uhrzeigersinn, wie es durch einen Pfeil 20 gezeigt ist,
die zu der Richtung des Stromflusses in der oberen Schleife 12 entgegengesetzt
ist. Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass die Richtung des Stromflusses
nur für
einen Zeitpunkt repräsentativ
ist. Das heißt,
der Strom fließt
während
der nächsten
Halbschwingung in der entgegengesetzten Richtung. Die relative Richtung
der Ströme
zwischen der oberen und der unteren Schleife 12, 14 in
Bezug aufeinander wird jedoch aufrechterhalten. Dem Durchschnittsfachmann
ist auch bekannt und es ist oben erläutert worden, dass die entgegengesetzten Ströme magnetische
Felder von insgesamt gleichen Größen, aber
von entgegengesetzer Richtung erzeugen, so dass sich die Felder
in dem Fernfeld (das heißt
in einem Bereich, der mehrere Wellenlängen von der Antenne entfernt
ist) im Wesentlichen gegenseitig auslöschen. Für eine Antenne, die mit 8,2
MHz arbeitet, definiert die Federal Communications Commission (FCC)
das Fernfeld als einen Bereich, der dreißig Meter oder etwas weniger
als eine Wellenlänge
von der Antenne entfernt ist.
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In
einem EAS-System wird eine Empfangsantenne (nicht dargestellt) von
insgesamt gleichen Abmessungen und insgesamt gleicher Konfiguration wie
die Sendeantenne 10 nahe bei der Antenne 10 platziert,
um zwischen denselben eine Überwachungszone
zu bilden. Die Antennenkonfiguration, die in 1 gezeigt
ist, erzeugt zwar eine passende Überwachungszone
für ein
EAS-System, es ist jedoch festgestellt worden, dass die Größe der Überwachungszone
wesentlich vergrößert werden
kann, indem die Größe und die
Form der oberen und der unteren Schleife 12, 14 verändert werden
und ein Überkreuzungselement
eingeführt
wird, welches die obere und die untere Schleife 12, 14 verbindet.
Die Größe der Überwachungszone
kann vergrößert werden,
um die erste und die zweite oben beschriebene Forderung besser zu
erfüllen:
1) Maximieren der Kopplung mit dem Etikett über eine möglichst große Distanz zwischen der Sende-
und der Empfangsantenne und 2) Minimieren der Kopplung mit dem Fernfeld.
Leider sind das, wie oben dargelegt, einander widersprechende Forderungen. Üblicherweise
beeinträchtigt
ein Antennenentwurf, der bei dem Erfüllen einer dieser Forderungen
Verbesserungen erbringt, das Erfüllen
der anderen Forderung, weshalb angenommen wird, dass weitere Verbesserungen
nicht möglich
sind.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass ein gegenseitiges
Versetzen oder Trennen der Antennenschleifen die Leistungsfähigkeit
in Bezug auf die erste Bedingung verbessert. Wir haben festgestellt,
dass die Form der Schleifen (das heißt die insgesamt dreieckige
Form) und das Einführen
eines Überkreuzungselements,
welches zwei parallele, eng beabstandete Leiter aufweist, die die Schleifen
verbinden, den Grad der Fernfeldkopplung drastisch reduzieren. Es
hat sich gezeigt, dass diese Reduzierung in der Fernfeldkopplung
aufwärts
von einem Leistungsfaktor von zehn besser als der bekannte Antennenentwurf
ist. Bislang wurde angenommen, dass durch das Verwenden von Schleifen, die
so konfiguriert sind, dass die Summe der Schleifenflächeninhalte
multipliziert mit der Größe und den Vorzeichen
der Ströme
innerhalb derselben sich Null nähert,
automatisch die Fernfeldauslöscheigenschaften
optimiert werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine weitere Verbesserung in der Fernfeldauslöschung dadurch
erzielt werden, dass die Antenne auf eine besondere Art und Weise
konfiguriert wird. Die Kombination aus dem Versetzen der Schleifen,
der Form der Schleifen und dem Verbinden durch das Überkreuzungselement
ermöglicht
es, die sich widersprechenden Bedingungen, die oben erläutert sind,
zu erfüllen.
In einem EAS-System bedeutet das, dass die Sendeantenne mit stärkeren Strömen versorgt
werden kann als es bislang möglich war,
ohne staatliche Bestimmungen hinsichtlich der Erzeugung von Feldern,
entfernt von der Antenne, zu verletzen. Darüber hinaus ist die Empfangsantenne gegen
eine Störung
durch Signale, die ihren Ursprung in einer Entfernung von der Antenne
haben, mehr immun.
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In 2,
auf die nun Bezug genommen wird, ist eine erste Ausführungsform
einer verbesserten Schleifenantenne 30 gezeigt. 2 enthält eine
horizontale Achse 32 und eine vertikale Achse 34,
die sich jeweils insgesamt durch das geometrische Zentrum der Antenne 30 erstrecken,
damit die Form und die Abmessungen der Antenne 30 klarer
beschrieben und dargestellt werden können. Die Antenne 30 umfasst
grundsätzlich
eine erste oder obere Schleife 36, die hauptsächlich oberhalb
der horizontalen Achse 32 angeordnet ist, und eine zweite
oder untere Schleife 38, die hauptsächlich unterhalb der horizontalen
Achse 32 angeordnet ist. Gemäß der Darstellung in 2 und
bevorzugt haben die obere und die untere Schleife 36, 38 eine
insgesamt äquivalente Größe und Form,
wobei die untere Schleife 38 von der oberen Schleife 36 beabstandet
und in Bezug auf dieselbe koplanar und invertiert ist. Darüber hinaus ist
die Gesamtform der Antenne 30 rechteckig.
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Die
obere Schleife 36 und die untere Schleife 38 haben
vorzugsweise eine oder mehrere Windungen eines Leiters oder Drahts
irgendeines geeigneten Typs, wobei es sich um Leiter mit einem Querschnitt
verschiedener Größe handeln
kann, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Vorzugsweise werden
die obere und die untere Schleife 36, 38 aus einem
einzelnen Draht aufgebaut oder gebildet. Es ist jedoch klar, dass
andere leitende Elemente wie beispielsweise ein mehrere Leiter aufweisender Draht
bei Bedarf verwendet werden können,
ohne dass der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Beispielsweise kann es erwünscht
sein, mechanisch funktionale Bauelemente zu verwenden, um die erste
und die zweite Schleife 36, 38 herzustellen. Alternativ
können
elektrisch leitfähige
dekorative Elemente verwendet werden.
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Die
obere Schleife 36 hat insgesamt die Form eines Dreiecks
mit einer ersten Seite 40, die zu der vertikalen Achse 34 insgesamt
parallel ist, einer zweiten Seiten 42, die zu der horizontalen
Achse 32 insgesamt parallel ist, und einer dritten Seite 44,
die sich insgesamt zwischen der ersten und der zweiten Seite 40, 42 erstreckt,
aber die Seiten 40, 42 elektrisch nicht miteinander
verbindet. Vielmehr erstreckt sich ein Paar beabstandeter, paralleler
Leitungen oder Leiter 46, 48, die zu der vertikalen
Achse 34 vorzugsweise parallel sind, von der zweiten Seite 42 bzw.
von der dritten Seite 44 aus zu der horizontalen Achse 32.
Ein Überkreuzungselement
verbindet die obere Schleife 36 und die untere Schleife 38.
Das Überkreuzungselement
umfasst ein Paar paralleler, eng beabstandeter Drähte oder
Leiter 50, 52, die eine Minimallänge haben,
um die obere und die untere Schleife 36, 38 miteinander
zu verbinden. Vorzugsweise erstrecken sich die Überkreuzungsleiter 50, 52 von
oberhalb der horizontalen Achse 32 nach unterhalb der horizontalen
Achse 32. Somit erstrecken sich die Überkreuzungsleiter 50, 52 zwischen
der oberen und der unteren Schleife 36, 38 unter
einem Winkel 51 gegen die parallelen Leiter 46, 48 und
die horizontale Achse 32. Dem Durchschnittsfachmann wird
jedoch klar sein, dass der Winkel 51 in der einen oder
anderen Richtung um verschiedene Grade in Abhängigkeit von den gewünschten
Leistungsforderungen für
den Anwendungsfall der Antenne 30 eingestellt werden kann.
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Ähnlich wie
die obere Schleife 36 hat die untere Schleife 38 insgesamt
die Form eines Dreiecks mit einer ersten Seite 54, die
zu der vertikalen Achse 34 insgesamt parallel ist, einer
zweiten Seite 56, die zu der horizontalen Achse 32 insgesamt
parallel ist, und einer dritte Seite 58, die sich zwischen
der ersten und der zweiten Seite 54, 56 erstreckt,
aber die Seiten 54, 56 nicht elektrisch miteinander
verbindet. Vielmehr sind die zweite Seite 56 und die dritte
Seite 58 mit einem Paar beabstandeter, paralleler Leiter 60 bzw. 62 verbunden,
die sich parallel zu der vertikalen Achse 34 zu der horizontalen
Achse 32 hin erstrecken. Die beabstandeten parallelen Leiter 60, 62 verbinden
die zweite und die dritte Seite 56, 58 mit den Überkreuzungsleitern 52 bzw. 50.
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Es
ist zu erkennen, dass die obere Schleife 36 und die untere
Schleife 38 um die horizontale Achse 32 symmetrisch
sind, wobei die untere Schleife 38 insgesamt eine invertierte,
umgeklappte oder gespiegelte Form der oberen Schleife 36 ist.
Eine äußere Ecke
der oberen Schleife 36 und eine äußere Ecke der unteren Schleife 38 sind
nahe bei gegenüberliegenden
Ecken eines koplanaren, die Abmessung festlegenden Rechtecks 33.
Das hießt,
die Abmessungen der Antenne 30 sind ohne weiters zu erkennen,
wenn die Antenne 30 in Relation zu einem koplanaren Rechteck 33 betrachtet
wird, das um die Antenne 30 gezogen ist. Die obere und
die untere Schleife 36, 38 sind zwar jeweils als
ein rechtwinkeliges Dreieck gezeigt, es ist jedoch nicht erforderlich, dass
die obere und die untere Schleife ein rechtwinkliges Dreieck bilden,
sondern nur, dass die obere und die untere Schleife 36, 38 eine
insgesamt dreieckige Form haben.
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Die
Antenne 30 kann mit einer elektrischen Vorrichtung oder
Schaltung elektrisch verbunden sein und durch dieselbe gespeist
werden, bei der es sich um eine Sendeschaltung im Falle einer Sendeantenne,
eine Empfangsschaltung im Falle einer Empfangsantenne oder um eine
Sende-/Empfangsschaltung im Falle einer für bidirektionale Kommunikationen
ausgelegten Antenne handeln kann. In dem Fall einer Sendeantenne
kann das elektrische Schaltungselement eine Stromquelle aufweisen,
die mit der Antenne elektrisch verbunden ist, um die Antenne mit
Strom zu versorgen, der ausreicht, um elektromagnetische Felder
aufzubauen. Zum Beispiel könnte
die elektrische Schaltung ein herkömmlicher Sender sein, der einen
Signaloszillator (nicht dargestellt) und ein geeignetes Verstärker-/Filternetzwerk
(nicht dargestellt) eines Typs aufweist, der zum Speisen der Lastimpedanz
in der Lage ist, welche durch die Antenne darstellt wird. In 2 ist
ein Sender 64 mit den Überkreuzungsleitern 50, 52 der
Antennen 30 verbunden. Es sei beachtet, dass der Sender 64 mit jedem
der Überkreuzungsleiter 50, 52 verbunden
ist, so dass der Sender 64 Strom an die obere und die unter
Schleife 36, 38 abgibt, wobei der Strom in der oberen
und der unteren Schleife 36, 38 in entgegengesetzten
Richtungen fließt,
wie es durch Pfeile 66 bzw. 68 gezeigt ist. Der
Strom in der oberen Schleife 36 fließt im Uhrzeigersinn, während der
Strom in der unteren Schleife 38 im Gegenuhrzeigersinn
fließt. Mehrere
Schleifen mit einem in entgegengesetzten Richtungen in den Schleifen
fließenden
Strom ergeben, wie oben erläutert,
eine sehr effektive Fernfeldauslöschung.
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Es
ist klar, dass die Frequenz, mit der die Antenne elektromagnetische
Felder abstrahlt, im Wesentlichen von der Schwingungsfrequenz des
Senders 64 abhängt.
Die Frequenz kann somit festgelegt und eingestellt werden, indem
der Sender 64 auf bekannte Art und Weise eingestellt wird.
Bevorzugt arbeitet die Antenne 30 mit Radiofrequenzen,
die vorzugsweise Frequenzen oberhalb von 1000 Hz beinhalten und,
bevorzugter, Frequenzen oberhalb von 5000 Hz und, sogar noch bevorzugter,
Frequenzen oberhalb von 10000 Hz. Es dürfte jedoch klar sein, dass
die Antenne 30 mit niedrigeren Frequenzen betrieben werden
könnte,
ohne dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
In der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
schwingt das Etikett vorzugsweise bei oder nahe bei 8,2 MHz in Resonanz,
bei der es sich um eine üblicherweise
verwendete Frequenz handelt, die in elektronischen Sicherheitssystemen
von einer Anzahl von Herstellern eingesetzt wird, obgleich es für den Durchschnittsfachmann
klar sein dürfte,
dass die Frequenz des EAS-Systems gemäß den lokalen Bedingungen und Vorschriften
variieren kann. Daher ist diese spezielle Frequenz nicht als eine
Beschränkung
der vorliegenden Erfindung zu betrachten.
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Alternativ
kann die elektrische Schaltung eine Empfangsschaltungsanordnung
umfassen, die mit der Antenne 30 elektrisch verbunden ist,
um elektromagnetische Energie aus einer Sendeantenne und/oder dem
Schwingkreis eines Etiketts (nicht dargestellt) zu empfangen und
ein Signal zu erzeugen, das angibt, ob ein Etikett in der Nähe der Antennen vorhanden
ist. Elektrische Schaltungselemente des bei der vorliegenden Erfindung
benutzten Typs zum Senden und/oder Empfangen sind allgemein bekannt.
Solche Schaltungselemente sind, beispielsweise, in der US-A-5,373,301 beschrieben.
Eine ausführlichere
Beschreibung der elektrischen Schaltungselemente ist zum Verständnis der
vorliegenden Erfindung nicht erforderlich.
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Bei
der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
ist die elektrische Vorrichtung mit der Antenne 30 in einem
Zentrum verbunden, um das die Antenne 30 geometrisch symmetrisch
ist. Das Anschließen
der elektrischen Vorrichtung in der Nähe des Zentrums der Antenne 30,
trägt dazu
bei, dass gleiche Ströme
durch die äquivalenten
Leiterabschnitte fließen,
welche das Überkreuzungselement und
die Schleifen auf entgegengesetzten Seiten des Zentrums der Antenne 30 bilden,
wodurch eine präzise
gegenseitige Auslöschung
der Felder in einer Distanz von der Antenne 30 erzielt
wird, wenn die Antenne 30 mit dem Sender 64 verbunden
ist. Somit wird die Fernfeldkopplung minimiert. Auf reziproke Weise wird
die Empfindlichkeit der Antenne 30, wenn diese mit einem
Empfänger
verbunden ist, für
Signale in einer Distanz von der Antenne 30 minimiert.
Es wird zwar gegenwärtig
bevorzugt, die elektrische Verbindung mit der Antenne 30 in
einem geometrischen Zentrum der Antenne 30 anzuordnen,
es ist jedoch nicht erforderlich, dass die nichtstrahlenden Elemente,
welche für
die Speisung der Antenne 30 eingesetzt werden, wie z. B.
nichtstrahlende Einspeisungsdrähte
(nicht dargestellt) in die/aus der elektrischen Vorrichtung, bei
dem Bestimmen des geometrischen Zentrums der Antrenne 30 berücksichtigt
werden. Die Leiterelemente der Antenne 30, die Strom aus dem
Einspeisungspunkt in die abstrahlenden Schleifen (das heißt in die Überkreuzungsleiter 50, 52)
führen,
sind für
das Bestimmen des Zentrums der Antenne 30 und für den geometrischen
Entwurf der Antenne 30 relevant. Die elektrische Verbindung
mit der Antenne 30 wird zwar vorzugsweise in der Nähe des geometrischen
Zentrums der Antenne 30 hergestellt, da dieser Ort im Allgemeinen
optimal ist, es ist jedoch klar, dass Verbindungen in anderen Punkten
längs der
Antenne 30 hergestellt werden könnten.
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Die
obere und die untere Schleife 36, 38 der Antenne 30 sind
bevorzugt in diagonal entgegengesetzten Ecken des die Abmessung
festlegenden Rechtecks positioniert, um die Größe der Zone in der Nähe der Antenne 30 auszudehnen,
in welcher die Kopplung mit der Antenne 30 relativ hoch
ist. Die Antenne 30 ist dafür ausgelegt, den magnetischen Kopplungskoeffizienten
der Antenne in einer Zone in der Nähe der Antenne, die so breit
wie möglich
ist, zu maximieren. Wenn die untere Schleife 38 diagonal entgegengesetzt
zu der oberen Schleife 36 angeordnet wird, wie es dargestellt
ist, hat es sich gezeigt, dass sich eine bessere Gesamtkopplung
mit Etiketten innerhalb der Überwachungszone
für EAS-Anwendungsfälle ergibt
und deshalb und eine bessere Gesamterfassung der Etiketten aufgrund
des Winkels relativ zu der vertikalen Achse 34 der ringförmigen Zone
hoher Kopplungscharakteristik der Antenne 30. Die Antenne 30 hat
eine Konfiguration aus Draht oder Leitern zum Führen von Strom und zum Erzeugen
von Feldern mit wesentlich reduzierter Fernfeldkopplung, wodurch
erlaubt wird, die Antenne 30 mit wesentlich höheren Strömen zu speisen
als bekannte Ziffer-8-Antennenkonfigurationen, ohne staatliche Abstrahlungsvorschriften
zu verletzen. Das heißt,
wenn die Antenne 30 mit dem Sender 64 verbunden
ist, erzeugt sie magnetische Felder mit Radiofrequenz in einer Zone
nahe der Antenne 30, aber so, dass die Felder in einer
Distanz von ungefähr
einer Wellenlänge
und mehr von der Antenne weitgehend ausgelöscht werden.
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In 3,
auf die nun Bezug genommen wird, ist eine zweite Ausführungsform
einer mehrschleifigen Antenne gezeigt und mit 80 bezeichnet.
Die Antenne 80 hat grundsätzlich eine erste Schleife 82 und eine
zweite Schleife 84, die mit der ersten Schleife 82 koplanar
ist. In der Zeichnung ist die erste Schleife 82 oberhalb
einer horizontalen Achse 32 angeordnet, und die zweite
Schleife 84 ist unterhalb der horizontalen Achse 32 angeordnet.
Die erste Schleife 82 wird hier daher auch als die obere
Schleife bezeichnet und die zweite Schleife 84 wird als
die untere Schleife bezeichnet. Dem Durchschnittsfachmann ist jedoch
klar, dass die beschreibenden Begriffe „obere" und „untere" relativ sind und dass die Schleifen 82, 84 unter
anderen Ausrichtungen in Bezug aufeinander orientiert sein könnten, beispielsweise
nebeneinander, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Wie bei der Antenne 30 (2) sind
die obere und die untere Schleife 82, 84 der Antenne 80 von
insgesamt äquivalenter
Größe und Form,
wobei die untere Schleife 84 in Bezug auf die obere Schleife 82 beabstandet,
koplanar und invertiert ist. Ebenso haben, wie bei der Antenne 30,
die obere und untere Schleife 82, 84 insgesamt
die Form eines Dreiecks, obgleich die Orientierung dieser „Dreiecke" sich von der Orientierung
der „Dreiecke" (Schleifen 36, 38)
der Antenne 30 unterscheidet.
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Die
obere Schleife 82 hat eine erste Seite 86, die
insgesamt parallel zu der horizontalen Achse 32 ist, eine
zweite Seite 88, die insgesamt parallel zu einer vertikalen
Achse 34 ist, und eine dritte Seite 90, die sich
zwischen der ersten und der zweiten Seite 86, 88 erstreckt,
aber nicht die Seiten 86, 88 elektrisch miteinander
verbindet. Vielmehr verbindet die dritte Seite 90 die erste
Seite 86 mit einem ersten Überkreuzungsleiter 92.
Der erste Überkreuzungsleiter 92 erstreckt
sich von einem Ende der dritten Seite 90 in einem Punkt
oberhalb der horizontalen Achse 32 zu einem Punkt unterhalb
der horizontalen Achse 32. Ein Winkel 93, der
durch die dritte Seite 90 und den ersten Überkreuzungsleiter 92 gebildet
wird, ist vorzugsweise ein spitzer Winkel, so dass der Überkreuzungsleiter 92 sich
von oberhalb der horizontalen Achse 32 nach unterhalb der
horizontalen Achse 32 erstreckt. Ebenso ist die zweite
Seite 88 mit ei nem zweiten Überkreuzungsleiter 94 verbunden,
der zu dem ersten Überkreuzungsleiter 92 insgesamt
parallel ist und sich von einem Punkt oberhalb der horizontalen
Achse 32 zu einem Punkt unterhalb der horizontalen Achse 32 erstreckt.
Ein Winkel 95, der durch die zweite Seite 88 und
den zweiten Überkreuzungsleiter 94 gebildet
ist, ist vorzugsweise ein stumpfer Winkel, so dass der zweite Überkreuzungsleiter 94 sich
von einem Punkt oberhalb der horizontalen Achse 32 aus
zu einem Punkt unterhalb der horizontalen Achse 32 erstreckt
und die obere Schleife 82 mit der unteren Schleife 84 verbindet.
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Ähnlich wie
die obere Schleife 82 hat die unter Schleife 84 insgesamt
die Form eines Dreiecks, das eine erste Seite 96 hat, die
zu der horizontalen Achse 32 insgesamt parallel ist, eine
zweite Seite 98, die zu der vertikalen Achse 34 insgesamt
parallel ist, und eine dritte Seite 100, die sich zwischen
der ersten und der zweiten Seite 96, 98 erstreckt,
aber die Seiten 96, 98 nicht elektrisch miteinander
verbindet. Vielmehr sind die zweite Seite 98 und die dritte
Seite 100 mit dem ersten und dem zweiten Überkreuzungsleiter 92 bzw. 94 in
einem Punkt unterhalb der horizontalen Achse 32 verbunden.
Es ist zu erkennen, dass die obere Schleife 82 und die
untere Schleife 84 um die horizontale Achse 32 symmetrisch sind,
wobei die untere Schleife 84 insgesamt eine invertierte
Form der oberen Schleife 82 ist. Die Gesamtform der Antenne 80 ist
insgesamt rechteckig.
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Ein
elektrisches Schaltungselement, in diesem Fall der Sender 64,
ist vorzugsweise mit dem ersten und dem zweiten Überkreuzungsleiter 92, 94 verbunden,
um in dem Fall einer Sendeantenne einen elektrischen Strom durch
die Antenne 80 zu schicken. Pfeile 102, 104 sind
in der oberen bzw. unteren Schleife 82, 84 gezeigt,
welche die Richtung des Stromflusses in jeder der Schleifen 82, 84 angeben. Der
Strom in der oberen Schleife 82 fließt im Uhrzeigersinn (Pfeil 102),
während
der Strom in der unteren Schleife 84 im Gegenuhrzeigersinn
fließt
(Pfeil 104). Das Vorsehen von mehreren Schleifen mit einem Strom,
der in den Schleifen in entgegengesetzten Richtungen fließt, ergibt,
wie oben erläutert,
eine sehr effektive Fernfeldauslöschung
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Wie
die Antenne 30, kann die Antenne 80 mit einer
elektrischen Vorrichtung verbunden sein, bei der es sich entweder
um einen Sender oder um einen Empfänger oder um einen Sender/Empfänger handeln
kann. In der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
ist der Sender 64 mit der Antenne 80 in Verbindungspunkten 79, 81 längs der Überkreuzungsleiter 94 bzw. 92 verbunden,
so dass der Sender 64 in einem zentralen Punkt angeordnet
und angeschlossen ist, um welchen die Antenne 80 geometrisch
symmetrisch ist. Das Positionieren des Senders 64 in dem
Zentrum der Antenne 80, trägt, wie oben erläutert, dazu
bei, für
eine symmetrische Stromversorgung längs der Leiter- oder Drahtabschnitte
der Antenne 80 zu sorgen und dadurch eine präzise Auslöschung der
magnetischen Felder in einer Distanz von der Antenne 80 zu
erzielen.
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Die
obere und die untere Schleife 82, 84 der Antenne 80 sind
in diagonal entgegengesetzten Ecken eines die Abmessung festlegenden
Rechtecks 83 positioniert, das sich um einen Umfang der
Antenne 80 erstreckt. Darüber hinaus sind die obere und die
untere Schleife 82, 84 getrennt oder beabstandet voneinander,
wobei ein zentraler Punkt der Schleife 82 und ein zentraler
Punkt der Schleife 84 so weit wie möglich entfernt angeordnet sind,
so dass die dritte Seite 90 der oberen Schleife 82 und
die dritte Seite 100 der unteren Schleife 84 nicht
unmittelbar benachbart zueinander sind. Das Beabstanden der benachbarten
Seiten bewirkt, dass der Durchmesser der ringförmige Zone hoher Kopplung nahe
der Antenne vergrößert wird,
wodurch die Distanz vergrößert wird, um welche die Sende- und die Empfangsantenne
eines EAS-Systems
getrennt sein können.
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In 4,
auf die nun Bezug genommen wird, ist eine dritte Ausführungsform
einer mehrschleifigen Antenne gezeigt und mit 110 bezeichnet.
Die Antenne 110 hat eine erste, obere Schleife 112 und
eine zweite, untere Schleife 114. Die obere und die untere Schleife 112, 114 sind
koplanar und von insgesamt äquivalenter
Größe und Form,
wobei die untere Schleife 114 von der oberen Schleife 112 beabstandet
und in Bezug auf diese invertiert ist. Außerdem haben die obere und
die untere Schleife 112, 114 vorzugsweise eine
insgesamt dreieckige Form. Die obere Schleife 112 ist hauptsächlich oberhalb
einer horizontalen Achse 32 angeordnet, wobei sich aber
ein kleiner Teil unter die horizontale Achse 32 erstreckt. Ebenso
ist die untere Schleife 114 hauptsächlich unterhalb der horizontalen
Achse 32 angeordnet, wobei sich aber ein kleiner Teil der
unteren Schleife 114 oberhalb der horizontalen Achse 32 erstreckt.
Die Gesamtform der Antenne 110 ist jedoch insgesamt rechteckig.
Für den
Durchschnittsfachmann ist zu erkennen, dass wie bei der Antenne 80 (3)
die beschreibenden Begriffe „obere" und „untere" relativ sind und
dass die Schleifen 112, 114 in anderen Ausrichtungen
in Bezug auf einander orientiert sein könnten, beispielsweise nebeneinander,
ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Die
obere Schleife 112 hat eine erste Seite 116, die
zu der horizontalen Achse 32 insgesamt parallel ist, eine
zweite Seite 118, die zu der vertikalen Achse 34 insgesamt
parallel ist, und eine dritte Seite 120, die sich zwischen
der ersten und der zweiten Seite 116, 118 erstreckt,
aber die Seiten 116, 118 nicht elektrisch miteinander verbindet.
Vielmehr ist die dritte Seite 120 mit einem ersten Überkreuzungsleiter 122 verbunden,
der sich von einem Punkt unterhalb der horizontalen Achse 32 aus
zu einem Punkt oberhalb der horizontalen Achse 32 erstreckt
und die obere Schleife 112 mit der unteren Schleife 114 verbindet.
Ein Winkel 123, der zwischen der dritten Seite 120 und
dem ersten Überkreuzungsleiter 122 gebildet
ist, ist vorzugsweise ein spitzer Winkel, so dass der erste Überkreuzungsleiter 122 sich
von unterhalb der horizontalen Achse 32 zu einem Punkt
oberhalb der horizontalen Achse 32 erstreckt.
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Ebenso
ist die zweite Seite 118 mit einem zweiten Überkreuzungsleiter 124 verbunden,
der zu dem ersten Überkreuzungsleiter 122 insgesamt
parallel ist. Der zweite Überkreuzungsleiter 124 erstreckt sich
von einem Punkt unterhalb der horizontalen Achse 32 zu
einem Punkt oberhalb der horizontalen Achse 32 und verbindet
die obere Schleife 112 mit der unteren Schleife 114.
Ein Winkel 125, der durch die zweite Seite 118 und
den zweiten Überkreuzungsleiter 124 gebildet
ist, ist vorzugsweise ein spitzer Winkel.
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Die
untere Schleife 114 hat eine erste Seite 126,
die zur der horizontalen Achse 32 insgesamt parallel ist,
eine zweite Seite 128, die zu der vertikalen Achse 34 insgesamt
parallel ist, und eine dritte Seite 130, die sich zwischen
den Seiten 126, 128 erstreckt, aber die Seiten 126, 128 nicht
elektrisch miteinander verbindet. Vielmehr sind die zweite Seite 128 und
die dritte Seite 130 mit dem ersten und dem zweiten Überkreuzungsleiter 122 bzw. 124 in
einem Punkt oberhalb der horizontalen Achse 32 verbunden.
Somit hat die Antenne 110 eine "Zick-zack-Form".
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Die
obere und die untere Schleife 112, 114 der Antenne 110 sind
in diagonal entgegengesetzten Ecken eines die Abmessung festlegenden
Rechtecks 111 positioniert, das sich um einen äußeren Umfang der
Antenne 110 erstreckt, so dass ein ringförmiges Feld
durch die Antenne 110 erzeugt wird, das mit der vertikalen
Achse 34 einen Winkel bildet. Darüber hinaus sind die obere und
die untere Schleife 112, 114 von einander getrennt
oder beabstandet, so dass der Durchmesser der ringförmigen Antenne 110 vergrößert wird.
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Der
Sender 64 ist mit den Überkreuzungsleitern 122, 124 verbunden
und erzeugt einen Strom, der durch die obere und die untere Schleife 112, 114 fließt. Pfeile 132, 134 sind
in der oberen und der unteren Schleife 112 bzw. 114 gezeigt,
die die Richtung des (augenblicklichen) Stromflusses in jeder der Schleifen 112, 114 anzeigen.
In der oberen Schleife 112 fließt der Strom im Uhrzeigersinn,
während
in der unteren Schleife 114 der Strom im Gegenuhrzeigerstrom
fließt.
Das Vorsehen von mehreren Schleifen mit einem in den Schleifen in
entgegengesetzten Richtungen fließenden Strom ergibt, wie oben
erläutert,
eine sehr effektive Fernfeldauslöschung.
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Die
Antenne 110 ergibt eine ausgezeichnete Fernfeldauslöschung.
Darüber
hinaus ist die Aufnahme von Rauschen aus entfernten Quellen ziemlich gering,
so dass die Antenne 110 an Orten erwünscht ist, wobei beispielsweise
andere EAS-Systeme
in der Nähe
installiert sind. Es wird gegenwärtig
bevorzugt, dass eine elektrische Vorrichtung, die mit der Antenne 110 verbunden
ist (z. B. ein Sender oder ein Empfänger), in einem zentralen Punkt
angeschlossen ist, beispielsweise dort, wo die horizontale Achse 32 die vertikale
Achse 34 schneidet, so dass die Antenne 110 um
die elektrische Vorrichtung symmetrisch ist. Das Positionieren der
elektrischen Vorrichtung in dem Zentrum der Antenne 110 trägt, wie
oben erläutert,
dazu bei, dass sich längs
der Drahtabschnitte der Antenne 110 eine gleiche Stromverteilung
ergibt, wodurch eine präzise
gegenseitige Auslöschung
der elektromagnetischen Felder in einer Distanz von der Antenne 110 erzielt
wird, wenn die Antenne 110 mit einem Sender verbunden ist.
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In 5,
auf die nun Bezug genommen wird, ist eine vierte Ausführungsform
einer mehrschleifigen Antenne gezeigt und mit 140 bezeichnet.
Die Antenne 140 hat eine erste, obere Schleife 142 und
eine zweite, untere Schleife 144. Die obere und die untere Schleife 142, 144 sind
von insgesamt äquivalenter Größe und Form,
wobei die untere Schleife 144 in Bezug auf die obere Schleife 142 beabstandet,
koplanar und invertiert ist. Die obere und die untere Schleife 142, 144 haben
insgesamt die Form eines Dreiecks. Die obere Schleife 142 ist
hauptsächlich oberhalb
der horizontalen Achse 32 angeordnet, aber ein kleiner
Teil der oberen Schleife 142 erstreckt sich etwas unterhalb
der horizontalen Achse 32. Ebenso ist die untere Schleife 144 hauptsächlich unterhalb
der horizontalen Achse 32 angeordnet, aber ein kleiner
Teil der unteren Schleife 144 erstreckt sich oberhalb der
horizontalen Achse 32. Die Schleifen 142, 144 werden
zwar mit Hilfe von Begriffen wie „obere" und „untere" beschrieben, dem Durchschnittsfachmann
ist jedoch klar, dass diese beschreibenden Begriffe relativ sind
und dass die Schleifen 142, 144 in anderen Ausrichtungen
in Bezug auf einander orientiert sein könnten, beispielsweise nebeneinander,
ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Die
obere Schleife 142 hat eine erste Seite 146, die
zu der horizontalen Achse 32 insgesamt parallel ist, eine
zweite Seite 148, die zu einer vertikalen Achse 34 insgesamt
parallel ist, und eine dritte Seite 150, die sich zwischen
den Seiten 146, 148 erstreckt, aber die Seiten 146, 148 nicht
elektrisch miteinander verbindet. Vielmehr ist die dritte Seite 150 mit
einem ersten Überkreuzungsleiter 152 verbunden,
der sich von einem Punkt unterhalb der horizontalen Achse 32 zu
einem Punkt oberhalb der horizontalen Achse 32 erstreckt
und die obere Schleife 142 mit der unteren Schleife 144 verbindet.
Ein Winkel 153, der zwischen der dritten Seite 150 und
dem ersten Überkreuzungsleiter 152 gebildet
ist, ist vorzugsweise ein spitzer Winkel, so dass sich der erste Überkreuzungsleiter 152 von
unterhalb der horizontalen Achse 32 aus zu einem Punkt
oberhalb der horizontalen Achse 32 erstreckt.
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Ebenso
ist die zweite Seite 148 mit einem zweiten Überkreuzungsleiter 154 verbunden,
der die zweite Seite 148 mit der unteren Schleife 144 verbindet.
Der zweite Überkreuzungsleiter 154 ist
beabstandet von und insgesamt parallel zu dem ersten Überkreuzungsleiter 152.
Ein Winkel 155, der durch die Seite 148 und den
zweiten Überkreuzungsleiter 154 gebildet
ist, ist vorzugsweise ein spitzer Winkel, so dass sich der zweite Überkreuzungsleiter 154 von einem
Punkt unterhalb der horizontalen Achse 32 zu einem Punkt
oberhalb der horizontalen Achse 32 erstreckt.
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Die
untere Schleife 144 hat eine erste Seite 156,
die zu der horizontalen Achse 32 insgesamt parallel ist,
eine zweite Seite 158, die zu der vertikalen Achse 34 insgesamt
parallel ist, und eine dritte Seite 160, die sich zwischen
den Seiten 156, 158 erstreckt, aber die Seiten 156, 158 nicht
elektrisch miteinander verbindet. Vielmehr sind die zweite Seite 158 und
die dritte Seite 160 mit dem ersten und dem zweiten Überkreuzungsleiter 152 bzw. 154 in
einem Punkt oberhalb der horizontalen Achse 32 verbunden,
so dass die obere und die unter Schleife 142, 144 miteinander
verbunden sind.
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Die
obere und die untere Schleife 142, 144 der Antenne 140 sind
in diagonal entgegengesetzten Ecken eines die Abmessung festlegenden
Rechtecks 162 angeordnet, das sich um einen äußeren Umfang der
Antenne 140 erstreckt, so dass ein ringförmiges Feld
durch die Antennen 140 erzeugt wird, das mit der vertikalen
Achse 34 einen Winkel bildet. Darüber hinaus sind die obere und
die untere Schleife 142, 144 voneinander getrennt
oder beabstandet, wobei ein zentraler Punkt der Schleife 142 von
einem zentralen Punkt der Schleife 144 soweit wie möglich beabstandet
ist, so dass der Durchmesser der ringförmigen Zone hoher Kopplung
nahe der Antenne 140 vergrößert wird.
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Die
Antenne 140 gleicht somit weitgehend der Antenne 110 (4).
Die Antenne 140 unterscheidet sich jedoch von der Antenne 110 dadurch, dass
die Länge
der ersten Seite 146 der oberen Schleife 142 und
die Länge
der ersten Seite 156 der unteren Schleife 144 kleiner
sind als ein Abstand zwischen der zweiten Seite 148 der
oberen Schleife 142 und der zweiten Seite 158 der
unteren Schleife 144. Das heißt, die Länge von jeder der ersten Seiten 146, 156 ist
kleiner als die Länge
der Seiten des die Abmessung festlegenden Rechtecks 162.
Somit sind die obere und die untere Schleife 142, 144 weiter voneinander
beanstandet als die obere und die unter Schleife 112, 114 der
Antrenne 110. Darüber
hinaus sind die Überkreuzungsleiter 152, 154 der
Antenne 140 in engerem Abstand voneinander angeordnet als die Überkreuzungsleiter 122, 124 der
Antenne 110. Der Haupteffekt des Vorsehens der ersten Seiten 146, 156 mit
einer Länge,
die kleiner ist als die Breite des die Abmessung festlegenden Rechtecks,
besteht darin, dass ein ringförmiges
Feld, das durch die Antenne 140 erzeugt wird, unter einem
höheren
Winkel gegen die vertikale Achse 34 ausgerichtet ist als
ein ringförmiges
Feld, das durch die Antenne 110 erzeugt wird (bei welcher
die Länge
der Seiten 116, 126 äquivalent der Breite eines
die Abmessung festlegenden Rechtecks ist). In einem EAS-Anwendungsfall
hilft das, das Erfassen eines Etiketts zu verbessern, das in einer
vertikalen Ebene ausgerichtet ist, die zu den Ebenen der Antenne 140 rechtwinkelig
ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Antenne 140 wurde hergestellt, in welcher die ersten Seiten 146, 156 eine
Länge von
ungefähr
381 mm (15.0 Zoll) hatten, die zweiten Seiten 148, 158 eine Länge von
803 mm (31.6 Zoll) hatten und die dritten Seiten 150, 160 eine
Länge von
etwa 888 mm (34.98 Zoll) hatten. Der Abstand, welcher die zweite
Seite 148 der oberen Schleife 142 von der zweiten
Seite 158 der unteren Schleife 144 trennt, beträgt ungefähr 572 mm
(22.5 Zoll), weshalb die Größe der Überlappung
zwischen der oberen Schleife 142 und der unteren Schleife 144 ungefähr 95 mm
(3.75 Zoll) beträgt.
Das heißt,
die erste Seite 146 der oberen Schleife 142 und
die erste Seite 156 der unteren Schleife 144 erstrecken
sich jeweils nur ungefähr
95 mm (3.75 Zoll) über
die vertikale Achse 34 hinaus. Die Überkreuzungsleiter 152, 154 sind
durch einen Abstand von ungefähr
2,54 mm (0.1 Zoll) getrennt.
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In
einem EAS-System wird bevorzugt, dass die Antenne 140 in
einem dekorativen Gebilde untergebracht ist, das aus einem nichtleitfähigen Material aufgebaut
ist, z. B. einem polymeren Material, wobei die Antenne 140 ungefähr 203 mm
(8.0 Zoll) oberhalb des Bodens oder der Erdoberfläche angeordnet
ist. Demgemäß ist eine
Antenne nach der vorliegenden Erfindung, die in einem EAS-System
benutzt wird, bevorzugt in einer starren Tragkonstruktion (nicht dargestellt)
untergebracht.
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Mit
der Antenne 140 wird eine ausgezeichnete Fernfeldauslöschung erzielt.
Darüber
hinaus ist das Aufnehmen von Rauschen aus entfernten Quellen ziem lich
niedrig, so dass die Antenne 140 an Orten erwünscht ist,
wo beispielsweise andere EAS-Systeme in der Nähe installiert sind. Es wird
gegenwärtig
bevorzugt, dass eine elektronische Vorrichtung (z. B. ein Sender
oder ein Empfänger)
mit der Antenne 140 in einem zentralen Punkt verbunden wird,
beispielsweise dort, wo die horizontale Achse 32 die vertikale
Achse 34 schneidet, so dass die Antenne 140 um
die elektrische Vorrichtung symmetrisch ist. Das Positionieren der
elektrischen Vorrichtung in dem Zentrum 140 trägt dazu
bei, wie oben erläutert,
dass sich eine symmetrische Stromverteilung längs der Drahtabschnitte 140 ergibt,
wodurch eine präzise
gegenseitige Auslöschung
der magnetischen Felder in einer Distanz von der Antenne 140 erzielt wird,
wenn die Antenne 140 mit einem Sender verbunden ist.
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Die
Antenne 140 ist auch verbunden mit dem Sender 64 gezeigt,
welcher der Antenne 140 Strom zuführt. Der Sender 64 ist
mit den Überkreuzungsleitern 152, 154 derart
verbunden, dass der Strom in der oberen und der unteren Schleife 142, 144 in
entgegengesetzten Richtungen fließt. Pfeile 162, 164 sind
in der oberen und der unteren Schleife 142 bzw. 144 gezeigt,
welche die Richtung des Stromflusses in jeder der Schleifen 142, 144 anzeigen.
Der Strom in der oberen Schleife 142 fließt im Uhrzeigersinn,
während
der Strom in der unteren Schleife 144 im Gegenuhrzeigersinn
fließt,
um dadurch eine effektive Fernfeldauslöschung zu erzielen.
-
Typisch
liegt in einem EAS-System der Abstand zwischen der Sendeantenne
und der Empfangsantenne in dem Bereich von zwei bis fünf Fuß in Abhängigkeit
von dem besonderen EAS-System und dem besonderen Anwendungsfall,
in welchem das System verwendet wird. Die vorstehend beschriebenen
Antennenentwürfe
ergeben eine größere Überwachungszone
als bekannte Antennen. Beispielsweise werden EAS-Systeme üblicherweise
an einem Eingang/Ausgang eines Einzelhandelsgeschäftes angeordnet,
wobei ein typisches System eine Sendeantenne hat, die auf einer
ersten Seite vom Eingang/Ausgang angeordnet ist, und eine Empfangsantenne,
die auf einer zweiten, entgegengesetzten Seite vom Eingang/Ausgang
angeordnet ist. Um zu vermeiden, dass der Eingang/Ausgang des Geschäfts blockiert
wird, ist es erwünscht,
dass die Antennen wenigstens um die Breite des Eingangs/Ausgangs
voneinander beabstandet sind, die im Allgemeinen etwa 6 Fuß beträgt.
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Leider
verlangen viele bekannte Systeme, dass die Sende- und Empfangsantennen
um eine Distanz voneinander beabstandet sind, die viel kleiner als
fünf Fuß ist, was
verlangt, dass Personen durch einen Zwischenraum hindurchgeschleust
werden, der schmaler als der Eingang/Ausgang ist, oder dass mehr
als zwei Antennen an dem Eingang/Ausgang benutzt werden. Aufgrund
der ausgezeichneten Fernfeld auslöscheigenschaften
der Antennenentwürfe
nach der vorliegenden Erfindung kann jedoch ein Sender, der mit
den Antennen 30, 80, 110, 140 verbunden
ist, mit einer sehr hohen Leistung betrieben werden, ohne dass Fernfeldemissionen
erzeugt werden, die FCC-Vorschriften verletzen. Da ein Signal, das
durch ein Etikett in einer Überwachungszone der
Antennen 30, 80, 110, 140 erzeugt
wird, in der Amplitude proportional zu der Amplitude des Signals ist,
das zum Speisen der Antennen 30, 80, 110, 140 benutzt
wird, wird außerdem
insgesamt eine Vergrößerung des
Etikettsignals erzielt, die eine entsprechende Vergrößerung des
Rauschabstands des Systems ergibt. Diese Vergrößerung des Rauschabstands erlaubt,
eine Sendeantenne weiter weg von einer Empfangsantenne anzuordnen
als in heutigen EAS-Systemen. Zum Beispiel können die Sende- und die Empfangsantenne
auf entgegengesetzten Seiten eines Standardladeneingangs von 1,8
m (sechs Fuß)
angeordnet werden, was Kunden erlaubt, leichter in den und aus dem
Laden zu gelangen.
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Ein
weiterer Vorteil des Platzierens der Antennenschleifen in diagonal
entgegengesetzten Ecken (eines die Abmessung festlegenden Rechtecks)
ist, dass ein Durchmesser des ringförmigen Feldes, welches durch
die Antenne erzeugt wird, wenn diese mit einem Sender verbunden
ist, vergrößert wird. Aufgrund dessen wird die Zone maximaler Kopplung
mit dem Etikett vergrößert.
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In
den 6, 8, auf die nun Bezug genommen
wird, sind drei zusätzliche
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gezeigt. In 6 ist ein
Sendeantennensystem 180 gezeigt, das eine erste oder obere
Sendeantenne 182 und eine zweite, untere Sendeantenne 184 aufweist.
Die obere und die untere Antenne 182, 184 sind
von insgesamt äquivalenter
Größe und Form,
wobei die untere Antenne 184 von der oberen Antenne 182 beabstandet und
mit dieser koplanar ist. Das heißt, die untere Antenne 84 liegt
unterhalb einer horizontalen Achse 32, und die obere Antenne 182 liegt
oberhalb der horizontalen Achse 32. Die obere und untere
Antenne 182, 184 bilden jeweils "Zick-zack"-Antennen gemäß der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere sind die obere und die untere Antenne 182, 184 jeweils ähnlich wie
die Antenne 110 (4) konfiguriert.
Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass die Begriffe „obere" und „untere" relativ sind und
nur benutzt werden, um die erste und die zweite Antenne 182, 184 zu beschreiben,
wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, und dass die erste und
die zweite Antenne 182, 184 nebeneinander platziert
werden könnten,
im Gegensatz zu eine über
der anderen.
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Die
obere und die untere Antenne 182, 184 sind mit
einem ersten und einem zweiten Sender 186 bzw. 188 verbunden,
die einen elektrischen Strom durch die Antenne 182 bzw. 184 hindurchschicken. Gemäß der erwünschten
Fernfeldauslöscheigenschaft,
die oben erläutert
ist, sendet der erste Sender 186 bevorzugt ein Signal mit
0°-Phase
und der zweite Sender 188 sendet ein Signal mit 90°-Phase. Alternativ
kann die erste Antenne über
eine Zeit betrieben werden, die sich von derjenigen unterscheidet, über welche
die untere Antenne 184 betrieben wird. Es ist selbstverständlich klar,
dass die erste und die zweite Antenne 182, 184 mit
einem ersten und einem zweiten Empfänger (nicht dargestellt) verbunden
sein könnten,
statt mit Sendern, um ein Signal innerhalb eines Feldes zu erfassen,
das durch eine Sendeantenne erzeugt wird.
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7 zeigt
eine Zick-zack-Antenne 190, die eine erste, obere Schleife 192,
eine zweite, untere Schleife 194 und ein Paar Überkreuzungsleiter 196, 198,
welche die obere Schleife 192 mit der unteren Schleife 194 verbinden,
aufweist. Die Antenne 190 ist von ähnlicher Größe, Form und Konfiguration
wie die Antenne 110 (4), mit
der Ausnahme, dass die Antenne 190 mit einem Sender 200 in
Reihe geschaltet ist (im Gegensatz zu dem parallel geschalteten Sender 64 nach 4).
Darüber
hinaus überkreuzen sich,
da die Antenne 190 mit dem Sender 200 in Reihe
geschaltet ist, die Überkreuzungsleiter 196, 198, welche
eng beabstandet sind, tatsächlich,
damit der Strom, der durch die obere Schleife 192 geschickt wird,
in einer Richtung fließt,
die zu dem Strom in der unteren Schleife 194 entgegengesetzt
ist. Da der Sender 200 nahe bei der unteren Schleife 194 angeschlossen
ist, ist der Stromfluss in der oberen und in der unteren Schleife 192, 194 unsymmetrisch.
Um die Felder abzugleichen, welche durch den Stromfluss in der oberen
Schliefe 192 und der untern Schliefe 194 erzeugt
werden, werden die relativen Abmessungen der oberen und der unteren
Schleife 192, 194 eingestellt.
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8 ist
ein Schaltbild einer Antenne 210, die eine erste, obere
Schleife 212, eine zweite, untere Schleife 214,
welche von der oberen Schleife 212 beabstandet und mit
dieser koplanar ist, und ein Paar eng beabstandete parallele Leiter 216, 218 hat,
welche die obere Schleife 212 und die untere Schleife 214 verbinden.
Ein Sender 220 ist zu der Antenne 210 an den parallelen
Leitern 216, 218 parallel geschaltet, so dass
ein erzeugter Strom in der oberen Schleife 212 und der
unteren Schleife 214 in entgegengesetzten Richtungen fließt, wie
es durch Pfeile gezeigt ist. Ähnlich
wie die anderen Antennen (30, 80, 110)
nach der vorliegenden Erfindung hat die Antenne 210 eine
insgesamt rechteckige Form, wie sie durch ein die Abmessung festlegendes
Rechteck 222 gezeigt ist. Unterschiedlich gegenüber den
anderen offenbarten Ausführungsformen
sind jedoch die obere und die untere Schleife 212, 214 in
vertikal entgegengesetzten Ecken des Rechtecks 222 angeordnet (statt
in diagonal entgegengesetz ten Ecken). Die Antenne 210 wird
zur Verwendung in einem EAS-System zwar nicht bevorzugt, andere
Verwendungszwecke für
die Antenne 210 werden jedoch für den Durchschnittsfachmann
auf der Hand liegen. Zum Beispiel kann diese Konfiguration der Erfindung
zum Kommunizieren mit medizinischen Vorrichtungen, die in einen
Patienten implantiert sind, brauchbar sein.
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Obgleich
besondere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, dürfte klar
sein, dass die vorliegende Erfindung geändert oder modifiziert werden
kann, trotzdem aber die gewünschte
Fernfeldauslöschung
ergeben kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Obgleich
die Antennen nach der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf EAS-Systeme
beschrieben worden sind, dürfte
darüber
hinaus klar sein, dass diese Bezugnahme auf EAS-Systeme nur zu Veranschaulichungszwecken
und nicht einschränkend
erfolgt ist. Die Antennen nach der vorliegenden Erfindung sind gut
geeignet zur Verwendung bei vielen Arten von Anwendungsfällen und
finden insbesondere Anwendung in irgendeinem Bereich, in welchem
die durch die Antenne abgestrahlte elektromagnetische Energie benutzt
wird, um eine Kommunikations- oder Identifikationsfunktion zu erfüllen. Zum
Beispiel können
die Antennen nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem
Sensor (der durch die elektromagnetische Energie gespeist wird,
welche durch die Antenne gesendet wird) in einer Umgebung benutzt werden,
wo es schwierig ist, über
Drähte,
die mit dem Sensor verbunden sind, den Sensor mit Strom zu versorgen,
oder anderweitig mit dem Sensor zu kommunizieren. In dieser Umgebung
könnte
die Antenne benutzt werden, um den Sensor mit Strom fernzuversorgen
und Information aus dem Sensor zu empfangen. Zum Beispiel könnte die
Antenne nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem
Sensor benutzt werden, der den Blutzuckerwert eines Patienten misst,
wobei der Blutzuckersensor in das Gewebe eines Patienten subkutan
implantiert ist. Es ist klar, dass es äußerst erwünscht ist, dass die Haut des
Patienten nicht mit Drähten
durchbohrt wird, um den Sensor anzuschließen. Es ist auch äußerst erwünscht, Batterien
aus dem Sensor zu eliminieren. Mit der vorliegenden Erfindung ist
es möglich,
elektromagnetische Energie, die durch die Antenne erzeugt wird,
zu verwenden, um den Sensor mit Strom zu versorgen, der unter der
Haut des Patienten angeordnet ist, und gleichzeitig die Antennen
zu benutzen, die elektromagnetische Energie, die durch den Sensor
gesendet wird, zu empfangen, wobei sich die durch den Sensor gesendete
elektromagnetische Energie auf den Blutzuckerwert des Patienten
bezieht. Ein weiterer Anwendungsfall bezieht sich auf das Kommunizieren
mit einem passiven Transponder, der seinen Besitzer zur Zugangskontrolle
identifiziert. Weitere nützliche
Anwendungsfälle
der vorliegenden Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann
auf der Hand liegen.
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Es
dürfte
weiter für
den Durchschnittsfachmann klar sein, dass Änderungen an den oben beschriebenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne die erfinderischen
Prinzipien derselben aufzugeben. Es ist deshalb klar, dass sich
die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten besondern Ausführungsformen
beschränkt,
sondern dass diese alle Modifikationen und Änderungen einschließen soll,
die im Schutzbereich der Erfindung liegen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert
wird.