EP2263194A1

EP2263194A1 - Antennenanordnung mit wenigstens zwei entkoppelten antennenspulen; rf-bauteil zur berührungslosen übertragung von energie und daten; elektronisches gerät mit rf-bauteil

Info

Publication number: EP2263194A1
Application number: EP09728040A
Authority: EP
Inventors: Christian Reinhold; Peter Scholz
Original assignee: Deutsche Post AG
Current assignee: Deutsche Post AG
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-12-22
Also published as: US20110043431A1; WO2009121464A1; CA2713644A1; DE102008017622A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für RF-Systeme, umfassend wenigstens zwei Antennenspulen (40;41), die übereinander in zwei verschiedenen Lagen angeordnet sind und sich dabei nicht berühren, wobei eine erste Antennenspule (40) versetzt zu einer zweiten Antennenspule (41) angeordnet ist, und die Gegeninduktivität zwischen den beiden Antennenspulen (40;41) minimiert ist. Die Erfindung betrifft ferner ein RF-Bauteil mit einer solchen Antennenanordnung, wobei es sich bei einer der Antennenspulen um eine schmalbandige Energiespule (40) handelt, die auf der Oberfläche des Trägers (30) versetzt zu einer breitbandigen Datenspule (41) angeordnet ist. Von der Erfindung umfasst ist ferner ein elektronisches Gerät mit einem solchen RF-Bauteil. Insbesondere handelt es sich bei dem elektronischen Gerät um eine elektronische Anzeige auf der Basis von elektronischer Tinte mit bistabilen Elementen, wobei die elektronische Anzeige (70) ein RF-Bauteil (10) zur berührungslosen Übertragung von Energie und Daten auf die elektronische Anzeige (70) aufweist.

Description

Antennenanordnung mit wenigstens zwei entkoppelten Antennenspulen;

RF-Bauteil zur berührungslosen Übertragung von Energie und Daten; elektronisches Gerät mit RF-Bauteil

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung und ein RF-Bauteil mit einer solchen Antennenanordnung. Ferner betrifft die Erfindung ein elektronisches Gerät mit einem RF-Bauteil zur berührungslosen Übertragung von Energie und Daten auf das elektronische Gerät.

Auf dem Gebiet der berührungslosen Energie- und Datenübertragung ist es bekannt, Antennen einzusetzen. Insbesondere bei der berührungslosen Datenübertragung werden RFID-Systeme (Radio Frequency Identification) eingesetzt. Ein solches System besteht üblicherweise aus einem RFID-Chip (Transponder/Tag), der beispielsweise an einem Gegenstand, einem Lebewesen oder an einer festen Position angebracht ist, und einer oder mehreren Lese- und/oder Schreibeinrichtungen. Der RFID-Chip kann mit der Lese- und/oder

Schreibeinrichtung berührungslos über hochfrequente Signale ausgelesen bzw. beschrieben werden, wenn sich der RFID-Chip in Reichweite einer dieser Einrichtungen befindet.

RFID-Systeme und die zugehörigen Transponder können sich technisch stark voneinander unterscheiden. Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal ist dabei die Art der Energieversorgung eines Transponders. Dabei unterscheidet man zwischen aktiven und passiven RFID-Transpondern, wobei aktive Transponder über eine eigene Energieversorgung beispielsweise in Form einer Batterie verfügen, während passive Transponder die für ihren Betrieb erforderliche Energie aus dem Funksignal einer Basisstation gewinnen. Üblicherweise werden passive RFID-Tags verwendet, wenn bei möglichst geringen Baugrößen niedrige Herstellungskosten zu erzielen sind. Aktive Transponder mit eigener Energieversorgung sind dagegen größer und ihre Herstellung ist mit höheren Kosten verbunden.

Ein passiver Transponder weist eine Antenne beispielsweise in Form einer Antennenspule mit zumindest einer Windung auf, über die Energie aus dem Signal eines Lese- und/oder Schreibgeräts gewonnen werden kann. Batterielose Transponder gewinnen ihre Versorgungsspannung dabei üblicherweise durch Induktion aus den Funksignalen der jeweiligen Basisstation. Mit einer Spule als Antenne wird durch Induktion ein Kondensator aufgeladen, weicher den Transponder mit Energie versorgt. Die Spule kann beispielsweise gewickelt oder aufgedruckt sein und steht in Verbindung mit einem Chip. Sobald die Antennenspule in das hochfrequente elektromagnetische Feld einer Basisstation gelangt, entsteht in der Antennenspule ein Induktionsstrom, der gleichgerichtet wird und von dem Chip verwendet werden kann.

Auch Daten werden berührungslos über Antennen zwischen dem Transponder und einer Basisstation übertragen. Dabei beruht die Übermittelung von Informationen zwischen dem Transponder und einem Lesegerät auf der Modulation des elektromagnetischen Feldes, das von einer Spule des Lesegerätes erzeugt wird. Befindet sich der Transponder im elektromagnetischen Feld des Lesegerätes, kann er daraus für seinen Betrieb Energie erzeugen und daraufhin eine Fluktuation im Feld der Trägerwelle bewirken, die von dem Lesegerät detektiert und ausgewertet werden kann.

Die geringe Baugröße passiver Transponder geht einher mit einer geringeren Reichweite als bei aktiven Transpondern. Die Reichweite beträgt bei passiven Transpondern je nach gewählter Frequenz und daraus folgender Kopplung zwischen einigen Zentimetern und bis zu 10 m, während aktive Transponder eine Reichweite von bis zu 100 m erreichen können. Der Einsatz aktiver oder passiver Transponder hängt somit unter anderem vom Einsatzgebiet und den erforderlichen Reichweiten ab. RF-Bauteile können jedoch nicht nur zur Identifikation von Gegenständen, Lebewesen oder Positionen über RFID-Tags eingesetzt werden, sondern sie können für jegliche berührungslose Übertragungen von Energie und/oder Daten mittels hochfrequenter Signale verwendet werden. Dies ist beispielsweise bei elektronischen Etiketten auf der Basis von elektronischer Tinte der Fall. Die internationale

Patentanmeldung WO 02/063602 A1 offenbart elektronische Etiketten, bei denen RF-Bauteile dazu verwendet werden, Informationen auf ein Label mit elektronischer Tinte zu übertragen. Ein solches Etikett kann ebenfalls passiv ohne eigene Energieversorgung ausgestaltet sein, wobei die erforderliche Energie über hochfrequente Signale an eine Antenne des Etiketts übertragen wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass jeweils eine Antenne für die Energieübertragung und eine Antenne für die Datenübertragung vorgesehen ist. Ein solches elektronisches Etikett muss nicht zwingend auch Daten an eine Leseeinrichtung übermitteln, sondern gegebenenfalls werden lediglich Informationen von einer Schreibeinrichtung an das Etikett übermittelt, damit diese durch die bistabilen Elemente der elektronischen Tinte angezeigt werden.

Bei passiven RFID-Systemen mit hohem Energiebedarf ist das Problem zu lösen, dass eine ausreichende Energieversorgung mit Antennenstrukturen höherer Güte ermöglicht werden muss, mit deren Hilfe große Leistungen bei frei wählbaren Spannungen übertragen werden können. Solche Antennenstrukturen lassen sich jedoch faktisch nicht mit Antennenstrukturen eines RFI D-Chips oder ähnlicher Kommunikationseinheiten kombinieren. Üblicherweise verhindert ein Überspannungsschutz des Transponderchips höhere Spannungen. Die Spannung kann beispielsweise auf 8-10 V begrenzt sein, so dass höhere Spannungen an der Antenne nicht erreicht werden können. Durch entsprechende Schaltungen könnte die Spannung zwar nachträglich erhöht werden, dies ist allerdings aus Kostengründen und Gründen der Funktionalität nicht erstrebenswert. Andererseits benötigt ein Transponderschwingkreis eine niedrigere Güte als ein Energiekreis, da hier Daten auf den Modulationsseitenbändern übertragen werden müssen. Dies ist jedoch mit einer schmalbandigen Antenne, die für eine effiziente Energieübertragung erstrebenswert ist, nicht oder nur sehr schwer möglich. Auch für andere Problemlösungen im Bereich der Daten- und/oder Energieübertragung bei RF-Systemen kann es zweckmäßig sein, an einem RF- Bauteil mehrere Antennen vorzusehen, die sich jedoch gegenseitig nicht beeinflussen dürfen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antennenanordnung für RF-Systeme bereitzustellen, welche die Verwendung von wenigstens zwei Antennen ermöglicht, die sich jedoch gegenseitig nicht beeinflussen. Insbesondere soll ein RF-Bauteil bereitgestellt werden, das auf einfache Weise dazu verwendet werden kann, sowohl Energie als auch Daten auf ein elektronisches Gerät mit hohem Energiebedarf zu übertragen. Das RF-Bauteil soll sich insbesondere zur Übertragung von Energie und Daten auf flache elektronische Etiketten auf der Basis elektronischer Tinte eignen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Antennenanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Antennenanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-8. Die Aufgabe wird ferner durch ein RF-Bauteil nach einem der Ansprüche 9 und 10 und insbesondere durch ein elektronisches Gerät nach Anspruch 11 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform eines solchen elektronischen Gerätes ergibt sich beispielsweise aus dem Unteranspruch 12.

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung für RF-Systeme umfasst wenigstens zwei Antennenspulen, die übereinander in wenigstens zwei verschiedenen Lagen angeordnet sind und sich dabei nicht berühren. Eine erste Antennenspule ist versetzt zu einer zweiten Antennenspule angeordnet, und die Gegeninduktivität zwischen den beiden Antennenspulen ist minimiert. Dabei überlappen sich die Windungen der ersten Antennenspule und die Windungen der zweiten Antennenspule vorzugsweise in einem Teilbereich der jeweiligen Antennenspule.

Vorzugsweise liegt der Abstand zwischen den beiden Lagen aus Antennenspulen in der Größenordnung von 0,1 mm bis 2 mm, insbesondere bei etwa 1 mm. Beide Antennenspulen können ferner mit der gleichen Frequenz betrieben werden, die in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei 13,56 MHz liegt.

Vorzugsweise sind die beiden Antennenspulen auf einem flachen, nicht leitenden Träger angebracht. Sowohl die erste Antennenspule als auch die zweite

Antennenspule können aus einer oder mehreren Windungen bestehen, die auf den Träger aufgebracht sind, wobei die beiden so gebildeten Antennenspulen entlang einer Achse A, welche durch den jeweiligen Mittelpunkt der beiden Antennenspulen verläuft, zueinander versetzt angeordnet sind.

Beispielsweise sind die beiden Antennenspulen rechteckig mit üblicherweise abgerundeten Ecken ausgebildet, wobei sie jeweils eine äußere Länge L=50 mm und eine äußere Breite B=50 mm haben und die Mittelpunkte der jeweiligen Antennenspulen entlang einer Achse A, welche parallel zu vier gegenüberliegenden Seiten der beiden Antennenspulen verläuft, um Δ=39 mm zueinander versetzt angeordnet sind, wobei die erste Antennenspule eine Leiterbahnbreite von etwa 1 mm und die zweite Antennenspule eine Leiterbahnbreite von etwa 0,75 mm aufweist.

Von der Erfindung umfasst ist ferner ein RF-Bauteil, das eine solche Antennenanordnung aufweist. Vorzugsweise handelt es sich bei einer der

Antennenspulen um eine schmalbandige Energiespule, die auf der Oberfläche des Trägers versetzt zu einer breitbandigen Datenspule angeordnet ist, wobei die Gegeninduktivität zwischen den beiden Antennenspulen minimiert ist, und beide Antennenspulen an eine elektronische Baugruppe wie beispielsweise einen Mikrochip angeschlossen sind.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein elektronisches Gerät mit einem solchen RF-Bauteil zur berührungslosen Übertragung von Energie und Daten auf das elektronische Gerät. Bei dem elektronischen Gerät handelt es sich vorzugsweise um eine elektronische Anzeige auf der Basis von elektronischer Tinte mit bistabilen

Elementen, wobei die elektronische Anzeige ein erfindungsgemäßes RF-Bauteil zur berührungslosen Übertragung von Energie und Daten auf die elektronische Anzeige aufweist.

Die Erfindung bringt im Bereich der Radiofrequenztechnik den wesentlichen Vorteil mit sich, dass in einem Bauteil zwei Antennen verwendet werden können, ohne dass sich diese gegenseitig beeinflussen. Die beiden Antennen können auf kleinem Raum angeordnet werden und sogar mit der gleichen Frequenz betrieben werden. Dabei kann es sich beispielsweise um zwei Energiespulen, zwei Datenspulen oder eine Datenspule kombiniert mit einer Energiespule handeln. Ferner können in einem Bauteil zwei Transponder realisiert werden, deren Antennen sich nicht gegenseitig beeinflussen. Auch verschiedene Protokolle beim Auslesen von Transpondem, wie beispielsweise ISO14443 und ISO15693, können so mit unterschiedlich ausgelegten Antennen auf einem Label verwendet werden. Ein zusätzlicher Sicherheitsaspekt ergibt sich ferner, wenn mehrere Transponder mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet werden.

Insbesondere bei Anwendung auf elektronische Geräte ermöglicht es die Erfindung, dass mit ihr drahtlos Energie und Daten auf solche elektronische Geräte übertragen werden kann, die bisher wegen ihres hohen Energiebedarfs nicht mit RF- Technologie betrieben werden konnten. Die erfindungsgemäße planare Integration mehrerer Antennenstrukturen in unmittelbarer Nachbarschaft ermöglicht den Einsatz mehrerer Antennen mit unterschiedlichen Anforderungen, ohne dass die Baugröße eines elektronischen Gerätes wesentlich vergrößert werden muss. So können verschiedene Spannungsebenen bereitgestellt und die Energie- und Datenübertragung voneinander getrennt werden, wobei die Erfindung den Anforderungen an beide Übertragungsarten gerecht wird.

Der Transponderchip bleibt von der Energieübertragung nahezu ungestört und das zugehörige Antennendesign mit einer Antenne niedrigerer Güte kann standardisiert sein. Die Energiespule besitzt wiederum eine höhere Güte, um die möglicherweise höheren Spannungsebenen zu erreichen. Durch eine gezielte Verschiebung der beiden Spulen zueinander kann auf einfache Weise erreicht werden, dass die Gegeninduktivität und somit auch die Kopplung der beiden Spulen minimiert werden oder sogar gleich Null sind.

Dies hat den Vorteil, dass beide Antennen völlig losgelöst voneinander ausgelegt und optimiert werden können. Eine solche Optimierung kann beispielsweise die Wahl unterschiedlicher Bandbreiten, eine Anzahl verschiedener Windungen und verschiedener Leiterbahnbreiten umfassen.

Ein wesentlicher Vorteil ist ferner, dass beide Antennen auf derselben Frequenz betrieben werden können, wodurch an einem zugehörigen Lese- und/oder Schreibgerät kein Multiantennensystem vorgesehen werden muss.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.

Von den Abbildungen zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen RF-Bauteils;

Fig. 2 eine elektronische Anzeige mit einem RF-Bauteil gemäß Figur 1 ; und

Fig. 3 eine Darstellung des Koppelfaktors zwischen zwei Antennenspulen in

Abhängigkeit von der relativen Verschiebung der beiden Antennenspulen zueinander.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen RF-Bauteils dargestellt, wobei unter einem RF-Bauteil (RF=Radio Frequency) im Sinne dieser Erfindung eine Komponente zu verstehen ist, welche Mittel aufweist, um hochfrequente Radiosignale zu empfangen und zu verarbeiten. Unter der Verarbeitung von

Radiosignalen ist unter anderem die Energiegewinnung aus Funksignalen einer Basisstation durch Induktion und/oder die Modulation eines elektromagnetischen Feldes einer Basisstation zu verstehen.

Das RF-Bauteil 10 besteht wenigstens aus einem nicht leitenden Träger 30, auf dem zwei Antennenspulen 40 und 41 und eine elektronische Baugruppe wie beispielsweise ein Mikrochip 20 mit integriertem Schaltkreis angeordnet sind. Der Träger ist vorzugsweise flach und plattenförmig. Er kann jedoch beispielsweise auch durch eine Folie gebildet werden. Die beiden Antennenspulen sind an den Mikrochip angeschlossen, der wiederum an ein elektronisches Gerät angeschlossen sein kann, das über die Antennen mit Energie und Daten versorgt werden soll. Alternativ sind jedoch auch jegliche andere Bauformen und Anschlüsse möglich. Beispielsweise kann je eine Antennenspule an jeweils einen Mikrochip angeschlossen sein, oder eine erste Antennenspule ist an einen Mikrochip angeschlossen, während eine zweite Antennenspule an diskrete Bauelemente angeschlossen ist.

Bei den elektronischen Geräten, welche mit dem erfindungsgemäßen RF-Bauteil betrieben werden können, handelt es sich beispielsweise um elektronische Anzeigen oder Sensoren. Die Erfindung kann jedoch für jegliche Anwendungen eingesetzt werden, bei denen elektronisch Informationen und Energie übertragen werden müssen. Beispielhaft seien dazu Datenschreiber, medizinische Implantate wie Cochlea Implantate, Retina Implantate, Herzschrittmacher und neuronale Stimulatoren genannt. Ferner kommen drahtlos betriebene Aktuatoren wie beispielsweise passiv betriebene Schließeinheiten oder Pumpen in Betracht. Das RF-Bauteil kann jedoch auch als eigenständige Komponente in Form eines RFID- Tags an Gegenständen, Lebewesen oder Positionen eingesetzt werden, falls der Mikrochip beispielsweise einen Speicher umfasst, in dem Daten abgelegt und von einem Lesegerät abgerufen werden können.

Die Erfindung eignet sich jedoch insbesondere zum Betrieb einer Anzeige 70 basierend auf elektronischer Tinte, wie sie in Fig. 2 mit einer Anzeige oberhalb eines Trägers 30 mit zwei Antennen 40 und 41 dargestellt ist. Das RF-Bauteil ist an die Anzeige 70 angeschlossen und empfängt von einer Basisstation veränderliche Daten, die auf der Anzeige angezeigt werden sollen. Alternativ sind veränderliche Daten in einem Speicher des Mikrochips 20 bzw. einem weiteren Speicher der elektronischen Anzeige 70 hinterlegt, die durch Signale einer Basisstation aktiviert und mittels der bistabilen Elemente der elektronischen Tinte zur Anzeige gebracht werden. Um die Ausrichtung der bistabilen Elemente der elektronischen Tinte zu beeinflussen, ist Energie erforderlich, die ebenfalls über das RF-Bauteil 10 empfangen wird.

Der nicht leitende Träger 30 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff. Beispielsweise können mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatten zum Einsatz kommen, die auch für Leiterplatten bekannt sind. Auf den Träger 30 sind wenigstens zwei leitende Antennenspulen 40 und 41 aufgedruckt oder mit Ätzverfahren ausgebildet. Zur besseren Unterscheidung der beiden Spulen sind die Windungen einer ersten Antennenspule 40 in Fig. 1 mit einer unterbrochenen Linie dargestellt, während die Windungen einer zweiten Antennenspule 41 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt sind. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um viereckige Spulen mit jeweils wenigstens einer Windung und abgerundeten Ecken. Es sind jedoch jegliche Kurven- und Polygonzüge mit wenigstens einer Windung denkbar.

Vorzugsweise umfasst eine Antennenspule mehrere Windungen und ihre Enden sind beispielsweise an den Mikrochip 20, weitere Mikrochips oder andere diskrete Bauteile angeschlossen. Es ist ferner möglich, mehr als zwei Antennen auf einem Träger 30 vorzusehen. Die Spulen müssen dabei entsprechend der erfindungsgemäßen Antennenanordnung so gegeneinander verschoben angeordnet sein, dass ihre Kopplung sehr gering ist beziehungsweise bei Null liegt. Die dazu erforderlichen Anordnungen können bei mehreren Spulen durch analytische Ausdrücke, Simulationswerkzeuge oder durch empirische Ermittlung bestimmt werden.

Bei einer ersten Antennenspule 40 handelt es sich erfindungsgemäß um eine schmalbandige Energiespule höherer Güte. Diese Spule dient zur Versorgung des Mikrochips 20 und eines angeschlossenen Gerätes mit Energie, indem durch Induktion ein Stromfluss erzeugt wird, sobald die Energiespule 40 in das hochfrequente elektromagnetische Feld einer Basisstation gelangt. Bei einer zweiten Antennenspule 41 handelt es sich um eine breitbandige Datenspule niedrigerer Güte. Diese Antennenspule 41 dient zur Übertragung von Daten auf den Mikrochip bzw. ein angeschlossenes elektronisches Gerät.

Die beiden Antennen sind gemäß der erfindungsgemäßen Antennenanordnung in zwei verschiedenen Lagen auf dem Träger 30 angeordnet und berühren sich dabei nicht. Die Antennenspulen 40 und 41 sind ferner versetzt zueinander auf der Oberfläche des Trägers 30 angeordnet. Die beiden Antennen sind dabei so positioniert, dass die Gegeninduktivität und damit die Kopplung beider Antennenspulen minimiert oder sogar gleich Null ist. Fließt in der einen Antenne ein Strom, hat dies keinen bzw. kaum Einfluss auf die andere Antenne. Ein Stromfluss, beispielsweise in der Energiespule 40, verursacht einen magnetischen Fluss, der jedoch in der Datenspule bei vollständiger Entkopplung keine Spannung induziert und umgekehrt. Die Feldlinien verlaufen zu Teilen in Richtung des Normalenvektors und zu anderen Teilen entgegengesetzt zu diesem, so dass sich der Gesamtfluss zu Null addiert. Die beiden Antennen sind somit voneinander entkoppelt und können völlig losgelöst voneinander betrieben werden.

Die viereckigen Antennenspulen 40 und 41 sind dabei vorzugsweise so angeordnet, dass sich die Windungen der Energiespule 40 und die Windungen der Datenspule 41 in einem Teilbereich der jeweiligen Antennenspule überlappen. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überlappen sich die Windungen der beiden Spulen beispielsweise im Bereich einer jeweiligen langen Seite einer Spule. Um diese Überlappung zu erreichen, werden die beiden Antennen zweckmäßigerweise in zwei verschiedenen Lagen aufgebracht. Der Abstand zwischen diesen Lagen liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 1 mm.

Bestehen die Energiespule 40 und die Datenspule 41 wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 aus einer oder mehreren viereckigen Windungen, die auf den Träger 30 aufgedruckt sind, haben die beiden so gebildeten viereckigen Antennenspulen vorzugsweise die gleiche Ausrichtung. Die jeweils gegenüberliegenden Seiten 50 und 52 einer ersten Antennenspule 40 verlaufen somit parallel zu den entsprechenden Seiten 51 und 53 der zweiten Antennenspule 41. Die Antennenspulen sind in diesem Fall entlang einer Achse A, welche parallel zu diesen vier gegenüberliegenden Seiten 50, 51 , 52 und 53 der beiden Antennenspulen 40 und 41 verläuft, zueinander versetzt angeordnet. Dabei erfahren die Mittelpunkte 60 und 61 der beiden Antennenspulen eine relative Verschiebung von Δ.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Antennen 40 und 41 gleich groß und haben eine äußere Länge von L = 50 mm und eine äußere Breite von B = 50 mm. Die erste Spule 40 umfasst dabei vier Windungen, während die zweite Spule 41 sechs Windungen umfasst. Die Leiterbahnbreite liegt bei der ersten Spule 40 bei etwa 1 mm, während sie bei der zweiten Spule bei etwa 0,75 mm liegt. Der Abstand zwischen den Leiterbahnen beträgt bei beiden Antennenspulen 40 und 41 etwa 0,3 mm. Der Abstand zwischen den beiden Lagen der Antennenspulen liegt in der Größenordnung von 0,1-2 mm und vorzugsweise bei etwa 1 mm. Es können jedoch jegliche Abstände realisiert werden, die bei dem gewünschten Bauteil möglich sind.

In diesem Fall hat es sich ergeben, dass die beiden Antennen so zueinander verschoben werden müssen, dass ihre Mittelpunkte 60 und 61 entlang einer Achse A um etwa Δ=39mm zueinander versetzt angeordnet werden müssen, um eine Entkopplung der beiden Antennenspulen zu erreichen. Bei anderen Spulenformen und -großen ergeben sich andere erforderliche Verschiebungen, die im Einzelfall bestimmt werden müssen. Dies kann durch Tests und/oder Computersimulationen erfolgen. Eine simulierte Kopplung der zwei beschriebenen Spulen ist der Graphik in Fig. 3 zu entnehmen. Dabei ist auf der Abszisse die erforderliche relative Verschiebung Δ in Millimetern aufgetragen, während auf der Ordinate der Koppelfaktor der Spulen aufgetragen ist. Der Koppelfaktor ist definiert als das Verhältnis zwischen der Gegeninduktivität und der Quadratwurzel des Produktes der Eigeninduktivitäten. Der Koppelfaktor wird auch mit k bezeichnet: k = M I ^L_xL₂ , wobei M die Gegeninduktivität der beiden Spulen zueinander ist und L_x und L₂ die Selbstinduktivitäten der Spulen sind.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ergibt sich bei einer relativen Verschiebung der beiden Antennenspulen zueinander von etwa Δ=39 mm ein Koppelfaktor von Null, so dass die beiden Antennen bei einer solchen Anordnung entkoppelt sind und unabhängig voneinander betrieben werden können.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Energiespule 40 und die Datenspule 41 auf der gleichen Frequenz betreibbar. Diese Frequenz liegt beispielsweise bei 13,56 MHz. Dies hat den Vorteil, dass eine zugehörige Basisstation zur Bereitstellung von Energie und Daten kein Multiantennensystem benötigt, sondern auf einer Frequenz betrieben werden kann.

In Fig. 2 ist eine elektronische Anzeige 70 oberhalb eines erfindungsgemäßen RF- Bauteils 10 dargestellt. Die Anzeige 70 ist vorzugsweise wie das RF-Bauteil 10 sehr flach ausgebildet, um auf dem RF-Bauteil angebracht ein flaches elektronisches Gerät zu bilden, das beispielsweise als Label in verschiedenen

Anwendungsbereichen verwendet werden kann, in denen veränderliche Informationen auf einem Display angezeigt werden sollen. Als elektronisches Anzeigemedium wird vorzugsweise elektronische Tinte, basierend auf bistabilen Elementen verwendet. Dabei handelt es sich chemisch um Mikrokapseln, die zwei verschiedene Farbkomponenten unterschiedlicher Ladung enthalten, welche sich im elektrischen Feld ausrichten. Aufgrund der Partikelgrößen und der Viskosität des Systems erfolgt nach dem Abschalten des elektrischen Feldes keine sofortige Rückrelaxion in einen ungeordneten Ausgangszustand. Es erfolgt somit kein Verlust der eingeschriebenen Informationen, sondern es tritt gegebenenfalls lediglich eine Abnahme des Kontrastes ein. Als Beispiele für elektronische Tinte sind die Produkte SmartPaper™ des Unternehmens Gyricon und elektrophoretische Displays des Unternehmens E-Ink zu nennen. Elektrophoretische Anzeigen weisen günstige Eigenschaften insbesondere bezüglich der mechanischen Anforderungen an Flexibilität, Stoßempfindlichkeit und Druckstabilität auf, so dass sie sich insbesondere für die Verwendung als Label eignen. Ferner bieten sie ein ausreichend bistabiles Verhalten und durch die vergleichsweise niedrige Ansteuerungsspannung ist der schaltungstechnische Aufwand für die Energieversorgung begrenzt.

Die durch die Energiespule 40 von einer Basisstation empfangene Energie dient zum Betrieb des Mikrochips 20 und der elektronischen Anzeige 70. Darüber hinaus kann eine logische Schaltung für das Datenmanagement integriert sein, welche den Transfer von Daten von der Datenspule 41 des RF-Bauteils 10 zum Display durchführt. Auf dem Display können sowohl Texte als auch verschlüsselte Informationen beispielsweise in Form von Barcodes angezeigt werden, indem die bistabilen Elemente der elektronischen Tinte entsprechend ausgerichtet werden. Die Informationen werden solange angezeigt, bis eine Basisstation die Anzeige einer neuen Information aktiviert, wobei die einmalig für die neue Informationsanzeige erforderliche Energie über die Energiespule 40 erhalten wird.

Bezugszeichenliste:

10 RF-Bauteιl 20 Elektronische Baugruppe, Mikrochip

30 Träger

40 Antennenspule, Energiespule

41 Antennenspule, Datenspule

50,51 ,52,53 Viereckseiten 60,61 Mittelpunkt einer Antennenspule

70 Elektronische Anzeige

L Äußere Länge einer Antennenspule

B Äußere Breite einer Antennenspule Δ Relative Verschiebunα

Claims

Patentansprüche:

1. Antennenanordnung für RF-Systeme, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens zwei Antennenspulen (40;41) übereinander in wenigstens zwei verschiedenen Lagen angeordnet sind und sich dabei nicht berühren, wobei eine erste Antennenspule (40) versetzt zu einer zweiten Antennenspule (41) angeordnet ist, und die Gegeninduktivität zwischen den beiden Antennenspulen (40;41) minimiert ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich die Windungen der ersten Antennenspule (40) und die Windungen der zweiten Antennenspule (41 ) in einem Teilbereich der jeweiligen

Antennenspule überlappen.

3. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Abstand zwischen den beiden Lagen aus Antennenspulen (40;41 ) in der Größenordnung von 0,1-2 mm, insbesondere bei etwa 1 mm liegt.

4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass beide Antennenspulen (40;41 ) mit der gleichen Frequenz betreibbar sind.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 4, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Frequenz bei 13,56 MHz liegt.

6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Antennenspulen (40;41 ) auf einem flachen, nicht leitenden Träger (30) angebracht sind.

7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass sowohl die erste Antennenspule (40) als auch die zweite Antennenspule (41 ) aus einer oder mehreren Windungen bestehen, die auf den Träger (30) aufgebracht sind, wobei die beiden so gebildeten Antennenspulen (40;41) entlang einer Achse A, welche durch den jeweiligen Mittelpunkt der beiden Antennenspulen (40;41 ) verläuft, zueinander versetzt angeordnet sind.

8. Antennenanordnung nach Anspruch 7, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass die beiden Antennenspulen (40;41) rechteckig sind, wobei sie jeweils eine äußere Länge L=50 mm und eine äußere Breite B=50 mm haben und die Mittelpunkte (60;61) der jeweiligen Antennenspulen (40;41) entlang einer Achse A, welche parallel zu vier gegenüberliegenden Seiten (50;51 ;52;53) der beiden

Antennenspulen (40;41 ) verläuft, um Δ=39 mm zueinander versetzt angeordnet sind, wobei die erste Antennenspule (40) eine Leiterbahnbreite von etwa 1 mm und die zweite Antennenspule (41) eine Leiterbahnbreite von etwa 0,75 mm aufweist.

9. RF-Bauteil (10) umfassend eine Antennenanordnung, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.

10. RF-Bauteil (10) nach Anspruch 9, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass es sich bei einer der Antennenspulen um eine schmalbandige Energiespule (40) handelt, die auf der Oberfläche des Trägers (30) versetzt zu einer breitbandigen Datenspule (41) angeordnet ist, wobei die Gegeninduktivität zwischen den beiden Antennenspulen (40;41) minimiert ist, und dass beide Antennenspulen (40;41 ) an eine elektronische Baugruppe (20) angeschlossen sind.

11. Elektronisches Gerät mit einem RF-Bauteil (10) zur berührungslosen Übertragung von Energie und Daten auf das elektronische Gerät, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass das RF-Bauteil (10) nach einem der Ansprüche 9 und 10 ausgebildet ist.

12. Elektronisches Gerät nach Anspruch 11 , d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t, dass es sich bei dem elektronischen Gerät um eine elektronische Anzeige auf der Basis von elektronischer Tinte mit bistabilen Elementen handelt, wobei die elektronische Anzeige (70) ein RF-Bauteil (10) zur berührungslosen Übertragung von Energie und Daten auf die elektronische Anzeige (70) aufweist.