EP3331094B1 - Antenna assembly - Google Patents
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- EP3331094B1 EP3331094B1 EP17001956.6A EP17001956A EP3331094B1 EP 3331094 B1 EP3331094 B1 EP 3331094B1 EP 17001956 A EP17001956 A EP 17001956A EP 3331094 B1 EP3331094 B1 EP 3331094B1
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung bestehend aus einer Patch-Antenne, einer RFID Signalschnittstelle, einer ersten Mobilfunkschnittstelle und einer zweiten Mobilfunkschnittstelle, wobei die Patch-Antenne einen ersten Port, einen zweiten Port, einen dritten Port und einen vierten Port aufweist.The invention relates to an antenna arrangement comprising a patch antenna, an RFID signal interface, a first mobile radio interface and a second mobile radio interface, wherein the patch antenna has a first port, a second port, a third port and a fourth port.
UHF RFID Systeme bieten eine der besten Möglichkeiten um Gegenstände zu identifizieren und in Echtzeit zu verfolgen. Ein derartiges System wird beispielsweise in
Zum Auslesen eines RFID Transponders wird über eine vom RFID Lesegerät angesteuerte RFID Antenne eine elektromagnetische Welle ausgesandt. Diese elektromagnetische Welle wechselwirkt mit dem RFID Transponder, wobei dabei die Identifikationsnummer des Transponders vom RFID Lesegerät erfasst wird. Üblicherweise sind die vom RFID Lesegerät angesteuerten RFID Antennen als Patch-Antennen ausgeführt. In
Für die drahtlose Kommunikation mit dem Datennetz werden RFID Lesegeräte mit WLAN- und/oder GSM/UMTS/LTE-Modulen bestückt. Diese Module sind meist mit separaten Keramik-basierten Patch- oder PIF-Antennen ausgestattet. Der Einsatz separater Antennenstrukturen erhöht allerdings die Herstellungskosten und den Platzbedarf des RFID Lesegerätes. Nachteilig ist weiterhin, dass derartige Antennen einen relativ geringen Wirkungsgrad aufweisen. Grundsätzlich ist das Einspeisen von UHF RFID Signalen und Mobilfunksignalen der 900 MHz Bänder in ein und dieselbe Antenne problematisch, da die Signale aufgrund der relativ dicht beieinander liegenden Frequenzbereiche einer starken Signalkopplung unterliegen.For wireless communication with the data network RFID readers are equipped with WLAN and / or GSM / UMTS / LTE modules. These modules are usually equipped with separate ceramic-based patch or PIF antennas. However, the use of separate antenna structures increases the manufacturing costs and space requirements of the RFID reader. A further disadvantage is that such antennas have a relatively low Have efficiency. Basically, the feeding of UHF RFID signals and mobile signals of the 900 MHz bands in one and the same antenna is problematic because the signals are subject to a strong signal coupling due to the relatively close frequency ranges.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antennenanordnung zu schaffen, die zum Abstrahlen und Empfangen von UHF RFID Signalen und Mobilfunksignalen (GSM/UMTS/LTE) ein einziges Antennenelement nutzt. Die Antennenanordnung soll dabei so ausgebildet sein, dass dabei UHF RFID Signale bzw. Mobilfunksignale als linkszirkular, rechtszirkular, horizontal oder vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen abgestrahlt und empfangen werden können.The object of the invention is to provide an antenna arrangement which uses a single antenna element for emitting and receiving UHF RFID signals and mobile radio signals (GSM / UMTS / LTE). In this case, the antenna arrangement should be designed so that UHF RFID signals or mobile radio signals can be radiated and received as left circular, right circular, horizontally or vertically polarized electromagnetic waves.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Antennenanordnung einen Signalteiler, einen ersten Richtkoppler, einen zweiten Richtkoppler, einen ersten Tiefpass, einen zweiten Tiefpass, einen ersten Hochpass, einen zweiten Hochpass, einen ersten Diplexer und einen zweiten Diplexer aufweist, wobei der Signalteiler mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss ausgebildet ist. Der erste Anschluss des Signalteilers ist mit der RFID Signalschnittstelle, der zweite Anschluss des Signalteilers mit einem ersten Anschluss des ersten Richtkopplers und der dritte Anschluss des Signalteilers mit einem ersten Anschluss des zweiten Richtkopplers verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Richtkopplers ist an einem ersten Anschluss des ersten Diplexers, ein zweiter Anschluss des zweiten Richtkopplers an einem ersten Anschluss des zweiten Diplexers, ein dritter Anschluss des ersten Richtkopplers an einem ersten Anschluss eines ersten Tiefpasses, ein dritter Anschluss des zweiten Richtkopplers an einem ersten Anschluss eines zweiten Tiefpasses, ein vierter Anschluss des ersten Richtkopplers an einem ersten einseitig an Masse anliegenden Abschlusswiderstand und ein vierter Anschluss des zweiten Richtkopplers an einem zweiten einseitig an Masse anliegenden Abschlusswiderstand angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des ersten Tiefpasses ist mit dem ersten Port und ein zweiter Anschluss des zweiten Tiefpasses mit dem zweiten Port verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Diplexers ist an der ersten Mobilfunkschnittstelle und ein zweiter Anschluss des zweiten Diplexers an der zweiten Mobilfunkschnittstelle angeschlossen. Ein dritter Anschluss des ersten Diplexers ist mit einem ersten Anschluss des ersten Hochpasses, ein dritter Anschluss des zweiten Diplexers mit einem ersten Anschluss des zweiten Hochpasses, ein zweiter Anschluss des ersten Hochpasses mit dem vierten Port und ein zweiter Anschluss des zweiten Hochpasses mit dem dritten Port verbunden.This object is achieved by the antenna arrangement comprising a signal divider, a first directional coupler, a second directional coupler, a first low pass, a second low pass, a first high pass, a second high pass, a first diplexer and a second diplexer, wherein the signal divider is connected to a first Terminal, a second terminal and a third terminal is formed. The first connection of the signal divider is connected to the RFID signal interface, the second connection of the signal divider to a first connection of the first directional coupler and the third connection of the signal divider to a first connection of the second directional coupler. A second terminal of the first directional coupler is connected to a first terminal of the first diplexer, a second terminal of the second directional coupler to a first terminal of the second diplexer, a third terminal of the first directional coupler to a first terminal of a first low-pass filter, a third terminal of the second directional coupler a first terminal of a second low-pass filter, a fourth terminal of the first directional coupler connected to a first one-sided grounded terminating resistor and a fourth terminal of the second directional coupler to a second unilaterally grounded terminating resistor. A second terminal of the first low-pass filter is connected to the first port and a second terminal of the second low-pass filter to the second port. A second terminal of the first diplexer is connected to the first mobile radio interface and a second terminal of the second diplexer to the second mobile radio interface. A third terminal of the first diplexer is connected to a first terminal of the first high-pass filter, a third terminal of the second diplexer to a first terminal of the second high-pass filter, a second terminal of the first high-pass filter to the fourth port and a second terminal of the second high-pass filter to the third port connected.
Mit einer derartigen Antennenanordnung kann die Patch-Antenne zur Abstrahlung und zum Empfangen von UHF RFID Signalen und als Antenne für Mobilfunkdatentransfer (GSM/UMTS/LTE) genutzt werden. Somit müssen für den Mobilfunkdatentransfer keine zusätzlichen Antennenelemente vorgesehen werden, was sowohl die Herstellungskosten als auch den Platzbedarf verringert. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Antennenanordnung für den Mobilfunkdatentransfer einen höheren Wirkungsgrad als Keramik-basierte Patch- oder PIF-Antennen auf.With such an antenna arrangement, the patch antenna for emitting and receiving UHF RFID signals and as an antenna for mobile data transfer (GSM / UMTS / LTE). Thus, no additional antenna elements must be provided for the mobile data transfer, which reduces both the manufacturing costs and the space required. Furthermore, the antenna arrangement according to the invention for the mobile data transfer on a higher efficiency than ceramic-based patch or PIF antennas.
Eine Patch-Antenne mit mindestens zwei Einspeisepunkten ist grundsätzlich für das Abstrahlen und Empfangen von linkszirkular, rechtszirkular, horizontal oder vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen geeignet. Wird beispielsweise nur der erste Port mit einem RFID Signal gespeist, wird die Welle vertikal polarisiert abgestrahlt. Eine Einspeisung in den zweiten Port führt zu einer horizontal polarisierten Welle. Haben die Signale auf dem ersten Port und dem zweiten Port die gleiche Amplitude aber einen Phasenunterschied von 90°, dann wird die abgestrahlte Welle zirkular polarisiert sein. Ob die Welle linkszirkular oder rechtszirkular polarisiert ist, hängt dann davon ab, ob das Signal am ersten Port dem Signal am zweiten Port voraus- oder hinterherläuft.A patch antenna with at least two feed points is basically suitable for emitting and receiving left circular, right circular, horizontally or vertically polarized electromagnetic waves. For example, if only the first port is fed with an RFID signal, the wave is radiated vertically polarized. An injection into the second port leads to a horizontally polarized wave. If the signals on the first port and the second port have the same amplitude but a phase difference of 90 °, then the radiated wave will be circularly polarized. Whether the wave is left circular or right circular polarized depends on whether the signal on the first port precedes or follows the signal on the second port.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Signalteiler als ein Hybridkoppler ausgebildet. Dieser Hybridkoppler kann einen vierten Anschluss aufweisen, der mit der RFID Signalschnittstelle verbunden ist. Mit einem derartigen Signalteiler können zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen abgestrahlt und empfangen werden. Je nachdem ob am ersten Anschluss des Signalteilers oder am vierten Anschluss des Signalteilers ein RFID Signal eingespeist wird, ist das Signal am zweiten Anschluss des Signalteilers um +90° bzw. -90° gegen das Signal am dritten Anschluss des Signalteilers phasenverschoben. Die auf den ersten Port und den zweiten Port geleiteten Signale des zweiten und dritten Anschlusses des Signalteilers führen dann zu Abstrahlung einer links- bzw. rechtszirkular polarisierten Welle.In an advantageous embodiment, the signal divider is designed as a hybrid coupler. This hybrid coupler may have a fourth port connected to the RFID signal interface. With such a signal splitter, circularly polarized electromagnetic waves can be radiated and received. Depending on whether an RFID signal is fed in at the first connection of the signal divider or at the fourth connection of the signal divider, the signal at the second connection of the signal divider is phase-shifted by + 90 ° or -90 ° against the signal at the third connection of the signal divider. The signals of the second and third terminals of the signal divider directed to the first port and the second port then lead to emission of a left- or right-circularly polarized wave.
Eine weitere Ausführung sieht die Ausbildung des Signalteilers als Polarisationsumschalter vor. Dies hat den Vorteil, dass zwischen dem Abstrahlen bzw. dem Empfangen einer vertikal, horizontal, linkszirkular oder rechtszirkular polarisierten Welle gewählt werden kann. Mit dem Polarisationsumschalter können die Signale nur auf den ersten Port, nur auf den zweiten Port oder auf diese beiden Ports geleitet werden, wobei darüber hinaus noch gewählt werden kann, ob das Signal am ersten Port dem Signal am zweiten Port voraus- oder hinterherläuft.Another embodiment provides for the formation of the signal divider as a polarization switch. This has the advantage that it can be chosen between the emission or the reception of a vertical, horizontal, left circular or right circularly polarized wave. With the polarization switch, the signals can only be routed to the first port, only to the second port or to these two ports. In addition, it is still possible to select whether the signal on the first port precedes or follows the signal on the second port.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Polarisationsumschalter einen ersten Umschalter, einen zweiten Umschalter, einen dritten Umschalter und einen Hybridkoppler aufweist und der erste Anschluss des Polarisationsumschalters mit einem ersten Anschluss des ersten Umschalters verbunden ist. Ein zweiter Anschluss des ersten Umschalters ist an einem ersten Anschluss des zweiten Umschalters, ein dritter Anschluss des ersten Umschalters an einem ersten Anschluss des dritten Umschalters, ein vierter Anschluss des ersten Umschalters an einem ersten Anschluss des Hybridkopplers, ein fünfter Anschluss des ersten Umschalters an einem zweiten Anschluss des Hybridkopplers, ein dritter Anschluss des Hybridkopplers an einem zweiten Anschluss des zweiten Umschalters und ein vierter Anschluss des Hybridkopplers an einem zweiten Anschluss des dritten Umschalters angeschlossen. Ein dritter Anschluss des zweiten Umschalters ist mit dem zweiten Anschluss des Polarisationsumschalters und ein dritter Anschluss des dritten Umschalters mit dem dritten Anschluss des Polarisationsumschalters verbunden.An advantageous embodiment provides that the polarization switch has a first switch, a second switch, a third switch and a hybrid coupler and the first terminal of the polarization switch with a first terminal the first switch is connected. A second terminal of the first changeover switch is connected to a first terminal of the second changeover switch, a third terminal of the first changeover switch to a first terminal of the third changeover switch, a fourth terminal of the first changeover switch to a first terminal of the hybrid coupler, a fifth terminal of the first changeover switch to one second terminal of the hybrid coupler, a third terminal of the hybrid coupler connected to a second terminal of the second switch and a fourth terminal of the hybrid coupler connected to a second terminal of the third switch. A third terminal of the second switch is connected to the second terminal of the polarization switch and a third terminal of the third switch is connected to the third terminal of the polarization switch.
Es wird vorgeschlagen, dass die Patch-Antenne, der Signalteiler, die Tiefpässe, die Hochpässe, die Diplexer und die Richtkoppler auf einer Speiseleiterplatte angebracht sind.It is proposed that the patch antenna, the signal divider, the low passes, the high passes, the diplexers and the directional couplers are mounted on a feed circuit board.
In einer Ausführung ist eine Fläche der Patch-Antenne mit einem Reflektor hinterlegt. Somit wird erreicht, dass das Abstrahlen bzw. Empfangen elektromagnetischer Wellen nur in bzw. aus einer bevorzugten Richtung möglich ist.In one embodiment, an area of the patch antenna is deposited with a reflector. It is thus achieved that the emission or reception of electromagnetic waves is possible only in or out of a preferred direction.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Tiefpässe eine Grenzfrequenz von 900 MHz und die Hochpässe eine Grenzfrequenz von 1800 MHz aufweisen. Damit ist die Antennenanordnung auf das Abstrahlen bzw. Empfangen von UHF RFID Signalen und Mobilfunksignalen in den Frequenzbändern 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz und 2600 MHz optimiert.An advantageous embodiment provides that the low passes have a cutoff frequency of 900 MHz and the high passes have a cutoff frequency of 1800 MHz. Thus, the antenna arrangement is optimized for the transmission or reception of UHF RFID signals and mobile radio signals in the frequency bands 900 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz and 2600 MHz.
Vorteilhaft ist, dass die Richtkoppler einen Koppelwert zwischen 3 dB und 20 dB, vorzugsweise von 10 dB aufweisen.It is advantageous that the directional couplers have a coupling value between 3 dB and 20 dB, preferably of 10 dB.
Es wird vorgeschlagen, dass die Abschlusswiderstände zwischen 10 Ohm und 200 Ohm, vorzugsweise bei 50 Ohm liegen.It is suggested that the termination resistors are between 10 ohms and 200 ohms, preferably 50 ohms.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Richtkoppler und die Diplexer als SMD Bauteile ausgebildet sind.Furthermore, it is proposed that the directional coupler and the diplexer are formed as SMD components.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Antennenanordnung eine erste WLAN-Antenne aufweist.An advantageous embodiment provides that the antenna arrangement has a first WLAN antenna.
Es wird vorgeschlagen, dass die WLAN-Antenne auf die Speiseleiterplatte geätzt ist.It is suggested that the WLAN antenna is etched onto the feed circuit board.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Antennenanordnung eine zweite WLAN-Antenne auf.In a further embodiment, the antenna arrangement has a second WLAN antenna.
Es wird vorgeschlagen, dass die erste WLAN-Antenne um 90° gegen die zweite WLAN-Antenne verdreht ist. Damit wird eine Antennendiversität erreicht, was beispielsweise vorteilhaft zur Reduzierung von Interferenzen ist. Weiterhin können damit MIMO-Applikationen umgesetzt werden.It is proposed that the first WLAN antenna is rotated by 90 ° against the second WLAN antenna. This antenna diversity is achieved, which is advantageous, for example, to reduce interference. Furthermore, it can be used to implement MIMO applications.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die WLAN-Antennen geschlitzte Patch-Antennen sind.One embodiment provides that the WLAN antennas are slotted patch antennas.
Es ist vorteilhaft, wenn die WLAN-Antennen für das Abstrahlen bzw. Empfangen von elektromagnetischen Wellen mit Frequenzen von 2,4 GHz und 5 GHz ausgelegt sind.It is advantageous if the WLAN antennas are designed for transmitting or receiving electromagnetic waves with frequencies of 2.4 GHz and 5 GHz.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Speiseleiterplatte frei programmierbare Anzeigeelemente aufweist, wobei in einer Ausführungsform die Anzeigeelemente als Leuchtdioden ausgebildet sind.Furthermore, it is proposed that the supply circuit board has freely programmable display elements, wherein in one embodiment the display elements are designed as light-emitting diodes.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.
- Fig. 1
- Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung
- Fig. 2
- Blockschaltbild eines Signalteilers
- Fig. 3
- Ausführungsform der Antennenanordnung in perspektivischer Ansicht
- Fig. 4
- Weitere Ausführungsform der Antennenanordnung in perspektivischer Ansicht
- Fig. 1
- Block diagram of an antenna arrangement according to the invention
- Fig. 2
- Block diagram of a signal divider
- Fig. 3
- Embodiment of the antenna arrangement in a perspective view
- Fig. 4
- Further embodiment of the antenna arrangement in a perspective view
Die Antennenanordnung 1 kann damit zum Auslesen einer Identifikationsnummer eines oder mehrerer RFID Transponder und zum Weiterleiten der erfassten Daten in ein Datennetz benutzt werden. Hierzu wird ein von dem RFID Signalgenerator erzeugtes kabelgebundenes RFID Signal von der Patch-Antenne 2 als elektromagnetische Raumwelle abgestrahlt. Diese Welle wechselwirkt mit dem RFID Transponder, wobei dabei vom RFID Transponder eine elektromagnetische Welle mit kodierter Identifikationsnummer abgestrahlt wird. Diese Welle interagiert dann wiederum mit der Patch-Antenne 2 und wird als leitungsgebundene Welle an den RFID Signalverarbeiter weitergegeben, welcher die Identifikationsnummer dekodiert. Anschließend kann diese Identifikationsnummer an den Mobilfunksignalverarbeiter transferiert werden. Dieser kodiert die Identifikationsnummer in eine elektromagnetische Welle nach einem der genannten Mobilfunkstandards. An der Patch-Antenne 2 wird diese leitungsgebundene Welle dann als Raumwelle abgestrahlt. Von einem weiteren Mobilfunkmodem kann diese Welle dann empfangen, dekodiert und an ein Datennetz übergeben werden.The
Die Patch-Antenne 2 ist mit einem ersten Port P1, einem zweiten Port P2, einem dritten Port P3 und einem vierten Port P4 ausgebildet. Der Signalteiler 3 weist einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss auf, wobei der erste Anschluss des Signalteilers 3 mit der RFID Signalschnittstelle 12, der zweite Anschluss des Signalteilers 3 mit einem ersten Anschluss des ersten Richtkopplers 4 und der dritte Anschluss des Signalteilers 3 mit einem ersten Anschluss des zweiten Richtkopplers 5 verbunden sind. Ein zweiter Anschluss des ersten Richtkopplers 4 ist an einem ersten Anschluss des ersten Diplexers 10, ein zweiter Anschluss des zweiten Richtkopplers 5 an einem ersten Anschluss des zweiten Diplexers 11, ein dritter Anschluss des ersten Richtkopplers 4 an einem ersten Anschluss eines ersten Tiefpasses 6, ein dritter Anschluss des zweiten Richtkopplers 5 an einem ersten Anschluss eines zweiten Tiefpasses 7, ein vierter Anschluss des ersten Richtkopplers 4 an einem ersten einseitig an Masse anliegenden Abschlusswiderstand 15 und ein vierter Anschluss des zweiten Richtkopplers 5 an einem zweiten einseitig an Masse anliegenden Abschlusswiderstand 16 angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des ersten Tiefpasses 6 ist mit dem ersten Port P1 der Patch-Antenne 2, ein zweiter Anschluss des zweiten Tiefpasses 7 mit dem zweiten Port P2 der Patch-Antenne 2, ein zweiter Anschluss des ersten Diplexers 10 mit der ersten Mobilfunkschnittstelle 13 und ein zweiter Anschluss des zweiten Diplexers 11 mit der zweiten Mobilfunkschnittstelle 14 verbunden. Weiterhin ist ein dritter Anschluss des ersten Diplexers 10 an einem ersten Anschluss des ersten Hochpasses 8, ein dritter Anschluss des zweiten Diplexers 11 an einem ersten Anschluss des zweiten Hochpasses 9, ein zweiter Anschluss des ersten Hochpasses 8 an dem vierten Port P4 der Patch-Antenne 2 und ein zweiter Anschluss des zweiten Hochpasses 9 an dem dritten Port P3 der Patch-Antenne 2 angeschlossen.The
Die Patch-Antenne 2 ist zum Abstrahlen von UHF RFID Signalen optimiert und hat damit ihren Hauptstrahlungsmode bei 900MHz und den zweiten höheren Mode bei 1800MHz (2100MHz). Als Konsequenz kann die Patch-Antenne 2 Signale für diese Frequenzen sehr gut abstrahlen bzw. empfangen.The
Die Richtkoppler 4, 5 haben einen Koppelwert zwischen 3 dB und 20 dB, vorzugsweise von 10 dB. Die Abschlusswiderstände 15, 16 liegen zwischen 10 Ohm und 200 Ohm, vorzugsweise bei 50 Ohm. Die Tiefpässe 6, 7 haben eine Grenzfrequenz von 900 MHz und die Hochpässe 8, 9 eine Grenzfrequenz von 1800 MHz.The
Werden Mobilfunksignale über die erste Mobilfunkschnittstelle 13 und die zweite Mobilfunkschnittstelle 14 der Antennenanordnung 1 zugeführt, werden diese Signale zunächst zum ersten Diplexer 10 bzw. zweiten Diplexer 11 geführt. An diesen Diplexern 10, 11 werden die Signale entsprechend ihrer Frequenzen in Teilsignale mit Frequenzen im Bereich von 900 MHz in eine 900 MHz Gruppe und in Teilsignale mit Frequenzen im Bereich 1800 - 2100 MHz in eine 1800/2100 MHz Gruppe aufgeteilt. Derartige Diplexer 10, 11 sind als Frequenzweichen dem Fachmann bekannt und werden nicht näher erläutert. Die Signale der 1800/2100 MHz Gruppe vom ersten Diplexer 10 werden dann über den ersten Hochpass 8 zum vierten Port P4 der Patch-Antenne 2 geführt. Der dritte Port P3 der Patch-Antenne 2 wird mit Signalen der 1800/2100 MHz Gruppe, die zuvor den zweiten Hochpass 9 passiert haben, gespeist. Die Signale der 900 MHz Gruppe werden im ersten und zweiten Diplexer 10, 11 jeweils an deren ersten Anschluss geleitet und dann dem ersten Richtkoppler 4 bzw. dem zweiten Richtkoppler 5 zugeführt. Über den jeweils dritten Anschluss des ersten bzw. zweiten Richtkopplers 4, 5 werden die Signale der 900 MHz Gruppe dann über den ersten bzw. den zweiten Tiefpass 6, 7 an den ersten Port P1 bzw. den zweiten Port P2 der Patch-Antenne 2 geleitet.If mobile radio signals are supplied to the
RFID Signale, die über die RFID Signalschnittstelle 12 der Antennenanordnung 1 zugeführt wurden, werden vom Signalteiler 3 auf dessen zweiten und dritten Anschluss geleitet. Je nach Ausbildung des Signalteilers 3 werden dabei Teilsignale nur auf dessen zweiten, nur auf dessen dritten oder auf diese beiden Anschlüsse geleitet. Teilsignale vom zweiten Anschluss des Signalteilers 3 werden dem ersten Richtkoppler 4 und über den nachgeschalteten ersten Tiefpass 6 dem ersten Port P1 der Patch-Antenne 2 zugeführt. Teilsignale vom dritten Anschluss des Signalteilers 3 werden dem zweiten Richtkoppler 5 und über den nachgeschalteten zweiten Tiefpass 7 dem zweiten Port P2 der Patch-Antenne 2 zugeführt. Damit werden sowohl die Signale der 900 MHz Gruppe des ersten Diplexers 10 als auch die RFID Teilsignale des zweiten Anschlusses des Signalteilers 3 auf den ersten Port P1 der Patch-Antenne 2 geleitet. Ebenso werden die Signale der 900 MHz Gruppe des zweiten Diplexers 11 und die RFID Teilsignale des dritten Anschlusses des Signalteilers 3 auf den zweiten Port P2 der Patch-Antenne 2 geführt. Da aber die Signale der 900 MHz Gruppe und die RFID Teilsignale über einen Richtkoppler 4, 5 geführt werden, wird aufgrund der Entkopplung der Eingangsports der Richtkoppler 4, 5, eine hohe Entkopplung zwischen RFID Signalen und den Mobilfunksignalen der 900 MHz Gruppe erreicht.RFID signals which have been supplied to the
Würden die Signale der 900 MHz Gruppe ohne Zwischenschaltung eines Richtkopplers 4, 5 direkt in den dritten Port P3 bzw. vierten Port P4 gespeist werden, wäre keine Entkopplung zwischen den RFID Signalen und den Mobilfunksignalen der 900 MHz Gruppe erreicht, da die gegenüberliegenden Ports P1 und P3, bzw. P2 und P4 der Patch-Antenne 2 stark verkoppelt sind. Demnach würde ein Großteil der Leistung der Mobilfunksignale in die RFID Signalschnittstelle 12 und damit in den RFID Signalgenerator bzw. den RFID Signalverarbeiter gespeist, womit der RFID Signalverarbeiter nicht mehr in der Lage wäre die schwachen Antwortsignale vom RFID Transponder zu detektieren. Die Dämpfung der Signale der 900 MHz Gruppe durch den Richtkoppler 4, 5 um dessen Koppelfaktor wird durch den höheren Gewinn (größer 8dBi) der Patch-Antenne 2 wieder ausgeglichen. Die Frequenzen der 1800/2100 MHz Gruppe sind weit von den Frequenzen der UHF RFID Signale entfernt, wodurch bereits eine große Entkopplung zwischen diesen Signalen vorhanden ist.If the signals of the 900 MHz group were fed directly into the third port P3 or fourth port P4 without the interposition of a
Die erfindungsgemäße Antennenanordnung ist zum Senden und Empfangen von UHF RFID Signalen und Mobilfunksignalen geeignet.The antenna arrangement according to the invention is suitable for transmitting and receiving UHF RFID signals and mobile radio signals.
Ein über den ersten Anschluss des Polarisationsumschalters eingespeistes RFID Signal kann damit je nach Stellung des ersten Umschalters 17, des zweiten Umschalters 18 und des dritten Umschalters 19 entweder nur auf den zweiten Anschluss des Polarisationsanschlusses oder nur auf den dritten Anschluss des Polarisationsumschalters oder auf beide genannten Anschlüsse geleitet werden, wobei im letzteren Fall eine Phasenverschiebung der Signale am zweiten und dritten Anschluss von 90° erreicht wird. Je nach Stellung der Umschalter 17, 18, 19 kann die Phasenverschiebung so eingerichtet werden, dass das Signal am zweiten Ausgang des Polarisationsumschalters dem Signal am dritten Ausgang des Polarisationsumschalters vorausläuft oder umgekehrt.Depending on the position of the
Folgende Beispiele sollen die Wirkungsweise des Polarisationsumschalters weiter verdeutlichen.The following examples are intended to further clarify the mode of operation of the polarization switcher.
Beispiel 1: Ein Signal (in Form einer leitungsgebundenen elektromagnetischen Welle), welches vom ersten Anschluss des Polarisationsumschalters zum ersten Anschluss des ersten Umschalters 17 geleitet wird, wird vom ersten Umschalter 17 auf dessen zweiten Anschluss geleitet. Von diesem wird das Signal zum ersten Anschluss des zweiten Umschalters 18 geführt, wobei dieser zweite Umschalter 18 das Signal auf seinen dritten Anschluss und damit auf den zweiten Anschluss des Polarisationsumschalters leitet. Damit liegt ein Signal nur am zweiten Anschluss des Polarisationsumschalters an. Damit wird nur der erste Port P1 gespeist, wodurch an der Patch-Antenne 2 eine vertikal polarisierte Raumwelle abgestrahlt wird.Example 1: A signal (in the form of a line-connected electromagnetic wave), which is passed from the first terminal of the polarization switch to the first terminal of the
Beispiel 2: Ein Signal, welches vom ersten Anschluss des Polarisationsumschalters zum ersten Anschluss des ersten Umschalters 17 geleitet wird, wird vom ersten Umschalter 17 auf dessen fünften Anschluss geführt. Damit wird das Signal auf den zweiten Anschluss des Hybridkopplers 20 geführt. Innerhalb des Hybridkopplers 20 wird das Signal dann in zwei Teilsignale auf den dritten und vierten Anschluss des Hybridkopplers 20 verteilt, wobei zwischen den beiden Teilsignalen ein Phasenunterschied von 90° vorliegt. Beide Teilsignale weisen die halbe Amplitude gegenüber dem Signal am zweiten Anschluss des Hybridkopplers 20 auf. Der Aufbau und die Anwendung eines Hybridkopplers 20 für eine derartige Schaltung sind dem Fachmann geläufig und werden an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt. Das Teilsignal vom dritten Anschluss des Hybridkopplers 20 wird auf den zweiten Anschluss des zweiten Umschalters 18 geführt. Der zweite Umschalter 18 ist so gelegt, dass dieses Signal dann auf den dritten Anschluss des zweiten Umschalters 18 und damit auf den zweiten Anschluss des Polarisationsumschalters geleitet wird. Das Teilsignal vom vierten Anschluss des Hybridkopplers 20 wird auf den zweiten Anschluss des dritten Umschalters 19 geleitet und vom dritten Umschalter 19 über den dritten Anschluss dieses Umschalters 19 auf den dritten Anschluss des Polarisationsumschalters geführt. Damit liegen am zweiten und dritten Anschluss des Polarisationsumschalters Signale an, die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind. Damit werden der erste Port P1 und der zweite Port P2 mit um 90° phasenverschobenen Signalen gespeist, so dass an der Patch-Antenne 2 eine zirkular polarisierte Raumwelle abgestrahlt wird.Example 2: A signal, which is passed from the first terminal of the polarization switch to the first terminal of the
Grundsätzlich ist es auch möglich, den Signalteiler 3 nur als einen Hybridkoppler auszubilden, wobei dabei der Signalteiler 3 einen weiteren vierten Anschluss aufweist. Der erste Anschluss und der vierte Anschluss des Signalteilers sind mit der RFID Signalschnittstelle 12 verbunden. Wird ein RFID Signal von der RFID Signalschnittstelle 12 auf einen dieser beiden Anschlüsse geführt, wird das Signal innerhalb des Signalteilers 3 in zwei Teilsignale aufgesplittet und auf den zweiten und dritten Anschluss des Signalteilers 3 geführt, wobei die Teilsignale am zweiten und dritten Anschluss des Signalteilers 3 dann um 90° phasenverschoben sind. Ob das Teilsignal am zweiten Anschluss dem Teilsignal am dritten Anschluss vorausläuft, hängt davon ab, ob das Signal am ersten oder vierten Anschluss des Signalteilers eingespeist wird.In principle, it is also possible to form the
- 11
- Antennenanordnungantenna array
- 22
- Patch-AntennePatch antenna
- 33
- Signalteilersignal splitter
- 44
- erster Richtkopplerfirst directional coupler
- 55
- zweiter Richtkopplersecond directional coupler
- 66
- erster Tiefpassfirst low pass
- 77
- zweiter Tiefpasssecond low pass
- 88th
- erster Hochpassfirst high pass
- 99
- zweiter Hochpasssecond high pass
- 1010
- erster Diplexerfirst diplexer
- 1111
- zweiter Diplexersecond diplexer
- 1212
- RFID SignalschnittstelleRFID signal interface
- 1313
- erste Mobilfunkschnittstellefirst mobile radio interface
- 1414
- zweite Mobilfunkschnittstellesecond mobile radio interface
- 1515
- erster Abschlusswiderstandfirst terminator
- 1616
- zweiter Abschlusswiderstandsecond terminator
- 1717
- erster Umschalterfirst switch
- 1818
- zweiter Umschaltersecond switch
- 1919
- dritter Umschalterthird switch
- 2020
- Hybridkopplerhybrid
- 2121
- SpeiseleiterplatteDining board
- 2222
- Reflektorreflector
- 2323
- WLAN-AntenneWLAN antenna
- 2424
- Anzeigeelementdisplay element
- P1P1
- erster Portfirst port
- P2P2
- zweiter Portsecond port
- P3P3
- dritter Portthird port
- P4P4
- vierter Portfourth port
Claims (16)
- Antenna assembly consisting of
a patch antenna (2), a RFID signal interface (12), a first mobile radio interface (13) and a second mobile radio interface (14), wherein
the patch antenna features a first port (P1), a second port (P2), a third port (P3) and a fourth port (P4), characterized in that
the antenna assembly (1) features a signal splitter (3), a first directional coupler (4), a second directional coupler (5), a first low-pass filter (6), a second low-pass filter (7), a first high-pass filter (8), a second high-pass filter (9), a first diplexer (10) and a second diplexer (11);
and the signal splitter (3) is designed with a first port, a second port and a third port, wherein the first port of the signal splitter (3) is connected to the RFID signal interface (12), the second port of the signal splitter (3) is connected to a first port of the first directional coupler (4) and the third port of the signal splitter is connected to a first port of the second directional coupler (5); and
a second port of the first directional coupler (4) is connected to a first port of the first diplexer (10), a second port of the second directional coupler (5) is connected to a first port of the second diplexer (11), a third port of the first directional coupler (4) is connected to a first port of the first low-pass filter (6), a third port of the second directional coupler (5) is connected to a first port of a second low-pass filter (7), a fourth port of the first directional coupler (4) is connected to a first terminating resistor earthed on one side (15) and a fourth port of the second directional coupler (5) to a second terminating resistor earthed on one side (16); and
a second port of the first low-pass filter (6) is connected to the first port (P1) and a second port of the second low-pass filter (7) is connected to the second port (P2); and a second port of the first diplexer (10) is connected to the first mobile radio interface (13) and a second port of the second diplexer (11) is connected to the second mobile radio interface (14); and
a third port of the first diplexer (10) is connected to the first high-pass filter (8), a third port of the second diplexer (11) is connected to a first port of the second high-pass filter (9), a second port of the first high-pass filter (8) is connected to the fourth port (P4) and a second port of the second high-pass filter (9) is connected to the third port (P3). - Antenna assembly according to claim 1, characterized
in that the signal splitter (3) is a hybrid coupler. - Antenna assembly according to claim 1, characterized
in that the signal splitter (3) is designed as a polarization toggle switch. - Antenna assembly according to claim 3, characterized
in that the polarization switch features a first toggle switch (17), a second toggle switch (18), a third toggle switch (19) and a hybrid coupler (20); and in that the first port of the polarization toggle switch is connected to a first port of the first toggle switch (17); and in that a second port of the first toggle switch (17) is connected to a first port of the second toggle switch (18), a third port of the first toggle switch (17) is connected to a first port of the third toggle switch (19), a fourth port of the first toggle switch (17) is connected to a first port of the hybrid coupler (20), a fifth port of the first toggle switch (17) is connected to a second port of the hybrid coupler (20), a third port of the hybrid coupler (20) is connected to a second port of the second toggle switch (18) and a fourth port of the hybrid coupler (20) is connected to a second port of the third switch (19); and in that a third port of the second toggle switch (18) is connected to the second port of the polarization toggle switch and a third port of the third toggle switch (19) is connected to the third port of the polarization toggle switch. - Antenna assembly according to claim 1, characterized
in that the patch antenna (2), the signal splitter (3), the low-pass filters (6, 7), the high-pass filters (8, 9), the diplexers (10, 11) and the directional couplers (4, 5) are mounted on a power-supply circuit board (21). - Antenna assembly according to claim 1, characterized in that an area of the patch antenna (2) is backed by a reflector (22).
- Antenna assembly according to claim 1, characterized
in that the low-pass filters (6, 7) feature a threshold frequency of 900 MHz and the high-pass filters (8, 9) feature a threshold frequency of 1800 MHz. - Antenna assembly according to claim 1, characterized
in that the directional couplers (4, 5) feature a coupling value between 3 dB and 20 dB, preferably 10 dB. - Antenna assembly according to claim 1, characterized
in that the terminating resistors (15, 16) are between 10 ohm and 200 ohm, preferably 50 ohm. - Antenna assembly according to claim 1, characterized
in that the directional couplers (4, 5) and the diplexers (10, 11) are designed as SMD components. - Antenna assembly according to claim 1, characterized
in that the antenna assembly (1) features at least one Wi-Fi antenna (23). - Antenna assembly according to claim 11, characterized
in that the Wi-Fi antenna (23) is etched on to the power-supply circuit board (21). - Antenna assembly according to claim 11, characterized
in that where there are several Wi-Fi antennae (23), at least two Wi-Fi antennae (23) are oriented at 90° to one another. - Antenna assembly according to claim 11, characterized
in that the Wi-Fi antenna (23) is a slotted patch antenna. - Antenna assembly according to claim 11, characterized
in that the Wi-Fi antenna (23) is suitable for the frequencies 2.4 GHz and 5 GHz. - Antenna assembly according to claim 5, characterized
in that the power-supply circuit board (21) features freely programmable display elements (24).
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