ES2297656T3 - Transpondedor de rf con bobina con nucleo de aire y metodo de fabricacion del mismo. - Google Patents
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Abstract
Transpondedor de RF (10) que comprende una bobina (14) y como mínimo un primer cuerpo que influye en el campo (16) dispuesto dentro de la bobina (14), caracterizado porque comprende de manera adicional como mínimo un segundo cuerpo que influye en el campo (17) dispuesto dentro de la bobina (14), que es móvil con respecto al primer cuerpo que influye en el campo (16) para modificar las áreas superficiales combinadas de dichos cuerpos (16) y (17) que influyen en el campo, para ajustar la impedancia de dicha bobina (14).
Description
Transpondedor de RF con bobina con núcleo de
aire y método de fabricación del mismo.
La presente invención se refiere a
transpondedores de RF ("radiofrecuencia") y, en particular, a
transpondedores de RF con bobina con núcleo de aire y a un método de
ajuste de un transpondedor de RF.
En sistemas de identificación por
radiofrecuencia, la frecuencia de resonancia del transpondedor es
uno de los factores más importantes de la función de lectura de los
transpondedores. La frecuencia de resonancia precisa del
transpondedor ayuda a garantizar la calidad de la funcionalidad
eléctrica del producto.
A menudo, algunos transpondedores presentan
distintas funciones de lectura, y habitualmente esta diferencia
viene determinada por las diferencias en las frecuencias de
resonancia. Esto, a la vez, viene determinado por la tecnología
utilizada. Por ejemplo, en transpondedores de baja frecuencia, tal
como por ejemplo transpondedores de 125 kHz, y transpondedores de
frecuencia media, tal como por ejemplo 13,56 MHz, se utiliza
habitualmente tecnología de bobina con núcleo de aire.
Generalmente, en la fabricación de
transpondedores de bobina con núcleo de aire, las bobinas con núcleo
de aire están hechas a partir de hilos conductores aislados e
individuales de tipo convencional, que típicamente son
autoadherentes. Si se utilizan hilos conductores autoadhesivos, esto
puede resultar en que las bobinas sean sólidas y difíciles de
deformar si la cantidad de espiras es grande. Por el contrario, si
la cantidad de espiras es pequeña, por ejemplo entre 1 y 50 espiras,
la bobina podría ser frágil y fácilmente deformable. Si la bobina
resulta deformada, la impedancia de la bobina también queda
alterada.
Además, cada bobina comprende un inductor, una
resistencia y una capacitancia parásita. Si la distancia entre las
espiras de hilo conductor y el proceso de bobinado difiere entre un
transpondedor y otro, la capacitancia parásita interna también será
diferente, dando como resultado diferencias entre las impedancias de
dichas bobinas. Esto, a la vez, resulta en una diferencia entre las
frecuencias de resonancia.
Es conocido el ajustar la frecuencia de
resonancia de los transpondedores modificando la capacitancia y/o
modificando el inductor del circuito resonante de los
transpondedores.
Un circuito resonante con Q (factor de calidad)
muy elevado resulta particularmente efectivo para capturar altas
energías del dispositivo de lectura y retransmitir dicha energía al
dispositivo de lectura, particularmente en rangos de lectura más
largos. Por otro lado, un circuito con Q elevado no permite grandes
tolerancias para la frecuencia de resonancia dado que dichas
diferencias de frecuencia crean grandes diferencias en el
acoplamiento de la energía del lector al transpondedor y transmite
menos energía desde el transpondedor al lector. Esto no sólo reduce
la máxima distancia de lectura, sino que además resulta en
variaciones de la máxima distancia de lectura entre transpon-
dedores.
dedores.
Por esta razón, es necesaria una frecuencia de
resonancia más precisa para que un circuito resonante con Q elevado
maximice la distancia de lectura y para minimizar las diferencias
entre transpondedores.
Además de los problemas de control de la
frecuencia de resonancia debidos a las variaciones causadas por las
diferencias entre las bobinas de los transpondedores, pueden surgir
problemas a partir de las variaciones entre los componentes
electrónicos asociados. En consecuencia, por ejemplo, los ICs
(circuitos integrados) utilizados, tienen condensadores que
introducen variaciones de las frecuencias de resonancia y de
tolerancia entre los ICs de los condensadores, que en consecuencia
producen variaciones en la frecuencia de resonancia de los
transpondedores.
Las variaciones de los parámetros eléctricos de
las bobinas y/o variaciones producidas por las tolerancias de los
componentes eléctricos requieren una técnica efectiva de ajuste de
las frecuencias de resonancia antes, durante o después de la
fabricación.
El documento US2002/0180602 da a conocer un
transpondedor RFID de acuerdo con al preámbulo de la reivindicación
1. La frecuencia de resonancia del transpondedor puede ser ajustada
moviendo un núcleo de ferrita que se encuentra dentro del bobinado
de antena.
Es un objetivo de la presente invención dar a
conocer bobinas con núcleo de aire para RF que tengan impedancia
precisa.
También es un objetivo de la presente invención
dar a conocer un método de ajuste de la frecuencia de resonancia de
transpondedores de RF con bobinas con núcleo de aire durante y/o
después de la fabricación de dichos transpondedores.
Dicho objetivo es logrado mediante un
transpondedor de RF de acuerdo con la reivindicación 1 y un método
de ajuste de dicho transpondedor de acuerdo con la reivindicación 9.
Las realizaciones preferentes se dan a conocer en las
reivindicaciones dependientes.
Otras características y ventajas de la presente
invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción
de la invención que hace referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 es una vista ampliada en perspectiva
en la que se han eliminado ciertas partes, por razones de claridad,
de un transpondedor que muestra ciertas características de la
presente invención.
La figura 2 es una vista en planta y en sección
transversal de un portador que forma parte del transpondedor de la
figura 1.
La figura 3 es un circuito equivalente de una
bobina que forma parte del transpondedor de la figura 1.
La figura 4 es un diagrama de bloques que
muestra un proceso de comprobación del transpondedor para determinar
su frecuencia de resonancia.
Las figuras 5a-5d son vistas en
sección transversal que muestran diferentes orientaciones del
portador del transpondedor correspondientes a distintas frecuencias
de resonancia.
Haciendo referencia ahora a las dibujos y, en
particular, a las figuras 1 y 2, se muestra un transpondedor de
bobina con núcleo de aire (10) de RF que tiene una carcasa (11) (se
muestra sólo la mitad inferior de la misma) y un portador rotativo
con forma de carrete rígido (12) hecho a partir de un material
aislante eléctrico apropiado, tal como plástico, por ejemplo PPS,
montado dentro de dicha carcasa (11). Igual que el carrete (12), la
carcasa (11) también puede estar hecha de plástico, por ejemplo PPS.
De manera ventajosa, el requisito de rigidez del carrete (12) es
logrado haciendo que el carrete (12) sea sólido. Una bobina (14)
está enrollada alrededor del carrete (12). Dentro del carrete (12)
está montado como mínimo un cuerpo (16) para influir en el campo,
tanto eléctrico como magnético, existente dentro de la bobina (14).
A pesar de que en la presente realización el cuerpo (16) tiene
forma cilíndrica, dicho cuerpo (16) puede adoptar cualquier forma y
puede estar compuesto por cualquier material apropiado para influir
en el campo, tal como los metales magnéticos o ferritas. El
aluminio ha probado ser un material efectivo. Adicionalmente, a
pesar de que sólo se muestra un cuerpo (16), en la práctica de la
presente invención puede existir más de un cuerpo (16) que influye
en el campo montado en dicho carrete (12). Otro cuerpo (17) que
influye en el campo es fijado en la mitad inferior (11a) de la
carcasa (11). Igual que el cuerpo (16), el cuerpo (17) puede adoptar
cualquier forma y puede estar compuesto a partir de cualquier
material apropiado, tal como el aluminio. Un IC (circuito integrado)
(18) que contiene componentes eléctricos del transpondedor (10) es
acoplado al carrete (12).
Haciendo referencia a la figura 3, se muestra un
circuito equivalente (20) de la bobina (14). El circuito
equivalente (20) incluye un inductor (22) que representa el inductor
de la bobina (14), un resistor (24) que representa la resistencia
interna de la bobina (14), y condensadores (26) y (28) que
representan las capacitancias parásitas internas de la bobina (14).
El inductor (22), los resistores (24) y los condensadores (26) y
(28) constituyen la impedancia de la bobina (14).
La frecuencia de resonancia de la bobina (14) es
una función de, entre otras variables, los respectivos valores del
inductor (22) y los condensadores (26) y (28). A la vez, dichos
valores, tal como es bien sabido, son funciones de, entre otras
variables, las distancias entre las espiras de la bobina (14) y de
la forma de dicha bobina (14). Por lo tanto, si cada transpondedor
(10) tuviera la misma distancia entre las espiras de la bobina (14)
y la misma forma de bobina, el valor del inductor (22) y el
condensador (26) y (28) de la bobina (14) de cada transpondedor
sería esencialmente el mismo, de la misma manera que la frecuencia
de resonancia. Desafortunadamente, el diseño de los transpondedores
de la técnica anterior y su fabricación no ha permitido lograr
valores uniformes. La presente invención, sin embargo, permite
lograr dichos valores uniformes.
Por lo tanto, la rigidez del carrete (12)
permite que la bobina (14) mantenga su forma y garantice distancias
precisas entre espiras, especialmente cuando una máquina arrolladora
forma la bobina. Esto, a la vez, permite lograr valores constantes
de inductor y capacitancia parásita, que a la vez, resulta en una
frecuencia de resonancia constante.
Tal como se ha mencionado anteriormente en el
presente documento, los cuerpos (16) y (17) influyen en el campo
magnético y/o eléctrico y, en consecuencia, la impedancia total de
la bobina (14) y la frecuencia de resonancia.
La capacidad de los cuerpos (16) y (17) para
influir en el campo magnético y/o eléctrico no sólo depende, tal
como se ha mencionado anteriormente, del tipo de material del que
están hechos los cuerpos (16) y (17) y de sus formas,
particularmente sus áreas superficiales, sino también de la posición
angular del cuerpo (16).
De acuerdo con la presente invención, la forma y
composición de los cuerpos (16) y (17) se selecciona para lograr la
frecuencia de resonancia deseada. Luego, se comprueba la frecuencia
de resonancia del transpondedor (10), tal como puede verse en la
figura 4, con un equipo de comprobación apropiado (30). Si los
resultados de la comprobación indican que el transpondedor (10) que
está siendo evaluado no tiene la frecuencia de resonancia deseada,
la posición angular del cuerpo (16) es modificada haciendo girar el
portador.
Haciendo referencia a las figuras
5a-5d, en las mismas se muestran distintas
posiciones angulares del cuerpo (16). La modificación de la
posición de dicho cuerpo (16), hace cambiar la impedancia del
circuito resonante (20) y, en consecuencia, hace cambiar la
frecuencia de resonancia del transpondedor (10). De manera más
específica, cambiando la posición del cuerpo (16) con respecto al
cuerpo (17) se modifican las áreas superficiales combinadas de los
cuerpos (16) y (17). La modificación de dichas áreas superficiales
combinadas, a la vez, hace cambiar la impedancia de la bobina (14).
Más específicamente, cuanto mayor es el área superficial combinada,
mayor es la impedancia. Por lo tanto, las áreas superficiales
combinadas de los cuerpos (16) y (17) en la figura 5b tienen mayor
área superficial que en la figura 5a. Como resultado, el circuito
resonante (20) del transpondedor (10) de la figura 5b tiene mayor
impedancia que el circuito resonante (20) del transpondedor (10) de
la figura 5a y en consecuencia una menor frecuencia de resonancia.
De manera similar, el circuito resonante (20) del transpondedor
(10) de la figura 5c tiene mayor impedancia que el transpondedor
(10) de la figura 5b y en consecuencia una frecuencia de resonancia
menor. La posición del cuerpo (16) mostrado en la figura 5d resulta
en mayores áreas superficiales combinadas y por lo tanto el
circuito resonante (20) de la figura 5d tiene mayor impedancia que
los circuitos resonantes de las figuras 5a-5c,
resultando en la menor frecuencia de resonancia. De esta manera,
ajustando la posición del cuerpo (16) en dirección horaria se
disminuye la frecuencia de resonancia del transpondedor (10) con
respecto a la posición anterior.
A pesar de que la presente invención ha sido
descrita haciendo referencia a realizaciones particulares, muchas
otras variaciones, modificaciones y usos resultarán evidentes para
los técnicos en la materia. Por lo tanto, la presente invención no
está limitada por la descripción del presente documento, sino por
las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Transpondedor de RF (10) que comprende una
bobina (14) y como mínimo un primer cuerpo que influye en el campo
(16) dispuesto dentro de la bobina (14), caracterizado porque
comprende de manera adicional como mínimo un segundo cuerpo que
influye en el campo (17) dispuesto dentro de la bobina (14), que es
móvil con respecto al primer cuerpo que influye en el campo (16)
para modificar las áreas superficiales combinadas de dichos cuerpos
(16) y (17) que influyen en el campo, para ajustar la impedancia de
dicha bobina (14).
2. Transpondedor de RF (10) según la
reivindicación 1, en el que el primer y el segundo cuerpos (16) y
(17) que influyen en el campo están compuestos por un material
magnético.
3. Transpondedor de RF (10) según la
reivindicación 2, en el que el primer y el segundo cuerpos (16) y
(17) que influyen en el campo están compuestos por aluminio.
4. Transpondedor de RF (10) según una de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que la bobina (14) está enrollada
alrededor de un portador rotativo (12) y el primer cuerpo que
influye en el campo (16) es soportado por dicho portador (12) y
puede desplazarse con respecto al segundo cuerpo (17) que influye en
el campo haciendo girar dicho portador (12).
5. Transpondedor de RF (10) según la
reivindicación 4, en el que el portador (12) está dispuesto en una
carcasa (11) y puede ser girado dentro de la misma y el segundo
cuerpo que influye en el campo está fijado a dicha carcasa (11).
6. Transpondedor de RF (10) según la
reivindicación 5, en el que el portador (12) es un carrete.
7. Transpondedor de RF (10) según la
reivindicación 5 ó 6, en el que los componentes eléctricos (18) son
soportados por el portador (12).
8. Transpondedor de RF (10) según la
reivindicación 7, en el que los componentes eléctricos están
incorporados en un circuito integrado (18).
9. Método de ajuste de la frecuencia de
resonancia de un transpondedor de RF (10), según la reivindicación
1, a un valor deseado, comprendiendo dicho método:
medir la frecuencia de resonancia del
transpondedor (10);
si la frecuencia de resonancia no está en el
valor deseado, ajustar la posición del primer cuerpo que influye en
el campo (16) con respecto al segundo cuerpo que influye de campo
(17), de manera que el transpondedor (10) tenga la frecuencia de
resonancia deseada.
10. Método de la reivindicación 9, en el que el
primer cuerpo que influye en el campo (16) está soportado por un
portador rotativo (12) y su posición con respecto al segundo cuerpo
que influye en el campo es ajustada haciendo girar dicho portador
(12).
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