ES2314732T3 - Etiqueta sin contacto con antena en y omnidireccional. - Google Patents

Etiqueta sin contacto con antena en y omnidireccional. Download PDF

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Abstract

Etiqueta sin contacto destinada a asegurar la trazabilidad de un objeto, que comprende sustancialmente un microcircuito (16) y una antena en Y conectada a dicho microcircuito, conteniendo la memoria de dicho microcircuito las informaciones necesarias para la trazabilidad de dicho objeto, pudiendo dichas informaciones ser leídas a partir de un lector mediante el intercambio de ondas electromagnéticas de frecuencia ultraalta (UHF); estando dicha etiqueta caracterizada porque dicha antena es una antena del tipo dipolo constituida por tres ramales principales, un primer ramal principal (10), un segundo ramal principal (12) que forma un primer dipolo con dicho primer ramal principal, y un tercer ramal principal (14) que forma un segundo dipolo con dicho primer ramal principal, estando dispuestos dichos brazos principales de tal modo que el ángulo entre dichos primer y segundo ramales principales es igual al ángulo entre dichos primer y tercer ramales principales y el ángulo entre dicho segundo ramal principal y dicho tercer ramal principal está comprendido entre 60º y 180º, y cada uno de dichos ramales principales comprende en su extremo un ramal secundario (24, 26 ó 28) perpendicular al ramal principal y cuya longitud está comprendida entre 10 mm y 50 mm.

Description

Etiqueta sin contacto con antena en Y omnidireccional.
Campo técnico
La presente invención se refiere a los dispositivos de emisión y de recepción sin contacto destinados a asegurar la trazabilidad de objetos y se refiere en particular a una etiqueta sin contacto con una antena omnidireccional.
Estado de la técnica
Los dispositivos de emisión y de recepción sin contacto son utilizados ampliamente en nuestros días en numerosas aplicaciones. Una de estas aplicaciones es la tarjeta de chip sin contacto, que es un sistema cada vez más utilizado en diferentes sectores como, por ejemplo, el sector de los transportes públicos. Estas se han desarrollado también como medio de pago.
El intercambio de informaciones entre un dispositivo sin contacto y el lector asociado se efectúa por transmisión de señales electromagnéticas a distancia entre una antena alojada en el dispositivo sin contacto y una segunda antena situada en el lector. Para elaborar, almacenar y tratar las informaciones, el dispositivo está provisto de un microcircuito conectado a la antena y que comprende una zona de memoria. Durante el intercambio de informaciones, la alimentación del dispositivo sin contacto está asegurada por las ondas electromagnéticas transmitidas por el lector.
Otra aplicación de los dispositivos sin contacto que adquiere cada vez más importancia es su utilización como etiquetas colocadas sobre objetos para su identificación en el seguimiento de mercancías o el estado de los stocks. En estas aplicaciones, el microcircuito de la etiqueta colocado sobre cada objeto contiene en memoria los datos del objeto que permiten catalogar e identificar el objeto y asegurar así su trazabilidad.
La etiqueta se aplica sobre el objeto en el momento de su elaboración y le acompaña hasta su recepción por el cliente. La memoria del microcircuito contiene las informaciones que se refieren a las características del objeto o a su contenido si se trata de un contenedor. Estas informaciones pueden ser leídas en cualquier momento por un lector. Actualmente, las frecuencias corrientemente utilizadas por el lector para el intercambio de datos con la etiqueta son frecuencias ultraaltas (UHF) alrededor de 900 MHz, que permiten leer la etiqueta a una distancia que sobrepasa los 2 metros.
Una antena simple que puede utilizarse en las etiquetas sin contacto es la antena dipolo representada en la figura 1, cuya dimensión es aproximadamente una semilongitud de onda para la frecuencia de utilización. La particularidad de dicho dipolo reside en el hecho de que la energía es irradiada principalmente en una dirección preferencial perpendicular al eje del dipolo, como se ilustra en el diagrama de la figura 2. Por consiguiente, un simple dipolo utilizado como antena adolece del inconveniente principal de tener una radiación directiva.
El documento US-5.719.586-A describe un sistema RFID que comprende una configuración de antena de dos dimensiones que obtiene una radiación omnidireccional.
Exposición de la invención
Es por eso que el objeto de la invención es proporcionar una etiqueta sin contacto que comprenda una antena del tipo dipolo de semilongitud de onda de radiación omnidireccional.
Por tanto, el objeto de la invención es una etiqueta sin contacto destinada a asegurar la trazabilidad de un objeto que comprende esencialmente un microcircuito y una antena en Y conectada al microcircuito, conteniendo la memoria del microcircuito las informaciones necesarias para la trazabilidad del objeto, pudiendo ser leídas estas informaciones a partir de un lector para intercambio de ondas electromagnéticas de frecuencia ultraalta (UHF). La antena es una antena del tipo dipolo constituida por tres ramales principales, un primer ramal principal, un segundo ramal principal que forma un primer dipolo con el primer ramal principal, y un tercer ramal principal que forma un segundo dipolo con el primer ramal principal, estando dispuestos los brazos principales de tal modo que el ángulo entre los primer y segundo ramales sea igual al ángulo entre los primer y tercer ramales principales y el ángulo entre el segundo ramal principal y el tercer ramal principal esté comprendido entre 60º y 180º, y cada uno de los ramales principales comprende en su extremo un ramal secundario perpendicular al ramal principal y cuya longitud está comprendida entre 10 mm y 50 mm.
Breve descripción de las figuras
Los objetivos, objetos y características de la invención aparecerán más claramente por la lectura de la descripción que sigue hecha en referencia a los dibujos, en los cuales:
la figura 1 representa una antena de semilongitud de onda constituida por un dipolo,
la figura 2 representa el diagrama de radiación del dipolo ilustrado en la figura 1,
la figura 3 es el esquema general de la antena en Y utilizada en la etiqueta sin contacto según la invención y la figura 3A es una ampliación de la conexión de los ramales de la antena al microcircuito,
la figura 4 representa un primer ejemplo de realización de la antena en Y,
la figura 5 representa el diagrama de radiación de la antena ilustrado en la figura 4,
la figura 6 representa un segundo ejemplo de realización de la antena en Y, y
la figura 7 representa el diagrama de radiación de la antena ilustrado en la figura 6.
Descripción detallada de la invención
La etiqueta que constituye el objeto de la invención comprende una antena representada en la figura 3, compuesta esencialmente por tres ramales principales 10, 12 y 14 cuya longitud está próxima al cuarto de longitud de onda, es decir, aproximadamente 80 mm para una frecuencia de 900 MHz. El segundo ramal principal 12 y el tercer ramal principal 14 tienen una longitud idéntica L, mientras que el primer ramal principal 10 puede tener una longitud diferente de la de los otros brazos, pero, no obstante, próxima a L. El primer ramal principal 10 constituye un primer dipolo en combinación con el segundo ramal principal 12 y el primer ramal principal 10 constituye asimismo un segundo dipolo en combinación con el tercer ramal principal 14.
El ángulo entre el primer ramal principal 10 y el segundo ramal principal 12 y el ángulo entre el primer ramal principal 10 y el tercer ramal principal 14 son iguales. En consecuencia, tomados por separado, cada uno de los dos dipolos posee por simetría las mismas propiedades eléctricas, a saber, el mismo diagrama de radiación y la misma impedancia de entrada.
El ángulo formado por el segundo ramal principal y el tercer ramal principal puede variar de 60º como mínimo a 180º, lo que corresponde a la alineación entre los dos ramales.
El funcionamiento de la antena se efectúa según un modo diferencial entre los ramales de cada dipolo por intermedio del dispositivo de carga, que es el microcircuito ilustrado en forma ampliada en la figura 3A. Contrariamente a un chip ordinario que únicamente tiene dos puntos de entrada conectados a la antena, el microcircuito 16 representado en la figura 3A es una carga que comprende tres puntos de entrada, un punto 18 que sirve de referencia o GND conectado al primer ramal principal y dos puntos calientes 20 y 22 idénticos conectados respectivamente a los segundo y tercer ramales principales.
Para un funcionamiento óptimo de la antena ilustrada en la figura 3, la impedancia de la antena debe adaptarse a la impedancia del microcircuito, ya que, en caso contrario, la energía recibida por la antena es mínima, incluso casi nula. Si se desea tener una adaptación correcta, o sea un valor de impedancia de más o menos el 10% del valor nominal, es muy difícil obtener este valor modificando únicamente las características físicas de los ramales principales. La solución contenida en este caso consiste en añadir ramales secundarios al extremo de los ramales principales y perpendiculares a estos últimos. Así, el primer ramal secundario 24 está situado en el extremo del primer ramal principal 10 y es perpendicular a éste, el segundo ramal secundario 26 está situado en el extremo del segundo ramal principal 12 y es perpendicular a éste, y el tercer ramal secundario 28 está situado en el extremo del tercer ramal principal 14 y es perpendicular a éste.
El punto de conexión entre un ramal principal y el ramal secundario asociado puede ser variable y dividir así el ramal secundario en dos segmentos de longitud a y b situados a ambos lados de la conexión. Esta división es la misma para los tres ramales secundarios 24, 26 y 28 cuando se pasa de un ramal a otro por rotación. La longitud idéntica de los tres ramales secundarios es igual a a+b y está comprendida entre 10 mm y 50 mm.
Con el fin de obtener una mejor adaptación de la antena en Y, una solución preferida consiste en prever un ramal replegado a cada lado de cada ramal secundario, tal como los ramales replegados 30 y 32 en los dos extremos del ramal secundario 24. Los dos ramales replegados asociados a cada ramal secundario tienen una longitud idéntica c comprendida entre 0 y 40 mm, longitud que es también la misma para los tres ramales secundarios.
Se debe observar que la presencia de los ramales replegados tiene la ventaja de reducir el volumen de la antena, puesto que éstos permiten una reducción de longitud de los ramales principales. La relación entre la longitud L de los segundo y tercer ramales principales (y, aproximadamente, del primer ramal principal) y la longitud del ramal replegado puede expresarse así:
60 mm < L + c < 100 mm
Se han realizado dos ejemplos de antena en Y de acuerdo con la invención. El primer ejemplo ilustrado en la figura 4 comprende unos ramales replegados relativamente cortos. Esta antena comprende además un elemento de cortocircuito 34 entre el primer ramal principal 10 y el segundo ramal principal 12, y un elemento de cortocircuito 36 entre el primer ramal principal 10 y el tercer ramal principal 14. Estos elementos suplementarios permiten implementar la función específica ESD (ElectroStatic Discharge), de evacuar cualquier corriente generada por impulsos eléctricos del orden de varios millares de voltios susceptibles de dañar el microcircuito. Analizando el diagrama de radiación de la antena de la figura 4 ilustrado en la figura 5, un experto en la materia puede constatar que no hay ninguna dirección sin radiación, sino solamente una ligera atenuación para las direcciones angulares comprendidas entre -30º y +60º.
El segundo ejemplo de realización representado en la figura 6 no comprende elementos de cortocircuito como en el ejemplo anterior. Los ramales principales son muy cortos, mientras que los ramales replegados son relativamente largos, lo que permite realizar una etiqueta sin contacto de superficie reducida, puesto que está contenida en un rectángulo de 85 mm x 95 mm. El diagrama de radiación ilustrado en la figura 7 no presenta ninguna dirección sin radiación, sino una atenuación para las direcciones comprendidas entre -60º y +60º.
La antena en Y que acaba de ser descrita con referencia a las figuras 4 y 6 tiene preferentemente una anchura de 1 mm y puede fijarse mediante cualquier procedimiento, pero preferentemente por impresión serigráfica de una tinta que contiene partículas de plata.
Como se ha mencionado anteriormente, la etiqueta que constituye el objeto de la presente invención encuentra aplicación cuando es necesario asegurar la trazabilidad de un objeto, de una mercancía o de un contenedor. La etiqueta funciona en el dominio UHF, es decir, para frecuencias que pueden variar generalmente entre 860 MHz y 960 MHz y, en particular, entre 902 MHz y 928 MHz.

Claims (9)

1. Etiqueta sin contacto destinada a asegurar la trazabilidad de un objeto, que comprende sustancialmente un microcircuito (16) y una antena en Y conectada a dicho microcircuito, conteniendo la memoria de dicho microcircuito las informaciones necesarias para la trazabilidad de dicho objeto, pudiendo dichas informaciones ser leídas a partir de un lector mediante el intercambio de ondas electromagnéticas de frecuencia ultraalta (UHF); estando dicha etiqueta caracterizada porque dicha antena es una antena del tipo dipolo constituida por tres ramales principales, un primer ramal principal (10), un segundo ramal principal (12) que forma un primer dipolo con dicho primer ramal principal, y un tercer ramal principal (14) que forma un segundo dipolo con dicho primer ramal principal, estando dispuestos dichos brazos principales de tal modo que el ángulo entre dichos primer y segundo ramales principales es igual al ángulo entre dichos primer y tercer ramales principales y el ángulo entre dicho segundo ramal principal y dicho tercer ramal principal está comprendido entre 60º y 180º, y cada uno de dichos ramales principales comprende en su extremo un ramal secundario (24, 26 ó 28) perpendicular al ramal principal y cuya longitud está comprendida entre 10 mm y 50 mm.
2. Etiqueta sin contacto según la reivindicación 1, en la que dicho segundo ramal principal (12) y dicho tercer ramal principal (14) tienen una misma longitud L.
3. Etiqueta sin contacto según la reivindicación 2, en la que cada uno de dichos brazos secundarios (24, 26, 28) está divido por el punto de conexión con el brazo principal asociado en dos segmentos de longitud a y b situados a ambos lados de dicho punto de conexión.
4. Etiqueta sin contacto según la reivindicación 3, en la que dichos segmentos tienen respectivamente una longitud a y b, estando comprendida la longitud a + b de dicho ramal secundario entre 10 mm y 50 mm.
5. Etiqueta sin contacto según la reivindicación 1, 2 ó 3, que comprende además un ramal replegado (30, 32) a cada lado de cada ramal secundario (24, 26, 28) de longitud idéntica c comprendida entre 0 y 40 mm.
6. Etiqueta sin contacto según la reivindicación 5, en la que dicha longitud c es idéntica para los tres ramales principales (10, 12, 14).
7. Etiqueta sin contacto según la reivindicación 6, en la que dicha longitud c es tal que la suma L + c está comprendida entre 60 mm y 100 mm.
8. Etiqueta sin contacto según una de las reivindicaciones 1 a 7, en la cual existe un elemento de cortocircuito (34) entre dicho primer ramal principal (10) y dicho segundo ramal principal (12) y un elemento de cortocircuito (36) entre dicho primer ramal principal y dicho tercer ramal principal (14), permitiendo dichos elementos de cortocircuito implementar la función específica ESD (ElectroStatic Discharge) para evacuar cualquier corriente generada por impulsos eléctricos del orden de varios millares de voltios susceptibles de dañar dicho microcircuito (16).
9. Etiqueta sin contacto según una de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho microcircuito (16) comprende tres puntos de entrada, un punto (18) que sirve de referencia o GND conectado a dicho primer ramal principal (10) y dos puntos calientes (20) y (22) idénticos conectados respectivamente a dichos segundo (12) y tercer (14) ramales principales.
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