MXPA02005654A

MXPA02005654A - Antena interrumpida para transmision y/o recepcion.

Info

Publication number: MXPA02005654A
Application number: MXPA02005654A
Authority: MX
Inventors: Sebastien Morand
Original assignee: Ask Sa
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2003-02-10
Also published as: EP1325535A1; BR0107308A; KR20020062318A; AU2001295679A1; WO2002031911A1; FR2815176B1; FR2815176A1; CA2392769A1; IL149777A0; HK1051935A1; CN1251352C; CN1393045A; TW543240B; JP2004511939A; US20060050008A1

Abstract

La invencion se refiere a una antena para la transmision y/o recepcion de ondas electromagneticas (10) que comprende un alambre dispuesto en espiral en un plano, dicha espiral comprende al menos dos espiras; la antena se caracteriza porque comprende al menos un corte (12) con el objeto de reducir la capacitancia entre las espiras. Una antena de este tipo se utiliza en un sistema de comunicacion sin contacto en donde un lector transmite senales electromagneticas a un objeto portatil (tarjeta o boleto) de tal forma que es capaz de identificar al poseedor del objeto portatil cuando este ultimo transmite en respuesta senales de identificacion a dicho lector.

Description

ANTENA INTERRUMPIDA PARA TRANSMISIÓN Y/O RECEPCIÓN DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La Presente invención se refiere en general a antenas de transmisión y/o de recepción electromagnéticas de tipo espiral y en particular con una antena de transmisión y/o de recepción espiral con cortes. En aplicaciones en las que es necesario usar antenas de transmisión/recepción con ondas electromagnéticas de intercambio con un objeto portátil que posee un usuario, es altamente necesario proporcionar antenas relativamente grandes que sean capaces de adaptarse al volumen de operación del objeto portátil. La tecnología de comunicación sin contacto es tal que el objeto portátil del usuario es una tarjeta o un boleto que cuenta con una antena diseñada para recibir señales electromagnéticas enviadas desde un lector y para transmitir otras señales electromagnéticas al lector con el objeto de obtener acceso a la zona de acceso controlado. Las señales electromagnéticas permiten la comunicación no solamente entre el lector y el objeto portátil sino también la alimentación de energia remota del objeto portátil a través del fenómeno físico de inducción magnética. Existe una tendencia por incrementar el volumen de operación del objeto portátil con el objeto de facilitar el FEF: 139514 paso de usuarios que ya no tienen que dirigirse a una zona específica y también con el objeto de detectar con mayor facilidad al objeto portátil sostenido por el usuario (por ejemplo, en un bolsillo) para el propósito general de detectar una actividad fraudulenta y/o para monitorear entradas/salidas (como en el caso de pasillos a manos libres) . Este incremento en el volumen de operación da como resultado un aumento en las dimensiones de la antena transmisora y un aumento en la distancia de operación entre la antena transmisora y el objeto portátil. El aumento en la distancia de operación puede asegurarse aumentando la energía suministrada a la antena pero esto podría involucrar un aumento en el consumo eléctrico así como en el número de espiras. El campo magnético radiado es proporcionar al número de espiras cuando la misma corriente corre a través de éstas. Sin embargo, el aumento en el número de espiras involucra entonces una capacitancia paralela entre espiras debido al acoplamiento capacitivo entre dos espiras paralelas de la antena. A una frecuencia dada de operación, entre mayor sea la capacitancia, más débil será la impedancia. Como resultado, se disipa una porción significativa de la corriente mediante esta capacitancia en lugar de ingresar a la antena. Adicionalmente, ocurre una interferencia debido al acoplamiento capacitivo entre las espiras, en virtud del cambio de fase cuando la longitud de la antena excede un cuarto de la longitud de onda y particularmente cuando está cerca de la mitad de la longitud de onda, lo cual ocurre cuando la antena alcanza aproximadamente 11 m a la frecuencia de operación actualmente utilizada de/ 13.56 MHz. Por este motivo el propósito de la invención es producir una antena de transmisión y/o de recepción de tipo espiral en la cual no existe disipación de corriente debido a la capacitancia entre espiras sin importar las dimensiones de las espiras de la antena. El objeto de la invención es por lo tanto una antena de transmisión y/o de recepción de ondas electromagnéticas del tipo que posee un alambre espiral plano, dicho espiral tiene al menos dos espiras, esta antena se caracteriza porque incluye al menos un corte en el alambre de la antena con el propósito de reducir la capacitancia entre espiras. Los propósitos, objetos y características de la invención podrán apreciarse mejor de la siguiente descripción cuando sea tomada en conjunción con los dibujos acompañantes, en los cuales: La figura 1 representa una antena espiral de tres espiras que permite la implementación de la invención. la Figura 2 representa al circuito electrónico equivalente a la antena ilustrada en la Figura 1, la Figura 3 representa a la antena mostrada en la Figura 1 en la cual se ha realizado el corte, la Figura 4 representa al circuito electrónico equivalente a la antena ilustrada en la Figura 3, la Figura 5 representa esquemáticamente a los alambres de la antena con el corte que tiene lugar en la capacitancia paralela de la porción de la antena localizada en un lado del corte, la Figura 6 representa esquemáticamente a los alambres de la antena con el corte que tiene lugar en la capacitancia paralela de la porción de la antena localizada en el otro lado del corte, la Figura 7 representa esquemáticamente a los alambres de la antena con el corte que tiene lugar en las capacitancias en serie localizadas entre las dos partes de la antena, y la Figura 8 representa al circuito en serie equivalente a la antena ilustrada en la Figura 3. La antena 10, mostrada en la Figura 1, puede usarse como una antena transmisora en un sistema de comunicación sin contacto en el cual cada usuario posee una tarjeta (o un boleto) equipado también con una antena. Las señales electromagnéticas transmitidas por la antena de un lector tal como la antena 10 son captadas por la antena en la tarjeta del usuario la cual retransmite entonces otras señales electromagnéticas a la antena 10 para conceder acceso al usuario a una zona de acceso controlado. Tal como se explicó anteriormente, la antena 10 puede ser relativamente grande y poseer un número significativo de espiras si se desea un gran volumen de operación. La antena 10 puede representarse por el circuito electrónico en la Figura 2, la capacitancia paralela C entre espiras se hace muy grande en relación a la inductancia L de la antena. Si ? es el pulso utilizado (? = 2pf) , la impedancia debido a la capacitancia se hace mucho menos grande que la inductancia de la antena de acuerdo con la fórmula 1 < L. ? C.? En el peor caso, la misma antena está en corto circuito por la capacitancia entre espiras y difícilmente pasa algo de corriente a la antena. Como el campo magnético emitido es proporcional a la corriente que fluye en la antena, éste es menor y se logra el resultado opuesto al deseado. Con el objeto de compensar esta inconveniencia, la idea principal detrás de la invención es realizar uno o más cortes en el alambre de la antena. De hecho, un corte tal como el corte 12 hecho en la antena ilustrada en la Figura 3, es una interrupción definitiva en el alambre de la antena de varios milímetros y puede alcanzar varios centímetros.

El circuito electrónico equivalente a la antena que tiene un corte se convierte entonces en el circuito representado en la Figura 4 en donde la parte localizada frente al corte es equivalente a la inductancia Ll en paralelo con la capacitancia entre espiras Cl, y la parte localizada después del corte es equivalente a una inductancia L2 en paralelo con la capacitancia entre espiras C2, las dos partes están enlazadas por una capacitancia en serie C3. Los valores de capacitancia Cl, C2 y C3 se deben al acoplamiento capacitivo entre ciertos alambres de la antena como se ilustra en las figuras 5, 6 y 7. De esta manera, la capacitancia paralela Cl, se debe al acoplamiento capacitivo entre los alambres 14 y 14' de la antena y la capacitancia paralela C2 se debe al acoplamiento capacitivo entre los alambres 16' y 16'', los alambres 18' y 18'' y los alambres 20' y 20''. Con respecto a la capacitancia en serie C3, se debe al acoplamiento capacitivo entre los alambres 16 y 16' , los alambres 18 y 18' , los alambres 20 y 20' y los alambres 14' y 14" . Cada corte realizado en la antena permite entonces pares de Li-Ci de menor valor en cada lado del corte que el par L-C de la antena sin cortes. Por lo tanto, se puede pensar inicialmente que cuando aumenta el número de cortes, los pares L-C tienen valores bajos que promueven la corriente en los elementos de inductancia. De hecho, es acertado proporcionar un número de cortes que correspondan a la resonancia en serie de la antena, la cual corresponde a la corriente máxima en la antena y en las espiras. La invención podrá apreciarse mejor con los siguientes ejemplos para la determinación del número de espiras. En primer lugar, se puede entender que el propósito de los cortes hechos en la antena es para reducir significativamente los valores de L y C para cada par L-C, localizado en cada lado de un corte. En este caso, la impedancia debido a la capacitancia es distintivamente mayor que la inductancia, es decir, en el caso de un solo corte: Ll? < 1 Cl? Si ?l es el pulso que corresponde a la resonancia de la celda Ll, entonces Cl : ?lz = y ?l > ? L1C1 Consecuentemente, esta celda es equivalente a una inductancia de valor Lleq Lleq = Zlt j .? en donde : + jC? Zlt j . Ll . co es decir 1 = (1-L1.C1. co Zlt j . Ll . ? entonces: Lleq = Ll o Lleq = Ll por lo tanto se obtiene Lleq > 0 cuando ?l > ? De la misma manera, para la celda L2, C2, tenemos L2? < 1 C2co Si ?2 _es el pulso correspondiente a la resonancia de la celda L2, C2, entonces tenemos: L2C2 La celda L2, C2 es equivalente a una inductancia de valor L2eq: L2eq = L2 o L2eq _= L2_ (1-L2 C2) por lo tanto se obtiene L2eq > 0 cuando a>2 > ? Consecuentemente, cuando la frecuencia de resonancia específica para cada celda es definitivamente mayor que la frecuencia de la corriente que pasa a través de la antena, la corriente es mucho mayor en las espiras que aquella que fluye a través de los capacitores entre espiras. Cuanto más aumenta esta frecuencia de resonancia específica para cada celda, más se incrementa la corriente en las espiras. Esto ocurre cuando aumenta el número de cortes. Sin embargo, si el número de cortes es excesivo, la sintonización entre la inductancia equivalente de la antena y la capacitancia de corte equivalente de la antena puede ser imposible. Cuando N que representa a los cortes igualmente distribuidos en la antena, se puede inferir que la antena se dividió en N+l celdas idénticas, tales que: Leql = Leq2 = ... = Leq(N+l) Si Cci es la capacitancia de corte (o capacitancia en serie) del corte entonces existen N valores de capacitancia de corte idénticos: Ccl = Cc2 = ... = CcN = Cc Si C es la capacitancia entre espiras de cada celda y Cant es la capacitancia total entre espiras de la antena y que acepta una aproximación inicial de que la capacitancia de corte entre dos celdas es igual a la capacidad entre espiras de cada celda, o Cc = C, entonces tenemos: Cc = Cant 2N+1 Por tanto se puede admitir que el circuito electrónico equivalente a la antena con N cortes igualmente distribuidos es aquel representado en la figura 8, con: Leq = (N+l) Leql Ceq = Cc N = Cant N(2N+1) Si ?2 es el pulso correspondiente a las series de resonancia de la antena representada en la Figura 8, y si Lant es la inductancia total de la antena, entonces: Leq Ceq ?2 = 1 (N+l) Leql Cant ?r = 1 con Leq = (N+l) Leql (2N+1)N y Ceq = Cant (2N+1 ) N Leql . Cant . cor2 = [ ( 2N+1 ) N] :D (N+l) Se ha observado que Leql puede escribirse como: Leql = 1 (1-L1 Cl ?r ) Leq = [Lant (2. +l) ] (N+l) . (2N+1 ) -Lant . Cant .?r2 usando la relación (1), N verifica: [Lant (2.N+l) ] [ (2.N+DN] (N+l) (2N+1)-Lant Cant co 2 (N+l) Cant ?r2 tal que: N (N+l ). (2.N+l) -2N. Lant. Cant. ?r2-Lant. Cant.?r2 = 0 tal que: (N2 + N - (Lant .Cant .?r2) = 0 Entonces : N = (— 1+ V2?) con ? = ( 1 + 4 . Lant . Cant . ?r2) Tal que : N = [(- 1 + V(l + 4Lant. Canteo?)] 2 De esta manera, si se considera una antena transmisora que opera a 13.56 MHz, se puede calcular el número de cortes que deberán hacerse para obtener la resonancia en serie de la antena: N = 3.444. Entonces se puede tomar N = 3 ó N = 4 cortes.

Con N = 3, se puede calcular la proporción de corriente que pasa a través de las espiras y la proporción de la corriente disipada por la capacitancia entre espiras : Un valor de capacitancia entre espiras de Cl = C Cl = 1.1017 x 10"u 2.N+l un valor de inductancia en el pulso ?r Ll = L Ll = 8.64 x 10~6 (N+l) la corriente en las espiras es: IL = 0.611 (ó 61% de la corriente total en la antena) . la corriente que pasa en la capacitancia entre espiras es IC = (Ll.?) I IC = 0.389 (ó 39% de la corriente total de la antena) .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones. 1. Una antena para transmisión y/o recepción electromagnética del tipo que posee un alambre formado como una espiral plana, la espiral comprende al menos dos espiras, la antena está caracterizada porque posee al menos un corte para el propósito de reducir la capacitancia entre espiras. 2. La antena para transmisión y/o recepción de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el alambre colocado en espiral tiene una longitud al menos igual que un cuarto de la longitud de onda de dichas ondas electromagnéticas. 3. La antena para transmisión y/o recepción de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque los cortes están distribuidos también de tal manera que forman porciones iguales del alambre en cada lado del corte. 4. La antena para transmisión y/o recepción de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque cuenta con tres cortes igualmente distribuidos. 5. La aplicación de la antena de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, a la antena del lector en un sistema de comunicación sin contacto, caracterizado porque el lector transmite señales electromagnéticas a un objeto portátil (tarjeta o boleto) de manera que es capaz de identificar al poseedor de dicho objeto portátil cuando éste último transmite en respuesta señales de identificación a dicho lector. 6. La aplicación de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el sistema de comunicación sin contacto es un sistema para obtener el acceso a una zona de acceso controlado, particularmente una zona de acceso a una red de transporte público. 7. La aplicación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque las señales electromagnéticas operan a una frecuencia de 13.56 MHz.