NL1030076C2 - Resonantielabel met verdeelde capaciteit met minimale ruimte tussen de windingen. - Google Patents

Description

- 1 -

Resonantielabel met verdeelde capaciteit met minimale ruimte tussen de windingen 5 De uitvinding heeft betrekking op een verbeterde uitvoering van een resonantielabel voor een elektronisch antiwinkeldiefstalsysteem. Deze systemen bestaan al lang en zijn algemeen In gebruik om een signaal te geven indien beveiligde artikelen de winkel verlaten. Het Amerikaanse octrooi US3500373 van A.J. Minasy uit 1966 beschrijft al zo’n Electronic Article Surveillance (EAS) systeem met een resonerend label. Een nog oudere beschrijving is te vinden in het Franse octrooischrift van Picard. Op een verbeterd 10 detectiesysteem is octrooi verleend aan aanvraagster met nummer EP0608961B1. De resonantielabels die bij winkeldiefstaidetectiesystemen gebruikt worden bestaan in vele uitvoeringen. In de trend naar steeds kleiner en goedkoper zijn de zogenaamde plaklabels populair geworden. Deze labels bestaan uit een aantal lagen dunne folie, waarin zowel de spoel als de resonantiecondensator is gerealiseerd. Een lijmlaag op de labels maakt dat ze makkelijk aan te brengen zijn en geeft ze hun naam. Deze plaklabels 15 worden zeer goedkoop in grote aantallen gefabriceerd en worden gebruikt als weggooilabel. Dat wil zeggen, bij betaling door de klant wordt de werking van het label uitgeschakeld, het label wordt gedeactiveerd, maar blijft aan het te beveiligen product verbonden.

In het Amerikaanse octrooi US3810147 uit 1974 beschrijft Lichtblau al een plaklabel. Een methode om 20 plaklabels te produceren geeft Lichtblau in 1975 in US 3 913 219 "Planar circuit fabrication proces". Een plaklabel met voorzieningen om het deactiveren betrouwbaarder te maken is beschreven door Checkpoint in US 6091607.

Bij genoemde labels is de nssonantiecapaciteit geconcentreerd aanwezig. Een andere uitvoeringsvorm van de resonantielabels maakt gebruik van de verdeelde capaciteit die tussen de boven- en ondergeleider 25 aanwezig is. Vandebult (Polyonics) in US 4583099 beschrijft een dergelijk label. Monarch Marking

Systems heeft in US 4818312 een andere uitvoering van een resonantielabel met verdeelde capaciteit beschreven. Ook in US4598276 van Tait (3M), is de capaciteit verdeeld tussen de windingen aangebracht. Een voorbeeld van een veelgebruikt label is beschreven in EP 1 107 205 van Checkpoint. In het Europese octrooi EP 0665705 beschrijft Miyake een label met verdeelde capaciteit en een productieproces om deze 30 labels te maken. Bij productie van deze labels is het moeilijk om de boven- en ondersporenpatronen exact uit te lijnen. Om de capaciteit tussen de windingen vrijwel onafhankelijk te maken van de hier optredende toleranties is het gebruikelijk om de sporen aan de ene zijde van het label iets smaller te maken dan die aan de andere zijde. Dit is getoond in figuur 3 a, waarin een doorsnede van de boven- en ondergeleiders met daar tussen de diëlectrische laag zichtbaar is.

35 Bij resonantielabels met geconcentreerde capaciteit loopt overal in de windingen van de spoel dezelfde stroom en is het voor de hand liggend om de doorsnede van de winding overal even groot te maken. Bij de bestaande techniek voor labels met verdeelde capaciteit is de doorsnede van de geleiders ook constant. Een voordeel van de verdeelde capaciteitoplossing is dat er geen extra oppervlak van de labels voor de condensator gebruikt wordt. Doordat er twee geleidende lagen voor de spoel gebruikt worden, is er een 40 klein nadeel - de flexibiliteit is minder - maar een groot voordeel is dat als gevolg van de stroomverdeling over de windingen aan beide zijden de Ohmse verliezen kleiner zijn. Voor het gebruik in de antiwinkeldiefstaisystemen is het belangrijk dat de labels klein zijn, zodat ze eenvoudig en onopvallend 1 o 3 0 0 7 6 - 2 - aangebracht kunnen worden. Ook bevat een klein detectielabel minder materiaal, en is daardoor minder milieu belastend, en vooral ook goedkoper te maken. Een groot nadeel van kleine labels is dat de detectieafstand beperkt is. Dit beperkt de breedte van de doorgang waarin een label gedetecteerd kan worden, en ook de detectiekans loopt terug. Er is dus een grote behoefte aan een klein detectielabel met 5 verbeterde gevoeligheid.

Doel van de uitvinding is een verbeterde uitvoering van een resonantielabel met verdeelde capaciteit te maken, door het deel van het oppervlak van het label dat beschikbaar is voor de geleiders efficiënter te benutten.

10

De gevoeligheid van een resonantielabel wordt bepaald door een aantal kenmerken. Ten eerste de spanning die door. het ondervragingsveld in de windingen wordt geïnduceerd, ten tweede de stroom die in de windingen gaat lopen, waarbij de opslingering van de stroom door resonantie met een factor Q belangrijk is, en ten derde het magnetisch dipoolmoment dat door deze stroom in het label wordt 15 opgewekt.

Een label volgens de uitvinding optimaliseert het product van deze ten dele strijdige effecten. In figuur 1 wordt een resonantielabel met verdeelde capaciteit volgens bekende techniek uit US 4598276 getoond. In dit label is de binnenkant van de boven- en onderspiraal doorverbonden. Segmenten van de spiraal die 20 direct boven elkaar liggen zijn magnetisch gekoppeld, en vormen tevens de platen van een condensator.

Het hele stelsel is voor te stellen met een elektrisch equivalent circuit.

Een vereenvoudigd elektrisch circuit model van zo’n label is getoond in figuur 2. Hierin stellen L1 en L11 i de magnetisch gekoppelde boven elkaar liggende spoelsegmenten voor. Idem voor L2 en L12 , enz. De 25 verdeelde capaciteit die tussen de segmenten L1 en L11 optreedt, is voorgesteld door de geconcentreerde condensator C1, en evenzo voor de verdere segmenten. In het circuitmodel is het aantal secties beperkt. j

Een betere benadering van de verdeelde effecten behoeft veel meer secties, maar voor een analyse van de werking van een resonantielabel met verdeelde capaciteit is dit model goed bruikbaar. Alle spoelen zijn j zwak gekoppeld met een niet getekende spoel, die de ondervraagantenne voorstelt. Bovendien zijn alle 30 spoelen zwak gekoppeld met een andere spoel die de ontvangantenne voorstelt. Bij analyse blijkt dat de j stroom in de windingen niet constant is. Door de verdeelde capaciteit, steekt er stroom over tussen de | onder- en bovengeleider. Vlak bij het open eind van de winding is de stroom het laagst, in de richting van j de doorverbinding tussen de onder- en bovengeleider wordt de stroom in de geleiders steeds groter. j

Uiteindelijk treedt de maximale stroom op bij de doorkontaktering van onder- en bovengeleider.

35

Bij een label met verdeelde capaciteit is één winding langs de buitencontour optimaal. Dat geldt voor labels met een afmeting van bijvoorbeeld 4 cm x 4 cm of 5 cm x 5 cm. Bij kleinere labels (3 cm x 3 cm) opgebouwd met hanteerbare diktes van de folie voor het diëlectricum en met de minimum spoorbreedtes die nodig zijn voor het bereiken van voldoende condensatoroppervlak en een Ohmse weerstand die laag 40 genoeg is voor voldoend hoge Q factor, is het niet mogelijk om met één winding een resonantiefrequentie van 8 MHz te bereiken. De zelfinductie van één winding is daarvoor te laag. Daarom zijn er meerdere windingen nodig. In de praktijk tussen de 3 en 7 windingen.

1030076 - 3 -

Van een label is maar een deel van het totale oppervlak beschikbaar voor de geleiders, immers het oppervlak van een winding bepaalt hoe goed deze winding met het externe ondervraagveld koppelt. Brede sporen en grote afstand tussen de sporen maken dat het omvatte oppervlak kleiner wordt. Evenzo is het 5 door het label opgewekte magnetische dipoolmoment rechtevenredig met het oppervlak dat door de geleider waarin de stroom loopt wordt omvat. In eerste benadering komt het oppervlak van de windingen dus kwadratisch terug in de gevoeligheid. Dit betekent bij praktische uitvoeringen dat de windingruimte niet te groot mag worden, omdat de windingen tevens en een groot oppervlak moeten omvatten. Naast de verliezen in de geleiding zijri er in een verdeelde capaciteit label ook niet te verwaarlozen diëlectrische 10 verliezen. Het effect van verkleinen van de geleidingsveriiezen door extreme spoorbreedtes wordt hierdoor beperkt.

Bij de bekende techniek is de capaciteit tussen de windingen vrijwel onafhankelijk gemaakt van de uitlijn toleranties door de sporen aan de ene zijde van het label iets smaller te maken dan die aan de andere 15 zijde. Dit is getoond in figuur 3 a.

Ook is er om productietechnische redenen een minimale afstand tussen naast elkaar liggende sporen noodzakelijk. Deze twee effecten maken dat van het beschikbare spoelen oppervlak maar een fractie wordt gebruikt voor de geleiders.

De uitvinding maakt dat de minimale afstand tussen de geleiders virtueel nul zou kunnen worden. Dit is 20 afhankelijk van de geldende ontwerpregels voor het gebruikte productieproces. In figuur 3 b is getoond dat de brede en smalle geleider om en om op de diëlectrische drager zijn aangebracht. Dit geeft op zich geen verbetering van de elektrische eigenschappen maar is een tussenstap ter verduidelijking van de uitvinding.

Omdat de brede sporen in figuur 3 b niet meer direct naast elkaar liggen is het mogelijk de overlap in de tussenruimtes te verkleinen tot vrijwel nul, waarbij de produceerbaarheid mogelijk blijft. Een compacte 25 uitvoering is getoond in figuur 3 c. Door de brede geleider om en om aan boven- en onderzijde te plaatsen kan dus een betere vulling van het beschikbare oppervlak met geleiders worden verkregen.

Een label volgens de uitvinding gebruikt dit effect om een betere aankoppeling aan het externe veld te realiseren door het oppervlak dat de windingen omvatten te vergroten. Een andere benutting van de in figuur 3 b verkregen vergrote spaties is getoond in figuur 3 d. Hier is de verkregen ruimte benut door 30 bredere geleiders te kiezen om de verliezen in de spoel te verlagen en zo een gevoeliger label te maken.

Uiteraard zijn mengvormen van deze benuttingen mogelijk en deze mengvormen worden ook geacht deel uit te maken van de uitvinding. De optimale mengvorm hangt af van de overige labelparameters.

Figuur 1 toont bekende techniek van een resonantielabel met verdeelde capaciteit.

3 5 Figuur 2 toont een vereenvoudigd vervangschema van een resonantielabel met verdeelde capaciteit.

Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede van de windingen van een resonantielabel met verdeelde capaciteit.

De variant getoond bij a geeft de bestaande techniek, b is een tussenstap naar de oplossing van de uitvinding die bij c getoond wordt. Bij d is een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding getoond.

Figuur 4 toont de bovenspiraal van een resonantielabel met verdeelde capaciteit volgens de uitvinding.

40 Figuur 5 toont de onderspiraal van een resonantielabel met verdeelde capaciteit volgens de uitvinding.

Figuur 6 geeft de samenstelling van de spiralen van een resonantielabel met verdeelde capaciteit volgens de uitvinding.

1 0 3 0 0 7 6 -- — _i - 4 -

De belangrijkste componenten van een voorkeuruitvoering van een label volgens de uitvinding worden getoond in figuur 4 en 5. Een geschikte diëlectrische laag is aangebracht tussen deze spiralen waarvan de onderlinge positionering in figuur 6 wordt getoond. Hierin is te zien dat de overlap in de tussenruimte niet 5 geheel verdwenen is. Dit is een bewuste keuze om nieuwe uitlijnproblemen te voorkomen. In de voorkeuruitvoering is tevens de som van de spoorbreedte van telkens 2 boven elkaar liggende windingen aangepast aan de stroom welke door deze boven elkaar liggende windingen loopt. Deze stroom is het grootst in de windingen direct bij de doorkontaktering en het kleinst bij het open uiteinde van de spiraal. De voorkeurspositie voor de doorkontaktering ten behoeve van de verbinding van beide spiralen is aan de 10 buitenkant van het label met A aangegeven. De maximale spanning bij een label in een deactiveerveld zal dan optreden bij het open uiteinde van de spiralen, dit is in figuur 6 aangeduid met de letter B. Dit is dan ook de aangewezen plek voor het aanbrengen van een verzwakking in het diëlectricum, ten behoeve van het deactiveren, of voor het verbinden van een RFID chip.

Ook aansluiten van een RFID chip tussen de beschreven spiraalvormige spoelen wordt geacht deel uit te 15 maken van de uitvinding.

j ! i 1 0 3 0 0 7 6

Claims (6)

1. Een winkeldiefstaldetectielabel dat is opgebouwd uit twee in tegengestelde richting spiraliserende metalen sporen aan weerszijden van een diëlectricum, met verdeelde capaciteit tussen de beide 5 lagen en meer dan één winding van de spiraalvormige spoelen, die samen een resonantiekring vormen en waarin tegenover elkaar liggende sporen aan weerszijden van het diëlectricum een ongelijke spoorbreedte hebben, met het kenmerk dat de bredere sporen afwisselend aan bovenen onderzijde tegenover de smallere worden gepositioneerd, waardoor de benodigde onderlinge spatie tussen afzonderlijke windingen van elk der spiralen geminimaliseerd is. 10

2. Een label volgens claim 1 met het kenmerk dat door de minimale spatie tussen de windingen het oppervlak dat koppelt met het ondervraagveld maximaal is.

3. Een label volgens claim 1 met het kenmerk dat door de minimale spatie tussen de windingen 15 brede sporen aangebracht worden in het voor de windingen beschikbare oppervlak zodat de Ohmse verliezen klein zijn, en daardoor de Q factor hoog.

4. Een label volgens conclusie 1 met het kenmerk dat door de minimale spatie tussen de windingen de verhouding tussen het oppervlak dat koppelt met het ondervraagveld en de Ohmse verliezen 20 optimaal is.

5. Een label volgens één der voorgaande conclusies met het kenmerk dat bij kleine afmetingen een gevoelig label gerealiseerd is.

6. Een label volgens één der voorgaande conclusies met het kenmerk dat een RFID chip verbonden is met beide spiraalvormige spoelen. 1 0 3 0 076