NL1038416C2

NL1038416C2 - Rfid transponder.

Info

Publication number: NL1038416C2
Application number: NL1038416A
Authority: NL
Inventors: Jan Saeys
Original assignee: Ique Rfid Technologies B V
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-06-04
Also published as: WO2012074378A1

Description

- 1 -

Titel: RFID Transponder BESCHRIJVING

5 De uitvinding heeft betrekking op een transponder, omvattende een transponderchip en een daarop aangesloten antenneconfiguratie. Een dergelijke transponder kan deel uitmaken van of verbonden zijn met een identificatieorgaan, bijvoorbeeld in de vorm van een oormerk, in het bijzonder voor dieren. Echter zijn vele andere applicaties denkbaar, zoals bijvoorbeeld als identificatieorgaan van vuilnisbakken ten behoeve 10 van het uitvoeren van "diftar"-inzameling, wat staat voor gedifferentieerde tarieven en waarbij per huishouden wordt geregistreerd hoeveel afval aangeboden wordt. Hoe meer afval een burger aanbiedt hoe hoger de afvalstoffenheffing zal zijn. Omgekeerd levert betere afvalscheiding en het aanbieden van minder afval een lagere afvalstoffenheffing op.

15

In het onderstaande zal in het bijzonder geduid worden op toepassing van de transponder als onderdeel van een oormerk, een eerste toepassing waarvoor de transponder is ontwikkeld.

20 Een oormerk is een label dat wordt bevestigd aan één of beide oren van een dier. Oormerken worden toegepast voor het identificeren van ondermeer koeien, geiten, schapen etc. Oormerken kunnen voorzien worden van visueel waarneembare kenmerken. Oormerken kunnen ook zijn voorzien van RFID tags of transponders waarin dergelijke kenmerken zijn opgeslagen. Dergelijke kenmerken kunnen dan door 25 RFID lezers worden uitgelezen. De opgeslagen informatie bestaat veelal uit een levensnummer dat aan het dier wordt toegekend. Het levensnummer kan worden gebruikt om ondermeer de levensloop (incl. slachtgegevens) van het dier te registreren. Zo kan bijvoorbeeld worden bijgehouden waar het dier in het verleden is geweest. Tevens kan andere informatie over het dier zoals betreffende vaccinatie, 30 ziekte etc. worden geregistreerd. De informatie kan bijvoorbeeld in een centrale databank worden opgeslagen.

Dergelijke oormerken voorzien van een transponder zijn op zichzelf van algemene bekendheid. Ondermeer is een dergelijke transponder bekend uit NL1008540, waaruit 35 een elektronisch oormerk, voor de identificatie van dieren bekend is dat is voorzien van een behuizing en een in de behuizing opgenomen transponder. In de transponder 1038416 - 2 - is informatie van het dier opgeslagen, welke met behulp van een elektromagnetisch veld kan worden uitgelezen.

De bekende transponders bezitten grote afmetingen en zijn niet geschikt voor UHF 5 draaggolffrequenties. Om die reden wordt nog steeds veel gebruik gemaakt van kleinere oormerken, die echter alleen visueel leesbaar zijn. Dergelijke oormerken bestaan bijvoorbeeld uit twee schijfvormige elementen waarvan er één een scherp "piercing" element bezit dat kort na de geboorte van het dier door het oor wordt gedrukt en daarbij tevens door een aan de andere kant van het oor gehouden, tweede 10 schijfvormig element wordt gedrukt, waarin het, door de aanwezigheid van een uitstulping aan het piercingelement, wordt vastgeklikt.

De onderhavige uitvinding beoogt een oormerk -of een identificatieorgaan voor een andere toepassing- te verschaffen dat klein is, maar toch is voorzien van een 15 transponder, in het bijzonder een UHF transponder. Aan een dergelijk oormerk kunnen ondermeer de volgende eisen worden gesteld: - Het oormerk moet klein zijn omdat bijvoorbeeld ook biggen van twee dagen oud ze al krijgen ingebracht in het oor; - Het oormerk moet bestand zijn tegen de temperatuur van de oven in het 20 abattoir waar na de slacht de haren worden afgebrand, waardoor aanbrengen van een nieuw oormerk in het abattoir niet meer nodig is;

De antenne van de transponder moet een grote, omnidirectionele en polarisatie-onafhankelijke gevoeligheid hebben waardoor een groot en betrouwbaar leesbereik wordt gewaarborgd en verschillende oormerken 25 tegelijk kunnen worden uitgelezen, onafhankelijk van de richting en polarisatie van het voor uitlezing gebruikte zendsignaal en grotendeels onafhankelijk van de stand van de transponder(antenne) t.o.v. de richting van dat zendsignaal; - De antenne moet geschikt zijn voor UHF, d.w.z. voor draaggolffrequenties in 30 het gebied van ca. 300 MHz - ca. 3 GHz; - De antenne moet zodanig gevormd zijn dat er ruimte is voor een opening ten behoeve van het piercingelement.

Uit W02010/063287-A (BR TECHNIK) is een transponder bekend die geschikt is voor 35 toepassing als oormerk, omvattende een communicatiechip en een daarop aangesloten planaire antenneconfiguratie die is aangebracht op een van een centrale opening voorziene, schijfvormige draaglaag. De voorgestelde antenneconfiguratie is - 3 - zeer eenvoudig en wordt in hoofdzaak gevormd door een planaire, als dipoolantenne fungerende ring, die is onderbroken door een luchtspleet. De communicatiechip wordt op een geschikt punt met zijn beide aansluitingen ter weerszijden van de luchtspleet op de planaire antennering vastgesoldeerd. De antenne is door zijn grote eenvoud 5 weliswaar zeer robuust, echter zijn de transmissie-eigenschappen nogal matig.

Ook uit W02006/045162-A (VAN WIJK) is een transponder bekend die geschikt is voor toepassing als oormerk, omvattende een communicatiechip en een daarop aangesloten antenneconfiguratie die echter niet planair is, maar voorzien van een 10 (niet-planaire) antennewinding.

Ter voldoening aan deze en andere eisen en wensen voorziet de uitvinding in een transponder, in het bijzonder echter niet uitsluitend voor een oormerk of ander identificatieorgaan, 15 omvattende een transponderchip en een daarop aangesloten planaire antenneconfiguratie die is aangebracht op een schijfvormige draaglaag, welke antenneconfiguratie één of twee langgerekte eindcapaciteiten omvat die direct of indirect met de transponderchip zijn verbonden en die een verloop hebben dat in hoofdzaak coaxiaal is met of althans in hoofdzaak gelijkvormig aan de buitenvorm van 20 de schijfvormige draaglaag en/of in hoofdzaak de buitenvorm van de schijfvormige draaglaag volgen. In het kader van deze aanvrage wordt onder eindcapaciteiten van de antenneconfiguratie verstaan de elektrische geleiders van een dipoolantenne waarmee -bij een ontvanger signalen worden opgevangen (ingestraald) of -bij een zender geëmitteerd (uitgestraald).

25

In dit verband is aan "INLEIDING TOT (HF-)ANTENNES" (http://sharon.esrac.ele.tue.nl/~on9cvd/Antennes%20inleiding.htm) nog te ontlenen dat een afgestemde dipoolantenne voor een bepaalde frequentie iets korter kan zijn dan een halve golflengte. Dit is het gevolg van het verschijnsel dat de uiteinden van 30 de antenne een kleine, maar toch niet geheel te verwaarlozen capaciteit vertegenwoordigen naar de omgeving. Hierdoor kan er een zekere stroom lopen in deze uiteinden, hetgeen de antenne elektrisch enigszins langer doet schijnen dan zijn fysieke lengte. Door deze eindcapaciteiten nog te vergroten kan de antenne verder worden verkort, nog steeds in resonantie op oorspronkelijke frequentie. Met de 35 "eindcapaciteiten" van een dipoolantenne wordt in vakkringen dus doorgaans de (vaak enigszins vergrote) eindgeleiders van een dipoolantenne.

- 4 -

Door de ronde vorm van de eindcapaciteiten, die de ronde vorm van de schijfvormige draaglaag volgt wordt niet alleen bereikt dat de transponder schijfvormig en daardoor compact van vorm kan zijn, waardoor het draaggemak en de toepasbaarheid ervan wordt bevorderd, maar ook dat de antenne, door de rondgaande eindcapaciteiten, een 5 omnidirectionele en polarisatie-onafhankelijke gevoeligheid heeft waardoor een groot en betrouwbaar leesbereik wordt gewaarborgd en de oormerken grotendeels onafhankelijk van de richting en polarisatie van het zendsignaal en grotendeels onafhankelijk van de stand van de transponder(antenne) t.o.v. de richting van het zendsignaal kunnen worden uitgelezen.

10

Bij voorkeur is de breedte van de eindcapaciteiten over althans een substantieel gedeelte van hun operationele lengte in hoofdzaak constant.

Ter verkleining van de diameter van de schijfvormige antenne zijn bij voorkeur in de 15 verbindingen tussen de transponderchip en de eindcapaciteiten verkortingsspoelen opgenomen. Bij voorkeur zijn de verkortingspoelen meandervormig en omvatten ze één of meer heen-en-weer gaande delen die een verloop hebben dat in hoofdzaak coaxiaal is met of althans in hoofdzaak gelijkvormig aan de buitenvorm van de schijfvormige draaglaag. Op deze wijze kunnen de verkortingsspoelen goed op het ter 20 beschikking staande schijfgebied worden aangebracht. De breedte van de verkortingspoelen is bij voorkeur over althans het grootste gedeelte van hun operationele lengte in hoofdzaak constant.

De beste resultaten wat de antennekwaliteit betreft worden bereikt wanneer de 25 verkortingspoelen steeds met één uiteinde zijn verbonden met één uiteinde van de betreffende eindcapaciteit.

In de verbinding tussen de transponderchip en de eindcapaciteiten wordt bij voorkeur een (eveneens) planaire impedantieaanpassingskring opgenomen, ingericht als 30 aanpassingstransformator ter aanpassing van de karakteristieke impedantie van de transponderchip aan die van de antenneconfiguratie en vice versa.

De schijfvormige draaglaag omvat bij voorkeur een in hoofdzaak coaxiale opening ten behoeve van een piercingelement.

De dimensies van de antenneconfiguratie resp. de impedantieaanpassingskring zijn bij voorkeur zodanig dat de transponder geschikt is voor een 35 - 5 - transponderdraaggolffrequentie tussen 0,5 en 1,5 GHz, bij voorkeur tussen 700 MHz en 1 GHz, meer in het bijzonder tussen 800 en 900 MHz. De in hoofdzaak schijfvormige drager kan daarbij een diameter hebben van tussen 20 en 30 mm, bij voorkeur ca. 25 mm.

5

Opgemerkt wordt dat uit US2007/0200782-A (OMROM) een transponder bekend is met een planaire antenneconfiguratie die -evenals de antenneconfiguratie volgens de uitvinding een tweetal eindcapaciteiten omvat die via meanderende verkortingsspoelen en een impedantieaanpassingskring met de transponderchip zijn 10 verbonden. Door de langgerekte, rechthoekige vorm van de draaglaag en de daarmee overeenkomende vorm van de eindcapaciteiten (radiating parts) bezit deze antenne geen antennegevoeligheid die in alle richtingen nagenoeg gelijk is (omnidirectionele gevoeligheid). Evenmin heeft de antenne een gelijkmatige gevoeligheid voor zendsignalen met verschillende polarisatierichtingen. Bovendien is de in 15 US2007/0200782 transponder weinig compact en robuust en daardoor niet geschikt voor toepassing bij kleinere dieren. In tegenstelling daarmee verschaft de uitvinding een transponder die door zijn ronde vorm compact en diervriendelijk is en een groter toepassingsgebied heeft dan de uit US2007/0200782 bekende transponder en die daarbij een grotere gevoeligheid heeft dan de uit W02010/063287-A bekende 20 schijfvormige transponder, namelijk door toepassing van een verbeterde antenneconfiguratie, voorzien van eindcapaciteiten, (bij voorkeur) verkortingsspoelen en een impedantieaanpassingskring die, als gevolg van de aan de (in de praktijk geprefereerde) schijfvorm van de transponder aangepaste vormgeving, behalve compact en robuust, bovendien zeer ongevoelig blijken te zijn voor verschillen in de 25 richting van de te ontvangen zendsignalen en voor verschillen in de polarisatie van de te ontvangen zendsignalen.

Voorts wordt opgemerkt dat in EP2228756A1 een RFID tagconfiguratie wordt voorgesteld die in het bijzonder bedoeld is voor gebruik op objecten, zoals 30 bijvoorbeeld Cd's en Dvd's, met een (min of meer) metallische ondergrond. Met het oog op het optreden van ongewenste compensatiestromen door de metallische ondergrond, wordt in EP2228756A1 voorgesteld om de verbinding tussen de RFID-chip en de eindcapaciteiten ("radiators") uit te voeren als een roostercelstructuur ("plurality of grid cell shapes"). Hoewel een gedeelte van de genoemde "radiators" (130) een 35 ronde vorm kunnen hebben (figuur 2), zijn zij daarentegen aangebracht op een vierkant diëlektrisch substraat (140). Het toepassingsgebied van de bekende configuratie is ook geheel anders dan die van de transponder volgens de uitvinding.

- 6 -

Ook van verkortingsspoelen, die moeten worden ondergebracht -en "opgevouwen"-binnen het zeer beperkte, schijfvormig gebied van een voor dieren te gebruiken transponder, zoals het geval in de onderhavige aanvrage, is geen sprake.

5 Verder wordt in US2009/0284351 een RFID tagconfiguratie voorgesteld die is voorzien van een dispersie-element in de vorm van een spiraalantenne waarvan de antenne bij voorkeur de vorm heeft van een vierkante "spiraal van Archimedes" of een logaritmische spiraal. Het betreft hier dus een geheel andere antennevorm dan in de transponder volgens de onderhavige uitvinding, waarin gebruik wordt gemaakt van 10 een dipoolantenne met eindcapaciteiten of -geleiders.

Hierna zal de uitvinding nader worden besproken aan de hand van enige uitvoeringsvoorbeelden, onder verwijzing naar enkele figuren.

15 Figuren la en lb tonen twee uitvoeringsvoorbeelden van een oormerk met een transponder als getoond in figuur 2;

Figuur 2 toont een voorkeursuitvoering van een transponder die geschikt is voor een oormerk als getoond in figuur la of lb; 20

Figuur 3 toont het elektrische vervangingsschema van de in figuur 2 getoonde transponder.

De figuren la en lb tonen beide een oormerk met bevestigingsmiddelen voor de 25 bevestiging van het oormerk aan een oor. In beide figuren omvat het oormerk een eerste schijfvormig element 1 en een tweede schijfvormig element 2, waarbij het eerste element 1 is voorzien van een piercingelement 3 dan bedoeld is om door het oor te worden gedrukt. Aan de andere kant van het oor wordt het piercingelement opgevangen door en vergrendeld in het tweede element 2, waardoor het oormerk 30 onlosmakelijk met het oor is verbonden. In het eerste element 1 (figuur la) dan wel het tweede element 2 (figuur lb) is een RFID transponderconfiguratie opgenomen, symbolisch voorgesteld door een RF golffront 4. De componenten 1, 2 en 3 zijn bijvoorbeeld vervaardigd door middel van het spuitgieten van een geschikte thermoplast. Tijdens het spuitgietproces kan in het eerste element 1 (figuur la) of in 35 het tweede element 2 (figuur lb) een transponder, inclusief chip en antenneconfiguratie, worden opgenomen. Een dergelijke transponder kan aan het spuitgietproces worden toegevoerd in de vorm van bijvoorbeeld een (in hoofdzaak - 7 - schijfvormige) draagfolie waarop de chip en de (planaire of vlakke) antenneconfiguratie tevoren zijn aangebracht door middel van een daartoe geëigend proces.

5 Figuur 2 toont een voorkeursuitvoering van een transponder 5 die geschikt is voor een oormerk als getoond in figuur la of lb, in het bijzonder voor opneming in of bevestiging aan de schijfvormige elementen 1 en 2. De transponder 5 omvat een transponderchip 6 en een daarop aangesloten antenneconfiguratie, waarbij de antenneconfiguratie aan zijn buitenzijde wordt begrensd door een in hoofdzaak 10 cirkelvormige buitenbegrenzing. De transponder is aangebracht op een schijfvormige draagfolie 7 die -voor doorvoer van het piercingelement 3 dan wel van een (niet getoond) piercing gereedschap met behulp waarvan het oormerk wordt aangebracht-een doorvoeropening 8 bevat.

15 De antenneconfiguratie omvat een dipool met aan beide uiteinden een eindcapaciteit 9 die grotendeels voor de elektrische gevoeligheid van de antenne verantwoordelijk is en om die reden een relatief groot oppervlak bezit. De eindcapaciteiten 9 hebben een in hoofdzaak de buitenbegrenzing van de antenneconfiguratie volgende vorm; in de getoonde uitvoering vormen de buitenzijden van de eindcapaciteiten 9 in feite de 20 buitenbegrenzing van de antenneconfiguratie.

De antenneconfiguratie omvat verder een tweetal verkortingspoelen 10, opgenomen tussen de transponderchip 6 en (steeds één uiteinde van) de eindcapaciteiten 9.

25 Elke verkortingspoel 10 bezit een meandervorm, inclusief heen-en-weer gaande gedeelten die een in hoofdzaak cirkelvormig verloop hebben in hoofdzaak rondom het middelpunt van de cirkelvormige buitenbegrenzing van de antenneconfiguratie en/of in hoofdzaak rondom (het middelpunt van) de centrale opening 8.

30 De transponderchip 6 en de antenneconfiguratie zijn met elkaar verbonden via een impedantieaanpassingskring 11. De functie daarvan in tweeledig. Enerzijds is de impedantieaanpassingskring 11 ingericht als compensatiespoel (met een uiteraard inductieve reactantie) ter compensatie van de (in feite ongewenste) capacitieve reactantie van de transponderchip, ter verhoging van de antenne-efficiency. Verder is 35 de impedantieaanpassingskring 11 ingericht als aanpassingstransformator voor aanpassing van de karakteristieke impedantie van de transponderchip (bijvoorbeeld 35 Ω) aan die van de antenneconfiguratie (bijvoorbeeld 50Ω) en vice versa. Die - 8 - impedantieaanpassing is het gevolg van het kiezen van aansluitpunten 12 waarop de antenne is aangesloten op de impedantieaanpassingskring 11, hetgeen duidelijker zal blijken uit het elektrische vervangingsschema zoals getoond in figuur 3. Ook de impedantieaanpassingskring 11 is, evenals de gehele antenneconfiguratie, planair.

5

De afmetingen en vormgeving van de antenneconfiguratie als getoond in figuur 2 zijn zodanig dat de transponder geschikt is voor het ontvangen en (gecodeerd met de betreffende, in de transponder ingeprogrammeerde digitale ID code van het betreffende dier) terugzenden van (draaggolf)signalen tussen 0,5 en 1,5 GHz, bij 10 voorkeur tussen 700 MHz en 1 GHz, meer in het bijzonder tussen 800 en 900 MHz. De in hoofdzaak cirkelvormige buitenbegrenzing resp. de in hoofdzaak schijfvormige drager bezit daarbij een diameter tussen 20 en 30 mm, bij voorkeur ca. 25 mm.

Ten slotte toont figuur 3 het elektrische vervangingsschema van de in figuur 2 15 getoonde transponder. De getoonde antenne is in het bijzonder bedoeld als ’/2λ-dipoolantenne. In deze figuur zijn te zien de eindcapaciteiten 9 en de verkortingsspoelen 10, die via de aansluitpunten 12 op de impedantieaanpassingskring 11 zijn aangesloten. Als gezegd dient die impedantieaanpassingskring 11 voor compensatie van de (imaginaire) capacitieve 20 reactantie van de transponderchip 6. Bovendien wordt een impedantietransformatie bewerkstelligd door middel van het aansluiten van de antenne op de aansluitpunten 12, terwijl de transponderchip op de punten 13 is aangesloten, waarbij het circuit 11 deels als autotransformator werkt die de impedantietranformatie van (bijvoorbeeld) 35 Ω naar 50 Ω en vice versa bewerkstelligt.

25

Ten aanzien van de in figuur 3 weergegeven 1/zA-aanduiding wordt nog opgemerkt dat dat een aanduiding is van de (halve) elektrische golflengte, die bij een frequentie van ca. 1 GHz ca. 300 mm is. Door toepassing van de verkortingsspoelen 10 en eindcapaciteiten 9 wordt de geometrische afstand van de antenneconfiguratie, zoals 30 weergegeven in figuur 2, met ongeveer een factor 10 teruggebracht, waardoor de antenneconfiguratie een buitendiameter bezit tussen ca. 20 en 30 mm.

1038416

Claims

1. Transponder, omvattende een transponderchip (6) en een daarop aangesloten 5 planaire antenneconfiguratie die is aangebracht op een schijfvormige draaglaag (7), welke antenneconfiguratie één of twee langgerekte eindcapaciteiten (9) omvat die direct of indirect met de transponderchip zijn verbonden en die een verloop hebben dat in hoofdzaak coaxiaal is met of althans in hoofdzaak gelijkvormig aan de buitenvorm van de schijfvormige draaglaag en/of in 10 hoofdzaak de buitenvorm van de schijfvormige draaglaag volgen.

2. Transponder volgens conclusie 1, waarbij de breedte van de eindcapaciteiten (9) over althans een substantieel gedeelte van hun lengte in hoofdzaak constant is.

3. Transponder volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij in de verbindingen tussen de transponderchip en de eindcapaciteiten (9) verkortingsspoelen (10) zijn opgenomen.

4. Transponder volgens conclusie 3, waarbij de verkortingspoelen (10) 20 meandervormig zijn en één of meer heen-en-weer gaande delen omvatten die een verloop hebben dat in hoofdzaak coaxiaal is met of althans in hoofdzaak gelijkvormig aan de buitenvorm van de schijfvormige draaglaag.

5. Transponder volgens één van de voorgaande conclusies 3-4, waarbij de breedte 25 van de verkortingspoelen (10) over althans het grootste gedeelte van hun lengte in hoofdzaak constant is.

6. Transponder volgens één van de voorgaande conclusies 3-5, waarbij de verkortingspoelen (10) steeds met één uiteinde zijn verbonden met één uiteinde 30 van de betreffende eindcapaciteit (9).

7. Transponder volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij in de verbinding tussen de transponderchip (6) en de eindcapaciteiten (9) een planaire impedantieaanpassingskring (11) is opgenomen. 35

8. Transponder volgens conclusie 7, waarbij de impedantieaanpassingskring (11) is ingericht als aanpassingstransformator ter aanpassing van de karakteristieke 1038416 - 10 - impedantie van de transponderchip (6) aan die van de antenneconfiguratie en vice versa.

9. Transponder volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de 5 schijfvormige draaglaag (7) een in hoofdzaak coaxiale opening (8) omvat.

10. Transponder volgens één van de voorgaande conclusies, ingericht voor een transponderdraaggolffrequentie tussen 0,5 en 1,5 GHz, bij voorkeur tussen 700 MHz en 1 GHz, meer in het bijzonder tussen 800 en 900 MHz.

11. Transponder volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de in hoofdzaak schijfvormige drager een diameter heeft tussen 20 en 30 mm, bij voorkeur ca. 25 mm.

12. Identificatieorgaan, omvattende een transponder volgens één van de voorgaande conclusies.

13. Identificatieorgaan volgens conclusie 12, ingericht als oormerk, in het bijzonder voor dieren. 20 1038416