NL9100397A

NL9100397A - ASYMMETRICAL ANTENNA FOR SHOP THEFT DETECTION SYSTEMS.

Info

Publication number: NL9100397A
Application number: NL9100397A
Authority: NL
Original assignee: Nedap Nv
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1991-03-06
Publication date: 1992-10-01
Also published as: DE69200869D1; EP0502585B1; DE69200869T2; EP0502585A1

Description

Asymmetrische antenne voor winkeldiefstaIdetectiesystemen T. FoekensAsymmetrical antenna for shoplifting detection systems T. Foekens

De uitvinding betreft winkeldiefstaidetectiesystemen, zoals beschreven in octrooiaanvrage NL8900658 van aanvraagster. Hierin genereert een zendantenne in de vorm van een pijp met daarin een draadlus een magnetisch wisselveld. De frequentie van dat wisselveld wordt gezwaaid. Een passieve label, die een resonantiekring bevat, bestaande uit een spoel en een condensator, zal een secondair magnetisch wisselveld opwekken op die momenten, waarop de momentele frequentie gelijk is aan de resonantiofrequentie van de label, zodra deze label in het veld wordt gebracht van de zendantenne. Dit secondaire magnetisch wisselveld kan vervolgens worden ontvangen door een tweede antenne, gekoppeld aan een ontvang- en detectieinrichting. In een winkeldiefstaldetectiesysteem van het absorptietype wordt dit secondaire magnetisch veld opgevangen door dezelfde antenne als die het primaire veld opwekt.The invention relates to shoplifting detection systems, as described in applicant's patent application NL8900658. In it, a transmitter antenna in the form of a pipe with a wire loop in it generates an alternating magnetic field. The frequency of that alternating field is waved. A passive label, which contains a resonant circuit consisting of a coil and a capacitor, will generate a secondary alternating magnetic field at times when the instantaneous frequency is equal to the resonant frequency of the label, as soon as this label is brought into the field of the transmitting antenna. This secondary alternating magnetic field can then be received by a second antenna coupled to a receiving and detecting device. In an absorption-type shoplifting detection system, this secondary magnetic field is received by the same antenna as it generates the primary field.

De bovenbedoelde antennes worden gerealiseerd door een draad te trekken door een pijp. De pijp is geplaatst op een voetstuk. Figuur 1 geeft de elementaire uitvoeringsvorm met de antennesamenstelling 1, antennepijpen 2, de voet 3, en de draadlus 4. De pijp is aan de bovenzijde onderbroken en de aldus ontstane pijpdelen zijn aan de onderzijde door het voetstuk electrisch met elkaar verbonden. De aansluitingen van de draadlus bevinden zich in het voetstuk. Op de aansluitingen van de draadlus wordt een wissel-spanning VI aangeboden. Als gevolg daarvan gaat er een stroom II lopen door de draad. Om de draad vormt zich een magnetisch veld, zoals getekend in figuur 2. De draad bevindt zich in een metalen pijp met een wanddikte groter dan de zogenaamde skindiepte behorende bij de frequentie van het wisselveld. Daardoor zal het magnetische veld om de draad worden beperkt tot de ruimte tussen draad en binnenwand van de pijp.The above-mentioned antennas are realized by pulling a wire through a pipe. The pipe is placed on a pedestal. Figure 1 shows the basic embodiment with the antenna assembly 1, antenna pipes 2, the base 3, and the wire loop 4. The pipe is interrupted at the top and the pipe parts thus created are electrically connected at the bottom by the base. The wire loop connections are located in the base. AC voltage VI is applied to the wire loop terminals. As a result, a current II flows through the wire. A magnetic field is formed around the wire, as shown in figure 2. The wire is contained in a metal pipe with a wall thickness greater than the so-called skin depth associated with the frequency of the alternating field. As a result, the magnetic field around the wire will be limited to the space between the wire and the inner wall of the pipe.

Over de binnenzijde van de pijp zal nu in de lengterichting een spanning worden opgewekt, die een tegengesteld gerichte stroom 12 aan de binnenzijde tot gevolg heeft. De, stroom 12 versterkt het magnetische veld Hl met H2 tussen de draad en de binnenzijde van de pijp, maar maakt het magnetische veld van de draad buiten de binnenzijde van de pijp nul: Hl - H2 = 0. Op de plaatsen, waar zich een opening in de pijp bevindt of de pijp eindigt zoals in figuur 1, komt de binnenzijde van de pijp in contact met de buitenzijde. De opening 5 zal dan een potentiaalbron V2 vormen, die op haar beurt weer een stroom 13 aan de buitenzijde van de pijp zal opwekken. Deze stroom genereert nu een magnetisch veJd 113 om de buitenzijde van de pijp, wat het uiteindelijke magnetische veld ïï van de antenne oplevert. In de wand van de pijp kan geen magnetisch wisselveld bestaan, behalve in een laagje ter dikte van de skindiepte, aangezien een dergelijk veld zou worden gecompenseerd door wervelstromen in het metaal. Er is dus sprake van een transformator, waarbij draad 4, of draden 4 ingeval van meerdere windingen in serie, in de pijp de primaire wikkeling vormt, en de binnenzijde van de pijp 2 de secondaire. De buitenzijde van de pijp vormt dan de eenwindingspoel, die het magnetische veld opwekt.A voltage will now be generated across the inside of the pipe in the longitudinal direction, which results in an oppositely directed current 12 on the inside. Current 12 amplifies the magnetic field H1 with H2 between the wire and the inside of the pipe, but makes the magnetic field of the wire outside the inside of the pipe zero: Hl - H2 = 0. In the places where there is a opening in the pipe or the pipe ends as in figure 1, the inside of the pipe comes into contact with the outside. The opening 5 will then form a potential source V2, which in turn will generate a current 13 on the outside of the pipe. This current now generates a magnetic field 113 around the outside of the pipe, yielding the final magnetic field of the antenna. No magnetic alternating field can exist in the wall of the pipe, except in a layer the thickness of the skin depth, since such a field would be compensated by eddy currents in the metal. It is therefore a transformer in which wire 4, or wires 4 in the case of several turns in series, in the pipe forms the primary winding, and the inside of the pipe 2 the secondary. The outside of the pipe then forms the one-winding coil, which generates the magnetic field.

De bovenbeschreven antenne heeft een praktisch nadeel. Vanwege de enkelvoudige lus, de zgn. 0-vorm, genereert deze antennevorm ook op grotere afstand, buiten het werkgebied van het winkeldiefstaldetec-tiesysteem, een aanzienlijk magnetisch wisselveld, dat dan aanleiding kan geven tot storing op radio ontvangers en op naburige winkeldief staldetectie-systemen. Ook als ontvangantenne zal deze anten-neconstructie veel (radio-) stoorsignalen van buiten ontvangen. Het is dus van belang een zodanige antennevorm te kiezen, dat het magnetische veld dichtbij de antenne, op ca. I - 2 m afstand, groot is en welke vorm tegelijkertijd het veld op grotere afstand minimaal maakt. Een dergelijke configuratie is de 8-vorm zoals getekend in figuur 3.The antenna described above has a practical drawback. Because of the single loop, the so-called 0-shape, this antenna shape also generates a considerable magnetic alternating field at a greater distance, outside the working area of the shoplifting detection system, which can then cause interference on radio receivers and on neighboring shoplifting detection. systems. Also as a receiving antenna, this antenna construction will receive many (radio) interference signals from outside. It is therefore important to choose an antenna shape such that the magnetic field close to the antenna, about 1 - 2 m away, is large and which shape at the same time minimizes the field at a greater distance. One such configuration is the 8 shape as drawn in Figure 3.

De antenne bestaat uit twee lussen, onder en boven, die tegengesteld gericht zijn. Onder en boven ontstaan dus twee tegengestelde magnetische velden, die elkaar op grote afstand compenseren. Omgekeerd zal een extern veld, dat van een bron op grote afstand komt, homogeen zijn en dus in beide lussen een gelijke spanning opwekken. Doordat beide lussen tegengesteld aan elkaar gekoppeld zijn, zal de netto spanning aan de aansluitklemmen van de antenne nul zijn. Deze antenne is dus weinig gevoelig voor externe stoorsignalen. Op korte afstand koppelt een label of met het onderste veld, of met het bovenste veld. Op halve hoogte, tussen de beide lussen in, ontstaat een gecombineerd veld, dat verticaal gericht is. Op die plaats zal er koppeling met een label plaatsvinden, indien diens spoel in het horizontale vlak ligt. Er vindt dus een goede koppeling plaats met labels in het detectiegebied van het winkoldiefstaldetectiesysteem, terwijl de stoorstraling naar buiten, en de stoorgevoeligheid voor stoorstraling van buiten, geminimaliseerd is. Deze techniek is bekend en alom in gebruik. Een nadeel van de in figuur 3 getekende 8-vorm antennes is dat de dwarsverbinding zich op "broekzakhoogte" bevindt. Dat wil zeggen dat indien een dief een artikel, waaraan een label bevestigd is, in een jaszak of een broekzak steekt, de label op dezelfde hoogte door de doorgang gaat als waar zich de dwarsverbinding van de antenne bevindt. Daar de kans groot is dat de label zich in broek- of jaszak in de verticale stand bevindt, zal de koppeling met het magnetische veld slecht zijn, omdat dat ter hoogte van de dwarsverbinding juist verticaal is gericht en alleen koppelt met een horizontaal gelegen label. Het. resultaat is een verminderde detectiekans.The antenna consists of two loops, bottom and top, which are directed in opposite directions. Two opposite magnetic fields are created at the top and bottom, which compensate each other at great distances. Conversely, an external field coming from a source at a great distance will be homogeneous and thus generate equal voltage in both loops. Because both loops are coupled in opposite directions, the net voltage at the antenna terminals will be zero. This antenna is therefore not very sensitive to external interference signals. At a short distance, a label associates with either the bottom field or the top field. At half height, between the two loops, a combined field is created, which is oriented vertically. At that location, coupling with a label will take place, if its coil is in the horizontal plane. Thus, a good coupling takes place with labels in the detection area of the shoplifting detection system, while the interference radiation to the outside, and the interference sensitivity to interference radiation from the outside, is minimized. This technique is known and widely used. A drawback of the 8-shape antennas shown in figure 3 is that the cross connection is at "pocket height". That is, if a thief puts an item to which a label is attached into a jacket pocket or a trouser pocket, the label will pass through the passage at the same height as where the cross connection of the antenna is located. Since there is a high probability that the label is in the vertical position in the trouser or jacket pocket, the coupling with the magnetic field will be poor, because at the cross connection it will be oriented vertically and will only couple with a horizontally located label. It. the result is a reduced chance of detection.

Voor optimale detectie van labels in een broek- of jaszak moet het veld ter plekke horizontaal gericht zijn. Dat kan worden gerealiseerd door de dwarsverbinding te verplaatsen. De consequentie daarvan is echter dat de afzonderlijke lussen een ongelijke oppervlakte krijgen, waardoor bij gelijke stroom de magnetische dipoolmomenten van beide lussen ongelijk worden, en waardoor op grotere afstand de beide velden elkaar niet meer compenseren.For optimal detection of labels in a trouser or jacket pocket, the field should be horizontally oriented on site. This can be achieved by moving the cross connection. The consequence of this is, however, that the individual loops have an uneven surface, whereby the magnetic dipole moments of both loops become uneven with equal current, and as a result of which the two fields no longer compensate each other at a greater distance.

Het is het doel van de uitvinding een oplossing te bieden voor bovengenoemd probleem. Daartoe wordt eerst de symmetrisch 8-vorm antenne verder beschouwd. In figuur 3 zijn de spanningen en stromen getekend, op gelijke wijze als .in figuur 1. De spanning VI wordt aangeboden op de uitlopers van de antennedraad 4, die in een 8-vorm door de pijp 2 is getrokken. Daardoor gaat er een stroom II lopen door de draad, hetgeen door de magnetische koppeling een tegenspan-ning opwekt aan de binnenzijde van de pijp. Daar waar de binnenzijde contact maakt met de buitenzijde, de openingen 6 halverwege en de onderbreking 5 boven, manifesteert zich dat als een reeks potentiaalverschillen over de buitenzijde van de pijp. Zo zijn er de spanningen V4,l,o en V4,r,o tussen dn openingen 6 en het centrum van de voet 3. Daar de stromen in de 1 inker- on rechterpijp tegengesteld zijn gericht, zijn ook de spanningen V4,l,o en V4,r,o tegengesteld, maar even groot. Tussen de beide openingen 6 halverwege staat dus de spanning V2 = 2 x V4,l,o. De stromen in antennedraad 4 in de bovenste pijpdelen zijn tegengesteld t.o.v. die in de onderste pijpdelen. Daardoor is de spanning V4,l,b tussen de onderbreking 5 en de opening 6 tegengesteld gericht aan V4,l,o. Evenzo is V4,r,b tegengesteld gericht aan V4,r,o. Uit het gegeven dat II in de beide bovenste pijpdelen gelijk is, volgt dan dat de grootte van V4,l,b gelijk is aan die van V4,r,b. Evenzo is do grootte van V4,l,b, gelijk aan die van V4,l,o. Optelling van de spanningen over de bovenste pijpdelen bij die van de onderste pijpdelen levert op, dat de spanning over de onderbreking 5 boven, V3, gelijk is aan nul. De consequentie van de constatering dat V3 = 0 is, dat de. bovenste opening 5 elec-trisch mag worden doorverbonden, zonder dat dit in principe effect heeft op de stromen en spanningen op deze antenneopstelling. Echter de pijpen vormen nu een ononderbroken electrische lus in een O-vorm. Dat betekent dat de totale flux van elk magnetisch wisselveld, dat door de O-vorm gaat, een kortsluitstroom induceert in de pijp, en daardoor een tegenveld opwekt, dat do oorspronkelijke magnetische flux tegenwerkt. Het kortsluiten van de antennepijp aan de bovenzijde met doorverbinding 7 heeft dus tot gevolg dat eventuele afwijkingen in het magnetische veld van de oorspronkelijk symmetrische 8-vorm lus worden gecompenseerd, zodat het magnetisch wisselveld op grote afstand verder wordt gereduceerd, en dat de stoorgevoeligheid voor externe stoorsignalen verder afneemt.It is the object of the invention to provide a solution to the above-mentioned problem. To this end, the symmetrical 8-shape antenna is first considered further. In Figure 3, the voltages and currents are drawn in the same manner as in Figure 1. The voltage VI is applied to the leads of the antenna wire 4, which is drawn through the pipe 2 in an 8-shape. As a result, a current II flows through the wire, which creates a counter-tension on the inside of the pipe through the magnetic coupling. Where the inside contacts the outside, the openings 6 halfway and the gap 5 above, this manifests as a series of potential differences across the outside of the pipe. For example, there are the voltages V4, 1, o and V4, r, o between the openings 6 and the center of the foot 3. Since the currents in the 1 right-hand leg are directed in opposite directions, the voltages V4, 1, are also o and V4, r, o opposite, but the same size. So the voltage V2 = 2 x V4, 10 is between the two openings 6 halfway. The currents in antenna wire 4 in the upper pipe sections are opposite to those in the lower pipe sections. Therefore, the voltage V4, l, b between the interruption 5 and the opening 6 is opposite to V4, l, o. Likewise, V4, r, b is opposite to V4, r, o. From the fact that II is equal in the two upper pipe parts, it follows that the magnitude of V4, 1, b is equal to that of V4, r, b. Likewise, the magnitude of V4, l, b is equal to that of V4, l, o. Adding the voltages across the top pipe sections to those of the bottom pipe sections yields that the voltage across the break above V3 equals zero. The consequence of the observation that V3 = 0 is that the. top opening 5 may be electrically connected, without this in principle having an effect on the currents and voltages on this antenna arrangement. However, the pipes now form a continuous electrical loop in an O-shape. That means that the total flux of each alternating magnetic field, passing through the O-shape, induces a short-circuit current in the pipe, thereby generating a counterfield which counteracts the original magnetic flux. Shorting the antenna pipe at the top with interconnection 7 therefore has the effect of compensating for any deviations in the magnetic field of the originally symmetrical 8-shape loop, so that the magnetic alternating field is further reduced at a great distance, and that the interference sensitivity to external interference signals further decreases.

De uitvinding betreft een antenneopste]1ing waarin de dwarsverbinding asymmetrisch t.o.v. het midden is geplaatst, zodanig dat deze dwarsverbinding zich niet meer op broekzakhoogte bevindt. In het bijzonder wordt de dwarsverbinding beneden het midden geplaatst, zoals getekend in figuur 4. Gebruikmakend van de boven beschreven transformatorwerking, is het mogelijk de draadlus in de 8-vorm te vervangen door een enkelvoudige lus, en te plaatsen in het onderste deel van de pijp. Figuur 4 geeft deze opstelling weer. Door de transformator-koppeling wekt de stroom II door de draad een symmetrische spanning V2 op tussen de openingen 6. Daardoor gaan er op de buitenzijde van de pijp twee stromen lopen T3,o in het onderste deel en 13,b in het bovenste deel. Deze stromen zijn tegengesteld gericht, en de grootte wordt voornamelijk bepaald door de verhouding tussen de zelfinducties van beide pjjpdelon. Het bovenste deel bevat een langere weg voor de stroom, dus oen hogere zelfinductie, dan het onderste deel. 13,b zal dus kleiner zijn dan 13,o. Maar de oppervlakte van het bovenste antennedeel is groter dan van het onderste. Aangezien het magnetische veld op grote afstand wordt bepaald door het magnetisch dipoolmoment, dat het produkt is van de stroom en de oppervlakte van de stroomlus, zullen ondanks de verstoorde asymmetrie beide antennehelften in eerste benadering toch een bijna symmetrische bijdrage leveren aan het veld op grote afstand, en elkaar dus elimineren. Verder vormt de pijp van de antenne een ononderbroken kortgesloten geleider, zodat de asymmetrie in magnetische fluxen door het onderste deel en door het bovenste deel een kortsluitstroomThe invention relates to an antenna arrangement in which the cross connection is placed asymmetrically with respect to the center, such that this cross connection is no longer at pocket height. In particular, the cross connection is placed below the center, as shown in figure 4. Using the transformer operation described above, it is possible to replace the wire loop in the 8-shape with a single loop, and place it in the lower part of the pipe. Figure 4 shows this arrangement. Through the transformer coupling, the current II through the wire generates a symmetrical voltage V2 between the openings 6. As a result, two currents flow T3, o in the lower part and 13, b in the upper part, on the outside of the pipe. These currents are opposite, and the magnitude is mainly determined by the ratio between the inductances of both pipelon. The upper part contains a longer path for the current, so a higher inductance than the lower part. So 13, b will be less than 13, o. However, the area of the top antenna section is larger than that of the bottom. Since the magnetic field at a great distance is determined by the magnetic dipole moment, which is the product of the current and the surface of the current loop, despite the distorted asymmetry both antenna halves will still make an almost symmetrical contribution to the long-distance field in the first approximation , and thus eliminate each other. Furthermore, the antenna pipe forms a continuous short-circuited conductor, so that the asymmetry in magnetic fluxes through the bottom part and through the top part a short-circuit current

Ic doet lopen, die ervoor zorg draagt dat de totale flux door de gehele antenne wordt geminimaliseerd. Daarmee wordt het magnetische veld op afstand verder gereduceerd. Evenzo zal een extern stoorveld door de kortsluitlus worden tegengehouden, en dus een minimale spanning induceren aan de aansluitklemmen van de antenne. Zo wordt dus aan de ontwerpeis van minimale stoorstraling op grote afstand, en minimale gevoeligheid voor externe stoorsignalen voldaan, ondanks de asymmetrische vorm van de 8-vormige antenne. De bovenbedoelde enkelvoudige draadlus kan ook meerdere windingen bevatten. De werking hiervan verschilt niet van de werking zoals hierboven beschreven, doch meerdere windingen kunnen gewenst zijn, afhankelijk van de werkfrequentie en de impedantieaanpassing aan de electronische zenden ontvangeenheden. In de praktische uitvoering kunnen varianten optreden uit oogpunt van esthetische vormgeving en op grond van constructieve aspecten. Zo kan de aangeven voet zijn vervangen door pijpmateriaal met een electrische aansluiting daarin geconstrueerd. Er is dan een gesloten rechthoekige pijpconstructie ontstaan. Ook de rechthoekvorm kan worden gevarieerd met afgeronde, en/of afgeschuinde hoeken. Al deze, op de werking niet van invloed zijnde variaties, worden geacht binnen het raam van de uitvinding te vallen.Ic runs, which ensures that the total flux through the entire antenna is minimized. This further reduces the magnetic field at a distance. Likewise, an external interference field will be blocked by the short circuit loop, thus inducing minimal voltage at the antenna terminals. Thus, the design requirement of minimum interference radiation at a great distance and minimal sensitivity to external interference signals are met, despite the asymmetrical shape of the 8-shaped antenna. The aforementioned single wire loop may also contain multiple turns. The operation of this does not differ from the operation as described above, but multiple turns may be desired depending on the operating frequency and the impedance matching to the electronic transmit receivers. In the practical implementation, variants can occur from the point of view of aesthetic design and on the basis of constructional aspects. For example, the indicated base can be replaced by pipe material with an electrical connection constructed therein. A closed rectangular pipe construction has then been created. The rectangular shape can also be varied with rounded and / or chamfered corners. All these variations, which do not affect the operation, are considered to fall within the scope of the invention.

Claims

1. An antenna for use in a shoplifting detection system, consisting of a U-shaped pipe, placed upside down on a metal base, or rectangular bent pipe, with an electrical connection at the bottom, such that a shorted loop is created in which pipe structures two holes are placed through which an electrical cross connection can be made, characterized in that this cross connection is placed asymmetrically in height, so that the surface enclosed by the pipe is divided into two unequal parts.

An antenna according to claim 1, characterized in that in a preferred embodiment the electrical cross connection is arranged at a height of approximately 25% of the total antenna height, counted from the base, or from the bottom horizontal part of the pipe.

An antenna according to claims 1 or 2, characterized in that the two holes through which the cross connection passes are placed at an uneven height, measured from the base.

An antenna according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the electrical cross connection is part of a single wire loop, consisting of one or more windings, which is led through the pipe sections down to the base and there the electronic transmitter and / or receiver unit is connected.