NL9300250A

NL9300250A - Decoupled antenna coils

Info

Publication number: NL9300250A
Application number: NL9300250A
Authority: NL
Original assignee: Nedap Nv
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1994-09-01

Abstract

Transmitting and receiving antenna for identification systems, the receiving antenna not being directly magnetically coupled to the transmitting antenna, use being made of the effect that the direction of the magnetic flow of the transmitting coil in the area of the coil within the coil differs significantly from the flow outside the coil. The receiving antenna is designed so that no net magnetic flux from the transmitting coil is included.

Description

Ontkoppelde antennespoelenDecoupled antenna coils

De uitvinding betreft een zend- 'en ontvangantenne voor identificatiesystemen.The invention relates to a transmit and receive antenna for identification systems.

Electromagnetische identificatiesystemen voor het identificeren van onder meer mensen, dieren en voorwerpen, zoals bijvoorbeeld beschreven in octrooi US 4,196,418 van aanvraagster, bestaan uit transponders en een uitleesapparaat. Dit uitleesapparaaat bevat een zender die voorzien is van een zendspoel, waarmee een magneetveld wordt opgewekt. Het uitleesapparaat bevat tevens een ontvangerschakeling om de transpondercode te ontvangen. Deze ontvangerschakeling is voorzien van een ontvangspoel. De functies van zend- en ontvangspoel kunnen in een fysieke spoel gerealiseerd zijn. Een nadeel van deze methode is, dat alle storingen die de zender opwekt, erg sterk in de ontvanger komen.Electromagnetic identification systems for identifying, inter alia, people, animals and objects, as described, for example, in US patent US 4,196,418, consist of transponders and a reading device. This reading device contains a transmitter that is equipped with a headpiece, with which a magnetic field is generated. The reader also includes a receiver circuit to receive the transponder code. This receiver circuit is provided with a receiving coil. The functions of transmit and receive coil can be realized in a physical coil. A disadvantage of this method is that all interferences that the transmitter generates are very strong in the receiver.

Een methode zoals beschreven in W090/14736 (Trovan) maakt gebruik van twee ontvangspoelen, die binnen de zendspoel zijn geplaatst. Door hier de beide ontvangspoelen in tegenfase aan te sluiten, wordt direkte inkoppeling van het zendsignaal in de ontvanger tegengegaan. Een bijkomstigheid van deze methode is, dat de gevoeligheid voor signaalbronnen op grote afstand ook zeer gering wordt. Dit geldt zowel voor stoorsignalen van veraf als ook voor signalen van identi-ficatielabels. In het systeem van W090/14736 is dit laatste geen groot probleem, omdat de maximale afstand waarover een identifica-tielabel wordt herkend, slechts 8 inch bedraagt. Een andere eigenschap van dit stelsel ontvangspoelen is, dat op enige afstand van het vlak van de spoelen, het systeem het meest gevoelig is voor magneetvelden, die evenwijdig aan het vlak van de spoelen gericht zijn. In GB 2133660 Tag Radionics, wordt een 8-vormige antennecon- structie beschreven, met een vergelijkbaar effect. Door de 8-vormige ontvangantenne is de gevoeligheid van zo'n systeem maximaal voor velden die loodrecht op het zendveld staan. Deze verdraaiing van de richting met maximale gevoeligheid betekent voor een identificatie-label dat de oriëntatie waarbij het zendsignaal maximaal ontvangen wordt, niet die is waarbij het signaal van het label maximaal koppelt met de ontvangspoelen, hetgeen betekent dat de maximaal haalbare afstand gering is.A method as described in WO90 / 14736 (Trovan) uses two receive coils placed within the transmit coil. By connecting the two receive coils in opposite phase here, direct coupling of the transmit signal into the receiver is prevented. A side effect of this method is that the sensitivity to signal sources at a great distance also becomes very low. This applies to distant distant signals as well as identification tag signals. In the system of WO90 / 14736, the latter is not a major problem, since the maximum distance over which an identification label is recognized is only 8 inches. Another feature of this set of receiver coils is that, at some distance from the plane of the coils, the system is most sensitive to magnetic fields directed parallel to the plane of the coils. In GB 2133660 Tag Radionics, an 8-shaped antenna construction is described, with a similar effect. Due to the 8-shaped receiving antenna, the sensitivity of such a system is maximum for fields that are perpendicular to the transmission field. This rotation of the direction with maximum sensitivity means for an identification label that the orientation at which the transmit signal is maximally received is not that at which the signal from the label couples maximum with the receive coils, which means that the maximum achievable distance is small.

De uitvinding geeft een oplossing, waarbij de ontvangantenne wel maximaal gevoelig is voor signalen van veraf, terwijl tevens de signalen van de zendantenne worden onderdrukt. Dit wordt bereikt door als ontvangantenne twee spoelen te gebruiken, die zodanig zijn geplaatst, dat een spoel binnen de omtrek van de zendspoel ligt en de tweede ontvangspoel er buiten. Beide ontvangspoelen liggen in het vlak van de zendspoel. De spoelen worden zodanig in serie aangesloten, dat signalen van veraf worden opgeteld. Doordat de richting van het uitgezonden magneetveld van de zendspoel - beschouwd in het vlak van de spoel - binnen en buiten de spoel tegengesteld is gericht, kan met een juiste dimensionering van de ontvangspoelen worden bereikt, dat het zendsignaal wordt gecompenseerd. Doordat de veldsterkte een niet lineaire functie van de plaats is, is niet alleen de vorm en de grootte van de ontvangspoelen van belang, maar ook de plaats. Voor het bepalen van het magnetische veld, dat door een zendspoel wordt opgewekt, waardoor een stroom i loopt, kan de formule van Laplace worden gebruikt, zodat: dH = ( ds x r ) .i/ (4.ρί.Γ~2)The invention provides a solution in which the receiving antenna is maximally sensitive to distant signals, while at the same time the signals of the transmitting antenna are suppressed. This is achieved by using two coils as the receiving antenna, which are arranged such that one coil lies within the circumference of the transmit coil and the second receive coil outside. Both receive coils are in the plane of the headpiece. The coils are connected in series in such a way that signals are added from afar. Since the direction of the emitted magnetic field of the transmit coil - viewed in the plane of the coil - is directed in opposite directions inside and outside the coil, it is possible to compensate for the transmit signal with correct dimensioning of the receive coils. Because the field strength is a non-linear function of the location, it is not only the shape and size of the receiving coils that is important, but also the location. To determine the magnetic field generated by a headpiece through which a current i flows, Laplace's formula can be used such that: dH = (ds x r) .i / (4.ρί.Γ ~ 2)

Deze formule houdt in dat elk element ds van een stroomdraad een bijdrage dH tot de veldstrekte in een punt levert, waarbij alfa de hoek is, die de verbindingslijn van het punt en ds maakt met ds. dH is dan loodrecht op het vlak door ds en het punt. Uit deze relatie volgt ook, dat In het vlak van de zendspoel, de veldsterkte direkt bij de stroomdraad erg groot is en snel met. de afstand tot de draad afneemt. Dit betekent voor de twee ontvangspoelen, dat de spoel die binnen de zendspoel gesitueerd is veel kleiner kan zijn dan de andere ontvangspoel. Met kleiner wordt hier bedoeld het product van oppervlak en aantal windingen.This formula implies that each element ds of a current wire makes a contribution dH to the field stretch at a point, where alpha is the angle connecting the point and ds with ds. DH is then perpendicular to the plane through ds and the point. It also follows from this relationship that in the plane of the headpiece, the field strength directly at the power wire is very high and rapid with. the distance to the wire decreases. This means for the two receive coils that the coil located within the transmit coil can be much smaller than the other receive coil. By smaller here is meant the product of surface area and number of turns.

In figuur 1 wordt de bestaande techniek volgens W090/14736 getoond. In figuur 2 wordt een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding getoond. In figuur 3 wordt een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding getoond.Figure 1 shows the existing technique according to WO90 / 14736. Figure 2 shows an embodiment according to the invention. Figure 3 shows another embodiment according to the invention.

In figuur 4 wordt weer een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding getoond.In figure 4 yet another embodiment according to the invention is shown.

De constructie volgens de bestaande techniek ( W090/14736 ) is in figuur 1 getoond, en bevat een zendspoel 1 en twee ontvangspoelen 2 en 3 die binnen de zendspoel zijn aangebracht. Deze ontvangspoelen zijn in tegenfase aangesloten.The prior art construction (WO90 / 14736) is shown in Figure 1, and includes a transmit coil 1 and two receive coils 2 and 3 disposed within the transmit coil. These receiving coils are connected in reverse phase.

In figuur 2 is een opstelling volgens de uitvinding getoond, bestaande uit een zendspoel 1 met daarbinnen een ontvangspoel 2 en daar buiten een ontvangspoel 3. Deze twee ontvangspoelen zijn in fase en in serie aangesloten op de niet getekende ontvangerschakeling. Doordat de magnetische flux van de zendspoel in de beide ontvangspoelen 2 en 3 in tegenfase is, wordt hiermee bereikt, dat geen signaal van de zenspoel direkt de ontvangerschakeling bereikt. Allerlei storende restsignalen van het zendsignaal komen dan ook niet of nauwelijks in de ontvangerschakeling, waardoor zwakke transponders ignalen nog goed kunnen worden ontvangen. De twee ontvangspoelen van figuur 2 kunnen worden vervangen door een ontvangspoel die gedeeltelijk binnen en gedeeltelijk buiten de zendspoel ligt.Figure 2 shows an arrangement according to the invention, consisting of a transmit coil 1 with a receive coil 2 inside and a receive coil 3 outside. These two receive coils are connected in phase and in series to the receiver circuit (not shown). Since the magnetic flux of the transmitter coil in the two receiving coils 2 and 3 is in opposite phase, this ensures that no signal from the transmitter coil directly reaches the receiver circuit. All kinds of disturbing residual signals of the transmit signal therefore hardly get into the receiver circuit, so that weak transponder signals can still be received properly. The two receive coils of Figure 2 can be replaced by a receive coil located partly inside and partly outside the transmit coil.

In figuur 3 is dit getoond. De ontvangspoel 2 is zodanig boven de zendspoel 1 gepositioneerd, dat de netto zendflux die deze spoel oppikt 0 is. De zendflux in het overlappende gebied 4 van beide spoelen is immers tegengesteld aan de fluxrichting die in het gebied 5 buiten de zendspoel heerst. Een juiste verhouding van de oppervlakken van deze gebieden 4 en 5 zal dan netto geen zendsignaal in de ontvangspoel 2 doen ontstaan. Voor een signaal dat van grote afstand komt, is de gevoeligheid maximaal op de as van de ontvangspoel. Door het niet samenvallen van de as van zend- en ontvangspoe-len ontstaat er een asymmetrie in de totale gevoeligheidskurve die van een transponder kan worden bepaald. Door nu meerdere ontvang-spoelen overlappend met de zendspoel en verspreid langs de omtrek van de zendspoel, aan te brengen, en deze spoelen in fase in serie op de ontvangerschakeling aan te sluiten, kan de symmetrie weer worden hersteld.This is shown in figure 3. The receive coil 2 is positioned above the transmit coil 1 such that the net transmit flux picking up this coil is 0. After all, the transmit flux in the overlapping region 4 of both coils is opposite to the direction of flux prevailing in the region 5 outside the transmit coil. A correct ratio of the areas of these areas 4 and 5 will then net generate no transmit signal in the receive coil 2. For a signal coming from a long distance, the sensitivity is maximum on the axis of the receiver coil. The non-coincidence of the axis of transmit and receive coils creates an asymmetry in the overall sensitivity curve that can be determined from a transponder. By arranging several receiving coils overlapping the transmit coil and distributed along the circumference of the transmit coil, and connecting these coils in series to the receiver circuit in phase, the symmetry can be restored.

Een uitvoering met 4 ontvangspoelen 2 is in figuur 4 getoond.An embodiment with 4 receiving coils 2 is shown in figure 4.

Claims

1. Transmitting and receiving antenna for identification systems, wherein the receiving antenna is not directly magnetically coupled to the transmitting antenna, characterized in that the receiving antenna is designed such that with this receiving antenna a part of the magnetic flux of the transmitter coil within the winding of the headpiece is included, and that also with this receiving antenna an equal sized opposite flux of the headpiece is included outside the headpiece.

Antenna construction according to claim 1, characterized in that one receiving coil is arranged inside and a second receiving coil outside the windings of the transmitter coil, these receiving coils being connected in phase and in series.

Antenna construction according to claim 1, characterized in that the receiving coil partly overlaps the transmitting coil.

Antenna construction according to claim 1, characterized in that a plurality of receiving coils partially overlap the transmitting coil, said receiving coils being connected in phase and in series.