NL9300250A

NL9300250A - Ontkoppelde antennespoelen.

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

Description

Ontkoppelde antennespoelen

De uitvinding betreft een zend- 'en ontvangantenne voor identificatiesystemen.

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.

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.

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)

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.

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.

In figuur 4 wordt weer een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding getoond.

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.

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.

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.

Een uitvoering met 4 ontvangspoelen 2 is in figuur 4 getoond.

Claims

1. Zend- en ontvangantenne voor identificatiesystemen, waarbij de ontvang antenne niet direct magnetisch gekoppeld is met de zend-antenne, met het kenmerk, dat de ontvangantenne zodanig is uitgevoerd, dat met deze ontvangantenne een deel van de magnetische flux van de zendspoel binnen de winding van de zendspoel wordt omvat, en dat eveneens met deze ontvangantenne een evengrote tegengestelde flux van de zendspoel buiten de zendspoel wordt omvat.

2. Antenneconstructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat één ontvangspoel binnen en een tweede ontvangspoel buiten de windingen van de zendspoel is aangebracht, waarbij deze ontvangspoelen in fase en in serie zijn aangesloten.

3. Antenneconstructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ontvangspoel voor een deel de zendspoel overlapt.

4. Antenneconstructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat meerdere ontvangspoelen de zendspoel gedeeltelijk overlappen waarbij deze ontvangspoelen in fase en in serie zijn aangesloten.