SE515984C2 - Passive transponder used for localization of people and of objects with the help of radio transmitter and receiver, has transmission line that matches impedance of diode to impedance of metal antennae - Google Patents
Passive transponder used for localization of people and of objects with the help of radio transmitter and receiver, has transmission line that matches impedance of diode to impedance of metal antennaeInfo
- Publication number
- SE515984C2 SE515984C2 SE9904624A SE9904624A SE515984C2 SE 515984 C2 SE515984 C2 SE 515984C2 SE 9904624 A SE9904624 A SE 9904624A SE 9904624 A SE9904624 A SE 9904624A SE 515984 C2 SE515984 C2 SE 515984C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- antenna
- impedance
- transmission line
- diode
- transponder
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
- G01S13/75—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems using transponders powered from received waves, e.g. using passive transponders, or using passive reflectors
Abstract
Description
lšlš 984 2 o I n o n I c ø n u u u co dielektrikum av plast införs mellan transpondern och foten, och därvid förkortas nämnda givna avstånd till ett praktiskt användbart avstånd. lšlš 984 2 o I n o n I c ø n u u u co co dielectric is inserted between the transponder and the base, thereby shortening said given distance to a practically usable distance.
Sökanden har funnit att ett problem uppstår om transpondern gjuts in i en skidkänga av plast. Den från transpondern utstrålade RF-effekten på den dubbla grundfrekven- sen minskar. Sökanden fann att sökutrustningen måste avstämmas till en lägre fre- kvens, jämfört med om transpondern satt klistrad på skidkängans utsida, för att den från transpondern utstrålade RF-effekten på den dubbla grundfrekvensen skulle de- tekteras med maximal signalstyrka. Detektering med maximal signalstyrka är nämli- gen kritisk i det fall transpondern befinner sig på stort avstånd från antennen, i vilket fall signalstyrkan vid mottagaren är låg. Den får nämligen inte bli så låg, att detekte- ringen av transpondern helt uteblir.The applicant has found that a problem arises if the transponder is cast into a plastic ski boot. The RF effect radiated from the transponder on the double fundamental frequency decreases. The applicant found that the search equipment had to be tuned to a lower frequency, compared to if the transponder was glued to the outside of the ski boot, so that the RF effect radiated from the transponder at twice the fundamental frequency would be detected with maximum signal strength. Detection with maximum signal strength is namely critical in the event that the transponder is at a large distance from the antenna, in which case the signal strength at the receiver is low. Namely, it must not become so low that the detection of the transponder is completely absent.
Det är önskvärt, att samma sökutrustning skall kunna användas för detektering av transpondrar som är klistrade på kängan, resp. för detektering av transpondrar som är inbyggda i kängan. Avstämning av sökutrustningen är inte praktiskt möjligt.It is desirable that the same search equipment can be used for detecting transponders that are glued to the boot, resp. for detecting transponders built into the boot. Reconciliation of the search equipment is not practically possible.
Uppfinningen syftar till att undanröja den ovan nämnda olägenheten med inlbyggda transpondrar. Detta åstadkoms med hjälp av de i patentkrav 1 angivna bestämning- arna.The object of the invention is to eliminate the above-mentioned inconvenience with built-in transponders. This is achieved by means of the provisions stated in claim 1.
Den fördel som ernås med uppfinningen är att närfältet till antennen väsentligen ej, eller endast i ringa grad, påverkas av omgivningen till antennen.The advantage achieved with the invention is that the proximity field to the antenna is substantially not, or only to a small degree, affected by the environment of the antenna.
En annan fördel som ernås med uppfinningen är att det dielektrikum som omger transpondern koncentrerar RF-effekten till en transmissionsledning varigenom om- givningens påverkan på transpolnderns egenskaper reduceras.Another advantage achieved with the invention is that the dielectric surrounding the transponder concentrates the RF power to a transmission line, whereby the influence of the environment on the properties of the transponder is reduced.
Med dielektrikum avses i detta dokument ett material vars dielektricitetskonstant är större än 1. Genom att ändra transmissionsledningens geometri och de dielektriska egenskaperna av den omedelbara omgivningen till transmissionsledningen kan en optimal relation erhållas mellan de elektriska parametrarna för frekvenserna f och 2f.In this document, dielectric refers to a material whose dielectric constant is greater than 1. By changing the geometry of the transmission line and the dielectric properties of the immediate environment to the transmission line, an optimal relationship can be obtained between the electrical parameters of the frequencies f and 2f.
Det är därigenom möjligt, att framställa transpondrar vilka är anpassade till varje gi- ven placering av transpondern, såsom t ex vid elleri en skidpjäxa, en jacka, en flyt- väst el. dyl. 515 est ~ ~ o w n r c n v v II Figurbeskrivning Figur 1 visar en plan vy av en transponder enligt en första utföringsform av uppfin- ningen, Figur 2 visar en sidovy av en transponder enligt en andra utföringsform av uppfin- ningen, Figur 3 visar en sidovy av en första montering av transpondrarna enligt figurerna 1 och 2, Figur 4 visar en sidovy av en andra montering av transpondrarna enligt figurerna 1 och 2, Figur 5 är ett elektriskt ekvivalensschema av en transponder enligt uppfinningen Figur 6visar ett förenklat kopplingsschema för transpondern enligt Figur 1, Figur 7 visar en transponder med M-formad slits, och Figur 8 är en partiell sidovy utmed symmetriaxeln A-Ai Figur 3, vilken sidovy sche- matiskt visar närfältet av RF-energifältet runt antennen.It is thereby possible to produce transponders which are adapted to any given location of the transponder, such as, for example, in a ski boot, a jacket, a life jacket or the like. dyl. 515 est ~ ~ ownrcnvv II Figure description Figure 1 shows a plan view of a transponder according to a first embodiment of the invention, Figure 2 shows a side view of a transponder according to a second embodiment of the invention, Figure 3 shows a side view of a first assembly of the transponders according to Figures 1 and 2, Figure 4 shows a side view of a second assembly of the transponders according to Figures 1 and 2, Figure 5 is an electrical equivalent diagram of a transponder according to the invention Figure 6 shows a simplified wiring diagram for the transponder according to Figure 1, Figure 7 shows a transponder with M-shaped slot, and Figure 8 is a partial side view along the axis of symmetry A-A in Figure 3, which side view schematically shows the near field of the RF energy field around the antenna.
Belysande utföringsformer Figur 1 visar en transponder med två antennelement 1, 2 och en diod 3. Antennele- menten 1, 2 bildar en antenn som i denna utföringsform är framställd av en metallfo- lie 4. Metallfolien har en T-formad slits med ett horisontellt avsnitt 5 och ett vertikalt avsnitt 6. Dioden är belägen över slitsens vertikala avsnitt 6. Den T-formade slitsen delar metallfolien i två huvudytor förbundna med varandra med en biyta 7. Antenne- lementet 1 är en del av den ena huvudytan, antennelementet 2 är en del av den and- ra huvudytan. Övriga delar av resp. huvudyta bildar tillsammans med biytan en transmissionsledning 8, som i denna utföringsform av transpondern är kortsluten.Illustrative embodiments Figure 1 shows a transponder with two antenna elements 1, 2 and a diode 3. The antenna elements 1, 2 form an antenna which in this embodiment is made of a metal foil 4. The metal foil has a T-shaped slot with a horizontal section 5 and a vertical section 6. The diode is located above the vertical section of the slot 6. The T-shaped slot divides the metal foil into two main surfaces connected to each other by a side surface 7. The antenna element 1 is a part of one main surface, the antenna element 2 is part of the other main surface. Other parts of resp. main surface together with the side surface forms a transmission line 8, which in this embodiment of the transponder is short-circuited.
Transmissionsledningen visas med enkel schraffrering, antennelementen med dub- bel schraffrering. Övergängsomrädet mellan antennelementen och transmissionsled- ningen är inte så skarpt som figuren visar. Dioden 3 är lödd mellan antennelementen.The transmission line is shown with single hatching, the antenna elements with double hatching. The transition area between the antenna elements and the transmission line is not as sharp as the figure shows. Diode 3 is soldered between the antenna elements.
Antennelementen har etsats, stansats eller på annat lä.mpligt sätt framställts ur me- tallfolien 4. Metallfolien 4 kan men behöver ej vara anbragt ett på ett underlag 9.The antenna elements have been etched, punched or in another suitable manner manufactured from the metal foil 4. The metal foil 4 can but need not be placed one on a substrate 9.
Figur 2 visar en andra utföringsform av en transponder enligt uppfinningen. lJtföran- det är likartat det i Figur 1 visade med undantag för att biytan 7 är uppdelad i två bi- 00 c 515 984 4 u c . . n u ; n n o u n nu iytor 7A och 7B, vilka bildar en del av transmissionsledningen 8, som likströmsmässigt är öppen men som signalmässigt är kortsluten.Figure 2 shows a second embodiment of a transponder according to the invention. The condition is similar to that shown in Figure 1, except that the surface 7 is divided into two sides. . now ; n n o u n now surfaces 7A and 7B, which form part of the transmission line 8, which is open in terms of current but which is short-circuited in terms of signal.
Enligt uppfinningen omges transpondern i Figurer 1 resp. 2 av ett dielektrikum 10.According to the invention, the transponder in Figures 1 resp. 2 of a dielectric 10.
För ernående av detta är monteras transpondern på ett första resp. andra sätt, så- som visas i Figurerna 3 resp. 4. l Figur 3 visas transpondern vara ingjuten i ett die- lektrikum, vilket kan men behöver ej vara bildat av två skikt, såsom antyds av den streckade linjen 11. l Figur 4 är transpondern monterad inuti ett hålrum i ett dielektri- kum 10. Monteringen sker t. ex. med ett lim, ett vidhäftande skikt på underlaget 9, eller på annat lämpligt sätt.To achieve this, the transponder is mounted on a first resp. other ways, as shown in Figures 3 resp. Figure 1 shows the transponder being cast in a dielectric, which may but need not be formed by two layers, as indicated by the dashed line 11. Figure 4 shows the transponder mounted inside a cavity in a dielectric 10. The assembly takes place e.g. with an adhesive, an adhesive layer on the substrate 9, or in another suitable manner.
Anledningen till att omge hela transpondern med ett dielektriskt skikt beskrivs närma- re nedan.The reason for surrounding the entire transponder with a dielectric layer is described in more detail below.
Figur 5 visar ett elektriskt ekvivalensschema för transpondern 1 enligt uppfinningen.Figure 5 shows an electrical equivalence diagram for the transponder 1 according to the invention.
Denna innefattar en mottagarantenn 13, ett första anpassningsnät 14 anslutet mellan mottagarantennen och dioden 3, ett andra anpassningsnät 15 anslutet mellan dioden 3 och en sändarantenn 16. Mottagarantennen mottar RF-effekt på grundfrekvensen f vilken matas till dioden 3 via det första anpassningsnätet 14. Dioden är ett olinjärt element som av den mottagna RF-effekten genererar ett stort antal övertoner av grundfrekvensen, däribland en i sammanhanget intressant överton på den dubbla grundfrekvensen 2f, vilken via det andra anpassningsnätet matas ut på en sän- darantenn 16. En så stor del som möjligt av den av mottagarantennen 13 mottagna RF-effekten på grundfrekvensen f skall tillföras dioden 3 och för detta ändamål finns det första anpassningsnätet 14 vilket anpassar mottagarantennens 13 impedans till diodens impedans.This comprises a receiving antenna 13, a first matching network 14 connected between the receiving antenna and the diode 3, a second matching network 15 connected between the diode 3 and a transmitting antenna 16. The receiving antenna receives RF power at the fundamental frequency f which is fed to the diode 3 via the first matching network 14. The diode is a non-linear element which, by the received RF power, generates a large number of harmonics of the fundamental frequency, including an interesting harmonic of the double fundamental frequency 2f, which is output via the second matching network to a transmitting antenna 16. A part as large as possible of the RF power received by the receiving antenna 13 on the fundamental frequency f is to be applied to the diode 3 and for this purpose there is the first matching network 14 which adjusts the impedance of the receiving antenna 13 to the impedance of the diode.
För att förklara den tekniska bakgrunden till uppfinningen visar Figur 5 att transpon- dern 1 har två separata antenner 13 och 16 och två separata anpassningsnät 14, 15.To explain the technical background of the invention, Figure 5 shows that the transponder 1 has two separate antennas 13 and 16 and two separate adaptation networks 14, 15.
I praktiken är dessa två antenner en enda antenn. Likaledes är i praktiken de två an- passningsnäten ett enda anpassningsnät.In practice, these two antennas are a single antenna. Similarly, in practice, the two adaptation networks are a single adaptation network.
En så stor del som möjligt av den av dioden genererade RF-effekten på den dubbla grundfrekvensen 2f skall överföras till och utsändas av sändarantennen 16 och för detta ändamål anpassas sändarantennens impedans till diodens impedans med hjälp av det andra anpassningsnätet 15. Om dessa två RF-effektdelar, dvs den mottagna RF-effektdelen på f och den utsända på 2f, samtidigt är så stora som möjligt sägs 515 9st- ~ ~ ~ u u o n o n u nu transpondern vara optimerad och det är detta uppfinningen avser att åstadkomma; Träffas transpondern enligt uppfinningen av t ex 10 mW/mz absorberar mottagaren- tennen 13 antennen en del av denna effekt, t ex 0,01 mW. Det är dessa 0,01 mW som sedan utgör summan av alla övertoners effekter inklusive förluster. Det är den andel av dessa 0,01 mW som finns på frekvensen 2f som skall göras så stor som möjlig.As much as possible of the RF power generated by the diode on the double fundamental frequency 2f shall be transmitted to and transmitted by the transmitting antenna 16 and for this purpose the impedance of the transmitting antenna is adapted to the impedance of the diode by means of the second matching network 15. If these two RF power parts, i.e. the received RF power part at f and the transmitted one at 2f, are at the same time as large as possible, the transponder is now said to be optimized and this is what the invention intends to achieve; If the transponder according to the invention is hit by, for example, 10 mW / m 2, the receiving antenna 13 absorbs the antenna some of this power, for example 0.01 mW. It is these 0.01 mW which then constitute the sum of the effects of all harmonics including losses. It is the proportion of these 0.01 mW present on the frequency 2f that should be made as large as possible.
Som impedansanpassningsnät används enligt ett föredraget utförande av uppfin- ningen en transmissionsledning. Genom att använda en transmissionsledning erhålls flera frihetsgrader vid utformningen av transpondern samt kan omgivningens annars negativa påverkan på transponderns elektriska egenskaper utnyttjas konstruktivt.According to a preferred embodiment of the invention, a transmission line is used as the impedance matching network. By using a transmission line, several degrees of freedom are obtained in the design of the transponder and the otherwise negative impact of the environment on the transponder's electrical properties can be used constructively.
Allmänt sett bestäms en transmissionslednings egenskaper av transmissionsledning- ens geometri, såsom transmissionsledningens form, längd, bredd och tjocklek, och omgivningens elektriska parametrar. Just omgivningens elektriska parametrar kan negativt påverka transmissionsledningenslantennens egenskaper.In general, the characteristics of a transmission line are determined by the geometry of the transmission line, such as the shape, length, width and thickness of the transmission line, and the electrical parameters of the environment. The electrical parameters of the surroundings can adversely affect the properties of the transmission line antenna.
Transmissionsledningen omges enligt uppfinningen av ett dielektrikum, som koncent- rerar de elektriska fältlinjerna till transmissionsledningen. Ju tätare de elektriska fält- linjerna ligger varandra inom ett område, desto mer RF-energi transporteras av transmissionsledningen i detta område. väsentligen all RF-energitransport sker inuti dielektriket vid denna utformning av anpassningsnätet. När transmissionsledningen helt omges av ett dielektrikum 10 kommer omgivningen utanför dielektriket knappast alls, eller endast i ringa grad, att påverka RF-energitransporten.According to the invention, the transmission line is surrounded by a dielectric which concentrates the electric field lines to the transmission line. The closer the electric field lines are to each other within an area, the more RF energy is transported by the transmission line in this area. Essentially all RF energy transport takes place within the dielectric in this design of the adaptation network. When the transmission line is completely surrounded by a dielectric 10, the environment outside the dielectric will hardly at all, or only to a small degree, affect the RF energy transport.
Fackmannen inser att andra faktorer än omgivningen påvekar transmissionsled- ningens impedans, såsom avståndet mellan transmissionsledningens ledare och di- elektricitetskonstanten av det material som omger transmissionsledningen. Likaså påverkar avståndet mellan ett dielektrikum och en transmissionsledning en transmis- sionslednings impedans. Genom att välja lämplig tjocklek, bredd, längd och dielektri- citetskonstant av diele-ktriket 10 och genom att omsluta transmissionsledningen med dielektriket 10 optimeras nämnda RF-effektdelar samt reduceras omgivningens in- verkan på transmissionsledningens impedans. Byts diod måste transmissionsled- ningens egenskaper ändras, så att dess impedans överensstämmer med diodens impedans och antennens impedans.Those skilled in the art will appreciate that factors other than the environment affect the impedance of the transmission line, such as the distance between the transmission line conductor and the dielectric constant of the material surrounding the transmission line. Likewise, the distance between a dielectric and a transmission line affects the impedance of a transmission line. By selecting the appropriate thickness, width, length and dielectric constant of the dielectric 10 and by enclosing the transmission line with the dielectric 10, said RF power parts are optimized and the influence of the environment on the impedance of the transmission line is reduced. If the diode is replaced, the characteristics of the transmission line must be changed so that its impedance corresponds to the impedance of the diode and the impedance of the antenna.
Figur 6 visar ett ekvivalent elektriskt kopplingsschema för en föredragen utförings- form av transpondern enligt uppfinningen. En dipolantenn med antennelementen 1, 2 515 984 6 o ø o o - o c u u v aa matas av transmissionsledningen 8, vilken på konventionellt sätt visas vara bildad av två ledare. En diod 3 förbinder antennelementen med varandra. Ett kortslutnings- stycke 18 förbinder transmissionsledningens ledare med varandra. Transmissions- ledningen 8 har en karaktäristisk impedans ZO och dioden en impedans ZL. Detta kopplingsschema motsvarar utförandet enligt Figur 1. Transmissionsledningen kan liknas vid ett gamma-matchningssystem. Genom att ändra kortslutningsstyczkets pla- cering utmed de två ledarna varieras impedansanpassningen. De dubbelt schraffera- de ytorna av an.tennelementen 1, 2 i Figur 6 motsvaras av de dubbelt schraffrerade antennelementen i Figur 1, medan transmissionsledningen 8 i Figur 6 motsvaras av de övriga enkelt schrafferade folieytorna i Figur 1. Genom att tex. variera bredden och längden av den horisontella slitsen 5 (Figur 1) och genom att omge transmis- sionsledningen med ett dielektrikum påverkas transmissionsledningens elektriska längd och därmed även impedansanpassningen av systemet diod-anntenn. l Figurerna 1 och 2 visas slitsen 5 ha formen av ett T. T-formen är lämplig ur tillverk- ningsteknisk synpunkt. Ett T är också symmetriskt vilket innebär att RF- energifördelningen på en T-formad antenn blir symmetrisk. Formen av slitsen är inte väsentlig för uppfinningen. I alternativa utföranden av reflektorn är slitsen C-, O-, M-, V-, W-, L-formad eller har annan form. Sökanden har funnit att slitsens längd påver- kar transmissionsledningens impedans kraftigare än slitsens bredd. Figur 7 visar en transponder med M-formad slits.Figure 6 shows an equivalent electrical wiring diagram for a preferred embodiment of the transponder according to the invention. A dipole antenna with the antenna elements 1, 2 515 984 6 o ø o o - o c u u v aa is fed by the transmission line 8, which in a conventional manner is shown to be formed by two conductors. A diode 3 connects the antenna elements to each other. A short-circuit piece 18 connects the conductors of the transmission line to each other. The transmission line 8 has a characteristic impedance ZO and the diode an impedance ZL. This wiring diagram corresponds to the embodiment according to Figure 1. The transmission line can be compared to a gamma matching system. By changing the position of the short-circuit piece along the two conductors, the impedance matching is varied. The double-hatched surfaces of the antenna elements 1, 2 in Figure 6 correspond to the double-hatched antenna elements in Figure 1, while the transmission line 8 in Figure 6 corresponds to the other single-hatched foil surfaces in Figure 1. By e.g. vary the width and length of the horizontal slot 5 (Figure 1) and by surrounding the transmission line with a dielectric, the electrical length of the transmission line and thus also the impedance matching of the diode-antenna system is affected. Figures 1 and 2 show the slot 5 having the shape of a T. The T-shape is suitable from a manufacturing point of view. A T is also symmetrical, which means that the RF energy distribution on a T-shaped antenna becomes symmetrical. The shape of the slit is not essential to the invention. In alternative embodiments of the reflector, the slot is C-, O-, M-, V-, W-, L-shaped or has another shape. The applicant has found that the length of the slot affects the impedance of the transmission line more strongly than the width of the slot. Figure 7 shows a transponder with an M-shaped slot.
Betrakta Figur 6. Om kortslutningsstycket 18 ändras så att det har likströmsavbrott kommer antennelementen1, 2 att matas av en transmissionsledning 8 som lik- strömsmässigt är öppen, men som signalmässigt är kortsluten. Ett sådant utförande motsvarar transpondern enligt Figur 2, vilken i övrigt fungerar på samma sätt som transpondern i Figur 1. Antennelementen 1,2 i Figur 6 visas vid de dubbelt schraffe- rade folieytorna i Figur 2. Övriga enkelt schrafferade folieytor i Figur 2 motsvarar en öppen transmissionsledning.Consider Figure 6. If the short-circuit piece 18 is changed so that it has a direct current interruption, the antenna elements 1, 2 will be supplied by a transmission line 8 which is open in terms of direct current, but which is short-circuited in terms of signal. Such an embodiment corresponds to the transponder according to Figure 2, which otherwise functions in the same way as the transponder in Figure 1. The antenna elements 1,2 in Figure 6 are shown at the double-hatched foil surfaces in Figure 2. Other single-hatched foil surfaces in Figure 2 correspond to a open transmission line.
Uppfinningen gör det möjligt, att separera transponderns funktion som antenn från transponderns funktion som anpassningsenhet. Transponderns funktion som antenn och dess funktion som anpassningsenhet påverkas därigenom på olika sätt av om- givningen. Som beskrivits ovan påverkas, efter det att transmissionsledningen omgi- vits av ett dielektrikum, ej impedansanpassningsfunktionen. I nämnda amerikanska patent påverkades emellertid antennens impedans av omgivningen. Den i problem- 515 984- 7 beskrivningen ovan refererade frekvensändringen som inträffade när transpondern monterades i en skidkänga av plast har sökanden funnit bero just på omgivningens påverkan av transponderns impedansegenskaper. Den berodde ej på att de reflekte- rade och direkta RF-vågorna på den dubbla grundfrekvensen var ur fas med varand- ra, vilket sökanden först förmodade. Sökanden har efter otaliga experiment och upp- ställande av olika teoretiska modeller kommit fram till föreliggande uppfinning som förklarar orsaken till den nämnda frekvensförskjutningen. l utförandet enligt Figurerna 1 och 2 är antennelementen och transmissionsledningen på en fördelaktigt sätt hopbyggda med varandra samtidigt som antenn- och anpass- ningsfunktionerna hålls separerade.The invention makes it possible to separate the function of the transponder as an antenna from the function of the transponder as an adaptation unit. The transponder's function as an antenna and its function as an adaptation unit are thereby affected in different ways by the environment. As described above, after the transmission line is surrounded by a dielectric, the impedance matching function is not affected. In said U.S. patent, however, the impedance of the antenna was affected by the environment. The frequency change referred to in the problem description above, which occurred when the transponder was mounted in a plastic ski boot, the applicant has found to be due precisely to the influence of the environment on the impedance properties of the transponder. It was not because the reflected and direct RF waves at twice the fundamental frequency were out of phase with each other, which the applicant first assumed. The applicant has, after numerous experiments and the establishment of various theoretical models, arrived at the present invention which explains the reason for the mentioned frequency shift. In the embodiment according to Figures 1 and 2, the antenna elements and the transmission line are advantageously built together with each other while the antenna and adaptation functions are kept separate.
Det är det möjligt att göra antennen fysiskt liten, tex. mindre än halva våglängden för grundfrekvensen f, varvid realdelen av antennens impedans minskar och får en ökande reaktiv komponent.It is possible to make the antenna physically small, e.g. less than half the wavelength of the fundamental frequency f, whereby the real part of the antenna impedance decreases and acquires an increasing reactive component.
Genom att anordna en transmissionsledning som impedansanpassningsorgan kan antennens impedans anpassas till diodens impedans och antennens reaktiva kom- ponent kan elimineras.By arranging a transmission line as impedance matching means, the impedance of the antenna can be adapted to the impedance of the diode and the reactive component of the antenna can be eliminated.
Med uppfinningen är det möjligt att dimensionera en transponder till olika yttre om- givningar och till olika storlekar samtidigt som omgivningens inverkan på transpon- dern reduceras. Genom den nämnda separeringen av antennfunktionen från an- passningsfunktionen kan den nämnda RF-effektoptimeringen åstadkommas genom att påverka transmissionsledningen, inte antennen.With the invention, it is possible to dimension a transponder to different external environments and to different sizes while at the same time reducing the environmental impact on the transponder. By the said separation of the antenna function from the adaptation function, the said RF power optimization can be achieved by affecting the transmission line, not the antenna.
Samtidigt med att dielektrikumet anordnas runt transmissionsledning-en påverkas RF- effektanpassningen. I en situation där transpondern bärs nära människokroppen tjänstgör människokroppen som en reflektor för infallande RF-effekt. l synnerhet re- flekteras av transpond-ern generierad och utsänd RF-effekt på dubbla grundfrekven- sen 2f. Denna reflekterade RF-effekt på dubbla grundfrekvensen kan, genom val av lämplig tjocklek på dielektriket 10, bringas att väsenttigen ligga i fas med av den av från transpondern direktutsträlade RF-effekten på den dubbla grundfrekvensen 2f.At the same time as the dielectric is arranged around the transmission line, the RF power adaptation is affected. In a situation where the transponder is carried close to the human body, the human body serves as a reflector for incident RF effect. In particular, the transponder generated and transmitted RF power is reflected on the double fundamental frequency 2f. This reflected RF power at twice the fundamental fundamental frequency can, by selecting the appropriate thickness of the dielectric 10, be brought into substantially alignment with that of the RF power radiated directly from the transponder at the dual fundamental frequency 2f.
Detta ökar fältstyrkan vid transpondern och är känt från den nämnda amerikanska patentet. Sådan fältstyrkeökning kombinerad med sättet att enligt föreliggande upp- finning påverka effektanpassningen med en transmissionsledning och reducera om- 934 8 sms u u I' u - n m | u o 0 I I H givningens påverkan på energitransporten i transmissionsledningen ger en transpon- der med överlägsna elektriska egenskaper.This increases the field strength of the transponder and is known from the said US patent. Such an increase in field strength combined with the method according to the present invention to influence the power adaptation with a transmission line and reduce re- 934 8 sms u u I 'u - n m | u o 0 I I The effect of the transmission on the energy transport in the transmission line gives a transponder with superior electrical properties.
Det bör omnämnas, att transmissionsledningen 8 kan, men behöver inte, tjänstgöra som DC-återföringsledning för av dioden likriktad RF-ström. l den ovanstående speciella beskrivningsdelen har det elektriska fältet runt transmis- sionsledningen beaktats. I det fall dielektrikumet omsluter enbart transmissionsled- ningen, men inte antennen, förekommer koppling mellan antennens närfält och an- tennens omgivning. Allmänt för antenner gäller att en antenns närfält är relaterat till våglängden. Vid frekvenserna 917 MHz och 1834 MHz år närfältet i storleksordning- en ca 6 resp. 3 cm. Nämnda koppling yttrar sig så, att antennens impedans varierar.It should be mentioned that the transmission line 8 can, but does not have to, serve as a DC feedback line for RF current rectified by the diode. In the above special description section, the electric field around the transmission line has been taken into account. In the event that the dielectric encloses only the transmission line, but not the antenna, there is a connection between the near field of the antenna and the surroundings of the antenna. In general for antennas, the near field of an antenna is related to the wavelength. At the frequencies 917 MHz and 1834 MHz, the near field is in the order of approx. 6 resp. 3 cm. Said connection is expressed in such a way that the impedance of the antenna varies.
Som exempel kan nämnas att om antennen befinner sig nära ett elektriskt ledande föremål uppstår en impedansändring som beror av avståndet till det elektriskt ledan- de föremålet. En sådan impedansändring är ej önskvärd, ty den motverkar antennens anpassning till dioden och anpassningsnätet. Den varierande antennimpedansen skapar ett problem som är likartat det i problembeskrivningen ovan, nämligen att sökutrustningen måste avstämmas till en annan frekvens för att kunna detektera den av transpondern återutsända signalen. Såsom redan påpekats, är det inte praktiskt möjligt att utföra sådan avstämning. Uppfinningen råder bot på detta förhållande ge- nom att omsluta antennen med ett dielektrikum så utformat att omgivningens inver- kan på antennens närfält reduceras. RF-energiförlusteri antennens närfält kan därvid hållas låga, innebärande att antennens verkningsgrad blir god. Figur 8 visar att när antennen omges av ett dielektrikum koncentreras fältlinjerna inuti dielektriket, vilket innebär att större delen av den lagrade RF-energin existerar inuti dielektriket. Utanför dielektriket är fältlinjerna glesare, vilket innebär att där är energiutbytet med elektriskt ledande föremål som befinner sig i antennens närfält mycket litet. Omgivningen på- verkar således inte antennens närfälti någon större grad. Energitransporten i anten- nens fjärrfält påverkas inte av dielektriket. Det bör påpekas att fältlinjerna är symmet- riska runt symmetraxeln B-B i Figur 8 ehuru de inte utritats upptill i figuren.As an example, if the antenna is close to an electrically conductive object, an impedance change occurs which depends on the distance to the electrically conductive object. Such an impedance change is not desirable, because it counteracts the antenna's adaptation to the diode and the adaptation network. The varying antenna impedance creates a problem similar to that in the problem description above, namely that the search equipment must be tuned to a different frequency in order to be able to detect the signal retransmitted by the transponder. As already pointed out, it is not practically possible to perform such reconciliation. The invention remedies this condition by enclosing the antenna with a dielectric so designed that the environmental impact on the near field of the antenna is reduced. RF energy loss The antenna's near field can be kept low, meaning that the antenna's efficiency will be good. Figure 8 shows that when the antenna is surrounded by a dielectric, the field lines are concentrated inside the dielectric, which means that most of the stored RF energy exists inside the dielectric. Outside the dielectric, the field lines are sparser, which means that the energy exchange with electrically conductive objects located in the antenna's near field is very small. The environment thus does not affect the proximity of the antenna to any great extent. The energy transport in the antenna's remote field is not affected by the dielectric. It should be noted that the field lines are symmetrical about the axis of symmetry B-B in Figure 8, although they are not drawn at the top of the figure.
Om detta dielektrikum dessutom utformas så, att den reaktiva delen av antennens impedans och den reaktiva delen av diodens och anpassningsnätets impedans tar ut varandra kommer den energi som utstrålas på den dubbla sändarfrekvensen 2f att bli maximal. Reflektorn kommer därvid att vara i resonans. Genom att omgivningens inverkan på närfältet reduceras blir antennens impedans väsentligen konstant. Re- 515 sim 9 flektorns verkningsgrad blir därvid god. Resonansfrekvensen för reflektorn avstäms inte bara till dioden utan till dioden och till dielektriket. När ett dielektrikum anbringas runt antennen sjunker reflektorns resonansfrekvens, vilket i föreliggande fall ej är önskvärt, eftersom redan existerande sökutrustningar därvid måste avstämmas till den nya resonansfrekvensen, vilket ej är önskvärt av den i beskrivningens inledning angivna orsaken. Därför skall resonansfrekvensen avstämmas till diod och dielektri- kum. Då blir den av reflektorn återutstrålade RF-energin på den dubbla grundfre- kvensen 2f maximal.In addition, if this dielectric is designed so that the reactive part of the impedance of the antenna and the reactive part of the impedance of the diode and the matching network cancel each other out, the energy radiated at the double transmitter frequency 2f will be maximum. The reflector will then be in resonance. By reducing the impact of the environment on the near field, the impedance of the antenna becomes substantially constant. The efficiency of the Re-515 sim 9 flexor will be good. The resonant frequency of the reflector is tuned not only to the diode but to the diode and to the dielectric. When a dielectric is applied around the antenna, the resonant frequency of the reflector decreases, which in the present case is not desirable, since already existing search equipment must be tuned to the new resonant frequency, which is not desirable for the reason stated in the introduction to the description. Therefore, the resonant frequency must be tuned to the diode and dielectric. Then the RF energy radiated by the reflector at the double fundamental frequency 2f becomes maximum.
Anpassningen av de reaktiva delarna av diodens och anpassningsnätets impedanser till den reaktiva delen av antennen sker genom att variera antennens dimensioner eller genom att variera tjockleken av dielektriket eller genom en kombination av des- sa åtgärder. För en given tjocklek av dielektriket måste alltså antennens dimensioner ändras. Omvänt gäller att för en given dimension av antennen måste dielektrikets tjocklek ändras. Ökas dielektrikets tjocklek över en viss gräns medför ytterligare ök- ning av tjockleken inte att närfältet blir ännu mer oberoende av den fysiska omgiv- ningen av antennen. Vad som i detta avsnitt sagts om anpassningen gäller för ett dielektrikum med en bestämd dielektricitetskonstant. Anpassningen kan också åstad- kommas genom val av dielektrikummaterial av annan dielektricitetskonstant.The adaptation of the reactive parts of the diode and the adaptation network to the reactive part of the antenna takes place by varying the dimensions of the antenna or by varying the thickness of the dielectric or by a combination of these measures. For a given thickness of the dielectric, the dimensions of the antenna must therefore be changed. Conversely, for a given dimension of the antenna, the thickness of the dielectric must be changed. If the thickness of the dielectric increases above a certain limit, a further increase in the thickness does not mean that the near field becomes even more independent of the physical environment of the antenna. What has been said in this section about the adaptation applies to a dielectric with a specific dielectric constant. The adjustment can also be achieved by selecting dielectric material of another dielectric constant.
Avstämningen av antennens resonansfrekvens till diodens och anpassningsnätets impedanser sker genom att variera dimensionerna för antennen, genom att variera anpassningsnätets impedans eller genom en kombination av dessa åtgärder. För en given antennstorlek varieras anpassningsnätets impedans. För ett givet anpass- ningsnät varieras antennens dimensioner. Det är också möjligt att anpassa den reak- tiva delen av antennens impedans till de reaktiva delarna av diodens och impe- dansnätets impedanser genom att byta dioden mot en nya diod med andra elektriska egenskaper.The tuning of the resonant frequency of the antenna to the impedances of the diode and the adaptation network takes place by varying the dimensions of the antenna, by varying the impedance of the adaptation network or by a combination of these measures. For a given antenna size, the impedance of the adapter network is varied. For a given adaptation network, the dimensions of the antenna are varied. It is also possible to adapt the reactive part of the impedance of the antenna to the reactive parts of the impedances of the diode and the impedance network by replacing the diode with a new diode with other electrical properties.
En antenn med ett antennen omslutande dielektrikum kan omges av ett dielektriskt material utformat på det sätt som visas i Figur 1 och 2. En sådan antenn kan också vara monterad i ett skal av dielektriskt material på det sätt som visas i Figur 4.An antenna with an antenna enclosing dielectric may be surrounded by a dielectric material formed in the manner shown in Figures 1 and 2. Such an antenna may also be mounted in a shell of dielectric material in the manner shown in Figure 4.
Claims (1)
Priority Applications (14)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9904624A SE515984C2 (en) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | Passive transponder used for localization of people and of objects with the help of radio transmitter and receiver, has transmission line that matches impedance of diode to impedance of metal antennae |
| AT00102351T ATE300748T1 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-03 | ENCAPSULATED ANTENNA IN PASSIVE TRANSPONDER |
| ES00102351T ES2246759T3 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-03 | ENCAPSULATED ANTENNA FOR PASSIVE TRANSPONDOR. |
| EP00102351A EP1035418B1 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-03 | Encapsulated antenna in passive transponders |
| DE60021454T DE60021454T2 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-03 | Encapsulated antenna in passive transponder |
| PL349847A PL202701B1 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | Encapsulated antenna in passive transponders |
| NO20000632A NO332090B1 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | Enclosed antenna in passive transponder |
| JP2000030629A JP4771570B2 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | Encapsulated antenna in a passive transponder |
| PCT/SE2000/000241 WO2000048019A1 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | Encapsulated antenna in passive transponders |
| US09/500,305 US6456228B1 (en) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | Encapsulated antenna in passive transponders |
| AU28401/00A AU2840100A (en) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | Encapsulated antenna in passive transponders |
| CN008036349A CN1218192C (en) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | Encapsulated antenna in passive transponders |
| CA002298268A CA2298268C (en) | 1999-02-09 | 2000-02-08 | Encapsulated antenna in passive transponders |
| HK02106698.0A HK1045192B (en) | 1999-02-09 | 2002-09-12 | Encapsulated antenna in passive transponders |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9904624A SE515984C2 (en) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | Passive transponder used for localization of people and of objects with the help of radio transmitter and receiver, has transmission line that matches impedance of diode to impedance of metal antennae |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE9904624D0 SE9904624D0 (en) | 1999-12-16 |
| SE9904624L SE9904624L (en) | 2001-06-17 |
| SE515984C2 true SE515984C2 (en) | 2001-11-05 |
Family
ID=20418164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE9904624A SE515984C2 (en) | 1999-02-09 | 1999-12-16 | Passive transponder used for localization of people and of objects with the help of radio transmitter and receiver, has transmission line that matches impedance of diode to impedance of metal antennae |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE515984C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107919524B (en) * | 2017-12-11 | 2023-06-23 | 南京信息工程大学 | Capsule antenna |
-
1999
- 1999-12-16 SE SE9904624A patent/SE515984C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE9904624L (en) | 2001-06-17 |
| SE9904624D0 (en) | 1999-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6456228B1 (en) | Encapsulated antenna in passive transponders | |
| EP0927435B1 (en) | Antenna system for an rf data communications device | |
| EP2009736B1 (en) | Wireless ic device | |
| CN105789902B (en) | Composite loop antenna | |
| JP6051879B2 (en) | Patch antenna | |
| CN214227152U (en) | Microwave Doppler detection antenna | |
| CN108598667A (en) | A kind of compact wideband circular polarisation back cavity type RFID reader antenna | |
| US20090073065A1 (en) | Tunable Dielectric Resonator Circuit | |
| CN110504528A (en) | A kind of antenna structure and the wearable device with the antenna structure | |
| JP2009065321A (en) | Patch antenna | |
| US20100109874A1 (en) | Tag Patch Antenna And RFID Tag Using Tag Patch Antenna | |
| WO2021075159A1 (en) | Metal medical implement with wireless ic tag | |
| KR101720455B1 (en) | Yagi-Uda Antenna for Proximity sensor | |
| CN112350057A (en) | Electronic device with multi-band antenna | |
| SE515984C2 (en) | Passive transponder used for localization of people and of objects with the help of radio transmitter and receiver, has transmission line that matches impedance of diode to impedance of metal antennae | |
| KR101065651B1 (en) | Rfid tag antenna | |
| US20200176874A1 (en) | Antenna, Transmitting Device, Receiving Device and Wireless Communication System | |
| JP2012085234A (en) | Transmission system and transmission device | |
| JPH11103213A (en) | Plane antenna | |
| KR101256867B1 (en) | Rfid tag antenna | |
| EP3311446B1 (en) | Multi-magnetic loop antenna with a single feed to parallel loops | |
| EP0892456A1 (en) | Non-contact coupling through a dielectric | |
| US20220336949A1 (en) | Compact directional antenna, device comprising such an antenna | |
| US20170301994A1 (en) | Antenna for Far Field Transceiving | |
| Jayasundara et al. | High Gain Half Wave Dipole Antenna Design for a Passive RFID Tag |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |