WO1996027844A2 - Transponder for electromagnetic interrogation systems - Google Patents

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WO1996027844A2
WO1996027844A2 PCT/EP1996/000693 EP9600693W WO9627844A2 WO 1996027844 A2 WO1996027844 A2 WO 1996027844A2 EP 9600693 W EP9600693 W EP 9600693W WO 9627844 A2 WO9627844 A2 WO 9627844A2
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Arthur KÖHLER
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Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
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    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
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Definitions

  • the invention relates to a transponder arrangement for electromagnetic interrogation systems.
  • electromagnetic interrogation systems essentially comprise an interrogation device and any number of transponders per se, the interrogation device and transponder interacting with one another via an electromagnetic near field.
  • the interrogation device contains a transmitter and a receiver along with devices for displaying and processing information content and an antenna arrangement.
  • the transmitter emits alternating field energy via the antenna, which may be emitted by a existing transponder is added.
  • the transponder in turn contains a receiver, a transmitter, a memory and a modulation device in order to impress information on the radio-frequency signal of the transmitter, and an antenna arrangement.
  • the query process runs e.g. as follows: If the interrogation device (antenna) and transponder are close enough to one another, then alternating field energy is transmitted contactlessly from the transmission antenna of the interrogation device to the transponder antenna. The energy received activates both the receiver and the transmitter, modulator and information store in the transponder. The transponder emits an alternating field modulated with a stored information via its antenna, which is picked up and processed by the interrogator-receiver.
  • transponders are therefore usually enclosed in a suitably robust housing, so that direct access to the transponder electronics is excluded.
  • transponders for example in the form of a credit card format or glass ampoule.
  • An increased transmission power in the interrogation device can also impair the sensitivity of the receiver located therein, which runs counter to the goal of the desired larger transmission range.
  • a transponder arrangement for the manufacturing process of a product for example a vehicle, in which a simple transponder remains permanently in the product.
  • the transponder can contactlessly exchange data with a reader.
  • the communication range can be increased by a complex auxiliary device that is only used temporarily.
  • the auxiliary device forms a conversion station between inductive coupling with the transponder and optical or microwave coupling with the reading device.
  • the object of the present invention is to provide a transponder arrangement which permanently and reliably enables a greater range of the interrogation systems.
  • the invention is described in claim 1.
  • the subclaims contain advantageous refinements and developments of the invention.
  • the requirements for small dimensions of a transponder carrier body and for strong interaction of the antenna arrangement with the electromagnetic alternating field of the interrogator can be optimized separately. Due to the permissibility of small dimensions of the carrier body, universal types of transponders can be used for a large number of applications. Due to the fact that the carrier body itself contains a transmit / receive coil of small dimensions, which is coupled to the auxiliary antenna of the antenna arrangement via a coupling coil, transponders can also be operated in the arrangement, which can also be used independently . The arrangement according to the invention then results in a substantially larger query area of the query systems compared to the independent use of such transponders.
  • the antenna arrangement coupled to the transponder works passively and thus functions without an energy supply.
  • this makes the transponder arrangement less susceptible to technical defects and, in cases where the transponder contains externally removable information about improper use, for example of a vehicle, offers protection against preventing the possibility of being queried by disconnecting a power supply .
  • the close transformer coupling of the coupling coil of the auxiliary device to the transmitting / receiving coil of the transponder device is also essential.
  • transformative coupling means that the magnetic flux through one of the two coil surfaces is also effective at least 50% in the coil surface of the other coil.
  • the carrier body and the antenna can advantageously be spatially spaced apart.
  • metallic components of an object carrying the transponder arrangement which are primarily used for other functions, e.g. are provided as supporting housing parts.
  • FIG. 1 a principle of a query system
  • FIG. 2 an interrogation system with a transponder arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows an embodiment of a transponder arrangement
  • FIG. 4 shows a further embodiment
  • FIG. 5 shows an embodiment with an auxiliary antenna
  • an interrogation device G transmits an electromagnetic field via a device antenna GA, which is indicated by broken lines and wavefronts.
  • a device antenna GA which is indicated by broken lines and wavefronts.
  • an object for example a piece of luggage, a vehicle, etc.
  • the transponder arrangement T absorbs energy from the electromagnetic field of the interrogation device via its own antenna arrangement.
  • the transponder arrangement essentially also contains a receiver, a transmitter and an information memory. Control electronics, a processor, etc. can also be included in more complex designs.
  • the transponder arrangement is preferably purely field-fed and does not have its own energy supply.
  • the electronic components of the transponder arrangement are then activated only when energy is absorbed from the electromagnetic field of the interrogation device G. After activation of the transponder electronics, this causes the transmission of an electromagnetic field via the transponder transmitter and the antenna arrangement, which is indicated in FIG. 1 by wavefronts and arrows in solid lines and which in turn is transmitted by the device antenna GA of the device question device G is recorded and evaluated in the interrogator.
  • the transmission frequency of the interrogation device G is different from the transmission frequency of the transponder arrangement T.
  • the interrogation signal of the interrogation device can be modulated or unmodulated.
  • the response signal emitted by the transponder arrangement is preferably modulated with information from a non-volatile information memory of the transponder arrangement.
  • the transponder arrangement preferably has small dimensions and is in a carrier body, e.g. inserted in check card format or as a hermetically sealed glass ampoule. Due to the associated small dimensions of the antenna arrangement, the coupling to the electromagnetic field emitted by the interrogation device is weak and the range of the interrogation system is therefore short.
  • the interrogation system outlined is provided in the object O with a transponder arrangement according to the invention, which has a transponder carrier body TK and a large-area frame antenna A separated from it, which are coupled to one another, e.g. via a connecting line L and a coupling coil KS.
  • the antenna A is not subject to the spatial restrictions of the carrier body T and can therefore be designed for a stronger coupling to the electromagnetic alternating field of the interrogation device. As a result of the stronger coupling to the interrogation field, sufficient energy is available to operate the transponder arrangement, even at a greater distance from the interrogation device.
  • the transponder body contains at least one receiver, one transmitter, one information store, and one transmit-receive coil, which is coupled to the coupling coil KS by means of a transformer.
  • the antenna A is advantageously several times larger than the carrier body TK in at least one dimension.
  • Advantageous embodiments of antenna A provide a magnetic antenna such as an air-frame antenna or a ferrite antenna.
  • a loop antenna can be used - 8th -
  • Reinforcement or directivity of the electromagnetic field can be equipped with ferromagnetic material.
  • a transponder body TK which, in addition to the transmitter, receiver and information store, also contains a transceiver coil connected to the transmitter and receiver.
  • the antenna arrangement consists of the frame antenna A which is coupled to the external electromagnetic field, a coupling coil KS connected to it and the transmission / reception coil in the carrier body TK, which is not shown separately, and which couples with the coupling coil KS in a transformative manner is.
  • the coupling coil KS is wound directly onto the carrier body TK. Between antenna A and coupling coil L can in turn be one
  • Connecting line L can be inserted so that antenna A and carrier body TK can be arranged at a spatial distance.
  • a universal transponder body can be used, which can also be used independently as a transponder arrangement in other applications with lower range requirements, in which case the internal transmit / receive coil serves as an antenna Coupling to an electromagnetic field is used.
  • the effective area of the antenna A is significantly larger than that of the internal transmit-receive coil.
  • the connecting line can advantageously be in a form that does not couple with an electromagnetic field, - 9 -
  • a query can be made on the line wires themselves, even without antenna A, if the conductors are further apart and form a closed current loop.
  • Antenna, connecting line and coupling coil can be tuned for resonance with an operating frequency of the interrogation system or can also be aperiodic to the operating frequencies.
  • a first frequency for transmission from the interrogation device to the transponder and a second frequency for transmission in the opposite direction occur as operating frequencies.
  • passive devices such as filters for the receiving or transmitting frequency of the interrogation system can be connected to this connecting line in order to achieve an improved function. Furthermore, by feeding a signal into the connecting line, the coupling coil or the carrier body via switches or couplers, the information content of the information memory can be changed and / or queried by devices on the object.
  • the means required here are no longer to be seen as part of the passive antenna arrangement in the sense of the invention and do not impair the function of the transponder arrangement, which is independent of a power supply. In the case of FIG.
  • the coupling coil including the transponder body is surrounded by an electromagnetic shielding sheath H made of ferromagnetic and / or electrically conductive material, thereby ensuring that no disturbing electromagnetic fields can act on the electronics of the transponder arrangement.
  • the indirect influence of such interference fields via antenna A can be suppressed by filter measures in the antenna arrangement.
  • the shielding sheath H is shown in FIG. 4 drawn partially cut open to show the inner coupling coil KS. In the example, this is not wound directly onto the carrier body Tk, but rather onto a separate hollow cylindrical coil former SK in which the carrier body TK can be inserted. It can also be provided that the carrier body is removably arranged in the coil body.
  • the coil can also form a hollow cylindrical receiving space for the carrier body in a self-supporting manner.
  • the internal transmit / receive coil TS and the electronics E with receiver, transmitter and information memory are indicated in the carrier body.
  • FIG. 5 Another embodiment of the invention is shown in FIG. 5 shown.
  • the transponder body TK with coupling coil is located within a hollow metal frame R which is interrupted at a point U in its cross section.
  • a closed conductor loop as antenna A which is connected on the one hand to the coupling coil to the transponder and on the other hand is self-contained.
  • the conductor loop couples to the metal frame, which in turn acts as an auxiliary antenna.
  • the the cavity surrounding the conductor loop need not be in the shape of a rectangle as in FIG. 5, it can also be a ring, an oval, and the like, and the metal can have magnetic or non-magnetic properties, or the frame can be non-metallic.
  • the coupling coil to the transponder body is e.g. designed as a cylinder winding or flat winding, care being taken to ensure sufficient transformer coupling with the transceiver coil in the transponder body. It can be wound directly on the transponder body, as shown in FIG. 3, or be designed or arranged so that the transponder can be removed and e.g. is interchangeable with another, e.g. in the embodiment of FIG. 4th

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Abstract

Proposed is an interrogation-system transponder which, by using an antenna which is separate from the transponder element, ensures strong coupling with the electromagnetic field of the interrogator while permitting the transponder mount to have small dimensions. The transponder includes a transponder element with its own transceiver coil coupled with a coupling coil which is in turn connected to the antenna. The invention enables the range of such interrogation systems to be increased.

Description

Beschreibungdescription
Transponderanordnung für elektromagnetische AbfragesvstemeTransponder arrangement for electromagnetic interrogation systems
Die Erfindung bezieht sich auf eine Transponderanordnung für elektromagnetische Abfragesysteme . Derartige elektro¬ magnetische Abfragesysteme umfassen im wesentlichen ein Abfragegerät und eine an sich beliebige Anzahl von Trans- pondern, wobei Abfragegerät und Transponder über ein elek¬ tromagnetisches Nahfeld miteinander in Wechselwirkung tre¬ ten.The invention relates to a transponder arrangement for electromagnetic interrogation systems. Such electromagnetic interrogation systems essentially comprise an interrogation device and any number of transponders per se, the interrogation device and transponder interacting with one another via an electromagnetic near field.
Das Abfragegerät enthält einen Sender und einen Empfänger nebst Einrichtungen zur Anzeige und Verarbeitung von In¬ formationsinhalten sowie eine Antennen-Anordnung. Der Sender strahlt über die Antenne eine Wechselfeldener- gie ab, die von einem im Einflußbereich der Antenne ggf . vorhandenen Transponder aufgenommen wird . Der Transponder enthält seinerseits einen Empfänger, einen Sender, einen Speicher und eine Modulationseinrichtung, um dem Hochfrequenzsignal des Senders eine Information aufzu¬ prägen, sowie eine Antennenanordnung.The interrogation device contains a transmitter and a receiver along with devices for displaying and processing information content and an antenna arrangement. The transmitter emits alternating field energy via the antenna, which may be emitted by a existing transponder is added. The transponder in turn contains a receiver, a transmitter, a memory and a modulation device in order to impress information on the radio-frequency signal of the transmitter, and an antenna arrangement.
Der Abfragevorgang läuft z.B. folgendermaßen ab: Befinden sich Abfragegerät (-Antenne) und Transponder nahe genug beieinander, so wird Wechselfeldenergie berührungs¬ los von der Sendeantenne des Abfragegeräts auf die Trans- ponder-Antenne übertragen. Die empfangene Energie akti¬ viert sowohl den Empfänger als auch den Sender, Modulator und Informationsspeicher im Transponder. Der Transponder strahlt über seine Antenne ein mit einer gespeicherten In¬ formation moduliertes Wechselfeld aus, das vom Abfragege- rät-Empfänger aufgenommen und verarbeitet wird.The query process runs e.g. as follows: If the interrogation device (antenna) and transponder are close enough to one another, then alternating field energy is transmitted contactlessly from the transmission antenna of the interrogation device to the transponder antenna. The energy received activates both the receiver and the transmitter, modulator and information store in the transponder. The transponder emits an alternating field modulated with a stored information via its antenna, which is picked up and processed by the interrogator-receiver.
Es werden eine Reihe bestimmter Anforderungen an solche Systeme gestellt, wie z.B. Schnelligkeit der Antwort, Si¬ cherheit der Wiedergabe, Widerstandsfähigkeit der Trans- ponder gegen chemische und mechanische Einflüsse, Fäl¬ schungssicherheit der im Transponder gespeicherten Infor¬ mation. Die Transponder sind deshalb in der Regel in einem entsprechend widerstandsfähigem Gehäuse eingeschlossen, so daß ein direkter Zugriff zur Transponder-Elektronik ausge- schlössen ist.A number of specific requirements are placed on such systems, such as Speed of response, security of reproduction, resistance of the transponders to chemical and mechanical influences, security against forgery of the information stored in the transponder. The transponders are therefore usually enclosed in a suitably robust housing, so that direct access to the transponder electronics is excluded.
Häufig ist durch die Umstände des Anwendungsfall eine größere Distanz zwischen Abfragegerät und Transponder un¬ umgänglich.Due to the circumstances of the application, a greater distance between the interrogation device and the transponder is often unavoidable.
Die im Regelfall geringen Abmessungen der Transponder, die z.B. in Trägerkörper in Scheckkartenformat oder Glasampul- - 3 -The generally small dimensions of the transponders, for example in the form of a credit card format or glass ampoule. - 3 -
len eingebettet sind, begrenzen die Stärke der Kopplung an das elektromagnetische Wechselfeld und damit die Reich¬ weite der Abfragesysteme. Dies gilt insbesondere für feldgespeiste Transponder ohne eigene Energieversorgung.len are embedded, limit the strength of the coupling to the electromagnetic alternating field and thus the range of the interrogation systems. This applies in particular to field-fed transponders without their own energy supply.
Eine Erhöhung der Übertragungsreichweite durch höhere Sen¬ deleistung des Abfragegerätes und/oder größere Antennen beim Abfragegerät führen zu steigendem Gewicht und Volumen des Abfragegeräts, was insbesondere für tragbare Abfrage- gerate von Nachteil ist.An increase in the transmission range due to higher transmission power of the interrogation device and / or larger antennas in the interrogation device lead to increasing weight and volume of the interrogation device, which is disadvantageous in particular for portable interrogation devices.
Eine erhöhte Sendeleistung im Abfragegerät kann darüber- hinaus die Empfindlichkeit des darin befindlichen Empfän¬ ger beeinträchtigen, was dem Ziel der erwünschten größeren Übertragungsreichweite entgegenläuft.An increased transmission power in the interrogation device can also impair the sensitivity of the receiver located therein, which runs counter to the goal of the desired larger transmission range.
Aus der WO 91/18452 ist eine Transponderanordnung für den Herstellungsprozeß eines Produkts, beispielsweise eines Fahrzeugs bekannt, bei welcher ein einfach ausgeführter Transponder dauerhaft in dem Produkt verbleibt. Der Trans¬ ponder kann kontaktlos mit einem Lesegerät Daten austau¬ schen. Während des Herstellungsprozesses kann die Kommuni¬ kationsreichweite durch eine nur vorübergehend eingesetzte komplexe Hilfseinrichtung erhöht werden. Die Hilfsein- richtung bildet eine Umsetzungsstation zwischen induktiver Kopplung mit dem Transponder und optischer oder Mikrowel¬ len-Kopplung mit dem Lesegerät.From WO 91/18452 a transponder arrangement for the manufacturing process of a product, for example a vehicle, is known, in which a simple transponder remains permanently in the product. The transponder can contactlessly exchange data with a reader. During the manufacturing process, the communication range can be increased by a complex auxiliary device that is only used temporarily. The auxiliary device forms a conversion station between inductive coupling with the transponder and optical or microwave coupling with the reading device.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Transpon- deranordnung anzugeben, welche dauerhaft und zuverlässig eine höhere Reichweite der Abfragesysteme ermöglicht. Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un¬ teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.The object of the present invention is to provide a transponder arrangement which permanently and reliably enables a greater range of the interrogation systems. The invention is described in claim 1. The subclaims contain advantageous refinements and developments of the invention.
Durch die erfindungsgemäße Transponderanordnung können die Anforderungen an geringe Abmessungen eines Transponder- Trägerkörpers und an starke Wechselwirkung der Antennenan¬ ordnung mit dem elektromagnetischen Wechselfeld des Abfra¬ gegeräts getrennt optimiert werden. Durch die Zulässigkeit geringer Abmessungen des Trägerkörpers können Universal y¬ pen von Transpondem für eine Vielzahl von Anwendungsfäl¬ len eingesetzt werden. Dadurch daß der Trägerkörper selbst eine Sende-Empfangs-Spule kleiner Abmessung enthält, die über eine Koppelspule mit der Hilfs-Antenne der Antennena- nordnung gekoppelt ist, können insbesondere auch Transpon¬ der in der Anordnung betrieben werden, die auch selbstän¬ dig einsetzbar sind. Mit der erfindungsgemäβen Anordnung ergibt sich dann ein wesentlich größerer Abfragebereich der Abfragesysteme gegenüber dem selbstständigen Einsatz solcher Transponder.With the transponder arrangement according to the invention, the requirements for small dimensions of a transponder carrier body and for strong interaction of the antenna arrangement with the electromagnetic alternating field of the interrogator can be optimized separately. Due to the permissibility of small dimensions of the carrier body, universal types of transponders can be used for a large number of applications. Due to the fact that the carrier body itself contains a transmit / receive coil of small dimensions, which is coupled to the auxiliary antenna of the antenna arrangement via a coupling coil, transponders can also be operated in the arrangement, which can also be used independently . The arrangement according to the invention then results in a substantially larger query area of the query systems compared to the independent use of such transponders.
Dabei ist wesentlich, daß die mit dem Transponder gekop¬ pelte Antennenanordnung passiv arbeitet und somit ohne En¬ ergieversorgung funktioniert. Das macht zum einen die Transponderanordnung weniger anfällig gegen technische De¬ fekte und bietet für Fälle, wo der Transponder eine extern abtragbare Information über eine mißbräuchliche Benutzung z.B. eines Fahrzeugs enthält, einen Schutz gegen eine Un¬ terbindung der Abfragemöglichkeit durch Abtrennen von ei- ner Stromversorgung. Wesentlich ist auch die enge transformatorische Kopplung der Koppelspule der Hilfseinrichtung mit der Sende-Emp- fangsspule der Transpondereinrichtung. Unter transformato¬ rischer Kopplung sei dabei hier und im folgenden verstan- den, daß der magnetische Fluß durch eine der beiden Spu¬ lenflächen zu mindestens 50% auch in der Spulenfläche der jeweils anderen Spule wirksam ist.It is essential that the antenna arrangement coupled to the transponder works passively and thus functions without an energy supply. On the one hand, this makes the transponder arrangement less susceptible to technical defects and, in cases where the transponder contains externally removable information about improper use, for example of a vehicle, offers protection against preventing the possibility of being queried by disconnecting a power supply . The close transformer coupling of the coupling coil of the auxiliary device to the transmitting / receiving coil of the transponder device is also essential. Here and in the following, transformative coupling means that the magnetic flux through one of the two coil surfaces is also effective at least 50% in the coil surface of the other coil.
Bei der erfindungsgemäßen Transponderanordnung können vor- teilhafterweise der Trägerkörper und die Antenne räumlich beabstandet sein. Zudem können als Antenne oder Hilfsan¬ tenne metallische Bestandteile eines die Transponderanord¬ nung tragenden Objekts dienen, die primär für andere Funk¬ tionen, z.B. als tragende Gehäuseteile vorgesehen sind.In the transponder arrangement according to the invention, the carrier body and the antenna can advantageously be spatially spaced apart. In addition, metallic components of an object carrying the transponder arrangement, which are primarily used for other functions, e.g. are provided as supporting housing parts.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbei¬ spielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch einge¬ hend veranschaulicht.The invention is illustrated below with reference to exemplary embodiments with reference to the figures.
Dabei zeigt:It shows:
FIG. 1 ein Prinzip eines AbfragesystemsFIG. 1 a principle of a query system
FIG. 2 ein Abfragesystem mit einer erfindungsgemäßen TransponderanordnungFIG. 2 an interrogation system with a transponder arrangement according to the invention
FIG. 3 eine Ausführungsform einer TransponderanordnungFIG. 3 shows an embodiment of a transponder arrangement
FIG. 4 eine weitere AusführungsformFIG. 4 shows a further embodiment
FIG. 5 eine Ausführungsform mit einer Hilfsantenne Bei einem Abfragesystem wie in FIG. 1 skizziert sendet ein Abfragegerät G über eine Geräteantenne GA ein elektroma¬ gnetisches Feld aus, das durch Wellenfronten und Pfeil mit unterbrochenen Linien angedeutet ist. Im Erfassungsbereich der Geräteantenne befindet sich ein Objekt 0, z.B. ein Ge¬ päckstück, ein Fahrzeug, etc. , welches eine Transponderan¬ ordnung T trägt. Die Transponderanordnung T nimmt über eine eigene Antennenanordnung Energie aus dem elektroma¬ gnetischen Feld des Abfragegeräts auf. Die Transponderan- Ordnung enthält neben der Antennenanordnung noch im we¬ sentlichen einen Empfänger, einen Sender und einen Infor¬ mationsspeicher. In aufwendigeren Ausführungen können auch noch eine Steuerelektronik, ein Prozessor etc. enthalten sein. Vorzugsweise ist die Transponderanordnung rein feld- gespeist und besitzt keine eigene Energieversorgung. Die elektronischen Bauteile der Transponderanordnung werden dann erst bei Aufnahme von Energie aus dem elektromagneti¬ schen Feld des Abfragegeräts G aktiviert. Nach Aktivierung der Transponderelektronik veranlaßt diese über den Trans- ponder-Sender und die Antennenanordnung die Aussendung ei¬ nes elektromagnetischen Felds, das in Fig. 1 durch Wellen¬ fronten und Pfeil in durchgezogenen Linien angedeutet ist und das wiederum von der Geräteantenne GA des Ab¬ fragegeräts G aufgenommen und im Abfragegerät ausgewertet wird. Die Sendefrequenz des Abfragegeräts G ist verschie¬ den von der Sendefrequenz der Transponderanordnung T. Das Abfragesignal des Abfragegeräts kann moduliert oder unmo- duliert sein. Das von der Transponderanordnung abge¬ strahlte Antwortsignal ist vorzugsweise moduliert mit ei- ner Information aus einem nichtflüchtigen Informations¬ speicher der Transponderanordnung. - 1 -FIG. 5 shows an embodiment with an auxiliary antenna In a query system as shown in FIG. 1 outlined, an interrogation device G transmits an electromagnetic field via a device antenna GA, which is indicated by broken lines and wavefronts. In the detection area of the device antenna there is an object 0, for example a piece of luggage, a vehicle, etc., which carries a transponder arrangement T. The transponder arrangement T absorbs energy from the electromagnetic field of the interrogation device via its own antenna arrangement. In addition to the antenna arrangement, the transponder arrangement essentially also contains a receiver, a transmitter and an information memory. Control electronics, a processor, etc. can also be included in more complex designs. The transponder arrangement is preferably purely field-fed and does not have its own energy supply. The electronic components of the transponder arrangement are then activated only when energy is absorbed from the electromagnetic field of the interrogation device G. After activation of the transponder electronics, this causes the transmission of an electromagnetic field via the transponder transmitter and the antenna arrangement, which is indicated in FIG. 1 by wavefronts and arrows in solid lines and which in turn is transmitted by the device antenna GA of the device question device G is recorded and evaluated in the interrogator. The transmission frequency of the interrogation device G is different from the transmission frequency of the transponder arrangement T. The interrogation signal of the interrogation device can be modulated or unmodulated. The response signal emitted by the transponder arrangement is preferably modulated with information from a non-volatile information memory of the transponder arrangement. - 1 -
Die Transponderanordnung besitzt vorzugsweise geringe Ab¬ messungen und ist in einen Trägerkörper, z.B. in Scheck¬ kartenformat oder als hermetisch geschlossene Glasampulle, eingefügt. Aufgrund der damit verbundenen geringen Abmes- sungen der Antennenanordnung ist die Ankopplung an das vom Abfragegerät ausgesandte elektromagnetische Feld schwach und die Reichweite des Abfragesystems daher gering.The transponder arrangement preferably has small dimensions and is in a carrier body, e.g. inserted in check card format or as a hermetically sealed glass ampoule. Due to the associated small dimensions of the antenna arrangement, the coupling to the electromagnetic field emitted by the interrogation device is weak and the range of the interrogation system is therefore short.
Bei dem in FIG. 2 skizzierten Abfragesystem ist demgegen- über eine erfindungsgemaße Transponderanordnung in dem Ob¬ jekt O vorgesehen, welche einen Transponder-Trägerkörper TK und eine von diesem getrennte großflächige Rahmen-An¬ tenne A aufweist, die miteinander gekoppelt sind, z.B. über eine Verbindungsleitung L und eine Koppelspule KS. Die Antenne A ist nicht den räumlichen Beschränkungen des Trägerkörpers T unterworfen und kann somit für eine stär¬ kere Ankopplung an das elektromagnetische Wechselfeld des Abfragegeräts ausgelegt werden. Durch die stärkere Ankopp¬ lung an das Abfragefeld steht somit auch in größerer Ent- fernung vom Abfragegerät ausreichend Energie zum Betrieb der Transponderanordnung zur Verfügung. Der Transponder¬ körper enthält zumindest einen Empfänger, einen Sender, einen Informationsspeicher, sowie eine Sende-Emp- fangsspule, die transformatorisch mit der Koppelspule KS verkoppelt ist.In the case of FIG. On the other hand, the interrogation system outlined is provided in the object O with a transponder arrangement according to the invention, which has a transponder carrier body TK and a large-area frame antenna A separated from it, which are coupled to one another, e.g. via a connecting line L and a coupling coil KS. The antenna A is not subject to the spatial restrictions of the carrier body T and can therefore be designed for a stronger coupling to the electromagnetic alternating field of the interrogation device. As a result of the stronger coupling to the interrogation field, sufficient energy is available to operate the transponder arrangement, even at a greater distance from the interrogation device. The transponder body contains at least one receiver, one transmitter, one information store, and one transmit-receive coil, which is coupled to the coupling coil KS by means of a transformer.
Die Antenne A ist vorteilhafterweise in zumindest einer Dimension um ein Mehrfaches größer als der Trägerkörper TK. Vorteilhafte Ausführungsformen der Antenne A sehen eine magnetische Antenne wie eine Luft- Rahmen-Antenne oder eine Ferrit-Antenne vor. Eine Rahmenantenne kann zur - 8 -The antenna A is advantageously several times larger than the carrier body TK in at least one dimension. Advantageous embodiments of antenna A provide a magnetic antenna such as an air-frame antenna or a ferrite antenna. A loop antenna can be used - 8th -
Verstärkung oder Richtwirkung des elektromagnetischen Fel¬ des mit ferromagnetischem Material ausgestattet sein.Reinforcement or directivity of the electromagnetic field can be equipped with ferromagnetic material.
Bei der in FIG. 3 skizzierten Transponderanordnung ist ein Transponderkörper TK vorgesehen, der neben Sender, Empfän¬ ger und Informationsspeicher auch eine mit Sender und Emp¬ fänger verbundene Sende-Empfangs-Spule enthält. Die Anten¬ nenanordnung besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus der an das äußere elektromagnetische Feld ankoppelnden Rahmen- antenne A, einer mit dieser verbundenen Koppelspule KS und der nicht separat eingezeichneten Sende-Empfangs-Spule im Trägerkörper TK, die mit der Koppelspule KS transformato¬ risch verkoppelt ist. Beispielsweise ist die Koppelspule KS unmittelbar auf den Trägerkörper TK aufgewickelt. Zwi- sehen Antenne A und Koppelspule L kann wiederum eineIn the case of FIG. In the transponder arrangement outlined, a transponder body TK is provided which, in addition to the transmitter, receiver and information store, also contains a transceiver coil connected to the transmitter and receiver. In this exemplary embodiment, the antenna arrangement consists of the frame antenna A which is coupled to the external electromagnetic field, a coupling coil KS connected to it and the transmission / reception coil in the carrier body TK, which is not shown separately, and which couples with the coupling coil KS in a transformative manner is. For example, the coupling coil KS is wound directly onto the carrier body TK. Between antenna A and coupling coil L can in turn be one
Verbindungsleitung L eingefügt sein, so daß Antenne A und Trägerkörper TK in räumlicher Distanz angeordnet sein kön¬ nen.Connecting line L can be inserted so that antenna A and carrier body TK can be arranged at a spatial distance.
Durch die induktive transformatorische Verkopplung zwi¬ schen Koppelspule und Transponderkörper kann ein Univer¬ sal-Transponderkörper eingesetzt werden, der in anderen Einsatzfällen mit geringeren Reichweiteanforderungen auch selbstständig als Transponderanordnung verwandt werden kann, wobei dann die interne Sende-Empfangs-Spule als An¬ tenne zur Ankopplung an ein elektromagnetisches Feld dient. Bei der in FIG. 2 skizzierten kombinierten Anord¬ nung ist die Wirkungsfläche der Antenne A wesentlich größer als die der internen Sende-Empfangs-Spule.Due to the inductive transformer coupling between coupling coil and transponder body, a universal transponder body can be used, which can also be used independently as a transponder arrangement in other applications with lower range requirements, in which case the internal transmit / receive coil serves as an antenna Coupling to an electromagnetic field is used. In the case of FIG. 2 sketched combined arrangement, the effective area of the antenna A is significantly larger than that of the internal transmit-receive coil.
Die Verbindungsleitung kann vorteilhafterweise in einer nicht mit einem elektromagnetischen Feld koppelnden Form, - 9 -The connecting line can advantageously be in a form that does not couple with an electromagnetic field, - 9 -
z.B. als Zweidrahtleitung mit nahe beieinanderliegenden Leitern oder verdrillten Leitern oder als Koaxialleitung ausgeführt sein.e.g. be designed as a two-wire line with closely spaced conductors or twisted conductors or as a coaxial line.
Andererseits kann an den Leitungsdrähten selbst, auch ohne Antenne A, eine Abfrage erfolgen, wenn die Leiter weiter voneinander entfernt sind und eine geschlossene Strom¬ schleife bilden.On the other hand, a query can be made on the line wires themselves, even without antenna A, if the conductors are further apart and form a closed current loop.
Antenne, Verbindungsleitung und Koppelspule können auf Re¬ sonanz mit einer Betriebsfrequenz des Abfragesystems abge¬ stimmt oder auch aperiodisch zu den Betriebsfrequenzen sein. Als Betriebsfrequenzen treten insbesondere eine er¬ ste Frequenz zur Übertragung vom Abfragegerät zum Trans- ponder und eine zweite Frequenz zur Übertragung in Gegen¬ richtung auf.Antenna, connecting line and coupling coil can be tuned for resonance with an operating frequency of the interrogation system or can also be aperiodic to the operating frequencies. In particular, a first frequency for transmission from the interrogation device to the transponder and a second frequency for transmission in the opposite direction occur as operating frequencies.
Als Verbindungsleitung können auch solche dienen, die zu anderen Zwecken bereits installiert sind, wenn entspre- chende Entkopplungsmaßnahmen vorgesehen sind. Bei einerThose that are already installed for other purposes can also serve as a connecting line if appropriate decoupling measures are provided. At a
Anordnung mit einer Verbindungsleitung können passive Ein¬ richtungen wie z.B. Filter für die Empfangs- oder Sendefrequenz des Abfragesystems in diese Verbindungslei¬ tung eingeschaltet sein, um eine verbesserte Funktion zu erreichen. Ferner kann durch Einspeisen eines Signals in die Verbindungsleitung, die Koppelspule oder den Träger¬ körper über Schalter oder Koppler der Informationsinhalt des Informationsspeichers durch Einrichtungen an dem Ob¬ jekt verändert und/oder abgefragt werden. Die hier erfor- derlichen Mittel sind nicht mehr als Bestandteil der pas¬ siven Antennenanordnung im Sinne der Erfindung zu sehen und beeinträchtigen nicht die von einer Stromversorgung unabhängige Funktion der Transponderanordnung. Bei dem in FIG. 4 skizzierten Ausführungsbeispiel ist die Koppelspule samt Transponderkörper von einer elektromagne- tisch abschirmenden Hülle H aus ferromagnetischem und/oder elektrisch leitendem Material umgeben, wodurch sicherge¬ stellt ist, daß keine störenden elektromagnetischen Felder auf die Elektronik der Transponderanordnung einwirken kön¬ nen. Der indirekte Einfluß solcher Störfelder über die An- tenne A kann durch Filtermaßnahmen in der Antennenanord¬ nung unterdrückt werden. Die abschirmende Hülle H ist in FIG. 4 teilweise aufgeschnitten gezeichnet tun die innen¬ liegende Koppelspule KS zu zeigen. Diese ist im Beispiels¬ fall nicht direkt auf den Trägerkörper Tk gewickelt, son- dem auf einen separaten hohlzylindrischen Spulenkörper SK in welchen der Trägerkörper TK einsetzbar ist. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Trägerkörper entnehmbar in dem Spulenkörper angeordnet ist. Die Spule kann auch selbsttragend einen hohlzylindrischen Aufnahmeraum für den Trägerkörper bilden. In dem Trägerkörper sind die interne Sende-Empfangs-Spule TS und die Elektronik E mit Empfän¬ ger, Sender und Informationsspeicher angedeutet.In an arrangement with a connecting line, passive devices such as filters for the receiving or transmitting frequency of the interrogation system can be connected to this connecting line in order to achieve an improved function. Furthermore, by feeding a signal into the connecting line, the coupling coil or the carrier body via switches or couplers, the information content of the information memory can be changed and / or queried by devices on the object. The means required here are no longer to be seen as part of the passive antenna arrangement in the sense of the invention and do not impair the function of the transponder arrangement, which is independent of a power supply. In the case of FIG. 4 outlined embodiment, the coupling coil including the transponder body is surrounded by an electromagnetic shielding sheath H made of ferromagnetic and / or electrically conductive material, thereby ensuring that no disturbing electromagnetic fields can act on the electronics of the transponder arrangement. The indirect influence of such interference fields via antenna A can be suppressed by filter measures in the antenna arrangement. The shielding sheath H is shown in FIG. 4 drawn partially cut open to show the inner coupling coil KS. In the example, this is not wound directly onto the carrier body Tk, but rather onto a separate hollow cylindrical coil former SK in which the carrier body TK can be inserted. It can also be provided that the carrier body is removably arranged in the coil body. The coil can also form a hollow cylindrical receiving space for the carrier body in a self-supporting manner. The internal transmit / receive coil TS and the electronics E with receiver, transmitter and information memory are indicated in the carrier body.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in FIG. 5 dargestellt. Hier befindet sich der Transponderkörper TK mit Koppelspule innerhalb eines hohlen Metallrahmens R, der an einer Stelle U seines Querschnitts unterbrochen ist. Im Hohlraum des Rahmens befindet sich eine geschlos¬ sene Leiterschleife als Antenne A, die einerseits an die Koppelspule zum Transponder angeschlossen, andererseits in sich geschlossen ist. Die Leiterschleife koppelt auf den Metallrahmen, der seinerseits als Hilfsantenne wirkt. Der die Leiterschleife umhüllende Hohlraum muß nicht die Form eines Rechtecks wie in FIG. 5 haben, es kann sich z.B. auch um einen Ring, ein Oval u.a. handeln und das Metall kann magnetische oder nichtmagnetische Eigenschaften auf- weisen oder der Rahmen kann nichtmetallisch sein.Another embodiment of the invention is shown in FIG. 5 shown. Here the transponder body TK with coupling coil is located within a hollow metal frame R which is interrupted at a point U in its cross section. In the cavity of the frame there is a closed conductor loop as antenna A, which is connected on the one hand to the coupling coil to the transponder and on the other hand is self-contained. The conductor loop couples to the metal frame, which in turn acts as an auxiliary antenna. The the cavity surrounding the conductor loop need not be in the shape of a rectangle as in FIG. 5, it can also be a ring, an oval, and the like, and the metal can have magnetic or non-magnetic properties, or the frame can be non-metallic.
Die Koppelspule zum Transponderkörper ist so z.B. als Zy¬ linderwicklung oder Flachwicklung ausgeführt wobei auf ausreichende transformatorische Kopplung mit der Sende- Empfangs-Spule im Transponderkörper zu achten ist. Sie kann direkt auf den Transponderkörper gewickelt sein, wie in FIG. 3, oder so ausgestaltet oder angeordnet sein, daß der Transponder entnehmbar und z.B. gegen einen anderen austauschbar ist, wie z.B. in der Ausführungsform der FIG. 4. The coupling coil to the transponder body is e.g. designed as a cylinder winding or flat winding, care being taken to ensure sufficient transformer coupling with the transceiver coil in the transponder body. It can be wound directly on the transponder body, as shown in FIG. 3, or be designed or arranged so that the transponder can be removed and e.g. is interchangeable with another, e.g. in the embodiment of FIG. 4th

Claims

Patentansprüche claims
1. Transponderanordnung an einem Objekt mit einem Träger¬ körper, der zumindest eine Sende-Empfangseinrichtung, einen Informationsspeicher und eine Sende-Empfangs-Spule enthält, und mit einer Hilfseinrichtung, die eine Hilfs- Antenne zur Kommunikation mit einem externen Abfragegerät und eine Koppelspule zur Kommunikation mit der Sende-Emp- fangsspule der Transpondereinrichtung enthält, dadurch ge¬ kennzeichnet. daß die Hilfseinrichtung als passive Anten¬ nenanordnung, bei der die Hilfsantenne direkt oder über eine Verbindungsleitung mit der Koppelspule verbunden ist, ausgeführt ist, und daß die Koppelspule transformatorisch mit der Sende-Empfangsspule verkoppelt ist. - 13 -1. Transponder arrangement on an object with a carrier body that contains at least one transceiver, an information memory and a transceiver coil, and with an auxiliary device that has an auxiliary antenna for communication with an external interrogation device and a coupling coil Contains communication with the transmit / receive coil of the transponder device, characterized ge. that the auxiliary device is designed as a passive antenna arrangement, in which the auxiliary antenna is connected to the coupling coil directly or via a connecting line, and that the coupling coil is coupled to the transmitting / receiving coil by means of a transformer. - 13 -
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrich ung dauerhaft fest mit dem Objekt verbun¬ den ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the auxiliary device is permanently permanently connected to the object.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs- Antenne (A) von dem Träger¬ körper (TK) beabstandet und mit diesem über die Verbindungsleitung (L) gekoppelt ist.3. Arrangement according to claim 1 or claim 2, characterized in that the auxiliary antenna (A) from the Träger¬ body (TK) spaced and coupled to it via the connecting line (L).
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (L) als Teil der Hilfs-Antenne (A) ausgebildet ist.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the connecting line (L) is formed as part of the auxiliary antenna (A).
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich- net, daß in die Verbindungsleitung passive Einrichtungen wie z.B. Filter eingefügt sind.5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that in the connecting line passive devices such as Filters are inserted.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung aperiodisch zu den Betriebsfrequenzen ausgeführt ist.6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the antenna arrangement is carried out aperiodically to the operating frequencies.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche l bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung eine Resonanz bei einer Betriebsfrequenz zeigt.7. Arrangement according to one of claims l to 6, characterized in that the antenna arrangement shows a resonance at an operating frequency.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (TK) entnehmbar ange¬ ordnet ist.8. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the carrier body (TK) is removably arranged ange¬.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Antenne (A) zumindest in ei- - 14 -9. Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the auxiliary antenna (A) at least in egg - 14 -
ner Dimension um ein Mehrfaches größer ist als der Träger¬ körper (TK) .dimension is several times larger than the carrier body (TC).
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelspule (KS) direkt auf den10. Arrangement according to one of claims 2 to 9, characterized in that the coupling coil (KS) directly on the
Trägerkörper gewickelt ist.Carrier body is wound.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelspule (KS) auf einen separa- ten Spulenkörper (SK) gewickelt ist.11. Arrangement according to one of claims 2 to 9, characterized in that the coupling coil (KS) is wound on a separate bobbin (SK).
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Antenne eine Rahmenantenne ist.12. Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the auxiliary antenna is a loop antenna.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenantenne einen ferro agnetischen Kern ent¬ hält.13. The arrangement according to claim 12, characterized in that the loop antenna contains a ferro magnetic core ent.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung zu weiteren Übertragungszwecken dient.14. Arrangement according to one of claims 2 to 13, characterized in that the connecting line is used for further transmission purposes.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung eine zusätzliche15. Arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized in that the antenna arrangement an additional
Antenne enthält, die mit der Hilfs-Antenne elektromagne¬ tisch gekoppelt ist.Contains antenna, which is coupled to the auxiliary antenna electromagnetic.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Antenne eine Rahmenantenne bildet und von der zusätzlichen Antenne in Form eines hohlen Metallrah- mens (R) , der an einer Stelle unterbrochen ist, umschlos¬ sen ist.16. The arrangement according to claim 15, characterized in that the auxiliary antenna forms a loop antenna and of the additional antenna in the form of a hollow metal frame. mens (R), which is interrupted at one point, is enclosed.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Antennenanordnung, vor¬ zugsweise die zusätzliche Antenne (R) als funktionelles Teil des die Transponderanordnung tragenden Objekts ausge¬ bildet ist. 17. Arrangement according to one of claims 1 to 16, characterized in that part of the antenna arrangement, preferably the additional antenna (R) is formed as a functional part of the object carrying the transponder arrangement.
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