WO2020157110A1 - Teilnehmer eines kommunikationssystems mit einer magnetischen antenne - Google Patents

Teilnehmer eines kommunikationssystems mit einer magnetischen antenne Download PDF

Info

Publication number
WO2020157110A1
WO2020157110A1 PCT/EP2020/052130 EP2020052130W WO2020157110A1 WO 2020157110 A1 WO2020157110 A1 WO 2020157110A1 EP 2020052130 W EP2020052130 W EP 2020052130W WO 2020157110 A1 WO2020157110 A1 WO 2020157110A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
loop
magnetic
magnetic antenna
subscriber
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/052130
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Ulbricht
Albert Heuberger
Gerd Kilian
Ralph Oppelt
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority to EP20702772.3A priority Critical patent/EP3918357A1/de
Priority to CN202080012224.8A priority patent/CN113490858A/zh
Publication of WO2020157110A1 publication Critical patent/WO2020157110A1/de
Priority to US17/387,152 priority patent/US20210359425A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/713—Spread spectrum techniques using frequency hopping
    • H04B1/7136—Arrangements for generation of hop frequencies, e.g. using a bank of frequency sources, using continuous tuning or using a transform
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/34—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR
    • G01R33/34007—Manufacture of RF coils, e.g. using printed circuit board technology; additional hardware for providing mechanical support to the RF coil assembly or to part thereof, e.g. a support for moving the coil assembly relative to the remainder of the MR system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32—Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/34—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR
    • G01R33/341—Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR comprising surface coils

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a subscriber of a communication system, and in particular, to a subscriber with a magnetic antenna. Further exemplary embodiments relate to an end point and a base station with a magnetic antenna. Some exemplary embodiments relate to an embodiment of a magnetic loop.
  • Magnetic antennas are also known [1]. Due to the high quality, magnetic antennas are very narrow-band. Therefore, magnetic antennas z. B. when approaching metallic or dielectric objects to the desired frequency. It is possible to tune the magnetic antenna by hand or to operate it in a self-tuning manner.
  • FIG. 1 a shows a schematic view of a magnetic antenna 10 which can be tuned manually by means of a variable capacitor 12, while FIG. 1 b shows an electrical equivalent circuit diagram and FIG. 1 c shows an antenna diagram of the magnetic antenna 10 [2],
  • the magnetic antenna 10 comprises a primary coupling loop 14, which is fed via a 50 ohm coaxial cable 18, and a secondary resonant loop 16.
  • the circumference of the secondary resonant loop 16 is typically less than 1/10 of the wavelength, while the primary coupling loop 14 typically has 1/5 the size of the secondary resonant loop 16.
  • Manual tuning is common in the amateur radio sector. In the case of sensor nodes, self-tuning is desirable for ease of handling.
  • the magnetic loop can be shortened several times, as is common in magnetic resonance imaging (MR) [3], [4].
  • MR magnetic resonance imaging
  • the proportion of the electric fields essentially depends on the wire length of the coil / loop compared to the wavelength. I.e. the electric field builds up along the conductor towards the resonance capacitance, as shown in FIG. 2.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a loop 22 of a magnetic antenna 20, the electrical field 24 building up along the conductor of the loop 22 towards the resonance capacitance 26.
  • MR local antennas are almost always designed as single-loop loops. Only at very low frequencies more than one turn is used, because otherwise the operating quality suffers more due to the extremely poor LC ratio due to the then very poor intrinsic quality than electrical field components would cause to the patient during operation. At ever higher frequencies, however, the one turn of the loop (loop) is already too long compared to the wavelength, whereby the loop size cannot be reduced arbitrarily, since this must be adapted to the examined body region of the patient). Therefore, this one turn is divided by several resonance capacitances (multiple capacitive shortening).
  • the present invention has for its object to improve the positioning options of sensor nodes of wireless communication systems.
  • Embodiments create a subscriber to a wireless communication system, the subscriber being a transmitter and / or receiver device [e.g. a transmitter, receiver or transceiver] and an antenna arrangement connected to the transmitting and / or receiving device, the antenna arrangement comprising a magnetic antenna with a single or multiple [e.g. at least twice] interrupted [e.g. divided] loop [e.g. Current loop].
  • a transmitter and / or receiver device e.g. a transmitter, receiver or transceiver
  • the antenna arrangement comprising a magnetic antenna with a single or multiple [e.g. at least twice] interrupted [e.g. divided] loop [e.g. Current loop].
  • the loop may be through one or more capacitance elements [e.g. Capacitors, capacitance diodes] interrupted [e.g. divided].
  • capacitance elements e.g. Capacitors, capacitance diodes
  • interrupted e.g. divided].
  • the loop of the magnetic antenna can be separated by at least two capacitance elements [e.g. be interrupted at least twice].
  • the multiple interrupted loop can be interrupted by the capacitance elements in at least two segments [e.g. divided].
  • the loop can be divided into n segments by n capacity elements, where n is a natural number greater than or equal to two.
  • the at least two segments of the multiply interrupted loop can be connected by the capacitance elements.
  • the at least two segments of the multiply interrupted loop and the at least two capacitance elements can be connected in series.
  • two segments of the multiply interrupted loop can each be connected by a capacitance element which is connected in series between the two segments.
  • the single or multiple interrupted loop [for example the at least two segments of the loop] and the capacitance elements can form a resonant circuit.
  • the loop can form a coil.
  • the transmitting and / or receiving device may be connected to the magnetic antenna via one of the capacitance elements [e.g. the one capacitance element and the single or multiple interrupted loop [e.g. form a parallel resonant circuit with the other capacitance elements].
  • the capacitance elements e.g. the one capacitance element and the single or multiple interrupted loop [e.g. form a parallel resonant circuit with the other capacitance elements].
  • the loop can be ring-shaped or m-shaped, where m is a natural number greater than or equal to four.
  • the loop may be quadrangular, pentagonal, hexagonal, pentagonal, octagonal, pentagonal, pentagonal, pentagonal, pentagonal, pentagonal, pentagonal, etc.
  • the magnetic antenna can be implemented on a circuit board [e.g. realized].
  • the antenna arrangement can have a tuning circuit for tuning the magnetic antenna.
  • the tuning circuit and the magnetic antenna can be implemented on the same circuit board.
  • the magnetic antenna can be a first magnetic antenna, the antenna arrangement furthermore having a second magnetic antenna, the single or multiple interrupted loop of the first magnetic antenna and a loop of the second magnetic antenna being arranged essentially orthogonally to one another.
  • a first surface spanned by the single or multiple interrupted loop of the first magnetic antenna and a second surface spanned by the loop of the second magnetic antenna can be orthogonal to one another.
  • a main radiation direction / main reception direction of the first magnetic antenna and a main radiation direction / main reception direction of the second magnetic antenna can be orthogonal to one another.
  • a zero point of the first magnetic antenna and a zero point of the second magnetic antenna can be different.
  • a spanned area of the loop of the second magnetic antenna can be expanded at least by a factor of two [e.g. be a factor of three, four, five or tenj smaller than a spanned area of the loop of the first magnetic antenna.
  • the loop of the second magnetic antenna can be “flattened”.
  • the loop of the second magnetic antenna cannot be round to conform to a shape of the subscriber's housing.
  • the loop of the second magnetic antenna can be substantially rectangular.
  • the first magnetic antenna and the second magnetic antenna can be arranged adjacent to one another.
  • a conductor of the loop of the second magnetic antenna can be at least a factor of two [e.g. is three, four or five times thicker or wider than a conductor of the loop of the first magnetic antenna.
  • the loop of the second magnetic antenna can be interrupted several times.
  • the loop of the second magnetic antenna can be interrupted by at least two capacitance elements [at least twice].
  • the subscriber can be designed to deactivate one of the magnetic antennas of the antenna arrangement [for example the first magnetic antenna or the second magnetic antenna] in order to emit a radiation characteristic [for example Direction of radiation or direction of reception; eg main key] to change the antenna arrangement.
  • a radiation characteristic for example Direction of radiation or direction of reception; eg main key
  • the subscriber can be configured to measure a radiation characteristic [e.g. Direction of radiation or direction of reception; e.g. Main lobe] of the antenna array by deactivating one of the magnetic antennas of the antenna array [e.g. of the first magnetic antenna or the second magnetic antenna].
  • a radiation characteristic e.g. Direction of radiation or direction of reception; e.g. Main lobe
  • one of the magnetic antennas of the antenna arrangement can be tuned by detuning the respective magnetic antenna [e.g. the first magnetic antenna or the second magnetic antenna] can be deactivated.
  • one of the magnetic antennas of the antenna arrangement can be configured by connecting a coil in parallel to one of the capacitance elements of the loop of the respective magnetic antenna [e.g. the first magnetic antenna or the second magnetic antenna] can be deactivated.
  • the subscriber can be configured to determine a radiation ratio of the antenna arrangement by detuning the natural resonance of at least one of the two magnetic antennas [e.g. of the first magnetic antenna or the second magnetic antenna].
  • the first magnetic antenna and the second magnetic antenna may be out of phase [e.g. can be controlled by 90 °].
  • the subscriber may be configured to receive a data packet to be transmitted [e.g. the physical layer] to be divided into a plurality of sub-data packets and in order not to transmit the plurality of sub-data packets contiguously [e.g. using a time and / or frequency hopping method], the subscriber being able to be configured to change the radiation characteristic of the antenna arrangement at least once between the transmission of two sub-data packets.
  • a data packet to be transmitted e.g. the physical layer
  • the subscriber being able to be configured to change the radiation characteristic of the antenna arrangement at least once between the transmission of two sub-data packets.
  • the subscriber can be designed to change the radiation characteristics of the antenna arrangement after each transmitted sub-data packet or after a predetermined number of sub-data packets [for example by deactivating the other magnetic antenna of the antenna arrangement].
  • the subscriber can be designed to split a data packet to be transmitted [e.g.
  • the Resonance frequencies of the first magnetic antenna and the second magnetic antenna can be deliberately out of tune, so that when the plurality of sub-data packets are transmitted, a radiation characteristic [eg radiation direction; due to the frequencies defined by the frequency hopping pattern; eg main lobe] of the antenna arrangement varies.
  • the resonance frequency of the first magnetic antenna and / or the second magnetic antenna can be detuned in a size range that corresponds to the reciprocal quality.
  • a quality of Q 100
  • the detuning can be done in a window of no more than +/- 1%, because with even greater detuning, hardly any more power will be output.
  • the antenna arrangement can have a tuning device for tuning the magnetic antenna, the antenna arrangement being designed to automatically tune the antenna.
  • the antenna arrangement can also have an electrical antenna.
  • the sending and / or receiving device may be a sending device [e.g. Transmitter], a receiving device [e.g. Receiver] or a transceiver.
  • a sending device e.g. Transmitter
  • a receiving device e.g. Receiver
  • a transceiver e.g.
  • the subscriber can be designed to communicate in the ISM band.
  • the subscriber can be an end point of the communication system.
  • the end point can be a sensor node or an actuator node.
  • the end point can be battery powered. In embodiments, the end point can have an energy harvesting element for electrical energy generation.
  • the subscriber can be a base station of the communication system.
  • the at least two participants may be one or more endpoints [e.g. a plurality of endpoints] and one or more base stations.
  • the at least two participants can also be at least two end points or base stations.
  • Embodiments of the present invention provide a subscriber (e.g. an end point) to a communication system with a magnetic antenna.
  • the size of participants in a communication system can be reduced, (2) the independence from the environment can be created by the automatic tuning, and / or (3) can be transmitted / received (better) from (partially) electrically shielded environments.
  • 1a is a schematic view of a magnetic antenna that can be tuned by hand using a variable high-voltage capacitor
  • 1b is an electrical equivalent circuit diagram of the magnetic antenna shown in Fig. 1a
  • 1 c shows an antenna diagram of the magnetic antenna shown in FIG. 1 a;
  • Fig. 2 is a schematic view of a magnetic antenna and an electrical
  • FIG. 3a shows a schematic view of a subscriber of a communication system, according to an embodiment of the present invention
  • 3b is a schematic view of a participant of a communication system, according to an embodiment of the present invention.
  • 3c is a schematic view of an end point of a communication system, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a magnetic antenna
  • FIG. 5 shows a schematic view of a magnetic antenna with a multiple interrupted (e.g. capacitively shortened) loop, according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6 shows a schematic view of a magnetic antenna with a loop which is interrupted several times, the loop being octagonal in accordance with an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 7 shows a schematic view of an antenna arrangement with a first magnetic antenna and a second magnetic antenna, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a flowchart of a method for operating a subscriber
  • 3a shows a schematic view of a subscriber 100
  • the subscriber 100 comprises a transmitting and / or receiving device 102 (e.g. one
  • Antenna arrangement 104 wherein the antenna arrangement 104 exhibits a magnetic antenna 106 with a loop 108 that is simply (i.e. only once) interrupted.
  • 3b shows a schematic view of a subscriber 100 of a
  • the subscriber 100 comprises a transmitting and / or receiving device 102 (e.g. one
  • Antenna arrangement 104 wherein the antenna arrangement 104 has a magnetic antenna 106 with a loop 108 that is interrupted several times.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can be separated by capacitance elements 110, e.g. Resonance capacities (resonance capacitors), be interrupted.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 as shown in FIG. 3b for illustration, can be interrupted twice (e.g. capacitively shortened) by two capacitance elements 110.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can also be interrupted multiple times by a different number of capacitance elements 110.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can be divided into n segments (or parts or sections) by n capacitance elements 110, where n is a natural number greater than or equal to two.
  • the segments or portions of the loop between the respective capacitance elements 110 are referred to here as segments.
  • the segments of the multiply interrupted loop 108 can be connected by the capacitance elements 110.
  • two segments of the multiply interrupted loop can each be connected by a capacitance element which is connected in series between the two segments.
  • the Segments of the loop 108 of the magnetic antenna 106 and the capacitance elements 110 are alternately connected in series to form a loop.
  • the transmitting and / or receiving device 102 can be connected to the magnetic antenna 106 via one of the capacitance elements 110.
  • the one capacitance element on one side and the multiply interrupted loop 108 with the other (or other) capacitance elements on the other side can form a parallel resonant circuit (e.g. from the point of view of the transmitting and / or receiving device 102).
  • the antenna arrangement 102 can furthermore have a tuning device for tuning the magnetic antenna 106.
  • the tuning device can be designed to automatically tune the magnetic antenna 106.
  • the antenna arrangement 104 can therefore have a second magnetic antenna, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 7, or else an additional electrical antenna.
  • the second magnetic antenna and / or the additional electrical antenna can be arranged such that the zeros of the magnetic antenna 106 are compensated for.
  • the subscriber 100 of the communication system can of course not only be designed to send signals by means of the magnetic antenna 106 to other subscribers of the communication system, but also to receive signals from other subscribers of the communication system by means of the magnetic antenna 106.
  • the subscriber 100 can have, for example, a receiving device (e.g. a receiver) which is connected to the antenna arrangement 104.
  • subscriber 100 may also have a combined transceiver (e.g., a transceiver) 102.
  • subscriber 100 (or the subscriber's communication system) can be designed to transmit data based on the telegram splitting method.
  • data such as a telegram or data packet
  • data packet is divided into a plurality of sub-data packets (or sub-data packets, or sub-packets) and the sub-data packets are used in time and / or frequency hopping pattern in time and / or distributed in frequency (ie non-contiguously) from one subscriber to another subscriber (for example from the base station to the end point, or from the end point to the base station) of the communication system, the subscriber who receives the sub-data packets combining them again ( or combined) to get the data packet.
  • Each of the sub-data packets contains only a part of the data packet.
  • the data packet can also be channel-coded, so that not all sub-data packets, but only a part of the sub-data packets, are required for error-free decoding of the data packet.
  • the communication system may be a personal area network (PAN) or a low power wide area network (LPWAN).
  • PAN personal area network
  • LPWAN low power wide area network
  • the subscriber 100 of the communication system shown in FIG. 3b can be a base station of the communication system.
  • the subscriber 100 of the communication system shown in FIG. 3b can also be an end point of the communication system, as will be explained below with reference to FIG. 3c.
  • 3c shows a schematic view of a subscriber 100 of the communication system, the subscriber 100 being an end point, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the end point 100 can be a sensor node in exemplary embodiments.
  • the end point 100 may have a sensor 114, such as a temperature sensor, pressure sensor, moisture sensor or any other sensor, the signals sent by the sensor node 100 being dependent on a sensor signal provided by the sensor.
  • the sensor can have a microprocessor 112, which processes the sensor signal provided by the sensor in order to generate, based on the sensor signal, data which are transmitted by the transmission device (for example transmission and reception device) 102, for example based on the telegram Splitting transmission method.
  • the end point 100 can also be an actuator account, the actuator node having an actuator 114.
  • the processor 1 12 can be designed, for example, to control the actuator 114 based on a received signal or received data.
  • endpoint 100 may be battery powered. Alternatively or additionally, the end point 100 can have an energy harvesting element for electrical energy generation.
  • Exemplary embodiments relate to magnetic antennas (e.g. for sensor nodes or also for base stations) for the transmission and / or reception case.
  • the magnetic antennas can be tuned automatically.
  • a magnetic antenna 106 has a single or multi-turn current loop 108.
  • an alternating magnetic field induces a voltage in loop 108 (law of induction, [5])
  • a current flowing in loop 108 generates a magnetic field (law of Biot-Savart, [6]).
  • the efficiency of the magnetic antenna 106 can be significantly increased by means of a resonance capacitance.
  • the current flow in loop 108 increases in proportion to the increase in resonance (expressed by the quality factor Q), i.e. double Q causes double current flow (and thus double magnetic field) with the same power fed in.
  • FIG. 4 shows a schematic view of such a magnetic antenna 106.
  • the magnetic antenna 106 comprises the loop 108 with one or more turns and the resonance capacitance 110 (C0).
  • the magnetic antenna 106 can be coupled to the transmitting and / or receiving device 102 (see FIG. 3), for example, via the parallel resonant circuit formed from resonance capacitance 110 and loop 108 (coil).
  • the magnetic antenna 106 has the advantage of high antenna quality with a small design.
  • the magnetic antenna 106 has the advantage that it can be adapted to different environmental conditions, e.g. through automatic voting.
  • Embodiments of the present invention thus relate to a sensor node with a magnetic antenna.
  • the magnetic antenna can be tuned automatically.
  • FIG. 5 shows a schematic view of a magnetic antenna 106 with a multiply interrupted (eg capacitively shortened) loop 108.
  • the loop 108 can be configured by four capacitance elements 110 (4C0), such as resonance capacitors (eg resonance capacitors) ), divided into four segments.
  • C0 capacitance elements
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can also be divided into a different number of segments.
  • the loop 108 of the magnetic antenna 106 can be divided into n segments by n capacitance elements 110, where n is a natural number greater than or equal to two.
  • the loop 108 of the magnetic antenna can be divided into equidistant segments.
  • the subdivision of the loop 108 into equidistant segments has the advantage that the lowest E field shares are achieved overall.
  • the loop can also be divided into non-equidistant segments.
  • the lower electrical fields or the multiple capacitive shortening have the advantage that dielectric material in the direct vicinity of the antenna detunes the resonance frequency accordingly less.
  • the lower electrical fields or the multiple capacitive shortening have the advantage that dielectric, lossy material in the direct vicinity of the antenna reduces its quality factor less. Furthermore, the lower electrical fields or the multiple capacitive shortening have the advantage that the voltage at the resonance capacitances turns out to be correspondingly lower (for example, half the voltage with a double shortening, but then also twice the capacitance value). This is particularly advantageous if one or more of the resonance capacitances are to be designed to be tunable, since the tuning elements can then have a lower dielectric strength
  • the magnetic antenna 106 (or the loop 108 of the magnetic antenna 106) can be capacitively shortened several times.
  • capacitors 110 there are several capacitors 110 in series in the magnetic loop.
  • Loops 108 with a round shape have the best ratio of conductor length to spanned (or enclosed) area. However, the space utilization on a usually rectangular circuit board (conductor tracks) is not optimal.
  • Fig. 6 shows a symmetrical version (the loop 108) of the magnetic antenna 106, but asymmetrical versions (the loop 108) are also conceivable in which, for. B.
  • the upper and lower sections e.g. segments of loop 108) are longer.
  • FIG. 6 shows a schematic view of a magnetic antenna 106 with a loop 108 interrupted several times, the loop 108 being octagonal.
  • the loop 108 can be divided into eight segments by (for example eight) capacitance elements 110, the eight segments being square, so that the loop 108 has an octagonal shape.
  • the loop 108 can also be divided into a different number of segments and / or can have a different shape.
  • the loop 108 of the magnetic may be m-shaped, where m is a natural number greater than or equal to four, such as 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 or 12.
  • the magnetic antenna 106 may be implemented on a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the magnetic antenna 106 (or the loop 108 of the magnetic antenna 106) can have partial sections (or segments) that are not round.
  • a routing of the segments of the magnetic antenna 106 (or the loop 108 of the magnetic antenna 106) in the regions (or in the locations) can be straight with components.
  • the magnetic antenna 106 (or the loop 108 of the magnetic antenna 106) can have a polygonal shape or more than four corners.
  • Such a magnetic antenna 106 has the advantage that the layout is easier to transfer to different layout programs.
  • Such a magnetic antenna 106 also has the advantage that it is easier to place the components, since the line routing (the loop 108 of the magnetic antenna 106) is straight at the locations with the components.
  • the diagonally extending sides can have an arcuate shape instead of an angular shape in order to enlarge the area somewhat and to optimally utilize the board area. In return, you would lose the advantages of easier component placement and simple layout.
  • the antenna arrangement 104 shown in FIG. 6 has a magnetic antenna 106 with a multiple interrupted loop 108, it should be pointed out that the exemplary embodiments described also apply to an antenna arrangement 104 with a magnetic antenna 106 with a single interrupted loop 108 (cf. 3a) are applicable.
  • the loop is realized on a circuit board
  • the loop can be realized on a printed circuit board (PCB).
  • the voting circuit can be implemented on the same circuit board.
  • the antenna arrangement 104 can have a plurality of magnetic antennas.
  • two magnetic antennas can be used, the two magnetic antennas being as orthogonal as possible (e.g. essentially).
  • the second magnetic antenna (or the loop of the second magnetic antenna) can be “flattened”. With loops that are not round, the resistance of the winding increases in comparison to the spanned (or enclosed) surface, which reduces the quality. Since the flattened loop (English Ioop) spans a smaller area, its radiation efficiency drops. Although this increases the quality somewhat, it does not contribute to the radiation. In order to at least partially compensate for the first goods-reducing effect, a wider conductor (less losses) can be used.
  • FIG. 7 shows a schematic view of an antenna arrangement 104 with a first magnetic antenna 106 and a second magnetic antenna 112, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first magnetic antenna 106 comprises a multi-interrupted loop 108.
  • the loop 108 of the first magnetic antenna can pass through four capacitance elements 110, can be divided into four segments.
  • the loop 108 of the first magnetic antenna 106 can also be divided into a different number of segments.
  • the loop 108 of the first magnetic antenna 106 can be divided into n segments by n capacitance elements 110, where n is a natural number greater than or equal to two.
  • the second magnetic antenna 112 also comprises a loop 114, wherein the loop 108 of the first magnetic antenna 106 and the loop 114 of the second magnetic antenna 112 can be arranged substantially orthogonally to one another.
  • an area spanned by the loop 114 of the second magnetic antenna 112 runs orthogonally to an area spanned by the loop 108 of the first magnetic antenna 106, i detail in FIG First magnetic antenna 106 spanned area parallel to the xy plane defined by the coordinate system, while the area spanned by loop 114 of the second magnetic antenna 112 runs parallel to the z-axis of the coordinate system.
  • a spanned (or enclosed) area of loop 114 of second magnetic antenna 112 may be at least a factor of two (e.g., a factor of three, four, five, or ten) smaller than a spanned (or enclosed) area of loop 108 the first magnetic antenna 106.
  • the loop 114 of the second magnetic antenna 112 may be "flattened".
  • a conductor of the loop 114 of the second magnetic antenna 1 12 can be at least a factor of two (eg by a factor of three, four or five) thicker or wider than a conductor of the loop 108 the first magnetic antenna 106.
  • loop 114 of the second magnetic antenna 112 can also be interrupted several times, for example by at least two capacitance elements.
  • the antenna arrangement 104 can have a second loop 114, which is as orthogonal as possible.
  • a wire gauge / width of the second loop 114 may be larger (than a wire gauge / width of the first loop 108), but the second loop 114 may be flatter (than the first loop 108).
  • the antenna arrangement 104 shown in FIG. 7 has magnetic antennas with multiple interrupted loops, it should be pointed out that the exemplary embodiments described can also be applied to an antenna arrangement with magnetic antennas with single interrupted loops.
  • an electrical antenna can be integrated on the circuit board (e.g. PCB) in addition to the magnetic antenna 106, e.g. in the form of a PCB F antenna, as an "extension" of loop 108 (e.g. the magnetic ring / octagon).
  • PCB circuit board
  • an electrical and a magnetic antenna e.g. on a printed circuit board (e.g. PCB) can be combined.
  • the current flow of the unwanted magnetic antenna can be interrupted, for example by means of a switch.
  • each switch has a certain residual capacity, this ultimately amounts to a severe detuning of the resonance frequency.
  • one or more resonance capacitors can be provided with a coil in parallel. At the original resonance frequency of the loop, these form a parallel resonant circuit that interrupts the current flow in it.
  • the tuning of the loops and thus the main emission direction and thus the zero point can be shifted, since the loops then emit to different extents with the driving powers remaining unchanged.
  • the non-emitted part of the slightly detuned loop is reflected back and absorbed in the transmitter.
  • the zero point of a loop depends on its structure in three-dimensional space. This does not change if, for example, only the capacitance of a resonance capacitance is changed. With planar loops there is always a slope in which they do not penetrate any B field lines, namely if they run in the plane of the loop. But even with a three-dimensional loop (or curved B-lines), e.g. in the case of a slightly bent circular ring which does not run exactly in one plane, there is always a position in which field lines which penetrate from one side and from the other side of the loop keep the balance. This leads to compensation, i.e. a zero. Even orthogonal loops would have a zero point at 45 ° if their signals were only directly connected together. In order to avoid this, their received signals can be merged with a 90 ° phase offset, because then geometrical cancellation of the time signals is no longer possible.
  • a plurality of magnetic loops can be driven out of phase.
  • a plurality of self-tuned magnetic loops can be driven out of phase.
  • transmission diversity i.e. transmission with different antennas
  • each sub-data packet (hops) is transmitted on a different antenna / with different strengths on the Antennas is possible.
  • different sub-data packets can therefore be emitted to different intensities on different antennas, so that different sub-data packets with different antenna zeros are sent.
  • more or less orthogonal loops with different resonance frequencies the signals of which can be decoupled, for example
  • Combiner (Engl, combinier) are summarized, are used. If the resonance frequencies are close together, the loops must already have good geometric orthogonality (i.e. magnetic decoupling). Otherwise there is a loss of quality and resonance rejection. Therefore, the resonance frequency is intentionally detuned somewhat. Different sub-data packets (hops) are on different frequencies and are therefore emitted by the loops with different resonances to different extents, which makes the zero point mag. Antenna shifted in each case.
  • the radiation ratio of the magnetic antennas changes over the frequency.
  • the zero point of the antenna shifts over the frequency.
  • the method 200 comprises a step 202 of transmitting and / or receiving communication signals using a magnetic antenna of an antenna arrangement of the subscriber of the communication system, the magnetic antenna having a single or multiple interrupted loop.
  • Embodiments of the present invention create (eg self-tuning) magnetic antennas for e.g. B. Sensor node. With the loT, the internet of things, the number of wirelessly communicating sensor nodes is growing. This places ever increasing demands on a small form factor and easy handling. These requirements can only be met with difficulty with existing electrical antennas. Embodiments of the present invention make it possible to use magnetic antennas in sensor nodes and thus to meet the aforementioned requirements.
  • aspects have been described in connection with an apparatus, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of an apparatus can also be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps can be performed by a hardware apparatus (or using a hardware device). Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important process steps can be performed by such an apparatus.
  • exemplary embodiments of the invention can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation can be carried out using a digital storage medium, for example a floppy disk, a DVD, a Blu-ray disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or another magnetic or optical memory are carried out, on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way or interaction that the respective method is carried out.
  • the digital storage medium can therefore be computer-readable.
  • Some exemplary embodiments according to the invention thus comprise a data carrier which has electronically readable control signals which are able to interact with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.
  • exemplary embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, the program code being effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can, for example, also be stored on a machine-readable medium.
  • inventions include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine readable medium.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described here when the computer program runs on a computer.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.
  • the data carrier, the digital storage medium or the computer-readable medium are typically objective and / or non-transitory or non-temporary.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for performing one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals can, for example, be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • a further exemplary embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • a processing device for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
  • a further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the receiver can be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or the system can comprise, for example, a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device e.g., a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This can be a universally replaceable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method, such as an ASIC.
  • the devices described herein can be implemented using a hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of a hardware apparatus and a computer.
  • the devices described herein, or any components of the devices described herein, may be implemented at least partially in hardware and / or in software (computer program).
  • the methods described herein can be implemented using a hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of a hardware apparatus and a computer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Teilnehmer eines drahtlosen Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung und eine mit der Sende- und/oder Empfangseinrichtung verbundene Antennenanordnung aufweist, wobei die Antennenanordnung eine magnetische Antenne mit einer einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife aufweist.

Description

Teilnehmer eines Kommunikationssystems mit einer magnetischen Antenne
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Teilnehmer eines Kommunikationssystems, und im speziellen, auf einen Teilnehmer mit einer magnetischen Antenne. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Endpunkt und eine Basisstation mit einer magnetischen Antenne. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Ausführung einer magnetischen Schleife (engl. loop).
Herkömmlicherweise werden, vor allem im Bereich der Sensorknoten, elektrische Antenne bzw. elektrisch kurze Antennen eingesetzt. Wird z. B. bei 868 MHz eine heute übliche elektrische Antenne verwendet, wird als Vz Lambda Strahler eine Länge von etwa 15 cm benötigt. Werden kürzere Antennen eingesetzt, sinkt der Gewinn der Antenne. Weiterhin wird die Handhabbarkeit der Geräte mit Antennen eingeschränkt, da die verwendeten Antennen sich bei Annäherung an elektrisch leitende oder dielektrisch wirkende Gegenstände verstimmen und somit ihr Gewinn weiter sinkt. Damit gibt es Anforderungen an die Umgebung von z. B. Sensorknoten. Mit elektrischen Antennen ist es weiterhin nicht möglich, aus elektrisch abgeschirmten Umgebungen (Faraday’scher Käfig) heraus zu senden.
Ferner sind magnetische Antennen bekannt [1]. Durch die hohe Güte sind magnetische Antennen aber sehr schmalbandig. Deshalb müssen magnetische Antennen z. B. bei Annäherung an metallische oder dielektrische Gegenstände auf die gewünschte Frequenz abgestimmt werden. Hierbei gibt es die Möglichkeit, die magnetische Antenne von Hand abzustimmen oder diese selbstabstimmend zu betreiben.
Fig. 1 a zeigt eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne 10, die mittels eines Drehkondensators 12 von Hand abstimmbar ist, während Fig. 1 b ein elektrisches Ersatzschaltbild und Fig. 1 c ein Antennendiagramm der magnetischen Antenne 10 zeigen [2],
Die magnetische Antenne 10 umfasst eine primäre Koppelschleife 14, die über ein 50 Ohm Koaxialkabel 18 gespeist wird, und eine sekundäre resonante Schleife 16. Der Umfang der sekundären resonanten Schleife 16 beträgt in der Regel weniger als 1/10 der Wellenlänge, während die primäre Koppelschleife 14 in der Regel 1/5 der Größe der sekundären resonanten Schleife 16 aufweist. Im Amateurfunkbereich ist eine Abstimmung von Hand üblich. Bei Sensorknoten ist zu Gunsten einer einfachen Handhabbarkeit jedoch eine Selbstabstimmung wünschenswert.
Um den nötigen Abstimmbereich möglichst klein zu halten, kann die magnetische Schleife mehrfach verkürzt werden, wie dies in der Magnetresonanztomographie (MR) üblich ist [3], [4]. ln der MR trägt nur das magnetische Feld zum gewünschten Effekt bei, daher auch der Name „Magnetresonanz“, während elektrische Feidanteile in hohem Maße unerwünscht sind, da diese in den Patienten eindringen und dort aufgrund der dielektrischen Verluste des Körpergewebes
a) im Sendefall, den Patienten nur unnötig aufheizen, und
b) im Empfangsfall die Güte der Schleifen (engl, loops) herabsetzen was gleichbedeutend damit ist, dass das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) schlechter wird. Oftmals heißt es salopp „es wird mehr Rauschen eingekoppelt“. Dies ist aber physikalisch nicht korrekt, da die Betriebstemperatur der Schleife unabhängig vom Verkürzungsgrad gleichbleibt. Der Effekt ist, dass durch die schlechtere Güte (d.h. die niedrigere Resonanzüberhöhung) das Nutzsignal geschwächt wird, woraus ein schlechteres Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) resultiert.
Der Anteil der elektrischen Felder ist im Wesentlichen von der Drahtlänge der Spule/Schleife im Vergleich zur Wellenlänge abhängig. D.h. das elektrische Feld baut sich längs des Leiters zur Resonanzkapazität hin auf, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Schleife 22 einer magnetischen Antenne 20, wobei sich das elektrische Feld 24 längs entlang des Leiters der Schleife 22 zur Resonanzkapazität 26 hin aufbaut.
Deshalb werden MR-Lokalantennen fast immer nur als einwindige Schleifen (engl, loops) ausgeführt. Nur bei sehr niedrigen Frequenzen kommt mehr als eine Windung zum Einsatz, weil sonst aufgrund des extrem schlechten LC-Verhältnisses die Betriebsgüte wegen der dann sehr schlechten Eigengüte stärker leidet, als es elektrische Feldanteile im Betrieb am Patienten bewirken würden. Bei immer höheren Frequenzen ist aber bereits die eine Windung der Schleife (engl loop) im Vergleich zur Wellenlänge schon zu lang, wobei die Schleifengröße nicht beliebig verkleinert werden kann, da diese der untersuchten Körperregion des Patienten angepasst sein muss). Daher wird diese eine Windung durch mehrere Resonanzkapazitäten unterteilt (mehrfach kapazitive Verkürzung). Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Positionierungsmöglichkeiten von Sensorknoten von drahtlosen Kommunikationssystemen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
Ausführungsbeispiele schaffen einen Teilnehmer eines drahtlosen Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung [z.B. einen Transmitter, Receiver oder Transceiver] und eine mit der Sende- und/oder-Empfangseinrichtung verbundene Antennenanordnung aufweist, wobei die Antennenanordnung eine magnetische Antenne mit einer einfach oder mehrfach [z.B. zumindest zweifach] unterbrochenen [z.B. unterteilten] Schleife [z.B. Stromschleife] aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife durch ein oder mehrere Kapazitätselemente [z.B. Kondensatoren, Kapazitätsdioden] unterbrochen [z.B. unterteilt] sein.
Beispielsweise kann die Schleife der magnetischen Antenne durch zumindest zwei Kapazitätselemente [z.B. zumindest zweifach] unterbrochen sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die mehrfach unterbrochene Schleife durch die Kapazitätselemente in zumindest zwei Segmente unterbrochen [z.B. unterteilt] sein.
Beispielsweise kann die Schleife durch n Kapazitätselemente in n Segmente unterteilt sein, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist.
Bei Ausführungsbeispielen können die zumindest zwei Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife durch die Kapazitätselemente verbunden sein.
Beispielsweise können die zumindest zwei Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife und die zumindest zwei Kapazitätselemente in Reihe geschaltet sein. Mit anderen Worten, jeweils zwei Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife können durch jeweils ein Kapazitätselement, das in Reihe zwischen den zwei Segmenten geschaltet ist, verbunden sein. Bei Ausführungsbeispielen können die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife [z.B. die zumindest zwei Segmente der Schleife] und die Kapazitätselemente einen Schwingkreis bilden.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife eine Spule bilden.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Sende- und/oder Empfangseinrichtung mit der magnetischen Antenne über eines der Kapazitätselemente verbunden sein [z.B. wobei das eine Kapazitätselement und die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife [z.B. mit den anderen Kapazitätselementen] einen Parallelschwingkreis bilden].
Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife ringförmig oder m-eckförmig ist, wobei m eine natürliche Zahl größer gleich vier ist.
Beispielsweise kann die Schleife viereckförmig, fünfeckförmig, sechseckförmig, siebeneckförmig, achteckförmig, neuneckförmig, zehneckförmig, elfeckförmig, zwölfeckförmig usw. sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne auf einer Leiterplatte implementiert [z.B. realisiert] sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung eine Abstimmungsschaltung zur Abstimmung der magnetischen Antenne aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen können die Abstimmungsschaltung und die magnetische Antenne auf der gleichen Leiterplatte implementiert sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne eine erste magnetische Antenne sein, wobei die Antennenanordnung ferner eine zweite magnetische Antenne aufweisen kann, wobei die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife der ersten magnetischen Antenne und eine Schleife der zweiten magnetische Antenne im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet sind.
Beispielsweise können eine durch die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife der ersten magnetischen Antenne aufgespannte erste Fläche und eine durch die Schleife der zweiten magnetischen Antenne aufgespannte zweite Fläche orthogonal zueinander sein. Beispielsweise können eine Hauptabstrahlrichtung/Hauptempfangsrichtung der ersten magnetischen Antenne und eine Hauptabstrahlrichtung/Hauptempfangsrichtung der zweiten magnetischen Antenne orthogonal zueinander sein.
Beispielsweise können eine Nullstelle der ersten magnetischen Antenne und eine Nullstelle der zweiten magnetischen Antenne unterschiedlichen sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine aufgespannte Fläche der Schleife der zweiten magnetischen Antenne zumindest um den Faktor zwei [z.B. um den Faktor drei, vier, fünf, oder zehnj kleiner sein als eine aufgespannte Fläche der Schleife der ersten magnetischen Antenne.
Beispielsweise kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne„plattgedrückt“ sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne nicht rund ausgeführt sein, um sich einer Form des Gehäuses des Teilnehmers anzupassen.
Beispielsweise kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne im Wesentlichen rechteckförmig sein.
Bei Ausführungsbeispielen können die erste magnetische Antenne und die zweite magnetische Antenne benachbart zueinander angeordnet sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann ein Leiter der Schleife der zweiten magnetischen Antenne zumindest um den Faktor zwei [z.B. um den Faktor drei, vier oder fünf] dicker oder breiter ist als ein Leiter der Schleife der ersten magnetischen Antenne.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne mehrfach unterbrochen sein.
Beispielsweise kann die Schleife der zweiten magnetischen Antenne durch zumindest zwei Kapazitätselemente [zumindest zweifach] unterbrochen sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um eine der magnetischen Antennen der Antennenanordnung [z.B. die erste magnetische Antenne oder die zweite magnetische Antenne] zu deaktivieren, um eine Strahlungscharakteristik [z.B. Abstrahlrichtung oder Empfangsrichtung; z.B. Hauptkeuie] der Antennenanordnung zu verändern.
Beispielsweise kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um eine Strahlungscharakteristik [z.B. Abstrahlrichtung oder Empfangsrichtung; z.B. Hauptkeule] der Antennenanordnung durch Deaktivieren einer der magnetischen Antennen der Antennenanordnung [z.B. der ersten magnetischen Antenne oder der zweiten magnetischen Antenne] zu verändern.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine der magnetischen Antennen der Antennenanordnung durch Verstimmen der jeweiligen magnetischen Antenne [z.B. der ersten magnetischen Antenne oder der zweiten magnetischen Antenne] deaktiviert werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine der magnetischen Antennen der Antennenanordnung durch Parallelschalten einer Spule zu einem der Kapazitätselemente der Schleife der jeweiligen magnetischen Antenne [z.B. der ersten magnetischen Antenne oder der zweiten magnetischen Antenne] deaktiviert werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um ein Abstrahlverhältnis der Antennenanordnung durch Verstimmen der Eigenresonanz zumindest einer der zwei magnetischen Antennen [z.B. der ersten magnetischen Antenne oder der zweiten magnetischen Antenne] zu verändern.
Bei Ausführungsbeispielen können die erste magnetische Antenne und die zweite magnetische Antenne phasenverschoben [z.B. um 90°] angesteuert werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um ein zu übertragenes Datenpaket [z.B. der Bitübertragungsschicht] auf eine Mehrzahl von Sub-Datenpaketen aufzuteilen und um die Mehrzahl von Sub-Datenpaketen nicht zusammenhängend zu senden [z.B. unter Verwendung eines Zeit- und/oder Frequenzsprungverfahrens], wobei der Teilnehmer ausgebildet sein kann, um die Strahlungscharakteristik der Antennenanordnung zumindest einmal zwischen der Aussendung zweier Sub-Datenpakten zu verändern.
Beispielsweise kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um die Strahlungscharakteristik der Antennenanordnung nach jedem ausgesendeten Sub-Datenpaketen oder nach einer vorgebenden Anzahl von Sub-Datenpaketen zu verändern [z.B. durch deaktivieren der jeweils anderen magnetischen Antenne der Antennenanordnung]. Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um ein zu übertragenes Datenpaket [z.B. der Bitübertragungsschicht] auf eine Mehrzahl von Sub-Datenpaketen aufzuteilen und um die Mehrzahl von Sub-Datenpaketen nicht zusammenhängend unter Verwendung eines Frequenzsprungverfahrens [z.B. und Zeitsprungverfahrens] zu senden, wobei die Resonanzfrequenzen der ersten magnetischen Antenne und der zweiten magnetischen Antenne absichtlich etwas verstimmt sein können, so dass bei der Aussendung der Mehrzahl von Subdatenpaketen bedingt durch die durch das Frequenzsprungmuster definierten Frequenzen eine Strahlungscharakteristik [z.B. Abstrahlrichtung; z.B. Hauptkeule] der Antennenanordnung variiert.
Beispielsweise kann die Resonanzfrequenz der ersten magnetischen Antenne und/oder der zweiten magnetischen Antenne in einem Größenbereich verstimmt werden, der der reziproken Güte entspricht. Bei einer Güte von Q = 100 kann die Verstimmung in einem Fenster von nicht mehr als +/- 1% erfolgen, weil bei noch stärkerer Verstimmung dann kaum mehr Leistung raus geht.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung eine Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der magnetischen Antenne aufweisen, wobei die Antennenanordnung ausgebildet ist, um die Antenne automatisch abzustimmen.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung ferner eine elektrische Antenne aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Sende- und/oder Empfangseinrichtung eine Sendeeinrichtung [z.B. Transmitter], eine Empfangseinrichtung [z.B. Receiver] oder eine Sendeempfangseinrichtung [Transceiver] sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ausgebildet sein, um i ISM Band zu kommunizieren.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer ein Endpunkt des Kommunikationssystems sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Endpunkt ein Sensorknoten oder Aktorknoten sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Endpunkt batteriebetrieben sein. Bei Ausführungsbeispielen kann der Endpunkt ein Energy Harvesting Element zur elektrischen Energiegewinnung aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer eine Basisstation des Kommunikationssystems sein.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Kommunikationssystem mit zumindest zwei der hierin beschriebenen Teilnehmer.
Beispielsweise kann es sich bei den zumindest zwei Teilnehmern um einen oder mehrere Endpunkte [z.B. eine Vielzahl von Endpunkten] und eine oder mehrere Basisstation handeln. Natürlich kann es sich bei den zumindest zwei Teilnehmern auch um zumindest zwei Endpunkte oder Basisstationen handeln.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer eine Antennenanordnung aufweist, wobei die Antennenanordnung eine magnetische Antenne mit einer einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife aufweist. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Sendens und/oder Empfangens von Kommunikationssignalen unter Verwendung der magnetischen Antenne.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Teilnehmer (z.B. einen Endpunkt) eines Kommunikationssystems mit einer magnetischen Antenne.
Mit der in Ausführungsbeispielen adressierten magnetischen Antennen kann (1) die Baugröße von Teilnehmern eines Kommunikationssystems, wie z.B. von Sensorknoten, verringert werden, (2) durch die automatische Abstimmung eine Unabhängigkeit von der Umgebung geschaffen werden, und/oder (3) aus (teilweise) elektrisch abgeschirmten Umgebungen (besser) herausgesendet/empfangen werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 a eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne, die mitels eines variablen Hochspannungskondensators von Hand abstimmbar ist,
Fig. 1 b ein elektrisches Ersatzschaltbild der in Fig. 1a gezeigten magnetischen Antenne, Fig. 1 c ein Antennendiagramm der in Fig. 1a gezeigten magnetischen Antenne;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne und eines elektrischen
Feldes der magnetischen Antenne,
Fig. 3a eine schematische Ansicht eines Teilnehmers eines Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3b eine schematische Ansicht eines Teilnehmers eines Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3c eine schematische Ansicht eines Endpunkts eines Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne,
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne mit einer mehrfach unterbrochenen (z.B. kapazitiv verkürzten) Schleife, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne mit einer mehrfach unterbrochenen Schleife, wobei die Schleife achteckförmig ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Antennenanordnung mit einer ersten magnetischen Antenne und einer zweiten magnetischen Antenne, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Teilnehmers eines
Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist. Fig. 3a zeigt eine schematische Ansicht eines Teilnehmers 100 eines
Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Teilnehmer 100 umfasst eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 (z.B. einen
Transmitter) und eine mit der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 verbundene
Antennenanordnung 104, wobei die Antennenanordnung 104 eine magnetische Antenne 106 mit einer einfach (d.h. nur einmal) unterbrochenen Schleife 108 aulweist.
Fig. 3b zeigt eine schematische Ansicht eines Teilnehmers 100 eines
Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Teilnehmer 100 umfasst eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 (z.B. einen
Transmitter) und eine mit der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 verbundene
Antennenanordnung 104, wobei die Antennenanordnung 104 eine magnetische Antenne 106 mit einer mehrfach unterbrochenen Schleife 108 aufweist.
Im Folgenden werden primär Ausführungsbeispiele der in Fig. 3b gezeigten Antennenanordnung 104 mit der magnetischen Antenne 106 mit der mehrfach unterbrochenen Schleife beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele genauso auf die in Fig. 3a gezeigte Antennenanordnung 104 mit der magnetischen Antenne 106 mit der einfach unterbrochenen Schleife anwendbar sind.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 durch Kapazitätselemente 110, wie z.B. Resonanzkapazitäten (Resonanzkondensatoren), unterbrochen sein. Beispielsweise kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106, wie dies in Fig. 3b zur Veranschaulichung gezeigt ist, durch zwei Kapazitätselemente 1 10 zweifach unterbrochen (z.B. kapazitiv verkürzt) sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei Ausführungsbeispielen die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 auch durch eine andere Anzahl von Kapazitätselementen 110 mehrfach unterbrochen sein kann. So kann bei Ausführungsbeispielen die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 durch n Kapazitätselemente 110 in n Segmente (oder Teile, oder Abschnitte) unterteilt sein, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist. Als Segmente werden dabei hierin die Teile bzw. Abschnitte der Schleife zwischen den jeweiligen Kapazitätselementen 110 bezeichnet.
Bei Ausführungsbeispielen können die Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife 108 durch die Kapazitätselemente 110 verbunden sein. Im Detail können jeweils zwei Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife durch jeweils ein Kapazitätselement, das in Reihe zwischen den zwei Segmenten geschaltet ist, verbunden sein. Mit anderen Worten, die Segmente der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 und die Kapazitätselemente 1 10 sind abwechselnd in Reihe zu einer Schleife verschaltet.
Die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 kann dabei mit der magnetischen Antenne 106 über eines der Kapazitätselemente 1 10 verbunden sein. Das eine Kapazitätselement auf der einen Seite und die mehrfach unterbrochene Schleife 108 mit den anderen (bzw. übrigen) Kapazitätselementen auf der anderen Seite können (z.B. aus Sicht der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102) einen Parallelschwingkreis bilden.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung 102 ferner eine Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der magnetischen Antenne 106 aufweisen. Die Abstimmeinrichtung kann dabei ausgebildet sein, um die magnetische Antenne 106 automatisch abzustimmen.
Bedingt durch die geometrische Form der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 wird die Strahlungsenergie von der magnetischen Antenne 106 nicht gleichmäßig in alle Richtungen einer Ebene abgestrahlt. Vielmehr weist das Antennendiagramm der in Fig. 3b gezeigten magnetischen Antenne 106 Nullstellen auf, d.h. es gibt Bereiche (z.B. Punkte) im Antennendiagramm, an denen die Strahlungsenergie der magnetischen Antenne praktisch null ist. Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung 104 daher eine zweite magnetische Antenne aufweisen, wie dies unten anhand von Fig. 7 näher erläutert wird, oder aber auch eine zusätzliche elektrische Antenne. Die zweite magnetische Antenne und/oder die zusätzliche elektrische Antenne können dabei so angeordnet sein, dass die Nullstellen der magnetischen Antenne 106 kompensiert werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer 100 des Kommunikationssystems natürlich nicht nur ausgebildet sein, um Signale mittels der magnetischen Antenne 106 zu anderen Teilnehmern des Kommunikationssystems zu senden, sondern auch um Signale von anderen Teilnehmern des Kommunikationssystems mittels der magnetischen Antenne 106 zu empfangen. Hierzu kann der Teilnehmer 100 beispielsweise eine Empfangseinrichtung (z.B. einen Receiver) aufweisen, die mit der Antennenanordnung 104 verbunden ist. Natürlich kann der Teilnehmern 100 auch eine kombinierte Sendeempfangseinrichtung (z.B. ein Transceiver) 102 aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer 100 (bzw. das Kommunikationssystem des Teilnehmers) ausgebildet sein, um im ISM-Band (ISM = Industrial, Scientific and Medical Band) zu kommunizieren, d.h. um Signale im ISM-Band zu senden und/oder zu empfangen. Bei Ausführungsbeispielen kann der Teilnehmer 100 (bzw. das Kommunikationssystem des Teilnehmers) ausgebildet sein, um Daten basierend auf dem Telegram-Splitting-Verfahren zu übertragen. Beim Telegram-Splitting-Verfahren werden Daten, wie z.B. ein Telegramm oder Datenpaket, in eine Mehrzahl von Sub-Datenpakete (oder Teildatenpakte, oder Teilpakete) aufgeteilt und die Sub-Datenpakete unter Verwendung eines Zeit- und/oder Frequenzsprungmusters in der Zeit und/oder in der Frequenz verteilt (d.h. nicht zusammenhängend) von einem Teilnehmer zu einem anderen Teilnehmer (z.B. von der Basistation zum Endpunkt, oder vom Endpunkt zur Basisstation) des Kommunikationssystems übertragen, wobei der Teilnehmer, der die Sub-Datenpakete empfängt, diese wieder zusammenfügt (oder kombiniert), um das Datenpaket zu erhalten. Jedes der Sub-Datenpakete enthält dabei nur einen Teil des Datenpakets. Das Datenpaket kann ferner kanalcodiert sein, so dass zum fehlerfreien Decodieren des Datenpakets nicht alle Sub-Datenpakete, sondern nur ein Teil der Sub-Datenpakete erforderlich ist.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Kommunikationssystem ein persönliches Netzwerk (engl. Personal Area Network, PAN) oder ein Niedrigenergie-Weitverkehrsnetzwerk (engl. Low Power Wide Area Network, LPWAN) sein.
Der in Fig. 3b gezeigte Teilnehmer 100 des Kommunikationssystems kann eine Basisstation des Kommunikationssystems sein. Alternativ kann der in Fig. 3b gezeigte Teilnehmer 100 des Kommunikationssystems auch ein Endpunkt des Kommunikationssystems sein, wie dies nachfolgend anhand von Fig. 3c erläutert wird.
Im Detail zeigt Fig. 3c eine schematische Ansicht eines Teilnehmers 100 des Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer 100 ein Endpunkt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 3c beispielhaft gezeigt ist, kann der Endpunkt 100 bei Ausführungsbeispielen ein Sensorknoten sein. Beispielsweise kann der Endpunkt 100 im Falle eines Sensorknotens einen Sensor 1 14, wie z.B. einen Temperatursensor, Drucksensor, Feuchtigkeitssensor oder irgendeinen anderen Sensor aufweisen, wobei die von dem Sensorknoten 100 gesendeten Signale von einem von dem Sensor bereitgestellten Sensorsignal abhängig sind. Zum Beispiel kann der Sensor einen Mikroprozessor 112 aufweisen, der das von dem Sensor bereitgestellte Sensorsignal verarbeitet, um basierend auf dem Sensorsignal zu übertragene Daten zu generieren, die von der Sendeeinrichtung (z.B. Sende- und Empfangseinrichtung) 102 gesendet werden, z.B. basierend auf dem Telegram Splitting Übertragungsverfahren. Natürlich kann der Endpunkt 100 auch ein Aktorkonten sein, wobei der Aktorknoten einen Aktor 114 aufweist. In diesem Fall kann der Prozessor 1 12 beispielsweise ausgebildet sein, um den Aktor 114 basierend auf einem empfangenen Signal bzw. empfangenen Daten anzusteuern.
Bei Ausführungsbeispielen kann der Endpunkt 100 batteriebetrieben sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Endpunkt 100 ein Energy Harvesting Element zur elektrischen Energiegewinnung aufweisen.
Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele der magnetischen Antenne 106 bzw. der Antennenanordnung 104 mit der magnetischen Antenne 106 beschrieben.
1. Ausführung der Schleife (engl. IOOP)
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf magnetische Antennen (z.B. für Sensorknoten oder aber auch für Basisstationen) für den Sende- und/oder Empfangsfall. Die magnetischen Antennen können hierbei automatisch abgestimmt werden.
1.1. Anwendung von Magnetischen Antennen bei Sensorknoten
Eine magnetische Antenne 106 weist eine ein- oder mehrwindigen Stromschleife 108 auf. Im Empfangsfall induziert ein magnetisches Wechselfeld in der Schleife 108 eine Spannung (Induktionsgesetz, [5]), im Sendefall erzeugt ein in der Schleife 108 fließender Strom ein Magnetfeld (Gesetz von Biot-Savart, [6]). Soll die magnetische Antenne 106 nur bei einer Frequenz oder einem Bereich kleiner relativer Bandbreite betrieben werden, so kann die magnetische Antenne 106 mittels einer Resonanzkapazität in ihrer Effizienz deutlich gesteigert werden. Der Stromfluss in der Schleife 108 steigt in dem Maße der Resonanzüberhöhung (ausgedrückt durch den Gütefaktor Q), d.h. doppeltes Q bewirkt doppelten Stromfluss (und damit doppeltes Magnetfeld) bei gleicher eingespeister Leistung. Somit ist es erstrebenswert, einen möglichst hohen Q-Faktor zu erzielen, was gleichbedeutend damit ist, dass sowohl die Schleife 108, als auch die Kapazität möglichst geringe Verluste haben müssen. In der Regel Übewiegen die Verluste in der Schleife 108 aufgrund der endlichen Leitfähigkeit des verwendeten Metalls (meist Cu).
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer solchen magnetischen Antenne 106. Die magnetische Antenne 106 umfasst, wie bereits erwähnt, die Schleife 108 mit einer oder mehreren Windungen und die Resonanzkapazität 1 10 (C0). Die magnetische Antenne 106 kann dabei über den aus Resonanzkapazität 110 und Schleife 108 (Spule) gebildeten Parallelschwingkreis z.B. an die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 102 (siehe Fig. 3) angekoppeft werden.
Die magnetische Antenne 106 hat den Vorteil einer hohen Antennengüte bei geringer Bauform.
Zudem hat die magnetische Antenne 106 den Vorteil, dass diese an unterschiedliche Umgebungsbedingungen angepasst werden kann, z.B. durch automatische Abstimmung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich somit auf einen Sensorknoten mit einer magnetischen Antenne. Die magnetische Antenne kann dabei automatische abgestimmt werden.
1.2 Mehrfache Verkürzung der Schleife (engl. der magnetischen Antenne
Figure imgf000016_0001
Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne 106 mit einer mehrfach unterbrochenen (z.B. kapazitiv verkürzten) Schleife 108. Wie in Fig. 5 beispielhaft gezeigt ist, kann die Schleife 108 durch vier Kapazitätselemente 110 (4C0), wie beispielsweise Resonanzkapazitäten (z.B. Resonanzkondensatoren), in vier Segmente unterteilt sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 auch in eine andere Anzahl von Segmenten unterteilt sein kann. So kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106 bei Ausführungsbeispielen durch n Kapazitätselemente 110 in n Segmente unterteilt sein, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne in äquidistante Segmente unterteilt sein. Die Unterteilung der Schleife 108 in äquidistante Segmente hat den Vorteil, dass so insgesamt gesehen die niedrigsten E-Feldanteile erzielt werden. Natürlich kann die Schleife aber auch in nicht-äquidistante Segmente unterteilt werden.
Die niedrigeren elektrischen Felder bzw. die mehrfach kapazitive Verkürzung haben zum Vorteil, dass dielektrisches Material in direkter Umgebung der Antenne diese in ihrer Resonanzfrequenz entsprechend weniger verstimmt.
Ferner haben die niedrigeren elektrischen Felder bzw. die mehrfach kapazitive Verkürzung den Vorteil, dass dielektrisches, verlustbehaftetes Material in direkter Umgebung der Antenne deren Gütefaktor weniger herabsetzt. Ferner haben die niedrigeren elektrischen Felder bzw. die mehrfach kapazitive Verkürzung den Vorteil, dass die Spannung an den Resonanzkapazitäten entsprechend geringer ausfällt (also z.B. halbe Spannung bei doppelter Verkürzung, dann aber auch doppelter Kapazitätswert). Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine oder mehrere der Resonanzkapazitäten abstimmbar ausgeführt werden sollen, da dann die Abstimmorgane eine niedrigere Spannungsfestigkeit aufweisen können
Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 (bzw. die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) mehrfach kapazitiv verkürzt sein.
Bei Ausführungsbeispielen befinden sich in der Magnetschleife seriell mehrere Kondensatoren 1 10.
1.3 Besondere Ausführung der Schleife (engl loop) der magnetischen Antenne
Schleifen 108 mit einer runden Form haben das beste Verhältnis von Leiterbahnlänge zu aufgespannter (oder umschlossener) Fläche. Jedoch ist die Platzausnutzung auf einer üblicherweise rechteckigen Platine (Leiterbahnen) nicht optimal.
Formen mit mehr als vier Ecken, insbesondere die achteckige Form, bieten hier Vorteile. Es verschlechtert sich zwar das Verhältnis von Fläche zu Umfang und damit die Güte der magnetischen Antenne 106, allerdings steigt die Effizienz der magnetischen Antenne 106 bei einer gegebenen rechteckigen Platinenfläche, da die aufgespannte (oder umschlossene) Fläche größer wird. Fig. 6 zeigt eine symmetrische Ausführung (der Schleife 108) der magnetischen Antenne 106, es sind aber auch unsymmetrische Ausführungen (der Schleife 108) denkbar, bei denen z. B. die oberen und unteren Teilstücke (z.B. Segmente der Schleife 108) länger sind.
Im Detail zeigt Fig. 6 eine schematische Ansicht einer magnetischen Antenne 106 mit einer mehrfach unterbrochenen Schleife 108, wobei die Schleife 108 achteckförmig ist.
Wie in Fig. 6 beispielhaft gezeigt ist, kann die Schleife 108 durch (z.B. acht) Kapazitätselemente 110 in acht Segmente unterteilt sein, wobei die acht Segmente eckig sein können, so dass die Schleife 108 eine achteckige Form aufweist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Schleife 108 auch in eine andere Anzahl von Segmenten unterteilt sein kann und/oder eine andere Form aufweisen kann. So kann die Schleife 108 der magnetischen Antenne bei Ausführungsbeispielen m-eckförmig sein, wobei m eine natürliche Zahl größer gleich vier ist, wie z.B. 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12.
Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 auf einer Leiterplatte (PCB, printed Circuit board) ausgeführt sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 (bzw. die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) Teilabschnitte (oder Segmente) aufweisen, die nicht rund sind.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Leitungsführung der Segmente der magnetischen Antenne 106 (bzw. der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) in den Bereichen (oder in den Stellen) mit Bauteilen gerade sein.
Bei Ausführungsbeispielen kann die magnetische Antenne 106 (bzw. die Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) eine mehreckige Form oder mehr als vier Ecken aufweisen.
Eine solche magnetische Antenne 106 hat den Vorteil, dass das Layout leichter auf verschiedene Layoutprogramme übertragbar ist.
Ferner hat eine solche magnetische Antenne 106 den Vorteil, dass eine Platzierung der Bauteile einfacher ist, da an den Stellen mit den Bauteilen die Leitungsführung (der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) gerade ist.
Bei manchen Ausführungsbeispielen können die diagonal verlaufenden Seiten (Segmente der Schleife 108 der magnetischen Antenne 106) anstelle einer eckigen Form eine kreisbogenförmige Form aufweisen, um die Fläche noch etwas zu vergrößern und die Platinenfläche optimal auszunutzen. Man würde im Gegenzug die Vorteile der leichteren Bauteilplatzierung und des einfachen Layouts verlieren.
Obwohl die in Fig. 6 gezeigte Antennenanordnung 104 eine magnetische Antenne 106 mit einer mehrfach unterbrochenen Schleife 108 aufweist, sei darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele genauso auf eine Antennenanordnung 104 mit einer magnetische Antennen 106 mit einer einfach unterbrochenen Schleife 108 (vgl. Fig. 3a) anwendbar sind.
1 .4. Die Schleife wird auf einer Platine realisiert Bei Ausführungsbeispielen kann die Schleife auf einer Platine (Leiterplatte, engl, printed Circuit board (PCB)) realisiert werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann auf der gleichen Platine (Leiterplatte) die Abstimmungsschaltung realisiert werden.
2. Mehrere Antennen
Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung 104 mehrere magnetische Antennen aufweisen.
Dies hat den Vorteil, dass die Nullstelle (z.B. Punkte im Antennendiagramm, an denen die Strahlungsenergie der magnetischen Antenne praktisch null ist) einer magnetischen Antenne umgangen werden kann.
2.1 Kreuzfeldloop mit Diversität
Bei Ausführungsbeispielen können zwei magnetische Antennen verwendet werden, wobei die zwei magnetischen Antennen möglichst (z.B. im Wesentlichen) orthogonal sind.
2.2 Plataedrückte zweite Schleife (engl. IOOP) um aus Nullstelle zu kommen
Um ein möglichst flaches Gehäuse zu bekommen, kann die zweite magnetische Antenne (bzw. die Schleife der zweiten magnetischen Antenne)„plattgedrückt“ ausgeführt werden. Bei Schleifen (engl, loops), die nicht rund sind, steigt der Widerstand der Wicklung im Vergleich zur aufgespannten (oder umschlossenen) Fläche, wodurch die Güte sinkt. Da bei der plattgedrückten Schleife (engl. Ioop) eine kleinere Fläche aufspannt wird, sinkt deren Abstrahleffizienz. Das erhöht zwar die Güte wieder etwas, trägt aber nicht zur Abstrahlung bei. Um den ersten gütereduzierenden Effekt zumindest teilweise zu kompensieren, kann ein breiterer Leiter (weniger Verluste) verwendet werden.
Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht einer Antennenanordnung 104 mit einer ersten magnetischen Antenne 106 und einer zweiten magnetischen Antenne 112, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die erste magnetische Antenne 106 umfasst eine mehrfach unterbrochene Schleife 108. Wie in Fig. 7 beispielhaft gezeigt ist, kann die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne durch vier Kapazitätselemente 110, in vier Segmente unterteilt sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 auch in eine andere Anzahl von Segmenten unterteilt sein kann. So kann die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 bei Ausführungsbeispielen durch n Kapazitätselemente 110 in n Segmente unterteilt sein, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich zwei ist.
Die zweite magnetische Antenne 112 umfasst ebenfalls eine Schleife 114, wobei die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 und die Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 112 im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet sein können.
Wie in Fig. 7 beispielhaft gezeigt ist, verläuft eine durch die Schleife 114 der zweiten magnetische Antenne 112 aufgespannten Fläche orthogonal zu einer durch die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 aufgespannten Fläche, i Detail verläuft in Fig. 7 die durch die Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106 aufgespannten Fläche parallel zu der durch das Koordinatensystem definierten xy-Ebene, während die durch die Schleife 114 der zweiten magnetische Antenne 112 aufgespannten Fläche parallel zur z-Achse des Koordinatensystems verläuft.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine aufgespannte (oder umschlossene) Fläche der Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 112 zumindest um den Faktor zwei (z.B. um den Faktor drei, vier, fünf, oder zehn) kleiner sein als eine aufgespannte (oder umschlossene) Fläche der Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106.
Mit anderen Worten, die Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 112 kann „plattgedrückt“ sein.
Wie in Fig. 7 ferner angedeutet ist, kann bei Ausführungsbeispielen ein Leiter der Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 1 12 zumindest um den Faktor zwei (z.B. um den Faktor drei, vier oder fünf) dicker bzw. breiter sein als ein Leiter der Schleife 108 der ersten magnetischen Antenne 106.
Natürlich kann die Schleife 114 der zweiten magnetischen Antenne 112 ebenfalls mehrfach unterbrochen sein, beispielsweise durch zumindest zwei Kapazitätselemente.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Antennenanordnung 104 eine zweite, möglichst orthogonale Schleife 114 aufweisen. Bei Ausführungsbeispielen kann eine Drahtstärke/Breite der zweiten Schleife (engl loop) 114 größer sein (als eine Drahtstärke/Breite der ersten Schleife 108), allerdings kann die zweite Schleife 1 14 flacher sein (als die erste Schleife 108).
Obwohl die in Fig. 7 gezeigte Antennenanordnung 104 magnetische Antennen mit mehrfach unterbrochenen Schleifen aufweist, sei darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele genauso auf eine Antennenanordnung mit magnetischen Antennen mit einfach unterbrochenen Schleifen anwendbar sind.
2.3 Kombinierte Magnetische / elektrische Antenne um aus Nullstelle zu kommen
Um die Nullstelle (z.B. Punkte im Antennendiagramm, an denen die Strahlungsenergie der magnetischen Antenne praktisch null ist) der magnetischen Antenne 106 zu umgehen, kann zusätzlich zur magnetischen Antenne 106 eine elektrische Antenne auf der Leiterplatte (z.B. PCB) integriert werden, z.B. in Form einer PCB F-Antenne, als "Erweiterung" der Schleife 108 (z.B. des magnetischen Ringes/8-Ecks).
Bei Ausführungsbeispielen können eine elektrische und eine magnetische Antenne (z.B. auf einer Leiterplatte (z.B. PCB)) kombiniert werden.
2.4. Umschaltunq der Schiefen (engl.
Figure imgf000021_0001
Werden mehrere magnetischen Schleifen (bzw. magnetische Antennen) zusammen geschaltet, so ergibt sich eine neue Nullstelle aus einer anderen Richtung.
Daher macht die Verwendung mehrerer magnetischer Schleifen (bzw. mehrerer magnetischer Antennen) nur Sinn, wenn die nichtbenutze(n) Schleife(n) (bzw. magnetische(n) Antenne(n)) ausgeschalten werden können.
2.4.1. Ausschalten durch Unterbrechung des Resonanzstroms
Bei Ausführungsbeispielen kann der Stromfluss der nicht gewünschten magnetischen Antenne beispielsweise mittels eines Schalters unterbrochen werden. Da jeder Schalter aber eine gewisse Restkapazität aufweist, kommt dies letztlich einer starken Verstimmung der Resonanzfrequenz gleich.
2.4.2. Aussch alten durch zusätzliche Induktivität (L) Bei Ausführungsbeispielen können einer oder mehrere Resonanzkondensatoren parallel mit einer Spule versehen werden. Diese bilden bei der ursprünglichen Resonanzfrequenz der Schleife (engl loop) einen Parallelschwingkreis, der den Stromfluss darin unterbricht.
2.4.3. Ansteuerverhältnis ändern
Bei Ausführungsbeispielen kann durch eine leichte Verstimmung der Eigenresonanz einer der beiden Schleifen die Abstimmung der Schleifen und damit die Hauptabstrahlrichtung und damit die Nullstelle verschoben werden, da die Schleifen dann bei unverändert hohen Ansteuerleistungen unterschiedlich stark abstrahlen. Der nicht abgestrahlte Anteil der leicht verstimmten Schleife wird zurück reflektiert und im Sender absorbiert.
2.4.4. Phasenverschobene Ansteueruna von mag. LOOPS
Die Nullstelle einer Schleife hängt von ihrer Struktur im dreidimensionalen Raum ab. Diese ändert sich nicht, wenn beispielweise nur die Kapazität einer Resonanzkapazität geändert wird. Bei planaren Schleifen gibt es also immer eine Steilung, in der diese keine B-Feldlinien durchdringen, nämlich dann, wenn diese in der Ebene der Schleife verlaufen. Aber selbst bei einer dreidimensionalen Schleife (oder gekrümmten B-Linien), also z.B. bei einem nicht exakt in einer Ebene verlaufenden leicht verbogenen Kreisring, findet man immer eine Stellung in der sich Feldlinien, die von einer Seite und von der anderen Seite der Schleife eindringen, die Waage halten. Dies führt zu einer Kompensation, d.h. einer Nullstelle. Selbst orthogonale Schleifen würden unter 45° eine Nullstelle aufweisen, wenn deren Signale nur direkt zusammengeschaltet sind. Um dies vermeiden können deren Empfangssignale unter 90° Phasenversatz zusammengeführt werden, weil dann keine geometrische Auslöschung der Zeitsignale mehr möglich ist.
Bei Ausführungsbeispielen können mehrere magnetische Schleifen (engl loops) phasenversetzt angesteuert werden.
Bei Ausführungsbeispielen können mehrere selbst abgestimmte magnetische Schleifen (engl loops) phasenversetzt angesteuert werden.
2.5. Variation des Abstrahlverhältnisses über der Hop-Nummer In Zusammenhang mit dem Telegram Splitting Übertragungsverfahren [7] kann Sende- Diversität (also aussenden mit verschiedenen Antennen) pro Telegram durchgeführt werden, da beim Telegram Splitting Übertragungsverfahren ein aussenden jedes Sub-Datenpaketes (Hops) auf einer anderen Antenne / mit unterschiedlicher Stärke auf den Antennen möglich ist.
Dies hat den Vorteil, dass die Übertragungssicherheit eines Telegramms erhöht werden kann.
Bei Ausführungsbeispielen können daher unterschiedliche Sub-Datenpakte (Hops) auf unterschiedlichen Antennen unterschiedlich stark abgestrahlt werden, so dass unterschiedliche Sub-Datenpakte mit unterschiedlichen Antennen-Nullstellen gesendet werden.
2,5.1. Ausführung der Schleife, bei der die Nullsteile von der Frequenz abhinat
Bei Ausführungsbeispielen können mehr oder weniger orthogonale Schleifen mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz, deren Signale beispielsweise per entkoppelten
Kombinierer (engl, combinier) zusammengefasst werden, verwendet werden. Liegen die Resonanzfrequenzen dicht beieinander, so müssen die Schleifen bereits gute geometrisch Orthogonalität (d.h. magnetische Entkopplung) aufweisen. Andernfalls gibt es Güteeinbußen und Resonanzverwerfungen. Daher wird die Resonanzfrequenz mit Absicht etwas verstimmt. Unterschiedliche Sub-Datenpakete (Hops) liegen auf unterschiedlichen Frequenzen und werden dadurch von den Schleifen mit unterschiedlichen Resonanzen unterschiedlich stark ausgesendet, dadurch ist die Nullstelle der mag. Antenne jeweils verschoben.
Bei Ausführungsbeispielen ändert sich das Abstrahlverhältnis der magnetischen Antennen über der Frequenz.
Bei Ausführungsbeispielen verschiebt sich die Nullstelle der Antenne über der Frequenz.
3. Weitere Ausführunasbeispiele
Fig. 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Betreiben eines Teilnehmers eines Kommunikationssystems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 202 des Sendens und/oder Empfangens von Kommunikationssignalen unter Verwendung einer magnetischen Antenne einer Antennenanordnung des Teilnehmers des Kommunikationssystems, wobei die magnetische Antenne eine einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife aufweist. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen (z.B. selbstabstimmende) magnetische Antennen für z. B. Sensorknoten. Mit dem loT, dem internet der Dinge (engl. Internet of Things) wächst die Anzahl der drahtlos kommunizierenden Sensorknoten. Hierbei werden auch immer stärkere Anforderungen an einen kleinen Formfaktor und eine einfache Handhabbarkeit gestellt. Diese Anforderungen können mit bestehenden elektrischen Antennen nur schlecht erfüllt werden. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen es magnetische Antennen in Sensorknoten einzusetzen und somit die vorgenannten Anforderungen zu erfüllen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplate oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell ersetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Literaturverzeichnis
[1] https://ainrron.com/2015/07/24/home-made-high-power-magnetic-Ioop-antennas/ [2] http://www.aa5tb.com/loop.htmI
[3] http://bio.groups.et.byu.net/SurfaceCoiI_buiId.phtmI
[4] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/mrm.1910160203
[5] https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_lnduktion
[6] htps://de.wikipedia.org/wiki/Biot-Savart-Gesetz
[7] DE 10 2011 082 098 B4

Claims

Patentansprüche
1. Teilnehmer (100) eines drahtlosen Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer (100) eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung (102) und eine mit der Sende- und/oder-Empfangseinrichtung (102) verbundene Antennenanordnung (104) aufweist, wobei die Antennenanordnung (104) eine magnetische Antenne (106) mit einer einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife (108) aufweist.
2. Teilnehmer (100) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Schleife (108) durch ein oder mehrere Kapazitätselemente (110) unterbrochen ist.
3. Teilnehmer (100) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die mehrfach unterbrochene Schleife (108) durch die Kapazitätselemente (110) in zumindest zwei Segmente unterbrochen ist.
4. Teilnehmer (100) nach dem vorangehenden Anspruch wobei die zumindest zwei Segmente der mehrfach unterbrochenen Schleife (108) durch die Kapazitätselemente (110) verbunden sind.
5. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife (108) und die Kapazitätselemente (110) einen Schwingkreis bilden.
6. Teilnehmer (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schleife (108) eine Spule bildet.
7. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Sende- und/oder Empfangseinrichtung (102) mit der magnetischen Antenne (106) über eines der Kapazitätselemente (1 10) verbunden ist.
8. Teilnehmer (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schleife (108) ringförmig oder m-eckförmig ist, wobei m eine natürliche Zahl größer gleich vier ist.
9. Teilnehmer (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die magnetische Antenne (106) auf einer Leiterplatte implementiert ist.
10. Teilnehmer (100) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Antennenanordnung (104) eine Abstimmungsschaltung zur Abstimmung der magnetischen Antenne (106) aufweist, wobei die Abstimmungsschaltung und die magnetische Antenne (106) auf der gleichen Leiterplatte implementiert sind.
11. Teilnehmer (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die magnetische Antenne (106) eine erste magnetische Antenne (106) ist, wobei die Antennenanordnung (104) ferner eine zweite magnetische Antenne (112) aufweist, wobei die einfach oder mehrfach unterbrochene Schleife (108) der ersten magnetischen Antenne (106) und eine Schleife (114) der zweiten magnetische Antenne (112) im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet sind.
12. Teilnehmer (100) nach Anspruch 1 1 , wobei eine aufgespannte Fläche der Schleife (1 14) der zweiten magnetischen Antenne (1 12) zumindest um den Faktor zwei kleiner ist als eine aufgespannte Fläche der Schleife (108) der ersten magnetischen Antenne (106).
13. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 12, wobei die Schleife (1 14) der zweiten magnetischen Antenne (1 12) nicht rund ausgeführt ist, um sich einer Form des Gehäuses des Teilnehmers (100) anzupassen.
14. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei die erste magnetische Antenne (106) und die zweite magnetische Antenne (1 12) benachbart zueinander angeordnet sind.
15. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei ein Leiter der Schleife (114) der zweiten magnetischen Antenne (112) zumindest um den Faktor zwei dicker oder breiter ist als ein Leiter der Schleife (108) der ersten magnetischen Antenne (106).
16. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 15, wobei die Schleife (1 14) der zweiten magnetischen Antenne (1 12) mehrfach unterbrochen ist.
17. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16, wobei der Teilnehmer (100) ausgebildet ist, um eine der magnetischen Antennen (106,1 12) der Antennenanordnung (104) zu deaktivieren, um eine Strahlungscharakteristik der Antennenanordnung (104) zu verändern.
18. Teilnehmer (100) nach Anspruch 17, wobei eine der magnetischen Antennen (106,1 12) der Antennenanordnung (104) durch Verstimmen der jeweiligen magnetischen Antenne (106, 112) deaktiviert wird.
19. Teilnehmer (100) nach Anspruch 17, wobei eine der magnetischen Antennen (106,1 12) der Antennenanordnung (104) durch Parallelschalten einer Spule zu einem der Kapazitätselemente (1 10) der Schleife der jeweiligen magnetischen Antenne (106,1 12) deaktiviert wird.
20. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Teilnehmer (100) ausgebildet ist, um ein Abstrahlverhältnis der Antennenanordnung (104) durch Verstimmen der Eigenresonanz zumindest einer der zwei magnetischen Antennen (106,112) zu verändern.
21. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei die erste magnetische Antenne (106) und die zweite magnetische Antenne (112) phasenverschoben angesteuert werden.
22. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , wobei der Teilnehmer (100) ausgebildet ist, um ein zu übertragenes Datenpaket auf eine Mehrzahl von Sub-Datenpaketen aufzuteilen und um die Mehrzahl von Sub- Datenpaketen nicht zusammenhängend zu senden, wobei der Teilnehmer (100) ausgebildet ist, um die Strahlungscharakteristik der Antennenanordnung (104) zumindest einmal zwischen der Aussendung zweier Sub- Datenpakten zu verändern.
23. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei der Teilnehmer (100) ausgebildet ist, um ein zu übertragenes Datenpaket auf eine Mehrzahl von Sub-Datenpaketen aufzuteilen und um die Mehrzahl von Sub- Datenpaketen nicht zusammenhängend unter Verwendung eines Frequenzsprungverfahrens zu senden, wobei die Resonanzfrequenzen der ersten magnetischen Antenne (106) und der zweiten magnetischen Antenne (112) absichtlich etwas verstimmt sind, so dass bei der Aussendung der Mehrzahl von Subdatenpaketen bedingt durch die durch das Frequenzsprungmuster definierten Frequenzen eine Strahlungscharakteristik der Antennenanordnung (104) variiert.
24. Teilnehmer (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antennenanordnung (104) eine Abstimmeinrichtung zum Abstimmen der magnetischen Antenne (106) aufweist, wobei die Antennenanordnung (104) ausgebildet ist, um die magnetische Antenne (106) automatisch abzustimmen.
25. Teilnehmer (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antennenanordnung (104) ferner eine elektrische Antenne aufweist.
26. Teilnehmer (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sende- und/oder Empfangseinrichtung (102) eine Sendeeinrichtung, eine Empfangseinrichtung oder eine Sendeempfangseinrichtung ist.
27. Teilnehmer (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Teilnehmer (100) ausgebiidet ist, um im ISM Band zu kommunizieren.
28. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei der Teilnehmer (100) ein Endpunkt des Kommunikationssystems ist.
29. Teilnehmer (100) nach Anspruch 28, wobei der Endpunkt ein Sensorknoten oder Aktorknoten ist.
30. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 28 bis 29, wobei der Endpunkt batteriebetrieben ist.
31. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 28 bis 30, wobei der Endpunkt ein Energy Harvesting Element zur elektrischen Energiegewinnung aufweist.
32. Teilnehmer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei der Teilnehmer (100) eine Basisstation des Kommunikationssystems ist.
33. Kommunikationssystem, mit folgenden Merkmalen:
zumindest zwei Teilnehmer (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis
32
34. Verfahren (200) zum Betreiben eines Teilnehmers (100) eines Kommunikationssystems, wobei der Teilnehmer (100) eine Antennenanordnung (104) aufweist, wobei die Antennenanordnung (104) eine magnetische Antenne (106) mit einer einfach oder mehrfach unterbrochenen Schleife (108) aufweist, wobei das Verfahren (200) aufweist:
Senden und/oder Empfangen (202) von Kommunikationssignalen unter Verwendung der magnetischen Antenne (106).
35. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem vorangehenden Anspruch, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Mikroprozessor abläuft.
PCT/EP2020/052130 2019-01-31 2020-01-29 Teilnehmer eines kommunikationssystems mit einer magnetischen antenne WO2020157110A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20702772.3A EP3918357A1 (de) 2019-01-31 2020-01-29 Teilnehmer eines kommunikationssystems mit einer magnetischen antenne
CN202080012224.8A CN113490858A (zh) 2019-01-31 2020-01-29 具有磁性天线的通信系统的参与者
US17/387,152 US20210359425A1 (en) 2019-01-31 2021-07-28 Participant of a communication system with a magnetic antenna

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019201262.0A DE102019201262A1 (de) 2019-01-31 2019-01-31 Teilnehmer eines Kommunikationssystems mit einer magnetischen Antenne
DE102019201262.0 2019-01-31

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/387,152 Continuation US20210359425A1 (en) 2019-01-31 2021-07-28 Participant of a communication system with a magnetic antenna

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020157110A1 true WO2020157110A1 (de) 2020-08-06

Family

ID=69400553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/052130 WO2020157110A1 (de) 2019-01-31 2020-01-29 Teilnehmer eines kommunikationssystems mit einer magnetischen antenne

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210359425A1 (de)
EP (1) EP3918357A1 (de)
CN (1) CN113490858A (de)
DE (1) DE102019201262A1 (de)
WO (1) WO2020157110A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017206236A1 (de) * 2017-04-11 2018-10-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Spezifische hoppingmuster für telegram-splitting
DE102019204163B3 (de) 2019-03-26 2020-10-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Erzeugung eines Abstimmsignals zur Abstimmung einer magnetischen Antenne
CN113067119B (zh) * 2019-12-16 2023-04-07 RealMe重庆移动通信有限公司 可穿戴设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040033794A1 (en) * 2000-09-25 2004-02-19 Christian Korden Resonator configuration
US20080048867A1 (en) * 2006-01-18 2008-02-28 Oliver Ronald A Discontinuous-Loop RFID Reader Antenna And Methods
DE102011082098B4 (de) 2011-09-02 2014-04-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Batteriebetriebene stationäre Sensoranordnung mit unidirektionaler Datenübertragung

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5225847A (en) * 1989-01-18 1993-07-06 Antenna Research Associates, Inc. Automatic antenna tuning system
US5142292A (en) * 1991-08-05 1992-08-25 Checkpoint Systems, Inc. Coplanar multiple loop antenna for electronic article surveillance systems
US7084832B2 (en) * 2001-10-09 2006-08-01 Plasma Control Systems, Llc Plasma production device and method and RF driver circuit with adjustable duty cycle
US7024232B2 (en) * 2003-04-25 2006-04-04 Motorola, Inc. Wireless communication device with variable antenna radiation pattern and corresponding method
KR20060123576A (ko) * 2004-02-25 2006-12-01 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 안테나 어레이 및 그 동작 방법
WO2008016138A1 (en) * 2006-08-03 2008-02-07 Panasonic Corporation Antenna apparatus
WO2009045210A1 (en) * 2007-10-02 2009-04-09 Airgain, Inc. Compact multi-element antenna with phase shift
JP2010166503A (ja) * 2009-01-19 2010-07-29 Mitsubishi Electric Corp 放射アンテナ装置および放射イミュニティ試験装置
DE102009011542A1 (de) * 2009-03-03 2010-09-09 Heinz Prof. Dr.-Ing. Lindenmeier Antenne für den Empfang zirkular in einer Drehrichtung der Polarisation ausgestrahlter Satellitenfunksignale
US8711047B2 (en) * 2009-03-13 2014-04-29 Qualcomm Incorporated Orthogonal tunable antenna array for wireless communication devices
JP2010233124A (ja) * 2009-03-29 2010-10-14 Kimitake Utsunomiya 埋め込み型共振アンテナを持つトランシーバ
FR2953619B1 (fr) * 2009-12-03 2012-08-03 Uint Activation et indication d'un champ rf sur un dispositif comprenant une puce.
JP2011193245A (ja) * 2010-03-15 2011-09-29 Murata Mfg Co Ltd アンテナ装置、無線通信デバイス及び無線通信端末
KR101216064B1 (ko) * 2010-11-02 2012-12-26 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 제어 정보의 전송 방법 및 장치
US8552911B2 (en) * 2011-07-11 2013-10-08 Ronald Edgar Ham Automatic electronically tuned electrically small transmitting antenna system
EP2618171A1 (de) * 2012-01-17 2013-07-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multiresonante Sender-/Empfängerantenne zur Magnetresonanzbilderzeugung
CN203260740U (zh) * 2013-05-20 2013-10-30 武汉虹信通信技术有限责任公司 一种非对称馈电的多天线阵列
US9153998B2 (en) * 2013-12-02 2015-10-06 Qualcomm Incorporated Wireless power orthogonal polarization antenna array
US9344180B2 (en) * 2014-08-29 2016-05-17 Freescale Semiconductor, Inc. Antenna-diversity receiver and method of operating an antenna-diversity receiver and a transmitter in a frequency-hopping communication system
US9991605B2 (en) * 2015-06-16 2018-06-05 The Mitre Corporation Frequency-scaled ultra-wide spectrum element
DE102016001912A1 (de) * 2016-02-18 2017-08-24 Kathrein-Werke Kg Antenne
US20190190550A1 (en) * 2016-10-14 2019-06-20 NanoThings, Inc. Item status tracking system and method
KR101797563B1 (ko) * 2017-09-08 2017-11-15 주식회사 예향엔지니어링 근거리 통신 및 무선 전력 송수신 시스템
EP3811463A1 (de) * 2018-06-25 2021-04-28 Sonova AG Übertragungssystem für eine am körper tragbare elektronische vorrichtung
DE102019204163B3 (de) * 2019-03-26 2020-10-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Erzeugung eines Abstimmsignals zur Abstimmung einer magnetischen Antenne

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040033794A1 (en) * 2000-09-25 2004-02-19 Christian Korden Resonator configuration
US20080048867A1 (en) * 2006-01-18 2008-02-28 Oliver Ronald A Discontinuous-Loop RFID Reader Antenna And Methods
DE102011082098B4 (de) 2011-09-02 2014-04-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Batteriebetriebene stationäre Sensoranordnung mit unidirektionaler Datenübertragung

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DANIEL M. DOBKIN ET AL.: "Segmented magnetic antennas for near-field UHF RFID", MICROWAVE JOURNAL, EURO-GLOBAL EDITION- JUNE 2007- HORIZON HOUSE PUBLICATIONS INC.- USA, vol. 50, no. 6, 30 June 2007 (2007-06-30), pages 96 - 102, XP002798177 *
KRISHNA NAISHADHAM: "Antenna design strategies to reduce coupling and interference in wireless communications systems", RADIO AND WIRELESS SYMPOSIUM (RWS), 2013 IEEE, IEEE, 20 January 2013 (2013-01-20), pages 61 - 63, XP032351301, ISBN: 978-1-4673-2929-3, DOI: 10.1109/RWS.2013.6486641 *
QING X ET AL: "UHF near-field RFID reader antenna with capacitive couplers", ELECTRONIC LETTERS, THE INSTITUTION OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY, vol. 46, no. 24, 25 November 2010 (2010-11-25), pages 1591 - 1592, XP006037122, ISSN: 1350-911X, DOI: 10.1049/EL:20102762 *
XIANMING QING ET AL: "UHF near-field segmented loop antennas with enlarged interrogation zone", 2012 IEEE INTERNATIONAL WORKSHOP ON ANTENNA TECHNOLOGY (IWAT), 1 March 2012 (2012-03-01), pages 132 - 135, XP055572059, ISBN: 978-1-4673-0035-3, DOI: 10.1109/IWAT.2012.6178416 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019201262A1 (de) 2020-08-06
EP3918357A1 (de) 2021-12-08
US20210359425A1 (en) 2021-11-18
CN113490858A (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3918357A1 (de) Teilnehmer eines kommunikationssystems mit einer magnetischen antenne
DE69930407T2 (de) Antenne
DE10247543B4 (de) Schleifenantenne
DE10142384B4 (de) Mikrostripline-Antenne
DE112017004788T5 (de) Antennenvorrichtung und elektronische ausrüstung
DE112017003725T5 (de) Magnetfeldkopplungselement, antennenvorrichtung und elektronische ausrüstung
EP2693565B1 (de) Elektrischer Strahler für vertikal polarisierte Funksignale
DE10219654A1 (de) Antennenvorrichtung und Funkkommunikationsausrüstung, die dieselbe umfaßt
DE60121103T2 (de) Antenne
DE1949856B2 (de) Richtungsleitung
DE10244173B4 (de) Antennenanordnung für ein Magnetresonanzgerät, Magnetresonanz-Antennensystem, Magnetresonanzgerät sowie Verfahren zur Verkopplung zweier Antennengruppen
EP2095459A1 (de) Hochfrequenzfilter mit sperrkreiskopplung
EP3949017B1 (de) Abstimmung einer magnetischen antenne
DE112013002465B4 (de) Drahtlose Kommunikationsvorrichtung und Antennenbauelement
DE102010019904A1 (de) Anordnung zur drahtlosen Ankopplung eines Funkgerätes
WO2019115363A1 (de) Schlitzantenne
EP3036793A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur kombinierten signalübertragung oder zur kombinierten signal- und energieübertragung
DE102019210920A1 (de) Kommunikationsvorrichtung mit einer magnetischen antenne
DE102016102051A1 (de) Kommunikations-Vorrichtung und elektronische Vorrichtung
DE10146354A1 (de) Antennenvorrichtung für eine zirkular polarisierte Welle
EP3483983A1 (de) Empfangsantenne für die satellitennavigation auf einem fahrzeug
WO2015063036A1 (de) Planare mehrfrequenzantenne
DE10024721B4 (de) Antenne für zirkular polarisierte Wellen und drahtlose Vorrichtung
EP3081953B1 (de) Nmr sende/empfangsspulenanordnung
WO2004102742A1 (de) Mehrbandfähige antenne

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20702772

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020702772

Country of ref document: EP

Effective date: 20210831