DE102006055505A1 - Antenna of an RFID reader for inductive data communication - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Antenne (Lesespule) eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation, insbesondere für Identifikation eines Fahrzeugschlüssels. Die Antenne eines RFID-Lesegeräts ist an einer metallischen Trägerplatte angeordnet und weist eine elektromagnetische Spule auf. Um die elektromagnetischen Störfelder durch die Wirbelströme in der metallischen Trägerplatte zu vermeiden und somit größtmögliche Reichweite der Datenkommunikation zu sichern, wird eine zweite Spule auf der der ersten Spule entgegen gesetzten Seite der Metallfläche der Trägerplatte angeordnet, wobei die zweite Spule gegensinnig zu der ersten Spule bestromt ist. Ferner werden beide Spulen so dimensioniert und auf der beiden Seiten der Trägerplatte so angeordnet und so bestromt, dass sich die elektromagnetischen Felder beider Spulen in der Metallfläche der Trägerplatte kompensieren. Dadurch wird vor allem vermieden, sich die Wirbelströme in der Metallfläche der Trägerplatte zu bilden, die ihrerseits elektromagnetische Störfelder induzieren, wobei die Störfelder das eigentliche Feld der ersten Spule abschwächen. Die erfindungsgemäßen Antennen eines RFID-Lesegeräts können beim Zündschloss oder Tastschalter in einem Fahrzeug verwendet werden. Ferner können sie auch in anderen Bereichen, wo induktive Datenkommunikation mithilfe RFID-Systeme durchzuführen ist und die Spule an einer metallischen Trägerplatte oder an einer Trägerplatte mit metallischen Komponenten angeordnet wird, ...The invention relates to an antenna (read coil) of an RFID reader for inductive data communication, in particular for identification of a vehicle key. The antenna of an RFID reader is arranged on a metallic carrier plate and has an electromagnetic coil. In order to avoid the electromagnetic interference fields by the eddy currents in the metallic support plate and thus to ensure the greatest possible range of data communication, a second coil is disposed on the opposite side of the first coil of the metal surface of the support plate, wherein the second coil is energized in opposite directions to the first coil is. Furthermore, both coils are dimensioned and arranged on the two sides of the support plate and energized so that compensate for the electromagnetic fields of both coils in the metal surface of the support plate. This avoids, in particular, the formation of eddy currents in the metal surface of the carrier plate, which in turn induce electromagnetic interference fields, the interference fields weakening the actual field of the first coil. The antennas according to the invention of an RFID reader can be used in the ignition lock or push-button switch in a vehicle. Furthermore, they can also be used in other areas, where inductive data communication is to be carried out using RFID systems and the coil is arranged on a metallic carrier plate or on a carrier plate with metallic components, ...

Description

Die Erfindung betrifft Antenne (Lesespule) eines RFID-Lesegeräts mit mindestens einer Spule nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The The invention relates to the antenna (read coil) of an RFID reader with at least a coil according to the preambles of the independent claims.

Um unbefugtes Entriegeln und/oder Starten durch fremde Personen zu vermeiden, werden Fahrzeuge heutzutage mit Systemen ausgestattet, mithilfe denen die Fahrzeugschlüssel im Nahfeld identifiziert werden können.Around Unauthorized unlocking and / or starting by strangers too vehicles are now equipped with systems that using which the vehicle keys can be identified in the near field.

Zur Identifikation von Fahrzeugschlüsseln werden unter anderem induktiv gekoppelte RFID-Systeme (Radio Frequency Identifikation Systems) eingesetzt, wobei die Identifikation von Fahrzeugschlüsseln nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion erfolgt und in einem Nahfeld von einer Reichweite von einigen Zentimetern geschieht.to Identification of vehicle keys among other inductively coupled RFID systems (Radio Frequency Identification Systems), the identification of vehicle keys after The principle of electromagnetic induction takes place and in one Near field happens from a range of a few centimeters.

Ein solches System weist eine Antenne auf, welche auch Lesespule des RFID-Lesegeräts genannt wird. Die Antenne weist eine induktive Spule mit mehreren Windungen auf. Die Antenne wird in der Regel in unmittelbarer Nähe vom Zündschloss oder Start-/Stopptaster eingebaut.One such system has an antenna which also reads the coil RFID reader is called. The antenna has an inductive coil with several Turns on. The antenna is usually in the immediate vicinity of the ignition or Start / stop button installed.

Zum Entriegeln und/oder Starten des Fahrzeugs wird beispielsweise der Fahrzeugschlüssel in die Schlüsselaufnahme des Zündschlosses eingeführt oder in die Nähe vom Start-/Stopptaster gebracht.To the Unlocking and / or starting the vehicle, for example, the car keys in the key holder of the ignition introduced or in the vicinity from the start / stop button brought.

Dabei wird beispielsweise durch mechanischen Kontakt zwischen dem Fahrzeugschlüssel und der Schlüsselaufnahme oder durch das Betätigen vom Start-/Stopptaster das RFID-Lesegerät eingeschaltet und fließt Strom durch die induktive Spule der Antenne und erzeugt elektromagnetisches Feld.there For example, by mechanical contact between the vehicle key and the key Adapter or by pressing the Start / Stop button on the RFID reader and flows Current through the inductive coil of the antenna and generates electromagnetic Field.

Beispielsweise beim Nahebringen des Fahrzeugschlüssels an die Antenne erzeugt das elektromagnetische Feld der Antennenspule einen Induktionsstrom in der Spule im Fahrzeugschlüssel und somit aktiviert den Signalsender im Schlüssel. Der Signalsender sendet dann seinerseits Identifikationscode an die Antenne des Lesegeräts. Das Lesegerät vergleicht den empfangenen Code mit vorher gespeicherten Identifikationsdaten und sendet im Falle einer Übereinstimmung ein Signal zum Steuerungssystem im Fahrzeug, um das Verriegelungssystem zu entriegeln und/oder das Fahrzeug zu starten.For example when the vehicle key is brought close to the antenna the electromagnetic field of the antenna coil an induction current in the coil in the vehicle key and thus activates the signal transmitter in the key. The signal transmitter sends then in turn identification code to the antenna of the reader. The Reader compares the received code with previously stored identification data and sends in case of a match a signal to the control system in the vehicle to the locking system unlock and / or start the vehicle.

Die Identifikation des Fahrzeugschlüssels erfolgt daher mithilfe von elektromagnetischer Wechselwirkung zwischen der Antennenspule vom RFID-Lesegerät und der Spule im Fahrzeugschlüssel.The Identification of the vehicle key therefore occurs by means of electromagnetic interaction between the antenna coil from the RFID reader and the coil in the vehicle key.

Da der Fahrzeugschlüssel die zur Datenkommunikation bzw. zur Identifikation erforderliche Energie vom Lesegerät über das elektromagnetische Feld erhält, ist eine Datenkommunikation bzw. Identifikation und somit auch das Entriegeln und/oder Starten vom Fahrzeug selbst in den Notfällen möglich, wenn die Batterien im Fahrzeugschlüssel leer sind oder der Fahrzeugschlüssel keine eigene Stromversorgung hat.There the vehicle key the energy required for data communication or identification from the reader over the receives electromagnetic field, is a data communication or identification and therefore also that Unlocking and / or starting from the vehicle even in emergencies possible if the batteries in the vehicle key are empty or the vehicle key has no own power supply.

Ein solches System ist in der Patentschrift DE 195 39 851 C2 und in der Offenlegungsschrift DE 195 20 211 A1 beschrieben.Such a system is in the patent DE 195 39 851 C2 and in the published patent application DE 195 20 211 A1 described.

Nach dem Stand der Technik wird die Antenne des RFID-Lesegeräts samt der Spule dicht an einer Trägerplatte wie Armaturenbrett oder einer Wand des Lenksäulengehäuses angeordnet, wobei solche Trägerplatte zunehmend aus Metall wie Magnesium oder Aluminium besteht.To The prior art, the antenna of the RFID reader is complete the coil close to a support plate arranged as a dashboard or a wall of the steering column housing, wherein such support plate increasingly made of metal such as magnesium or aluminum.

Die Anordnung der Antennenspule an einer metallischen Trägerplatte führt dazu, dass das elektromagnetische Feld von der Spule in der Metallfläche der Trägerplatte Wirbelströme induziert, wobei die Wirbelströme ihrerseits elektromagnetische (Stör-)Felder erzeugen, welche dem ursprünglichen Feld der Antennenspule entgegenwirken und somit dieses abschwächen oder gar vollständig kompensieren. Dadurch sinkt die Reichweite der Antenne und somit ist eine Identifikation von Fahrzeugschlüsseln mittels RFID-System nicht möglich oder sehr schwer durchzuführen.The Arrangement of the antenna coil on a metallic carrier plate leads to, that the electromagnetic field from the coil in the metal surface of the support plate eddy currents induced, the eddy currents in turn generate electromagnetic (interfering) fields which the original field counteract the antenna coil and thus attenuate this or completely complete compensate. This reduces the range of the antenna and thus is not an identification of vehicle keys by means of RFID system possible or very difficult to do.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Antenne der eingangs genannten Art derart zu entwickeln, dass die Wirbelströme in der metallischen Trägerplatte reduziert und die Reichweite der Spule verbessert werden.It is therefore an object of the present invention, the antenna of The type mentioned above to develop such that the eddy currents in the metallic support plate reduced and the range of the coil can be improved.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Antenne mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved by an antenna having the features of the independent claims. advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Kerngedanke der Erfindung ist, zu der ersten Spule (1) der Antenne, im Folgenden wird diese Primärspule genannt, eine zweite Spule (3), im Folgenden wird diese Sekundärspule genannt, in der Antenne anzuordnen. Dabei wird die Sekundärspule (3) auf der der Primärspule (1) entgegen gesetzter Seite der Metallfläche (2) der Trägerplatte angeordnet, wobei die Sekundärspule (3) gegensinnig zu der Primärspule (1) bestromt ist.The core idea of the invention is, to the first coil ( 1 ) of the antenna, hereinafter called this primary coil, a second coil ( 3 ), hereinafter this secondary coil is called to be arranged in the antenna. The secondary coil ( 3 ) on the primary coil ( 1 ) opposite side of the metal surface ( 2 ) of the carrier plate, wherein the secondary coil ( 3 ) in opposite directions to the primary coil ( 1 ) is energized.

Die beiden Spulen (1 und 3) sind an der Trägerplatte so angeordnet und die Dimensionen beider Spulen (1 und 3) sind so ausgeführt, dass die elektromagnetischen Felder (4.1 und 4.2) der beiden Spulen (1 und 3) an der Metallfläche (2) der Trägerplatte entgegenwirken und sich vorzugsweise kompensieren. Ein derartiges Konzept entspricht dem Prinzip einer Maxwell-Spule. So entstehen in der Metallfläche (2) theoretisch keine oder zumindest geringere Wirbelströme, die ihrerseits elektromagnetische Störfelder induzieren, welche das elektromagnetische Feld (4.1) der Primärspule (1) abschwächen.The two coils ( 1 and 3 ) are arranged on the support plate and the dimensions of both coils ( 1 and 3 ) are designed so that the electromagnetic fields ( 4.1 and 4.2 ) of the two coils ( 1 and 3 ) on the metal surface ( 2 ) of the carrier plate ent counteract and preferably compensate. Such a concept corresponds to the principle of a Maxwell coil. How to create in the metal surface ( 2 ) theoretically no or at least lower eddy currents, which in turn induce electromagnetic interference fields, which the electromagnetic field ( 4.1 ) of the primary coil ( 1 ) weaken.

Das elektromagnetische Feld (4.1) der Primärspule (1) wird von dem Feld (4.2) der Sekundärspule (3) in dem Bereich (6), wo der Fahrzeugschlüssel zur Identifikation gebracht wird, nur unwesentlich gestört. Ein in dieser Art angeordnetes Spulenpaar wird in den Fachliteraturen als Maxwellspulen oder Anti-Helmholtzspulen bezeichnet.The electromagnetic field ( 4.1 ) of the primary coil ( 1 ) is removed from the field ( 4.2 ) of the secondary coil ( 3 ) in that area ( 6 ), where the vehicle key is brought to the identification, only slightly disturbed. A coil pair arranged in this way is referred to in the specialist literature as Maxwell coils or anti-Helmholtz coils.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der zweiten Spule (3) ist vor allem ermöglicht, dass die Datenkommunikation bzw. die Identifikation von Fahrzeugschlüsseln in größerer Reichweite der ersten Spule (1) und bei geringeren elektromagnetischen Störfeldern durchgeführt wird.By the inventive arrangement of the second coil ( 3 ) makes it possible in particular that the data communication or the identification of vehicle keys within a greater range of the first coil ( 1 ) and at lower electromagnetic interference fields.

Die erfindungsgemäßen Antennenvorrichtungen können auch in anderen Bereichen verwendet werden, wo induktive Datenkommunikation mithilfe von RFID-Systemen durchzuführen ist und die Antennenspule an einer metallischen Trägerplatte oder an einer Trägerplatte mit metallischen Komponenten angeordnet wird.The Antenna devices according to the invention can also be used in other areas, where inductive data communication using RFID systems and the antenna coil on a metallic carrier plate or on a carrier plate is arranged with metallic components.

Bei Antennenvorrichtungen, wobei die Antennenspule an einer Trägerplatte mit mehreren metallischen Komponenten angeordnet ist, können eine oder mehrere Sekundärspulen an der Trägerplatte so angeordnet und die Dimensionen der Sekundärspulen so ausgeführt und so bestromt werden, dass sich durch das gegenseitige Kompensieren der elektromagnetischen Felder von Primär- und Sekundärspulen in den metallischen Komponenten keine oder zumindest geringe Wirbelströme bilden, die ihrerseits elektromagnetische Störfelder induzieren, welche das elektromagnetische Feld der Primärspule abschwächen.at Antenna devices, wherein the antenna coil on a support plate is arranged with several metallic components, one or several secondary coils on the carrier plate arranged and the dimensions of the secondary coils so executed and so energized that by compensating each other the electromagnetic fields of primary and secondary coils do not form any or at least small eddy currents in the metallic components, which in turn induce electromagnetic interference fields which cause the electromagnetic field of the primary coil weaken.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit entsprechender Figur näher erläutert.in the Below, the invention with reference to an embodiment with corresponding Figure closer explained.

Wie in der Figur zu sehen ist, auf der anderen Seite der Metallfläche (2), der Trägerplatte zu der Primärspule (1) ist eine zweite Spule, nämlich Sekundärspule (3) mit gleichem Radius R auf gleicher Achse (10) parallel zur Primärspule (1) angeordnet. Der axiale Abstand der beiden Spulen (1 und 3) beträgt √3·R. Die Metallfläche (2) der Trägerplatte liegt axial genau in der Mitte der beiden Spulen (1 und 3) undarallel zu beiden Spulen (1 und 3). So beträgt der axiale Abstand der Metallfläche (2) zu jeder der beiden Spulen (1 oder 3) jeweils

Figure 00030001
As can be seen in the figure, on the other side of the metal surface ( 2 ), the carrier plate to the primary coil ( 1 ) is a second coil, namely secondary coil ( 3 ) with the same radius R on the same axis ( 10 ) parallel to the primary coil ( 1 ) arranged. The axial distance between the two coils ( 1 and 3 ) is √3 · R. The metal surface ( 2 ) of the support plate lies axially exactly in the middle of the two coils ( 1 and 3 ) and in parallel to both coils ( 1 and 3 ). So is the axial distance of the metal surface ( 2 ) to each of the two coils ( 1 or 3 ) each
Figure 00030001

Die beiden Spulen (1 und 3) werden mit der gleichen Strömstärke I gegensinnig bestromt. So entstehen elektromagnetische Felder (4.1 und 4.2) von beiden Spulen (1 und 3), die zusammen eine elektromagnetische Feldkonstellation bilden, welche in den Fachliteraturen Quadrupolfeld genannt wird. In der Mittelfläche (5) beider Spule (1 und 3), wo sich die Metallfläche (2) der Trägerplatte befindet, kompensieren sich beide Felder (4.1 und 4.2). Damit entstehen theoretisch keine oder vernachlässigbar geringe Wirbelströme in der Metallfläche (2), somit auch keine oder vernachlässigbar schwache elektromagnetische Störfelder, welche das elektromagnetische Feld (4.1) der Primärspule (1) im Bereich (6) abschwächen, wo Fahrzeugschlüsseln zur Datenkommunikation bzw. Identifikation gebracht werden.The two coils ( 1 and 3 ) are energized in opposite directions with the same flow strength I. This is how electromagnetic fields ( 4.1 and 4.2 ) of both coils ( 1 and 3 ), which together form an electromagnetic field constellation, which is called quadrupole field in the technical literature. In the middle area ( 5 ) of both coils ( 1 and 3 ), where the metal surface ( 2 ) of the carrier plate, compensate both fields ( 4.1 and 4.2 ). This theoretically produces no or negligible eddy currents in the metal surface ( 2 ), thus also no or negligible electromagnetic interference fields, the electromagnetic field ( 4.1 ) of the primary coil ( 1 ) in the area ( 6 ), where vehicle keys for data communication or identification are brought.

Die Abmessungen der Spulen, insbesondere die Übereinstimmung der Achsen, Radien und Stromstärken sowie die Parallelität der Spulen zueinander und zur Trägerplatte ist für die Wirkung als optimal anzusehen, jedoch für die grundsätzliche Wirkungsweise nicht zwingend. In technisch sinnvollen Grenzen sind Abweichungen möglich, ohne dass die beabsichtigte Wirkungsweise verloren ginge.The Dimensions of the coils, in particular the coincidence of the axes, Radii and currents as well as the parallelism the coils to each other and to the carrier plate is for to regard the effect as optimal, but for the fundamental Mode of action not mandatory. In technically reasonable limits are Deviations possible, without the intended effect being lost.

11
Erste Spule, PrimärspuleFirst Coil, primary coil
22
Metallfläche der TrägerplatteMetal surface of the support plate
33
Zweite Spule, SekundärspuleSecond Coil, secondary coil
4.14.1
Elektromagnetisches Feld von der Primärspuleelectromagnetic Field from the primary coil
4.24.2
Elektromagnetisches Feld von der Sekundärspuleelectromagnetic Field from the secondary coil
55
Mittelfläche zwischen beider SpulenMiddle area between both coils
66
Bereich der Datenkommunikation bzw. Identifikation der FahrzeugschlüsselnArea the data communication or identification of the vehicle keys
1010
Achse von beiden Spulenaxis from both coils

Claims (11)

Antenne eines RFID-Lesegeräts für induktive Datenkommunikation, insbesondere für Identifikation eines Fahrzeugschlüssels, wobei die Antenne an einer metallischen Trägerplatte angeordnet ist und eine elektromagnetische Spule (1) auf einer Seite der Metallfläche (2) der Trägerplatte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine zweite Spule (3) auf der der ersten Spule (1) entgegen gesetzten Seite der Metallfläche (2) der Trägerplatte aufweist, wobei die zweite Spule (3) gegensinnig zu der ersten Spule (1) bestromt ist.Antenna of an RFID reader for inductive data communication, in particular for identification of a vehicle key, wherein the antenna is arranged on a metallic carrier plate and an electromagnetic coil ( 1 ) on one side of the metal surface ( 2 ) of the carrier plate, characterized in that the antenna has a second coil ( 3 ) on the first coil ( 1 ) opposite side of the metal surface ( 2 ) of the carrier plate, wherein the second coil ( 3 ) in the opposite direction to the first coil ( 1 ) is energized. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (3) auf einer zumindest annähend gleichen Achse (10) wie die erste Spule (1) angeordnet ist.Antenna according to claim 1, characterized in that the second coil ( 3 ) on at least approximately the same axis ( 10 ) like the first Kitchen sink ( 1 ) is arranged. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (3) zumindest näherungsweise parallel zur ersten Spule (1) angeordnet ist.Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the second coil ( 3 ) at least approximately parallel to the first coil ( 1 ) is arranged. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (3) einen zumindest annährend gleichen Radius wie die erste Spule (1) ausweist.Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the second coil ( 3 ) at least approximately the same radius as the first coil ( 1 ). Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spulen (1, 3) zumindest näherungsweise parallel zur metallischen Trägerfläche (2) angeordnet sind.Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the two coils ( 1 . 3 ) at least approximately parallel to the metallic support surface ( 2 ) are arranged. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spule (1, 3) zumindest annähernd gleichen axialen Abstand zur metallischen Trägerfläche (2) aufweisen.Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the two coils ( 1 . 3 ) at least approximately the same axial distance to the metallic support surface ( 2 ) exhibit. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand der einzelnen Spule (1 oder 3) zur metallischen Trägerplatte (2) zumindest ungefähr
Figure 00040001
aufweist, wobei R das Radius der Spule (1, 3) ist.Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the axial distance of the individual coil ( 1 or 3 ) to the metallic carrier plate ( 2 ) at least approximately
Figure 00040001
where R is the radius of the coil ( 1 . 3 ). Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spule (1 und 3) mit zumindest annähend gleicher Stromstärke bestromt sind.Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the two coils ( 1 and 3 ) are energized with at least approximately the same current. Zündschloss, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche.Ignition lock, especially for a motor vehicle, having an antenna according to one of the preceding Claims. Tastschalter, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche.Tactile switch, in particular for a motor vehicle, with a Antenna according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug mit einer Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche.Motor vehicle with an antenna according to one of the preceding Claims.
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