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Die
Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangsvorrichtung für ein Funkerkennungssystem
auf Basis von Transponder, mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit,
wobei mit der Sendeeinheit Signale zur Anregung wenigstens eines
Transponders emittierbar sind, und mit der Empfangseinheit von dem
Transponder emittierte und/oder beeinflußte Signale auswertbar sind.
Die Erfindung betrifft ferner auch ein Funkerkennungssystem mit
einer Sende- und Empfangsvorrichtung und mit wenigstens einem passiven
Transponder, der mit der Sende- und Empfangsvorrichtung zusammenwirkt.
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Sende-
und Empfangsvorrichtungen der in Rede stehenden Art sind seit längerem bekannt
und werden in der industriellen und gewerblichen Praxis oft im Rahmen
der sogenannten Radio-Frequenz-Identifizierung (RFID) verwendet.
Häufiges Einsatzgebiet
ist beispielsweise die Überwachung von
Versorgungs- und
Lieferketten, und zwar in allen Teilschritten von der Produktion
einer Ware bis zur Auslieferung an den Endkunden. Im folgenden soll unter
einem Funkerkennungssystem nicht einengend nur ein solches System
verstanden werden, das im Bereich der Funkfrequenzen arbeitet, sondern
jedes Erkennungs- oder Identifikationssystem, das auf Grundlage
des Sendens und Empfangens/Rückkoppelns
elektromagnetischer Strahlung bzw. elektrischer oder magnetischer
Anteile dieser Strahlung funktioniert.
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Funkerkennungssysteme
der hier in Rede stehenden Art beruhen grundsätzlich auf der folgenden Funktionsweise:
Die Sende- und Empfangsvorrichtung emittiert elektromagnetische
Strahlung, wobei diese elektromagnetische Strahlung häufig eine konstante
Frequenz aufweist. Die elektromagnetische Strahlung wird dabei von
einer Sendespule emittiert, die häufig Bestandteil eines Schwingkreises ist,
der auf die Frequenz der zu emittierenden elektromagnetischen Strahlung
abgestimmt ist. Die emittierte elektromagnetische Strahlung transportiert
eine bestimmte Energie durch den Raum, die von einem Transponder
teilweise empfangen wird. Im Falle eines passiven Transponders wird
diese Energie gesammelt und beispielsweise in dem elektrischen Feld eines
Kondensators gespeichert, wobei der Kondensator dann eine zu dem
Transponder gehörende elektronische
Schaltung mit Energie versorgt. Im Gegensatz dazu verfügen aktive
Transponder über
eine separate Energieversorgung, die den Energiebedarf des Transponders – zumindest
teilweise – deckt.
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Im
Falle eines passiven Transponders dienen die von der Sende- und
Empfangsvorrichtung bzw. die von der Sendeeinheit emittierten Signale
einerseits der Energieversorgung des Transponders und andererseits
als Aufforderungssignal an den Transponder, ein Identifikationssignal
an die Sende- und Empfangsvorrichtung zurückzusenden. Im Falle eines
aktiven Transponders dienen die emittierten Signale folglich im
wesentlichen nur als Aufforderung an den Transponder, ein Identifikationssignal
an die Sende- und Empfangsvorrichtung zurückzusenden.
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Als
Antenne verfügt
der Transponder im Regelfall über
eine Antennenspule, die in Verbindung mit einer Kapazität einen
Resonanzkreis für
die Frequenz bildet, mit der die Signale in Form elektromagnetischer
Strahlung von der Sendeeinheit der Sende- und Empfangsvorrichtung
emittiert werden. Die Sendespule der Sendeeinheit und die Antennenspule des
Transponders sind folglich induktiv gekoppelt, wobei die Gegeninduktivitäten, über die
die beiden Spulen miteinander gekoppelt sind, wechselseitig gleich
sind. Das bedeutet, daß die
in dem Transponder induzierte elektrische Schwingung infolge der Gegeninduktion
auch auf die Sende- und Empfangsvorrichtung des Funkerkennungssystems
zurückwirkt.
Eine darüber
hinausgehende Informationsübertragung – nämlich die Übertragung
eines Identifikationssignals – von
dem Transponder zu der Sende- und Empfangseinheit erfolgt auf dem
Transponder häufig
durch Lastmodulation, bei der der Resonanzkreis durch Zu- und Abschalten
eines Lastwiderstandes be- und entlastet wird. Die so hervorgerufene Amplitudenmodulation
ist nicht nur auf dem Transponder, sondern aufgrund der Gegeninduktion
auch in der Sende- und Empfangsvorrichtung erkennbar, wobei aus
dem Stand der Technik bekannt ist, daß die Sendespule der Sendeeinheit
gleichzeitig auch als Empfangsspule der Empfangseinheit dient.
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Die
gleichzeitige Nutzung einer einzigen Spule sowohl als Sendespule
als auch als Empfangsspule hat zwar den Vorteil eines geringen gerätetechnischen
Aufwandes, jedoch beinhaltet diese Lösung den Nachteil, daß das Sen designal
der Sende- und Empfangsvorrichtung von dem Empfangssignal grundsätzlich nicht
trennbar ist, das Empfangssignal ist dem Sendesignal stets überlagert
und muß durch Demodulation
zur weiteren Verarbeitung von ihm getrennt werden. Durch die transponderseitige
Lastmodulation wird das Identifikationssignal mit dem von der Sendeeinheit
emittierten Sendesignal gemischt (Amplitudenmodulation), so daß das Identifikationssignal
insbesondere in den durch die Mischung entstehenden Seitenbändern des
gemischten Signals enthalten ist. Insgesamt ist der Modulationsgrad,
also das Verhältnis
der Amplitude des Modulationssignals zur Amplitude des Signals der
Trägerfrequenz
in der kombinierten Sende- und Empfangsspule, – insbesondere bei Verwendung
passiver Transponder – bei derartigen
Anwendungen sehr klein.
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Soll
der Funktionsabstand zwischen Sende- und Empfangsvorrichtung und
Transponder – also die
Reichweite des Funkerkennungssystems – erhöht werden, so muß zwangsläufig die
Sendeleistung der Sendeeinheit erhöht werden, damit der Transponder
ausreichend mit Energie versorgt werden kann. Die Erhöhung der
Sendeleistung bringt es jedoch mit sich, daß das in der Sende- und Empfangsvorrichtung
empfangene Identifikationssignal verhältnismäßig schwächer ausgeprägt ist,
da der Effekt der Rückkopplung
des Identifikationssignals in die Sende- und Empfangsspule etwa
gleich bleibt, das Sendesignal der Sendeeinheit jedoch zur Erzielung
einer höheren
Reichweite eine höhere
Amplitude aufweist; der Modulationsgrad des empfangenen Signals
sinkt also mit zunehmender Reichweite.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile bei
bekannten Sende- und Empfangsvorrichtungen für Funkerkennungssysteme – zumindest
teilweise – zu
vermeiden, insbesondere die Reichweite derartiger Funkerkennungssysteme
zu vergrößern, ohne
transponderseitige Veränderungen
vorzunehmen.
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Die
aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst und im wesentlichen bei
der in Rede stehenden Sende- und Empfangsvorrichtung dadurch gelöst, daß die Sendeeinheit
eine Sendespule umfaßt
und die Empfangseinheit eine – eigene,
von der Sendespule getrennte – Empfangsspule
umfaßt, und
die Sendespule und die Empfangsspule – zumindest im wesentlichen – voneinander
entkoppelt sind. Unter einer Entkopplung ist vorliegend ganz allgemein
die Veränderung
des Übersprechens
der von der Sendeeinheit bzw. der Sendespule emittierten Signale
auf die Empfangsspule der Empfangseinheit zu verstehen. Grundsätzlich umfaßt dies
eine galvanische, aber auch eine elektromagnetische Kopplung, wobei
die elektromagnetische Kopplung ganz allgemein auch eine lediglich
nur induktive oder auch nur kapazitive Kopplung umfaßt.
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Die
Entkopplung von Sendespule und Empfangsspule ermöglicht eine Erhöhung der
Sendeleistung – jedenfalls
im Rahmen der gesetzlich zulässigen
Werte – und
damit eine Reichweitenerhöhung des
Funkerkennungssystems, ohne daß gleichzeitig die
Auswertbarkeit der von dem Transponder emittierten Signale verschlechtert
wird, da die von der Sendeeinheit emittierten Signale und die von
der Empfangseinheit empfangenen Signale erfindungsgemäß getrennt
voneinander vorliegen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sende-
und Empfangsvorrichtung ist es in der Praxis ohne weiteres möglich, die
Distanz eines herkömmlichen
Funkerkennungssystems, das elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz
von 125 kHz emittiert, zu verdoppeln, was es gestattet, die bereits
verwendeten Transponder für
Anwendungsfälle
zu verwenden, die zuvor ausgeschlossen waren.
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Durch
die erfindungsgemäße, lediglich
die Sende- und Empfangsvorrichtung betreffende Maßnahme können bereits
verwendete Transponder ohne weiteres auch für größere Funktionsabstände eingesetzt
werden, was enorme ökonomische
Vorteile mit sich bringt, da Aufwendungen für diesbezügliche Neuanschaffungen und
Umrüstungen
entfallen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Entkopplung
von Sendespule und Empfangsspule durch besondere räumliche
Anordnung der Sendespule und der Empfangsspule zueinander erzielt.
Bekanntlich hängt
die elektromagnetische – als
auch die nur induktive und die nur kapazitive – Kopplung zweier Objekte ab
von der Geometrie dieser Objekte und ihrer Anordnung zueinander,
wie auch von den Materialeigenschaften des Raumes, in dem die Objekte
angeordnet sind (zum Beispiel Materialeigenschaften, die durch die
Dielektrizitätszahl εr und
die Permeabilitätszahl μr beschrieben
werden). Der Vorteil der Entkopplung durch lediglich eine besondere
räumliche
Anordnung der Sendespule und der Empfangsspule zueinander besteht
darin, daß in der
Sende- und Empfangsvorrichtung keine weiteren konstruktiven Maßnahmen
erforderlich sind, wie beispielsweise das Einbringen von bestimmten
abschirmenden – also
eine elektromagnetische oder nur elektrische oder nur magnetische
Kopplung verhindernden – Materialien.
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In
einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind
die Sendespule und die Empfangsspule flachförmig ausgebildet und im wesentlichen
parallel zueinander angeordnet, und zwar so, daß die Sendespule und die Empfangsspule
sich derart gegenseitig überdecken
bzw. derart gegeneinander verschoben sind, daß die Gegeninduktivitäten zwischen
der Sendespule und der Empfangsspule klein sind.
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Mit
einer kleinen Gegeninduktivität
ist gemeint, daß das
induktiv in die Empfangsspule eingekoppelte Sendesignal der Sendespule
klein ist gegenüber
dem Sendesignal des Transponders, das von der Empfangsspule empfangen
wird. Besonders vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die Gegeninduktivitäten zwischen
der Sendespule und der Empfangspule klein sind gegenüber den
Gegeninduktivitäten
zwischen der Sendespule und dem Transponder einerseits und/oder
der Empfangsspule und dem Transponder andererseits; auch in diesen
Fällen
sind die Sendespule und die Empfangsspule – zumindest im wesentlichen – voneinander
entkoppelt. Ganz besonders vorteilhaft ist es natürlich, wenn
die Gegeninduktivitäten
zwischen der Sendespule und der Empfangsspule komplett eliminiert
werden.
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Wenn
davon die Rede ist, daß die
flachförmig
ausgebildete Sendespule und die flachförmig ausgebildete Empfangsspule
im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, dann ist damit
die Vorstellung verbunden, daß die
Sendespule und die Empfangsspule jeweils – im wesentlichen – in einer Ebene
liegen und diese beiden Ebenen im wesentlichen parallel zueinander
ausgerichtet sind. Die im wesentlichen parallele Anordnung zweier
flachförmig ausgebildeter
Spulen ist deshalb vorteilhaft, weil dadurch eine gewisse Richtcharakteristik
erreicht wird, insbesondere nämlich
aus jener Raumrichtung von der Empfangsspule Signale gut erfaßbar sind,
in die die Sendespule zuvor elektromagnetische Wellen emittiert
hat.
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Eine
Entkopplung von Sendespule und Empfangsspule könnte beispielsweise auch erreicht
werden, indem diese orthogonal zueinander ausgerichtet werden, jedoch
stünden
dann auch Sende- und Empfangsrichtung der Sende- und Empfangsvorrichtung senkrecht
aufeinander, was für
Funkerkennungssysteme im Regelfall wenig praktikabel ist.
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Durch
die teilweise Überdeckung
der Sendespule und der Empfangsspule – gesehen in Sende- und Empfangsrichtung
beider Spulen, also im wesentlichen senkrecht zu den Ebenen, in
denen sie liegen – tritt
ein Teil des von der Sendespule erzeugten magnetischen Flusses in
der einen Richtung durch die Empfangsspule und ein anderer Teil
des von der Sendespule erzeugten magnetischen Flusses genau in der
entgegengesetzten Richtung durch die Empfangsspule, so daß sich die
Flüsse
hinsichtlich der Induktionswirkung in der Empfangsspule gegeneinander
schwächen.
Sind die beiden Flüsse
genau gleichgroß,
sind die wechselseitigen Gegeninduktivitäten zwischen der Sendespule
und der Empfangsspule gleich Null; dadurch ist die erfindungsgemäße Entkopplung
erreicht.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung
sind die Sendespule und die Empfangsspule zur – zumindest teilweisen – Vermeidung
einer kapazitiven Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule
symmetrisch ausgestaltet. Insbesondere sind die an sich symmetrische
Sendespule und die an sich symmetrische Empfangsspule auch so zueinander
angeordnet, daß die
Anordnung beider Spulen eine Symmetrie aufweist.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann eine kapazitive Abschirmung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule
angeordnet sein, wobei diese Abschirmung insbesondere leitend ist
und eine Fingerstruktur aufweist, die für Magnetfelder durchlässig ist, so
daß die
für die
Funktionsfähigkeit
des Funkerkennungssystems notwendige Emittierung von Magnetfeldern
zur Realisierung der induktiven Kopplung über Luft nicht beeinträchtigt ist.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsspule Bestandteil
eines Empfangsschwingkreises ist und der Empfangsschwingkreis insbesondere abgeglichen
ist auf die Frequenz des zu empfangenden Signals, also auf die Frequenz
des von dem Transponder emittierten Signals. Für den Fall, daß der Transponder
das von der Sendeein heit der Sende- und Empfangsvorrichtung emittierte
Signal moduliert – beispielsweise
durch Lastmodulation, eine Art der Amplitudenmodulation – und das
durch Modulation entstandene Mischsignal neben dem Basisband auch
Anteile in Seitenbändern
aufweist, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Empfangsschwingkreis
auf wenigstens ein Seitenband des durch den Transponder erzeugten
Mischsignals abgestimmt ist, so daß die Signale mit der Frequenz
des Seitenbandes – und
damit die informationstragenden Signale – besonders gut extrahiert
werden können.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind/ist
die Sendespule und/oder die Empfangsspule innerhalb einer Multilayer-Leiterplatte
realisiert. Dies ist in dem Fall, daß beide Spulen gleichzeitig
in derselben Multilayer-Leiterplatte realisiert sind, deshalb vorteilhaft,
weil die Sendespule und die Empfangsspule schon bei der Herstellung hochpräzise gegeneinander
ausrichtbar sind und damit eine nahezu vollständige Entkopplung von Sendespule
und Empfangsspule gewährleistet
werden kann. Es entfällt
ferner die Notwendigkeit, die Sendespule und/oder die Empfangsspule
in irgendeiner Form einstellbar vorzusehen, da eine nachträgliche Verschlechterung
der Entkopplung – und
eine bei Produktion der Leiterplatten erzielte vollständige Entkopplung
vorausgesetzt – nicht
mehr möglich
ist. Ebenso bietet es sich aus den gleichen Gründen an, die zuvor beschriebene
kapazitive Abschirmung innerhalb der Multilayer-Leiterplatte zu
realisieren.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Sende- und Empfangsvorrichtung
ist die Sendespule und/oder die Empfangsspule zu der dem Überwachungsbereich
abgewandten Seite elektromagnetisch abgeschirmt, beispielsweise
durch eine Ferritplatte. Dadurch wird die Richtcharakteristik der Anordnung
auf eine Raumrichtung begrenzt, wobei es sich anbietet, die schaltungstechnischen
Bestandteile der Sende- und Empfangsvorrichtung in dem abgeschirmten
Bereich anzuordnen, um eine ausreichende elektromagnetische Verträglichkeit
zu gewährleisten.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein komplettes Funkerkennungssystem,
mit einer Sende- und Empfangsvorrichtung, wie sie voranstehend beschrieben
worden ist, wobei das Funkerkennungssystem funktionsnotwendig einen Transponder
umfaßt,
der mit der Sende- und Empfangsvorrichtung zusammenwirkt.
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Im
einzelnen gibt es noch eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Sende-
und Empfangsvorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu
wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten
Patentansprüche, andererseits
auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 ein
aus dem Stand der Technik bekanntes Funkerkennungssystem mit einer
Sende- und Empfangsvorrichtung und mit einem Transponder,
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sende-
und Empfangsvorrichtung mit separaten und entkoppelten Sende- und
Empfangsspulen,
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3 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sende-
und Empfangsvorrichtung mit entkoppelter Sendespule und Empfangsspule aufgrund
besonderer räumlicher
Anordnung,
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4 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sende-
und Empfangsvorrichtung mit symmetrisch geformter Sendespule und
Empfangsspule,
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5 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sende-
und Empfangsvorrichtung mit D-förmig
ausgestalteter Sendespule und Empfangsspule,
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6 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sende-
und Empfangsvorrichtung mit einer lemniskartenförmigen Empfangsspule,
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7 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sende-
und Empfangsvorrichtung mit zwei benachbarten, antiseriellen Empfangsspulteilen,
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8 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sende-
und Empfangsvorrichtung mit als Differentialtransformator ausgestalteten
Sendespule und Empfangsspule und
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9 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sende-
und Empfangsvorrichtung mit einem zum Feinabgleich schwenkbaren
Abgleichelement.
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Das
in der 1 dargestellte und aus dem Stand der Technik bekannte
Funkerkennungssystem weist eine Sende- und Empfangsvorrichtung 1 und einen
Transponder 2 auf, wobei zu der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 eine
Sendeeinheit 3 und eine Empfangseinheit 4 gehören. Dabei
sind mit der Sendeeinheit 3 grundsätzlich Signale emittierbar,
die zur Anregung des Transponders 2 dienen. Auf eine Anregung
hin emittiert der Transponder 2 Signale, genauer Identifikationssignale,
die ganz allgemein von der Empfangseinheit 4 empfangbar
und auswertbar sind.
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Das
Emittieren der Signale durch die Sendeeinheit 3 geschieht
durch eine Sendespule 5, die Bestandteil eines Schwingkreises
ist, der vorliegend mit einer konstanten Frequenz schwingt; damit
werden über
die Sendespule 5 auch elektromagnetische Wellen gleichbleibender
Frequenz emittiert.
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Zur
Erläuterung
der Erfindung ist die genaue technische Ausgestaltung des Transponders 2 unerheblich.
Der in 1 dargestellte Transponder 2 weist eine
Empfangsspule 6 auf, über
die die von der Sendeeinheit 3 emittierten Signale empfangen
werden können.
Bei dem in 1 dargestellten Transponder 2 bildet
die Empfangsspule 6 ebenfalls den Teil eines Schwingkreises.
Die Empfangsspule 6 lädt in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mittels der Energie der empfangenen elektromagnetischen Strahlung
einen Kondensator auf, und der Schwingkreis des Transponders 2 beginnt
zu schwingen.
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Die
von dem Transponder 2 auszusendenden Identifikationssignale
werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
durch Lastmodulation erzeugt. Dabei wird der Schwingkreis des Transponders 2 durch
eine zu- und abschaltbare Last beeinfluß, so daß die Schwingung des Schwingkreises
des Transpon ders 2 mehr oder weniger gedämpft ist.
Die von der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 bzw. von der
Sendeeinheit 3 emittierten Signale werden im Transponder 2 einer
Amplitudenmodulation unterzogen, im nachrichtentechnischen Sinne
also mit den Identifikationssignalen gemischt. Da die Sendespule 5 der
Sendeeinheit 3 mit der Empfangsspule 6 des Transponders 2 – induktiv – gekoppelt
ist, wirken die Schwingungen des Schwingkreises des Transponders 2 auf
die Sendespule 5 der Sendeeinheit 3 zurück, so daß die Identifikationssignale
auch in der Sendespule 5 der Sendeeinheit 3 erkennbar
sind. Die Sendespule 5 wird also gleichzeitig auch als
Empfangsspule 7 verwendet.
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Im
Ausführungsbeispiel
der bekannten Sende- und Empfangsvorrichtung 1 nach 1 ist
der Modulationsgrad, also das Verhältnis der Amplitude des Modulationssignals
zur Amplitude des Signals der Trägerfrequenz
in der kombinierten Sende- und Empfangsspule 5, 6 extrem
klein. Wenn die Reichweite des Funkerkennungssystems erhöht werden soll
und dazu die Sendeleistung der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 erhöht wird,
wird automatisch die Amplitude des Signals der Trägerfrequenz – also die
Amplitude der Schwingung in dem Schwingkreis, zu dem die Sendespule 5 gehört – erhöht, so daß der Modulationsgrad
des auszuwertenden Signals vermindert wird, wodurch die Auswertbarkeit
des Identifikationssignals verschlechtert wird.
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Die 2 bis 4 zeigen
Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung,
die sich gemeinsam dadurch auszeichnen, daß die Sendeeinheit 3 eine
Sendespule 5 umfaßt
und die Empfangseinheit 4 – eine von der Sendespule 5 separate – Empfangsspule 7 umfaßt, wobei
die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 – zumindest
im wesentlichen – voneinander
entkoppelt sind. Mit Entkopplung ist vor allem eine elektromagnetische
Entkopplung zwischen der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 gemeint,
wobei besondere Bedeutung dem magnetischen Feldanteil in der elektromagnetischen
Welle zukommt, da über
die induktive Kopplung der Spulen der größte Energieanteil wechselseitig
von den Spulen ein- und gegengekoppelt werden kann.
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Die
in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele
haben gemeinsam, daß die Entkopplung
der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 durch
eine besondere räumliche
Anordnung der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 zueinander
erzielt wird. Das bedeutet, daß zur
Entkopplung keine weiteren konstruktiven Maßnahmen erforderlich sind,
wie beispielsweise das Einbringen von abschirmenden Materialien
in den Raum, in dem die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 angeordnet sind.
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In
den Ausführungsbeispielen
in den 3 und 4 ist die Sendespule 5 und
die Empfangsspule 7 flachförmig ausgebildet, und die Sendespule 5 und
die Empfangsspule 7 sind im wesentlichen parallel zueinander
angeordnet, und zwar so, daß sich die
Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 derart gegenseitig überdecken
bzw. derart gegeneinander verschoben sind, daß die Gegeninduktivitäten zwischen
der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 klein
sind. "Klein" bedeutet in diesem
Fall, daß die Sendespule 5 in
die Empfangsspule 7 nur in einem so geringen Umfang einkoppelt,
daß das
von dem – in
den 2 bis 4 nicht dargestellten – Transponder
emittierte und von der Empfangsspule 7 empfangene Signal
gut auswertbar ist durch die Empfangseinheit 4. In den 3 und 4 sind
die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 sogar
so gegeneinander ausgerichtet, daß eine – insbesondere induktive – Kopplung
zwischen der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 vollständig vermieden
wird, das heißt
also nur noch eine – insbesondere
induktive – Kopplung
zwischen der Sendespule 5 und dem Transponder bzw. dem
Transponder und der Empfangsspule 7 besteht. In diesem
Fall kann also die Sendeleistung der Sendespule 5 und damit
die Reichweite der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 ohne
weiteres erhöht
werden, ohne daß dies
gleichzeitig mit dem Nachteil verbunden ist, daß der Modulationsgrad und damit
die Auswertbarkeit des auszuwertenden Signals vermindert wird.
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In
den Ausführungsbeispielen
gemäß den 3 und 4 sind
die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 symmetrisch
ausgestaltet zur – zumindest
teilweisen – Vermeidung
einer kapazitiven Kopplung zwischen der Sendespule 5 und
der Empfangsspule 7. Insbesondere weist auch die Anordnung
der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 zueinander
eine Symmetrie auf, so daß kapazitive
Einflüsse
reduziert werden und sei es nur, indem sich kapazitive Einflüsse symmetrisch
auf beide dargestellten Anschlüsse
sowohl der Sendeeinheit 3 als auch der Empfangseinheit 4 auswirken.
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Bei
anderen – hier
nicht dargestellten – Ausführungsbeispielen
wird eine kapazitive Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule dadurch
vermieden, daß eine
leitende Abschirmung mit Fingerstruktur zwischen der Sendespule
und der Empfangsspule angeordnet ist, wobei die Fingerstruktur zwar
ein für
den kapazitiven Energieaustausch verantwortliches elektrisches Feld
abfängt,
für Magnetfelder
jedoch durchlässig
ist.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
gemäß den 3 und 4 ist
die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 sowie
eine kapazitive Abschirmung zwischen der Sendespule 5 und
der Empfangsspule 7 innerhalb einer einzigen Multilayer-Leiterplatte realisiert.
Dies hat den Vorteil, daß die
Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 sowie die – nicht
dargestellte – kapazitive
Abschirmung in der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 sich
nicht mehr gegeneinander verschieben können, also eine gleichbleibend
gute Entkopplung gewährleistet
ist und eine hochpräzise Entkopplung
auch durch den Herstellungsprozeß von Multilayer-Leiterplatten
gegeben ist.
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Die
Ausführungsbeispiele
in den 5 bis 9 zeigen weitere Möglichkeiten,
wie die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 angeordnet
werden können,
so daß eine
wirksame Entkopplung zwischen der Sendespule 5 einerseits
und der Empfangsspule 7 andererseits erzielt werden kann.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 5 offenbart
eine im wesentlichen D-förmige
Empfangsspule 7 und eine spiegelbildlich D-förmige Sendespule 5,
wobei sich die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 wiederum
so weit überdecken,
daß ihre
Gegeninduktivität
möglichst
gering – im
Idealfall gleich Null – ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergänzen sich
die jeweils D-förmig
ausgestalteten Spulen 5, 7 im zusammengefügten, entkoppelten
Zustand mit ihrer Außenkontur
zu einem Kreis, was besondere Vorteile bei der gegenseitigen Ausrichtung der
Sendespule 5 und der Sendespule 7 mit sich bringt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
in 6 sind die Sendespule 5 und die Empfangsspule 7 wiederum – wie auch
in den vorherigen Ausführungsbeispielen – jeweils
flachförmig
ausgebildet und im wesentlichen in einer Ebene angeordnet, wobei
die Sendespule 5 die Empfangsspule 7 umgibt bzw.
umrandet. Im Zentralpunkt 8 der lemniskartenförmigen Empfangsspule 7 kreuzen
sich die dargestellten Leiterbahnen der Empfangsspule 7 – ohne elektrischen Kontakt
miteinander zu haben, – so
daß die
beiden Schlaufen der lemniskartenförmigen Empfangsspule 7 zueinander
eine gegensinnige Durchlaufungsrichtung haben. In diesem Fall wird
die Entkopplung zwischen der Sendespule 5 und der Empfangsspule 7 nicht
dadurch erzielt, daß sich
die beiden Spulen 5, 7 nur zu einem gewissen Grad überdecken,
sondern vielmehr dadurch, daß ein
von der Sendespule 5 erzeugter und die Empfangsspule 7 in
einheitlicher Richtung durchsetzender magnetischer Fluß aufgrund
der unterschiedlich orientierten Schlaufen der Empfangsspule 7 eine
insgesamt kompensierte – und
damit keine – Induktionswirkung
auf die Empfangsspule 7 hat.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
in 7 wird die Entkopplung von der Sendespule 5 und
der Empfangsspule 7 nach einem ähnlichen Prinzip erzielt wie in
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 6,
wobei hier jedoch die Entkopplung der Sendespule 5 und der
Empfangsspule 7 dadurch erzielt wird, daß die Empfangsspule 7 aus
einer ersten Empfangsspule 7a und einer zweiten Empfangsspule 7b besteht,
wobei die erste Empfangsspule 7a und die zweite Empfangsspule 7b antiseriell
geschaltet sind und damit praktisch einen umgekehrten Wickelsinn
aufweisen.
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Die
in den 6 und 7 dargestellten winkligen Spulenverläufe sind
nur beispielhaft zu verstehen. Genauso gut können die Spulen insgesamt eher
geschwungene bzw. bogenförmige
Verläufe aufweisen,
wodurch sich am Prinzip der Entkopplung der Sendespule 5 und
der Empfangsspule 7 bzw. der Sendespule 5 und
der ersten Empfangsspule 7a und der zweiten Empfangsspule 7b nichts ändert.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 8 wird
als Empfangsspule 7 ebenfalls eine erste Empfangsspule 7a und
eine zweite Empfangsspule 7b verwendet, die antiseriell
miteinander verbunden sind, wobei die Spulen 5, 7a, 7b hier
jedoch nicht flachförmig
im Sinne der vorangehenden Ausführungsbeispiele
ausgebildet sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sendespule 5 und
die erste Empfangsspule 7a und die zweite Empfangsspule 7b auf
einem Ferrit-Stab 9 angeordnet und bilden zusammen insgesamt
von ihrer Anordnung zueinander einen Differentialtransformator.
Ein dahingehender Ab gleich der Anordnung, daß die Sendespule 5 und
die Empfangsspule 7 – bestehend
aus der ersten Empfangsspule 7a und der zweiten Empfangsspule 7b – voneinander
entkoppelt sind, läßt sich
besonders vorteilhaft durch das Verschieben der Sendespule 5 auf
dem Ferrit-Stab 9 erzielen. Alternativ – und ebenfalls in 8 dargestellt – kann die
Entkopplung der Sendespule 5 und der Empfangsspulen 7a, 7b auch
durch einen Abgleichwiderstand 10 erzielt werden, durch
dessen Abgleich entweder der Widerstand der ersten Empfangsspule 7a oder
der zweiten Empfangsspule 7b beeinflußt wird, wobei in 8 dargestellt
ist, daß der
Abgleichwiderstand 10 den Widerstand der zweiten Empfangsspule 7b beeinflußt.
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In 9 ist
dargestellt, wie besonders vorteilhaft ein Feinabgleich realisiert
werden kann, um die Sendespule 5 von der Sendespule 7 möglichst weitgehend
zu entkoppeln. Dazu wird ein Abgleichelement 11 – beispielsweise
aus Kupfer oder Ferrit – vorgesehen,
daß in
dem Einflußbereich
der Sendespule 5 und/oder der Empfangsspule 7 verschwenkt
werden kann und dadurch den die Spulen 5, 7 durchdringenden
magnetischen Fluß beeinflußt. Das
Abgleichelement 11 kann beispielsweise nur während des
Fertigungsprozesses der Sende- und Empfangsvorrichtung beeinflußbar sein
und kann bei zufriedenstellendem Feinabgleich dauerhaft fixiert werden,
beispielsweise durch Vergießen
von Sendespule 5, Empfangsspule 7 und Abgleichelement 11.
Ebenso kann das Abgleichelement 11 jedoch dauerhaft einstellbar
in der Sende- und Empfangsvorrichtung vorgesehen werden, so daß die Sende- und
Empfangsvorrichtung dauerhaft feinabgleichbar bleibt.