DE102008056927A1

DE102008056927A1 - Drahtlose Energie und Datenübertragung

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Publication number: DE102008056927A1
Application number: DE102008056927A
Authority: DE
Inventors: Xenia Bruehn; Alfred Bruehn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2009-06-04
Also published as: DE102008056930A1; DE102008056929A1; DE102008056928A1; DE102008056926A1

Abstract

Verfahren zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen mindestens zwei Stationen, in Systemen, in denen Funkpartner mittels elektromagnetischer Felder Daten und/oder Energie austauschen, übermitteln und/oder empfangen,
dadurch gekennzeichnet, dass
– mindestens eine Sendestation vorliegt, die
– mindestens eine, Sendeschaltung aufweist, die zur Erzeugung von Energietragenden und/oder Datentragenden Trägersignalen geeignet ist, und/oder
– mittels mindestens einer Kopplungsanordnung, die mit beliebig schmal oder breit ausgelegter Bandbreite den Aufbau bzw. die Erzeugung und Abstrahlung von elektromagnetischen Feldern möglich macht, und
– in Verbindung
– vorzugsweise mit der Sendestation, oder
– in Verbindung mit einer anderen Quelle eines elektromagnetischen Trägersignals, bzw. einer beliebig anders konstruierten Sendestationen,
mindestens eine Empfangsstation vorliegt, die
– mindestens eine Empfangsschaltung aufweist, die durch
– eine Kopplungsanordnung mit beliebig schmal oder breit ausgelegter Bandbreite an das am Empfangsort vorliegende elektromagnetische Feld bzw. Trägersignal gekoppelt ist, und so ein Energie und/oder Daten...

Description

Es wird die Priorität der DE 10 2007 055 176.4 in Anspruch genommen.
Die Erfindung bezieht sich unter einem Aspekt auf Verfahren und Anordnungen zur drahtlosen Energieübertragung. Unter einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf Anwendungen zur drahtlosen Datenübertragung und Datenerfassung, zur Steuerung und zur drahtlosen Überwachung von Geräten.
In diesem Zusammenhang bezieht sich die Erfindung unter einem Teilaspekt auf allgemeine Hochfrequenzanwendungen, sowohl bei Empfangs- als auch bei Sendetechniken.
Die zu lösende Aufgabe war, Methoden anzugeben, mit denen es möglich ist, drahtlos und möglichst mit (nicht ausschließlich) passive Transponderkonzepte, sensorische und aktuatorische Zustände und mit Schalt- und/oder Analogfunktionen verbundene Funktionen, über Distanzen bis zu einigen Meter, auch in problematischem Umfeld (Metall, Wasser) und auch zwischen verschiedenen Stationen zu erfassen, auszuwerten und weiter zu vermitteln.
Gelöst wurde diese Aufgabe primär durch ein Verfahren zur induktiven Energie- und Datenübertragung bei dem unter Nutzung eines Resonatorkonzepts sowohl auf der Senderseite (z. B. einer Lesestation) als auch auf der Empfängerseite (z. B. einem Transponder) vermittels weitgehend frei zusammenstellbarer Resonatoren, unterschiedliche und in gewissem Sinne unabhängig von einander arbeitende Arbeitsfrequenzen aktivieren können.
Damit kann u. a. die Energieübertragung verbessert werden, Daten können auf parallel arbeitenden Trägerfrequenzbereichen gesendet und auf mehreren Übertragungswegen und -kanälen vermittelt werden.
Damit kann u. a. die Datenübertragung auch im problematischen Umfeld z. T. erst überhaupt möglich, auf jeden Fall aber verbessert werden.
Damit lassen sich unter anderem in komplexeren Systemen mittels der später so bezeichneten „Überlagerungstransponder" passive Informationsrelais realisieren, die z. B Informationen zwischen verschiedenen Stationen weiterreichen können.
Dazu werden Energie speichernde, auf definierten Resonanzfrequenzen abgestimmte Resonatoren, vorzugsweise aus LC-Resonanzkreisen, verwendet, die z. B. als mehrfach zusammensteckbare Komponenten oder mehrfach zusammenzuklebende Folien bereitgestellt werden. Dadurch ergeben sich variabel gestaltbare Sende- und Empfangsanordnungen, die einfach herstellbar und einfach nutzbar sind.
Die wichtigsten, vorteilhaften Ausgestaltungen werden im Folgenden – auch in den Unteransprüchen – ausgeführt.
Da sich die Anwendungen sowohl auf eine Energieübertragung, als auch auf eine Datenübertragung beziehen, werden im Folgenden die Begriffe sendeseitig bzw. senderseitig und primärseitig, sowie empfangsseitig bzw. empfängerseitig und sekundärseitig synonym gebraucht, auch wenn im jeweiligen Zusammenhang mit der Verwendung der Begriffe oftmals eher an eine Energieübertragung (primärseitig, sekundärseitig) mit einem Trafo oder Übertrager bzw. an eine Datenübertragung (sendeseitig, empfangsseitig) durch Systeme mit einer Antenne gedacht wird. Das führt im jeweiligen Kontext aber nicht zu Verständnisproblemen.
Auf dem vorgefundenen Stand der Technik sind allen Konstruktionen gemeinsam Antennenanordnungen, die bezüglich der Arbeitsfrequenz direkt und möglichst exakt „auf Resonanz" justiert sind und das sowohl auf der Senderseite, als auch auf der Empfängerseite.
Derartige Antennenanordnungen können dabei z. B. eher induktiv – i. a. also (aber nicht ausschließlich) eine Antennenspule – zur Aussendung bzw. zur Erfassung der magnetischen Komponente eines zu übertragenden elektromagnetischen Feldes ausgelegt sein, wobei die Resonanzeinstellung bei einer solchermaßen induktiven Antenne durch eine geeignete Kapazität erfolgt, die einen festen Wert haben kann oder, z. B. für Abstimmungszwecke, variabel gehalten ist (z. B. eine Kapazitätsdiode).
Bis zu einer definierten (allerdings i. a. relativ geringen) Distanz kann mit solchen induktiven Antennenanordnungen neben der Signalübertragung auch genügend Energie für die Versorgung passiver Transponder sichergestellt werden.
Auch eher kapazitiv arbeitende Antennenanordnungen, die mittels einer zusätzlichen induktiven Komponente auf die jeweilige Resonanz abgestimmt werden, sind bekannt. Diese sind aber i. a. nicht zur Übertragung von genügend Energie an passive Transponder zur Versorgung vorgesehent.
Antennen-Resonanzschwingkreise werden auf dem Stand der Technik meist entweder als Parallelresonanz oder als Serienresonanz ausgelegt und werden auf die jeweilige Arbeitsfrequenz abgestimmt.
Eine Sendeanordnung muss dabei i. a. immer als aktive Station ausgelegt werden, da diese ohnehin mit einer entsprechenden Energiequelle (z. B. einer Batterie) ausgestattet sein muss, weil die zur Erzeugung der Felder benötigte Energie notwendigerweise aufgebracht werden muss.
Empfängeranordnungen können an sich ebenfalls aktiv ausgelegt werden, also mit einer eigenen Energieversorgung ausgestattet sein; sie können aber auch passiv arbeitende Konstruktionen darstellen, d. h. ohne dass sie eine eigene Energieversorgung haben.
Passive Anordnungen sind z. B. von den RFID-Systemen (RFID-Transponder, RFID-Tags) her bekannt. Die in diesem Zusammenhang bekannten Transponder werden dementsprechend eingeteilt in „aktiv", „passiv" oder „semipassiv", je nach dem, ob die zur Funktion des Transponders bzw. zur Antwortgenerierung und -übertragung benötigte Energie aus einer im Transponder vorhandenen Batterie (also aktiv) bezogen wird, oder ob keine eigene Batterie im Transponder vorliegt.
Passive RFID-Tags (Transponder), die aus dem empfangenen HF-Lesesignal die Energie für den Betrieb, wie auch für eine Antwort ziehen können, sind bekannt. Allerdings sind die in Anwendungen mit passiven Transponder mit akzeptablen Aufwand erreichbaren Funktionsdistanzen, abhängig von der jeweils eingesetzten (und gesetzlich nur eingeschränkt nach oben hin auslegbaren) Sendeenergie des Lesers, relativ klein.
Zwischen den solchermaßen passiven und den aktiven Konstruktionen existiert eine breite Palette unterschiedlicher Anordnungen, jede mit eigenen Vorzügen und eigenen Nachteilen. Z. B. werden semipassive Anordnungen angeboten, die zwar eine Batterie zur Erhaltung der Information in einem Speicher haben, die aber die Energie für die „Normalfunktionen" (Lesen, Antworten) aus dem elektromagnetischen Lesefeld beziehen.
Unabhängig vom tatsächlichen Aufbau gilt aber auch hier, dass alle derartigen Konstruktionen, und zwar sowohl auf der Senderseite als auch auf der Empfängerseite, Antennenanordnungen aufweisen, die sich prinzipiell in Resonanz mit der Arbeitsfrequenz befinden oder auf diese abgestimmt werden können.
Da es i. a. relativ schwierig ist, die beiden Antennenkreise auf beiden Seiten ohne zusätzliche, der Abstimmung dienende Regelungsmaßnahmen auf die gleiche Arbeitsfrequenz abzustimmen (bereits die unvermeidlichen Bauteil- und Fertigungstoleranzen bewirken eine deutliche Absimmungsstreuung), sind Konstruktionen notwendig und bekannt, die entweder senderseitig bzw. primärseitig, aber auch sekundärseitig eine automatische Justierung oder eine Frequenznachführung vorsehen (z. B. DE 38 10 702 , DE 10 2005 045 360 oder DE 601 02 613 ). Der Aufwand für derartige Maßnahmen kann erheblich und kostenträchtig sein, Resonatoren der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art haben meist nur zwei funktionelle Komponenten, nämlich eine Induktivität und eine Kapazität. Diese beiden zusammen geschalteten Bauteile haben i. a. keinen weiteren direkten Kontakt zu anderen Teilen einer Schaltung und können mit einer Fertigungstoleranz von z. B. 1% (oder auch besser) auf dem Stand der Technik problemlos gefertigt werden.
Diese besondere Eigenschaft, dass sie in gewissem Sinne nur da sind, um zu schwingen und in diesen Schwingungen Energie anzusammeln, ohne dabei einen direkten Kontakt zur restlichen Schaltung zu haben, grenzt ihre Funktion von einem „normalen Schwingkreis" ab. Sie werden deshalb hier zur Unterscheidung zu sonstigen Schwingkreisen als „Resonatoren" bezeichnet, obwohl sie natürlich an sich ebenfalls auch einen (sogar einen „reinen") Schwingkreis darstellen.
1 stellt zum Stand der Technik eine Kopplung zwischen Sender und Empfänger bzw. zwischen Primärseite und Sekundärseite beispielhaft für eine angenommene induktive Übertragung (sehr vereinfacht) dar:
Ein nur geringer, vom Aufbau und vom Abstand der Spulen abhängender Teil eines von der Sendespule (1) erzeugten Feldes (2) erreicht und durchflutet die Empfangsspule (4) (1a und 1b). Ein nennenswerter Energiebetrag ist über das Feld zwischen den Spulen bei größeren Distanzen so nicht zu übertragen, wobei hier zunächst ohnehin nur Distanzen von wenigen Millimeter bis zu einigen Meter angenommen werden, also Entfernungen, bei denen sich die Empfangsspule – auch bei hohen Frequenzen – noch im Nahfeld der Antennenanordnung des Senders bzw. der Primärspule befindet.
Zum Stand der Technik ist in 1b weiter gezeigt, wie senderseitig eine Serienresonanz, gebildet aus einer Sendespule (1') und einer ersten Kapazität (6), und empfangsseitig eine Parallelresonanz, gebildet aus einer Empfangsspule (4') und einer zweiten Kapazität (7), zur Ausbildung einer resonanten Übertragung genutzt werden.
Der Grund für die Notwendigkeit einer Resonanzausprägung auf der Primärseite ist, dass bei gegebener Spannungsversorgung i. a. nur so eine ausreichende Energieeinkopplung erreicht werden kann und auf der Sekundärseite kann nur so geeignet viel Energie aus der am Ort der Empfangsspule vorliegenden Empfangsfeldstärke gesammelt werden.
Erst der Einsatz resonanter Strukturen ermöglicht es also, genügend Energie am Ort des Senders aus- bzw. am Ort des Empfängers einzukoppeln, um so Energie und Daten über eine nennenswerte Entfernung zu übertragen.
Einige der in der Literatur aufzufindenden Konstruktionen zeigen zwar diesbezüglich Modifikationen von reinen parallel oder seriell ausgestalteten Antennenkreisen. Diese dienen aber z. B. dazu, eine Anpassung der Impedanzen zwischen der jeweils einzusetzenden elektronischen Schaltung und der Antennenimpedanz zu erreichen. Primäres Ziel ist aber auch hierbei, die Resonanzfrequenz der jeweiligen Antennenseite auf die jeweilige Arbeitsfrequenz einzustellen.
Auch Konstruktionen, die mehrkanalig, also z. B. auf mindestens zwei verschiedenen Frequenzen (Kanälen) arbeiten, zeigen die generelle Eigenschaft der speziell auf die jeweilige Arbeitsfrequenzen) abgestimmten Antennenkonstruktionen; manchmal mit geringerer, manchmal mit größerer Bandbreite, und/oder auch unter Einsatz von Richtkopplern. Aber zu jeder Arbeitsfrequenz wird jeweils ein Antennenkreis auf Resonanz ausgelegt.
Eine etwas abweichende Modifikation stellt sich mit der Technik der Hetrodynempfänger dar, bei der nach einer Mischung des empfangenen Signals mit dem Signal eines (durchstimmbaren), lokalen Oszillators, nicht der Antennenkreis auf die Trägerfrequenz, sondern ein Zwischenfrequenzkreis auf eine definierte Zwischenfrequenz, dieses wieder hochwertig frequenzselektiv, ausgelegt wird.
Das (Abwärts-)Mischen eines empfangenen Signals auf einen (oftmals technisch besser beherrschbaren) Zwischenfrequenzbereich kann, wie weiter unten gezeigt wird, auch bei dem hier vorgeschlagenen, erfindungsgemäßen Verfahren bei einigen Empfangskonstruktionen vorteilhaft genutzt werden. Diese Techniken aus der Sende- und Empfangstechnik sind bekannt und haben sich seit langem gut bewährt.
Bei den passiven Transponderkonstruktionen wird ein Teil der sich im Empfangsschwingkreis ansammelnden Energie zur Versorgung des Transponders herangezogen. Daher wird auf dem Stand der Technik eine direkte Kopplung des Schwingkreises mit der jeweiligen Versorgungselektronik notwendig. Dies geht über das Ziel einer (nur für den Empfang) optimalen Antennenanpassung hinaus. Die Energieübertragung kann dabei in weiten Bereichen frequenzunspezifisch ausgelegt werden, erfordert aber i. a. Kompromisse bezüglich der erforderlichen und der erlaubten Lesefeldstärke und den jeweiligen Empfangseigenschaften. Dies definiert die mögliche Funktionsdistanz im Wesentlichen.
Im erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren werden, abweichend von den Konstruktionen auf dem Stand der Technik zur induktiven Energie- und Signalübertragung, sekundärseitig und auch primärseitig, zur Ein- bzw. zur Auskopplung Spulenanordnungen (im folgenden kurz als „Koppelspulen" bezeichnet) genutzt, die nicht auf Resonanz oder für eine spezielle Arbeitsfrequenz bzw. ein spezifisches Frequenzband abgestimmt sein müssen. Die Koppelkreise werden im Normalfall bezüglich ihres Frequenzverhaltens sogar so breitbandig und so frequenzunspezifisch wie überhaupt möglich ausgelegt.
Zur Festlegung einer Arbeitsfrequenz werden in den Übertragungsweg induktiv (u. U. auch kapazitiv gekoppelte) Resonatoren eingebracht, die z. B. in einigem Abstand zu den Koppelspulen stehen können und dabei keine weiteren elektrischen Verbindungen zu irgendeinem Teil der sonst noch vorhandenen Schaltungen aufweisen. Im Wesentlichen nur diese Resonatoren, nicht die primärseitigen oder sekundärseitigen Koppelspulen, arbeiten also auf der/den jeweiligen Resonanz- bzw. Arbeitsfrequenz(en) und bestimmen dadurch das frequenzmäßige Verhalten der gesamten Anordnung.
Nur in speziellen Fällen können auch im erfindungsgemäßen Verfahren resonante Koppelkreise Verwendung finden. Es soll daher ausdrücklich darauf hingewiesen und auch gezeigt werden, dass auch unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens resonante Ein- und Auskopplungskreise sinnvoll sein können.
In einem gewissen Sinne (anwendungsspezifisch variierend) gehört ein solcher Resonator weder zum Primärkreis, auch wenn er nahe diesem angeordnet ist, noch zum Sekundärkreis, auch wenn er in dessen Nähe angeordnet ist. Unter einem anderen Aspekt gehören derartige Resonanzen sowohl zum primärseitigen Kreis, auch wenn sie sekundärseitig angeordnet sind, bzw. zum sekundärseitigen Kreis, auch wenn sie primärseitig angeordnet sind.
In einem anderen gewissen Sinn stellt ein solchermaßen realisierter LC-Resonator einen Parallelresonanzkreis (mit der daraus folgenden Möglichkeit einer Stromüberhöhung) dar. Unter einem anderen Aspekt ist ein solchermaßen realisierter LC-Resonator ein Serienresonanzkreis (mit der daraus folgenden Möglichkeit einer Spannungsüberhöhung). Da kein weiterer, Energie entziehender Abgriff an der Resonantorstruktur erfolgt, sind beide Aspekte nicht trennbar miteinander verbunden und sind gleichwertig und gleichzeitig zu sehen.
Da sich die Ein- und Auskoppelkreise auf keiner abgestimmten Resonanzstelle befinden, können – bei unverändert breitbandigen Koppelspulen – mehrere Resonatoren in den Übertragungsweg eingesetzt, oder z. B. hinzugefügt oder weggenommen werden, die dabei auch für unterschiedliche Frequenz ausgelegt sein können. Dieses ist möglich, wenn und weil eine Ein- bzw. Auskopplung breitbandig durch die jeweiligen, sich nicht in Resonanz befindlichen Spulen erfolgen und diese daher auch Signale mit einem breiteren Spektrum (z. B. Rechtecksignale) ein- oder auskoppeln können. Das von der Sendespule aufgebaute Feld hat daher einen zeitförmigen Verlauf, der dann dieser Rechteckanregung entspricht und daher aus mehr als nur einer Frequenzkomponente besteht.
Die (unter Umständen erst zu aktivierenden) Resonatoren stellen den spezifischen, singulären Frequenzbezug her, indem sie aus dem eventuellen nicht sinusförmigen Feldverlauf den zu dieser Frequenz gehörenden Teil herausnehmen und so für die Übertragung aktivieren.
Eine einfache Anordnung mit einer Koppelspule zum einkoppeln eines Signals, einer Koppelspule zum Auskoppeln des übertragenen Signals und nur einem bzw. zwei Resonator(en) zeigt 2 mit jeweils einer primärseitigen Koppelspule (20) und einer sekundärseitigen Kopplung (21). Diese Bezeichnungen sind bei den Anordnungen der 2a–c gleich.
Die in dieser 2a–c gezeigten U-Kerne, z. B. Ferrite, sind für das darzustellende ohne Bedeutung. Sie sollen hier nur einen definierten Verlauf des magnetischen Kreises, z. B. für eine Energieübertragung rechtfertigen und mögliche Positionen für die Resonatoren abgrenzen. 2a stellt zum Vergleich eine Anordnung ohne Resonator dar, 2b–c deuten das Resonatorkonstrukt an. Wie man sehen kann, können Resonatoren primärseitig (senderseitig, 2c, (28)) und/oder sekundärseitig (empfängerseitig, 2b, (27)) positioniert sein.
2d definiert das in diesem Zusammenhang bevorzugt verwendete Schaltungssymbol.
Auch der Einsatz mehrerer derartiger Resonatoren, diese ausgelegt für gleiche oder unterschiedliche Frequenzen, ist möglich: die Resonatoren der 2e, je einer senderseitig und einer primärseitig angeordnet, können gleiche oder unterschiedliche Frequenzen unterstützen. Werden gleiche Resonanzfrequenzen in jeweils einem Resonator auf den beiden Seiten genutzt, dann bilden diese gewissermaßen eine funktionelle Einheit, Daher wird in diesem Fall im Folgenden von „Resonatorpaaren" gesprochen. (2e) Die Schaltung der 2e stellt die Elemente der im Weiteren verwendeten Darstellungen zusammen:
Eine primärseitige/senderseitige Koppelspule (13) wird entweder von einem Signalgeber (11) oder – gleichwertig, aber auch allgemeiner – von einer Signalerzeugungsseinheit oder von einer Senderschaltung (12) gespeist. Ein senderseitiger Resonator (15) besteht i. a. nur aus einer Induktivität bzw. einer Spule (14) und einer Kapazität bzw. einem Kondensator (16). Ein senderseitiger Resonator befindet sich in der Nähe des Senders, aber nicht unbedingt direkt beim Sender oder direkt an der Koppelspule.
Die Übertragungsstrecke (9) kann als beliebig angenommen werden; sowohl kerngeführte Strecken, magnetische Leiter oder Luftstrecken (auch Vakuum) sind möglich.
Die Energie des primärseitig aufgebauten Feldes trifft auf den empfängerseitigen Resonator (19), der relativ nahe, aber nicht unbedingt direkt an der empfangsseitigen Koppelspule (18) liegt. Der Aufbau kann dem senderseitigen Resonator entsprechen, kann aber auch ganz ander aufgebaut sein. Die mittels Koppelspule (18) ausgekoppelte Energie speist die Empfangsschaltung (17). Die empfangsseitige Koppelspule (18) ist wieder nicht frequenzeinschränkend bzw. frequenzspezifisch ausgelegt.
Die beiden Resonatoren (15) und (19) bilden – bei gleicher Frequenzabstimmung – ein Resonatorpaar. Mehrere Resonatoren oder Resonatorpaare können in den Anwendungen zugleich genutzt werden. Zur Vereinfachung der Darstellungen kann aber ein Resonatorpaar auch durch nur einen Resonator dargestellt werden (vgl. z. B. Darstellung zur 3) n Resonatoren erlauben sendeseitig – mit z. B. einer nicht resonant betriebenen Koppelspule und einer geeigneten elektronischen Sendeschaltungen – das aussenden bzw. übertragen von n unterschiedlichen, diskreten Frequenzen.
n Resonatoren erlauben empfangsseitig – mit z. B. einer nicht resonant betriebenen Koppelspule und einer geeigneten elektronischen Empfangsschaltung – den Empfang bzw. die Nutzung von n unterschiedlichen, diskreten Frequenzen.
Die Frequenzübertragung erfolgt dabei jeweils gleichzeitig, d. h., die n unterschiedlichen Frequenzen werden gleichzeitig und in einem gewissen Sinne auch unabhängig voneinander übertragen.
Da die Sendeelektronik natürlich die Signal- bzw. Frequenzanteile, die zur Übertragung gelangen sollen, auch generieren muss, sind an diese Sendeelektronik gewisse Anforderungen zu stellen, aber es sind auch diverse Möglichkeiten zur Erzeugung sehr unterschiedlicher Signaleigenschaften gegeben. Diese können jeweils nur einzelne Frequenzkomponenten, aber auch alle Frequenzkomponenten gleichzeitig betreffen, z. B. wenn die Sendeschaltung Signalmodifikationen am einkoppelnden Signal, z. B. eine Amplitudenveränderung oder auch eine Phasen- oder Frequenzveränderung vornehmen sollte. Jede der zur Aussendung kommende einzelne Signalkomponente würde als Teil des gesamten Signals eine aus der Modifikation des Signals stammende Veränderung aufweisen.
Das gilt allerdings nicht uneingeschränkt: Bei einer Frequenzmodulation auf der Senderseite wären z. B. noch andere, zusätzliche Effekte zu beachten, die aber ebenfalls sinnvoll genutzt werden können wie weiter unten dargestellt wird.
Die Gleichzeitigkeit der Einwirkung auf mehrere Komponenten gilt auch auf der Empfangsseite, wenn die Empfangsschaltung z. B. eine Signalmodifikation am Empfangssignal vornehmen sollte. Wird hier z. B. eine frequenzunspezifische Lastmodulation (für ein Backscatterverfahren) eingesetzt, dann entstehen zu jeder der vorhandenen Trägerfrequenzen in bekannter Weise die symmetrisch zur Trägerfrequenz liegenden Seitenbänder. Dieser z. B. zur Rückgabe von Informationen von einem Transponder zur Lesestation genutzte Umstand kann bei der Übertragung von n unterschiedlichen Frequenzen für jede der übertragenen Frequenzen gleichzeitig genutzt werden, wenn die Lastmodulation an einer gemeinsamen, nicht frequenzspezifisch ausgelegten Auskopplungsstelle erfolgt.
Modifiziert man die Anordnung so, dass ein Auskoppelkreis (evtl. einer von mehreren) selbst nur auf der Frequenz der Resonanzstelle von einem der Resonatoren auskoppelt, dann kann die Wirkung z. B. der Lastkopplung aber auch nur auf eine einzelne Frequenz beschränkt werden. In gleichem Sinne kann die Auskopplung (evtl. eine von mehreren) nur auf bestimmte Frequenzen beschränkt werden. Wie man daran sehen kann, können statt der breitbandig ausgelegten, allgemeinen Koppelkreise auch resonante Ein- und Auskoppelkreise auch in Anordnungen, die dieses erfindungsgemäße Verfahren nutzen, sinnvoll eingesetzt werden.
Die so definierte Mehrfachübertragung von Signalen mit unterschiedlicher Frequenz erlaubt u. a. z. B. die Übertragung von Signalen, die nicht sinusförmig sind:
Eine Übertragung von beliebigen, periodischen Signalen, z. B. Rechtecksignalen, ist möglich, wenn die Frequenzkomponenten eines solchen Rechtecksignals getrennt übertragen werden. Dies gelingt dadurch, dass auf eine breitbandig arbeitende, nicht-resonante Koppelspule das zu übertragende (Rechteck-)Signal geschaltet wird. Das so erzeugte Feld hat das Spektrum eines solchen (Rechteck-)Signals, d. h. es enthält die Frequenzkomponenten f₀, f₁, f₂, usw., die durch einzelne, getrennt arbeitende Resonatoren – die auf diese Frequenzstellen f₀, f₁, f₂, usw. abgestimmt sein müssen – in den Übertragungsweg eingebracht werden. Diese Resonatoren sorgen auf der Senderseite für eine geeignet starke (resonante) Aussendung der das Signal prägenden Frequenzkomponenten. Auf der Empfangsseite sorgen sie für eine resonante Energieansammlung der zu dem Signalverlauf gehörenden Frequenzkomponenten, die so für die wieder nicht resonant arbeitende Auskopplung aktiviert werden.
3 stellt dies beispielhaft für ein zu übertragendes Rechtecksignal dar: Linksseitig ist das jeweils zu übertragende Rechtecksignal, z. B. (77), mit dem korrespondierenden Spektrum, z. B. (76), dargestellt. Zur Übersicht ist die Darstellung auf drei Frequenzstützstellen beschränkt und zu jeder Frequenz ist in der 3a (96) kein Resonatorpaar, sondern nur jeweils nur ein einzelner Resonator dargestellt.
In der obersten Darstellung (3a) wird dargestellt, dass nur die erste Komponente des Spektrums der Rechteckfunktion, also die Grundfrequenz f₀, übertragen wird, weil vom eingekoppelten Signal (78) der Resonator (ein aufeinander abgestimmtes Resonatorpaar) (80) nur die Übertragung dieser einen Frequenzkomponente vermittelt. Am Ausgang der Übertragungsstrecke (79), am Lastwiderstand R_L, findet sich daher diese eine Frequenzkomponente (83), durch die Übertragung gedämpft, aber i. a. entsprechend ihrem Anteil an der Gesamtenergie eines Rechtecksignals. Rechts ist dieser Anteil aus dem Spektrum, z. B. (83), und die korrespondierende Zeitfunktion, z. B. (84), dargestellt
In der mittleren Anordnung (3b) vermittelt ein zweites Resonator(paar) (81) die zweite Fequenzkomponente (83) und in der unteren Anordnung (3c) vermittelt das Resonator(paar) (82) nur die dritte Komponente; jeweils dargestellt mit dem zugegörigen Zeitsignal, z. B. (84).
3d stellt die Zusammenfassung (97) dieser drei Resonatoren (85) in einer gemeinsamen Anordnung dar, die jetzt die drei Frequenzkomponenten, aus denen sich eine Rechteckfunktion in erster, zweiter und dritter Nährung zusammensetzt, zugleich übertragen kann. (Nicht dargestellt ist eine zur empfangsseitigen Rechtecknachbildung, besonders bei sehr hohen Frequenzen, notwendige Phasenkorrektur der Frequenzkomponenten).
4 zeigt noch einmal die (im Folgenden bevorzugte) Darstellungsweise mit Resonatorpaaren und zeigt dazu noch einmal die Anordnung aus der 3d, darunter die jetzt bevorzugte Darstellung, die einer konkreten Auslegung näher angelehnt ist: Eine breitbandige Sendesignaleinkopplung (91) liegt mit n, hier 3, Resonatoren (93), (94) und (95) zusammen und stellt die Senderseite (88) dar. n, hier 3, Resonatoren (93'), (94') und (95') prägen für n, hier 3, Frequenzen auf der Empfangsseite die Empfangsbedingungen. Damit liegt, zusammen mit einer anwendungsbezogen aufgebauten Empfangselektronik (92), die Empfangsseite (89) vor. Jeweils ein Resonator auf der Senderseite und ein Resonator auf der Empfängerseite, beide jeweils für die gleiche Resonanzfrequenz ausgelegt, bilden zusammen ein Resonatorpaar. In diesem Beispiel sollen das die Paare (93) und (93'), (94) und (94') und (95) und (95') sein.
Für das Folgende gelten im Wesentlichen (soweit im Zusammenhang anderes nicht explizit angegeben ist) die folgenden Definitionen:
Unter Empfangsschaltung wird hier jede elektronische Einheit zur Nutzung eines ausgekoppelten Signals, gesehen ab der nichtresonanten oder resonanten Auskoppelstelle der Anordnung, verstanden; das bezieht die Energieübertragung über elektromagnetische Felder mit ein.
Als Empfangsstation wird die Kombination aus einer Empfangsschaltung und einer Anordnung von Resonatoren angesehen.
Als Sendeschaltung wird hier jede elektronische Einheit zur Erzeugung eines elektrischen Signals bis zur Auskoppelstelle angesehen, wenn dieses Signal einer Auskoppelstufe (Antenne, Antennenspule usw.) zugeführt wird.
Unter Sendestation wird eine Sendeschaltung bzw. eine Generatorschaltung verstanden, eingeschlossen aller Maßnahmen zur Abgabe und Abstrahlung eines elektromagnetischen Feldes, so auch der Einsatz von Resonatoren. Das schließt starke Felder zur Energieübertragung ein.
Die Resonanzfrequenzstellen der so eingesetzten Resonatoren bzw. Resonatorpaare müssen nicht unbedingt ganzzahlige Frequenzunterschiede aufweisen, wie bei dem Beispiel einer Rechteckübertragung. Diese Resonanzfrequenzstellen können (fast) beliebig nahe beieinander oder fern voneinander liegen, die Frequenzabstände können (fast) beliebig gewählt werden. Bedingung ist nur, dass der induktive Koppelkreis in der Lage ist, den primären Signalverlauf in ein signalproportionales, elektromagnetisches Feld umzusetzen, das diese Frequenzkomponenten dann auch enthält.
Da jedes System dabei letztendlich nur einen eingeschränkten Frequenzbereich nutzen kann, ist es unter Umständen sinnvoll, die Einkopplung von Signalen in den Signalweg auch auf der Senderseite mehrfach auszulegen: Kann man z. B. mit einer ersten, breitbandig ausgelegten Kopplungseinheit Signale mit einem Frequenzbereich von 5 MHz bis 50 MHz einkoppeln und mit einer zweiten Kopplungseinheit 430–450 MHz, dann kann man mit zwei signalerzeugenden Schaltungen in dieser Sendestation diese beide Frequenzbereiche nutzen. Zu versuchen, die beiden Frequenzbereiche in einer Anordnung mit nur einem breitbandig ausgelegten Einkppelungs-Frequenzbereich zu bedienen, wäre sehr mühsam, i. a. sogar gar nicht möglich. Es empfiehlt sich daher in solch einem Fall, auch wenn in einer Einheit eher die summarische Betrachtung vorzuziehen ist, mit zwei unterschiedlichen Koppelkreisen zu arbeiten.
In einer solchen Mehrfachresonanzfrequenzanordnung können z. B. relativ dicht benachbarte Frequenzen übertragen werden, z. B. Resonatorfrequenzstellen, die sich in der Mitte, am oberen oder unteren Rand eines Funkkanals (von z. B. nur 25 kHz Breite) befinden.
Zudem können die Resonatoren schaltbar ausgelegt werden und/oder einer, von einer Schalterstellung abhängigen, Aktivierung oder Inaktivierung unterliegen.
5 und 6 stellen dazu diverse Möglichkeiten beispielhaft dar:
5a stellt die „normale" Verbindung zwischen einer Sendeseite (100) und einer Empfangsseite (101) dar: Die Sendeelektronik (102) beschickt die Koppelspule (104) z. B. mit einem Signal einer definierten Stärke und Frequenz und baut so ein elektromagnetisches Feld auf, das aber nicht ausreichen würde, am Ort des Empfängers (101) bzw. am Ort der Koppelspule (107) eine für die Empfangsschaltung (103) ausreichende Signal-Feldstärke zu erzeugen.
Erst der senderseitige Resonator (105) erzeugt ein so starkes Feld, dass ein (evtl. auch klassisch – also ohne Resonator, aber auf Resonanz getrimmt – arbeitender) Empfänger in einiger Entfernung evtl. eine Möglichkeit hätte, das senderseitig generierte Signal zu empfangen.
Der Empfänger der 5a (103) mit nicht auf Resonanz getrimmter Koppelanordnung (107) soll in diesem Beispiel aber keine Möglichkeit haben, allein genügend Energie für einen Empfang des von der Senderseite (100) erzeugten Signals zu sammeln. Erst der Resonator (106) „sammelt" auf dieser Seite genügend Energie und sichert dort eine ausreichende Empfängsfeldstärke.
Fehlt also einer der beiden Resonatoren (105) oder (106) eines solchen Resonatorpaares oder ist einer davon, aus welchem Grund auch immer, nicht aktiv, dann ist – jeweils abhängig von der Entfernung und von der generierten Feldstärke – eine Datenübertragung zwischen der Position des Senders und der Position des Empfängers nicht möglich.
Diese Eigenschaft erlaubt es, eine Verbindungen „schaltbar" auszulegen: Wenn die Resonatoren ein- und ausschaltbar konstruiert werden, dann kann eine Verbindung schaltbar hergestellt bzw. schaltbar unterbrochen werden. Die 5b–5d zeigen beispielhaft einige Möglichkeiten auf, Resonatoren durch Schaltfunktionen zu aktivieren und zu inaktivieren:
5b zeigt die Möglichkeit, einen Resonator (109) durch einen Kurzschlussschalter (110) zu inaktivieren: Hier schließt eine Schalterfunktion (110) den empfangsseitigen Resonator (109) (Schalter im geschlossenen Zustand) einfach kurz. Nur im geöffneten Zustand des Schalters ist der Resonator (109) aktiviert und die Empfangsschaltung (108) kann ein Signal auf der Frequenz, die vom Resonatorpaar unterstützt wird, empfangen und auswerten.
Um allerdings unnötige Energieverluste zu vermeiden, wird man eine solche Kurzschlusskonstruktion nur dort einsetzen, wo bei kurzgeschlossener Spule keine größeren Ströme in dieser Spule fließen werden (also erst in einiger Entfernung zur Sendeseite).
5c zeigt eine weitere Möglichkeit, einen Resonator (112) mittels Schaltfunktion (113) (ohne Energieverluste) zu aktivieren bzw. zu inaktivieren: Bei geschlossenem Schalter (113) ist der Resonator (112) aktiviert, bei geöffnetem Schalter ist er ohne Wirkung, da im Resonator-Schwingkreis kein Strom fließen kann. Ist der Schalter (113) geschlossen, dann kann die Empfangsschaltung (111) ein Signal empfangen und auswerten.
Da die Leitungsverbindungen zum Schalter allerdings stets einen zusätzlichen Teil an Induktivität in den Kreis einbringen wird und zudem parasitäre Kapazitäten durch die Leitungsführung vorhanden sein werden, ist diese Anordnung nicht in allen Fällen zu bevorzugen.
Die beiden Möglichkeiten der 5b und 5c sind bezüglich der Schalterstellungen (110) und (113) komplementär, was durchaus vorteilhaft genutzt werden kann um z. B. mit einfachen Schalterfunktionen einen „Resonatorwechsel" zu erreichen.
5d stellt dar, dass der Schaltereinsatz sowohl sende- als auch empfangsseitig möglich ist. Die senderseitige Aktivierung des Resonators (115) erfolgt bei geschlossenem Schalter (116); nur dann kann die Senderseite genügend Energie aus dem Signal von (114) entnehmen und aussenden. Nur wenn beide Schalter (116) und (117) geschlossen sind, besteht eine Verbindung zwischen der Sendeseite und der Empfangsseite. Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem Sinne also auch logische Funktionskombinationen mit dem Resonatorkonstrukt bereitgestellt werden. Auch daraus ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.
Die 6 stellt in diesem Zusammenhang weitere durch Schalter bewirkte Resonator- bzw. Frequenzwechsel und weitere logische Kombinationen dar: Liegen die Resonanzfrequenzen von zwei Resonatoren, z. B. von (120) und (121), nahe beieinander, dann genügt eine einfache Ein/Aus-Schaltfunktion (123) zum wechseln (6a) des jeweils aktiven Resonators und damit der Arbeitsfrequenz, da im geschlossenen Zustand des Schalters der eine Resonator (121) durch Kurzschluss inaktiviert, der andere (120), weil nicht kurzgeschlossen, aktiviert ist.
Im geöffneten Zustand ist an sich nur der andere Resonator (121) aktiv, der zweite Resonator (120) in der dargestellten Schalterstellung an sich inaktiv. Allerdings stellt in diesem Falle der aktive Resonator (121) für den inaktiven Resonator (120) eine, den offenen Schalter (123) überbrückende Verbindung dar, die – besonders bei einem großem Abstand zur eigenen Resonanzstelle – durchaus niederohmig ausfallen kann.
Daher wird diese Anordnung der 6a nur bei sehr geringen Frequenzdifferenzen oder aus anderen Überlegungen heraus (Frequenzwechsel, Antennenanpassung, Lastmodulationen, Modulation, usw.) eingesetzt. Mit dieser Schaltart kann nämlich auch eine frequenz-, phasen- und/oder amplitudengestützte Rückspiegelung von Information an die Sendestation erfolgen, so wie das vom Backscatterverfahren (dort wird dies i. a. nur zur Amplitudenmodulationen genutzt) bekannt ist.
Bevorzugt wird eine einfache Umschaltung von Resonatoren, z. B. (125) und (126), durch eine Umschaltfunktion (124), wie sie in 6b oder 6c dargestellt ist. Hier ist immer eindeutig ein Resonator aktiv, hier (126), der zweite, hier (125), ist eindeutig inaktiv. Bei einem Schalterwechsel tauschen die Resonatoren jeweils ihre Rollen. Diese Schaltung ist allerdings aus den bereits genannten Gründen der benötigten Leitungsführung nicht in allen Fällen optimal.
Die 6c bis 6e zeigen weitere Schaltmöglichkeiten, mit denen Resonatoren aktiviert, inaktiviert oder umgeschaltet werden können, wobei jeweils nur die durch den Schaltvorgang beeinflußten Resonatoren dargestellt sind.
In 6c ist dargestellt, wie mit einem Umschalter (127) immer einer von zwei Resonatoren wechselweise durch Kurzschluss inaktiviert werden kann. Allerdings stellt hier die Spule des jeweils inaktivierten Resonators für den jeweils aktivierten Resonator einen induktiven Lastschluss dar, so dass auf Grund der recht engen Kopplung eine möglicherweise starke bzw. stark wirkende Streuinduktivität in die Überlegungen einzubeziehen ist.
6d zeigt die Aktivierung bzw. Inaktivierung zweier Resonatoren durch eine Wechselschaltung mit zwei Umschaltern. Die wechselweise Aktivierung bzw. Inaktivierung und der Austausch der beiden Resonatoren erfolgt durch eine Wechselschaltung. Das ist u. a. dann sinnvoll, wenn für eine Aktivierung einer Frequenz (z. B. zur Sicherheit) immer zwei Schalter in die gleiche Stellung gebracht werden müssen. Sind die Schalter in ungleicher Stellung, dann sind beide Resonatoren inaktiv.
6e zeigt die Aktivierung und Inaktivierung eines Resonators mitttels einer Wechselschaltung. Jeder der beiden Schalter kann den Resonator jeweils ein- und ausschalten. Jede Schalterbetätigung aktiviert den Resonator, wenn er zuvor inaktiv war und inaktiviert ihn, wenn er vorher aktiv war.
Die 6f zeigt beispielhaft die Möglichkeit auf, unter Nutzung von schaltbaren Resonatoren (hier drei Resonatorpaare) die Signale mehrerer, sich evtl. an verschiedenen Orten befindende Sendestationen, in einer Empfangsstation zu empfangen: Eine der Sendestationen (118), z. B. mit Resonator (128), kann genutzt werden, um der Empfangsstation (119) ausreichend Energie bereitzustellen. Dazu seien z. B. die Resonatorpaare (128) und (131) genutzt, während zu den anderen beiden Stationen (129) und (130) mittels anderer Resonatorpaare (132) und (133) ein Datenaustausch erfolgen soll.
Die Energiekopplung kann empfangsseitig resonant durch die eine Empfangsschaltung (135) oder nicht resonant durch die andere Empfangsschaltung (136) erfolgen.
Das ist von Vorteil, wenn z. B. eine hohe Energieübertragung auf einer Frequenz f₁ zulässig und möglich wäre, aber dort, z. B. auf Grund der verbreiteten Nutzung durch konkurrierende, andere Teilnehmer, nur mit einem hohem Aufwand ein sicherer, ungestörter Datenverkehr aufgebaut werden kann. Das ist z. B. auf den normalen ISM-Frequenzbändern bereits heute der Fall.
Die Verteilung derartiger Funktionalitäten auf verschiedenen Frequenzbänder erlaubt eine spezifische Nutzung der jeweiligen dort zulässigen Grenzen und lässt damit die Nutzung der unterschiedlichen Stärken dieser Frequenzen zu.
Die jeweilige Empfangsstation (119) kann mit einer Schalterfunktion (134) durch Inaktivierung von einem der beiden verbleibenden Resonatoren (132) bzw. (133) wählen, mit welcher Sendestation (genauer: auf welcher Frequenz) sie die Kommunikation zulassen möchte. Die Empfangsschaltungen (135) bzw. (136) bleiben davon unberührt.
Die Umschaltung der in diesem Beispiel gezeigten Resonatoren könnte z. B. genutzt werden, um gezielt nur dann mit einer der Sendestationen zu kommunizieren, wenn eine vom Gerätestatus abhängige Schalterfunktion einen definierten Zustand des Gerätes signalisiert.
Die Trennung von Signal- und Energieübertragung ist auch von Vorteil, wenn z. B. ein hoher Energietransfer auf einer ersten Frequenz f₁ zulässig wäre, aber auf dieser Frequenz aus verschiedenen Gründen nur mit hohem Aufwand ein Datenverkehr zu einer Station in einiger Entfernung aufgebaut werden kann, während das mit einer anderen Frequenz f₂ wiederum einfach sein könnte, auf dieser Frequenz aber wiederum keine so hohe Abstrahlleistung für eine Energieübertragung möglich oder erlaubt ist.
Das ist z. B. auch sinnvoll, wenn eine Energieübertragung besser oder überhaupt nur auf einer niedrigen (aber auch evtl. hohen) Frequenz möglich ist, weil z. B die Umgebungsbedingungen nichts anderes zulassen, aber die Kommunikation auf einer anderen, höheren (aber auch evtl. niedrigeren) Frequenz erfolgen muss, weil z. B. so eine höhere Datenübertragungsrate mit einem Träger auf einer höheren Frequenz möglich ist, oder weil sonst die Zieldistanz nicht überbrückt werden kann, oder auf Grund der Umgebung (z. B. metallisch, flüssig, usw.) anderes nicht möglich wäre.
Dies ist auch sinnvoll, wenn man auf einer bestimmten Frequenzstützstelle z. B. aus einem Signal mit mehreren Frequenzkomponenten, z. B. einem Rechtecksignal die zur Versorgung der Empfangseinheit benötigte Energie übertragen will, auf der oder den anderen Frequenzstützstelle(n) auch oder nur (oder zusätzlich) Information.
Die damit erreichbare Entkopplung von Energie- und Datentransport erlaubt auch deshalb eine effiziente Nutzung des Energietransports, weil die Nutzung nur einer einzelnen Frequenz die mit einer Modulation verbundene Frequenzverbreiterung nicht aufweist. Dadurch können die sonst zur Seitenbegrenzung notwendigen Filter diesbezüglich entfallen. Da die durch einen Modulation entstehenden, in andere Frequenzbereiche hineinreichenden Seitenbänder fehlen, begrenzen diese auch nicht die zulässige Trägeramplitude und damit kann eine maximale Energieübertragung stattfinden.
Eine (allerdings sehr schnelle) Resonatorumschaltung (z. B. mittels Schaltfunktion (134)) ist auch sinnvoll, wenn auf diese Weise eine Informationsrückgabe an die Sendestation erfolgen soll. Das vom Backscatterverfahren her bekannte Verfahren einer Lastmodulation oder das Verfahren einer empfangsseitigen Antennenkreis-Abstimmungsänderung, die genutzt werden, um Daten von einer passiven Empfangsseite auf die Sendeseite zurück senden zu können, stellen vergleichbare Verfahren dar. Die im Backscatterverfahren auf die Signalamplitude, bei der Antennenkreisänderung auf die Reflexionseigenschaften auswirkende Rückkopplung in den Sendeantennenkreis wird dadurch um den Effekt einer Phasen- und/oder Frequenzrückkopplung in den Sendeantennenkreis erweitert.
Wird empfangsseitig nämlich zwischen zwei Resonatoren mit relativ eng benachbarten Resonanzfrequenzen hin- und hergeschaltet, d. h. werden diese wechselweise sehr schnell aktiviert/inaktiviert, dann ergibt das

1. eine frequenzabhängige wechselnde Last, aus der sich eine Amplitudenveränderung an der Sendestation auch bei einer FSK-Modulation der Sendestation ergibt;
2. eine entsprechend dem Frequenzgang der Resonatoren sich ergebende, mit wechselnder Intensität rückgekoppelte, damit phasenschiebende Komponente;
3. eine – bei sehr eng benachbarten Resonanzstellen der beteiligten Resonatoren mit einer aus der erzwungenen Schwingung resultierenden, geringen Frequenzverschiebung – Rückgabe von Signalanteilen mit anderer Frequenz.

Jede dieser Eigenschaften kann im Backscatterverfahren zur Rückspiegelung von Informationen genutzt werden.
Die Unterschiede und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik werden durch die sich ergebenden Möglichkeiten von Mehrfachübertragungen schnell sichtbar:
So ist es z. B. möglich, auf einer Frequenz von 125 kHz (oder z. B. 13,56 MHz) eine ausreichende Grundversorgung für eine Empfangsstation in einer definierten Umgebung und Distanz sicherzustellen, und auf einer ganz anderen Frequenz den Datenverkehr abzuwickeln.
So ist es z. B. möglich, auf einer Frequenz von 62,5 kHz (oder z. B. 6,78 MHz) eine ausreichende Grundversorgung für eine Empfangsstation in einer definierten Umgebung und Distanz sicherzustellen, mit einem evtl. besseren Verhalten bezüglich der durch die Umgebung bedingten Umstände (metallische, flüssige Umgebung, usw.), und auf einer anderen Frequenz, z. B. 125 kHz (oder 13,56 MHz) den Datenverkehr abzuwickeln.
Die Frequenzgewinnung kann bei ganzzahligen Frequenzverhältnissen vorteilhaft durch einfache (digitale) Teilung oder auch mittels PLL-Anordnungen mit einer einfachen digitalen Teilung der Taktfrequenz eines spannungskontollierten Oszillators (VCO) und einer auf die Phasendifferenz zu einer Referenzfrequenz (i. a. eine Quarzreferenz) geregelten VCO-Frequenz erfolgen.
Hier können sich die digitale Signalgenerierung und die Rechteckübertragung auch mehrfach ergänzen: Aus einem Muttergenerator von z. B. 1,2 MHz könnten PWM-Rechtecksignale mit der Frequenz 600 kHz und 400 kHz durch Teilung gewonnen werden. Die ersten Frequenzkomponenten dieser Rechtecksignale wären 600 kHz, 300 kHz und 150 kHz bzw. 400 kHz, 200 kHz und 100 kHz. Mit sechs Resonatoren könnten also 6 Frequenzen in einem der beschriebenen Verfahren genutzt werden.
Eine passiv arbeitende Empfangsanordnung könnte z. B. in einem metallischen Umfeld über ein elektromagnetisches Feld auf 125 kHz mit Energie versorgt werden, wäre aber auf dieser Frequenz u. U. nicht mehr in der Lage, aus z. B. Im Distanz eine Antwort an die Lesestation zu senden, während eine parallele Abfrage auf 13,56 MHz dies ermöglicht.
Die benötigten Frequenzen können in der Lesestation (Senderseite) mittels zweier Generatoren und/oder aus einer Basisfrequenz von 13,56 MHz durch eine Teilung mit dem Faktor 108 (125,5 kHz) gewonnen werden.
Alternativ ist es z. B. möglich, aus einer Basisfrequenz von 27,12 MHz durch Teilung (mit den Faktoren 2 bzw. 217) die Frequenzen 13,56 oder 124,58 (125) KHz zu erhalten. Der Vorteil wäre, dass hierdurch die beiden Frequenzen mit starrer Phasenkopplung vorliegen.
Alternativ könnte eine Versorgung mit 13,56 MHz möglich sein und die Antwort z. B. auf 434 MHz erfolgen. Die benötigten Frequenzen könnten aus einer Referenzfrequenz von 13,56 MHz mittels einer PLL-Anordnung bei Teilung der VCO-Frequenz um den Faktor 32 (433,92 MHz) gewonnen werden.
Alternativ könnte eine Versorgung mit 125 kHz oder 13,56 MHz möglich sein und die Antwort auf einer beliebigen, ganzzahlig höheren Frequenz erfolgen, wenn diese im μW- und sogar im nW-Bereich noch möglich ist. Dies ist mit einer seit 2006 geänderten Gesetzeslage auch zulässig.
Wie man sehen kann, ergibt das erfindungsgemäße Resonatorkonzept vielfältige Nutzungsmöglichkeiten.
Die Versorgung könnte auch über eine oder zwei Sendestationen, auf einer oder auf zwei verschiedenen Frequenzen erfolgen, mit der jeweils eingesetzten Energie bei jeder Station und auf jeder Frequenz im zulässigen Rahmen bleibend, aber so in der Summe in der Empfangsstation mehr Energie zur Verfügung zu haben.
Die Sendestationen (wieder eine oder zwei Sendestationen, an gleichem oder an unterschiedlichen Ort(en)) könnten z. B. auch auf zwei verschiedenen, aber ähnlichen Frequenzen, z. B. 13,5375 MHz und 13,6625 MHz senden, mit der jeweils eingesetzten Energie und auf jeder Frequenz im zulässigen Rahmen bleibend, aber so in der Summe bei den Empfangsstationen mehr Energie zur Verfügung zu haben.
Die Sendestationen (wieder eine oder zwei Sendestationen) könnten z. B. auch auf zwei verschiedenen, aber ähnlichen Frequenzen, z. B. 13,5375 MHz und 13,6625 MHz senden. Dazu würden, wie beschrieben, zwei Resonatorpaare eingesetzt. Auf Grund der Frequenznähe würden die unabhängig voneinander Energie sammelnden Resonatoren ein Überlagerungsfeld mit einer Schwebungsfrequenz von 125 kHz bzw – 62,5 kHz erzeugen. Diese Schwebungsfrequenz kann mit geeigneten Maßnahmen (z. B. Einbringen einer Nichtlinearität in den magnetischen Kreis, wozu meist schon die Hysterese eines Kernmaterials ausreicht) ausgekoppelt werden und über einen auf diese Differenzfrequenz abgestimmten Resonator für die Abstrahlung aktiviert werden.
Mit solchermaßen unter Zuhilfenahme von Resonatoren aus einer Überlagerung von zwei oder mehr Frequenzen gebildeten neuen Frequenzen lassen sich weitere „Frequenzerzeugende Maßnahmen" in ein solches Konzept einbringen und neue Anwendungen darstellen.
Die Konstruktion von mindestens drei Resonatoren, von denen zwei auf zwei (relativ) dicht benachbarte Frequenzen abgestimmt sind und mindestens ein weiterer zur Aktivierung der Summen- oder Differenzfrequenz auf diese Summen- oder Differenzfrequenz abgestimmt ist, soll im Folgenden als „Überlagerungsresonator" bezeichnet werden, wenn die Überlagerungsfrequenz ganz allgemein im Vordergrund des Interesses steht, und soll im Folgenden als „Schwebungsresonator" bezeichnet werden, wenn die Schwebungsfrequenz (oder die Frequenzdifferenz) betrachtet wird.
Ein „Überlagerungsresonator" kann also z. B. aus vier einzelnen Resonatoren aufgebaut sein, wenn sowohl die Summenfrequenz, als auch die Differenzfrequenz, gebildet aus zwei Empfangsträgerfrequenzen, durch entsprechende Resonatoren aktiviert werden soll. Hier kann also auch eine Mischung von Signalen erfolgreich eingesetzt werden.
Auch Anordnungen mit mehr als nur zwei sich überlagernden Frequenzen sind ausgesprochen interessant: Wie man z. B. Bronstein entnehmen kann, gilt: sinα + sinβ + sinγ = (½sinα + ½sinα) + (½sinβ + ½sinβ) + (½sinγ + ½sinγ) = (½sinα + ½sinβ) + (½sinα + ½sinγ) + (½sinβ + ½sinγ) = ½cos[(α – β)/2]·sin[(α + β)/2] + ½sin[(α – β)/2]·sin[(α + β)/2] + ½sin[(β – γ)/2]·sin[(β + γ)/2].
Wie man daran sehen kann, liegen in den Hüllkurven eines Überlagerungssignals, das aus drei Frequenzen, die z. B. wie zuvor beschrieben auf einen passiven Relaistransponder (mit entsprechenden Resonatoren für die Trägerfrequenzen und für die Differenzfrequenzen) einwirken, alle drei möglichen, daraus zu bildenden Differenzfrequenzen vor. Je nach dem, ob die jeweils hochfrequente oder die niederfrequente Komponenten durch entsprechende Filter abgetrennt wird, gilt auch hier wieder, dass die Summenfunktion und die Summenform vorliegt.
Ein „Überlagerungsresonator" kann also aus mehr als drei oder vier einzelnen Resonatoren aufgebaut sein: Wenn z. B. für n Frequenzen von n Sendestationen sowohl die n gesendeten Trägerfrequenzen durch n Resonatoren (n > 2) aktiviert werden müssen, und auch z. B. m mögliche Differenzfrequenzen aktiviert werden sollen, wozu m = (n – 2)(n – 1)/2 zusätzliche Resonatoren maximal notwendig wären, wären für n = 5 z. B. 11 Resonatoren nötig.
Und wieder können diese Resonatoren natürlich schaltbar ausgelegt werden.
Eine vorteilhafte Anwendung einer solchen Anordnung ist z. B. die Folgende: Die beiden ersten Resonatoren aktivieren lediglich die an der Überlagerung beteiligten Frequenzen, z. B. 13,5375 MHz und 13,6625 MHz, stellen diese also – sofern im elektromagnetischen Feld überhaupt vorhanden – für die Empfangsschaltung einfach nur bereit. Die Differenzfrequenz liegt mit der Überlagerung der beiden Felder noch nicht wirklich vor (das entsprechende Spektrum besteht immer noch nur aus den beiden einzelnen Frequenzen). Erst wenn eine Nichtlinerität ins Spiel kommt und gewissermaßen zu einem Gleichrichtereffekt führt, entsteht eine solche Summen- bzw. Differenzfrequenz (bzw. die Frequenz aus der Hüllkurve der Überlagerung), die jetzt die/den entsprechenden, auf diese Frequenz abgestimmten Resonator(en) anregt, was zur Abstrahlung eben dieser Frequenzen (125 kHz bzw. 13,56 MHz) führt.
Eine solche Nichtlinearität kann in der Empfangsstation zuschaltbar vorgesehen sein, so dass eine Leseabfrage mit zwei ersten Frequenzen erfolgen kann, eine Antwort daraus aber auf einer ganz anderen, dritten oder vierten Frequenz erfolgt und zudem nur dann erfolgt, wenn diese Station das will oder mittels nichtlinearer Schaltfunktion „moduliert". Während in diesem Fall die beiden hochfrequenten Abfragefrequenzen der Energieversorgung dienen, wird die Antwort niederfrequent z. B. ASK-Moduliert daraus mittels Schaltfunktion durch die Nichtlinearität völlig passiv gebildet. Verwenden eine oder beide Stationen eine PWM-Ansteuerung, dann kann sie damit dem Differenzfrequensignal auch eine Information eigener Wahl aufprägen.
Es können mit derartigen Resonatorkonstruktionen in fast beliebiger Weise Kombination und Anordnung mit einer einzigen (oder mit mehreren) Sendeanordnung(en) und mit einer (oder mehreren) Empfangsanordnungen aufgebaut werden und mehrere Frequenzen übertragen werden. In der Empfängeranordnung kann eine beliebige Reaktion entweder auf alle oder auf ausgewählte Frequenzen angewendet werden (wie zum Beispiel Lastkopplung, Antennenreflektion, Broadcast, Einzelverbindung, Mehrfachverbindung, usw.) und durch eine resonante Auskopplungen zudem die übertragenen Signale auch wieder getrennt empfangen und beeinflusst werden.
Werden z. B. die in einem Frequenzband definierten Kanalmittelfrequenzen f₁, f₂, f₃, usw., mittels Resonatoren z. B. für eine Mehrfachfrequenzübertragung aktiviert, dann können auf der Empfangsseite einzelne oder auch Kombinationen von Frequenzen aktiviert oder deaktiviert werden (zum Beispiel durch eine Schalterfunktion mit denen die Resonatoren aktiviert oder kurzgeschlossen werden können), je nach dem, welche Frequenzen und Resonatoren gerade eingesetzt, aktiviert oder deaktiviert worden sind.
Nicht notwendigerweise muss auf der Senderseite nur ein Sendeort vorliegen. Wenn z. B. die beiden zuvor im Beispiel der Überlagerungsresonatoren eingesetzten Frequenzen (z. B. 13,5375 MHz bzw 13,6625 MHz) von unterschiedlichen Positionen kommen, dann ändert das an dem obigen Prinzip zur Gewinnung einer passiven Antwort nichts. Allerdings kommen hier noch die relativen Positionen der Sender zueinander, sowie der geometrischen Winkel, in dem sie zueinander und zur Empfangsposition stehen, hinzu. Die dadurch bewirkten Phasenlagen können ebenfalls genutzt werden.
Die Antwort einer passiven Station auf einer Überlagerungsfrequenz kann dabei im doppelten Sinne passiv sein: Zum einen wird die Antwort von einem passiven Empfangssystem gebildet, d. h. nur unter Nutzung der von den Sendestationen abgestrahlten Energie.
Zum anderen kann aber jede Sendestationen, z. B. durch Deaktivierung des zugehörigen Resonators, eine solche Antwort auch komplett unterdrücken: Fehlt eine der von der Sendestation abgestrahlten Trägerfrequenzen, dann fehlt auch die Differenzfrequenz beim Überlagerungstransponder. Jede Station kann also dafür sorgen, dass die Antwort auf der Differenzfrequenz eine ASK-Modulation mit den von ihr durch Resonatoraktivierung und -Inaktivierung definierten Daten aufweisen wird, indem sie gleiches mit der von ihr abgestrahlten Energie (z. B. über die Inaktivierung eines Resonators) macht.
Die Sendestationen können also – ohne eine zwischen ihnen wirklich bestehende Verbindung, nur über eine Einflussnahme auf die passive Empfangsstation, die jetzt lediglich als Relaisstation, d. h. ohne jeglichen Einfluss auf die weitergegebenen Informationen, passiv arbeitet, kommunizieren. Das kann mittels Resonatoraktivierung/-deaktivierung oder auch mittels PWM-Ansteuerung in einer der Sendestationen erfolgen.
Dazu ist es an sich lediglich notwendig, dass die (passive) Empfangsstation einfach nur das Differenzfrequenzsignal kontinuierlich generiert; d. h. aber, einfach das Vorhandensein eines Überlagerungsresonators an sich reicht dazu bereits aus.
Das ist eine dem RFID-Konzept entsprechende, aber auf einem ganz anderen Übertragungskonzept basierende Funktion: Ein Schwebungsresonator wird damit zu einem eigenständigen RFID-Markierungstransponder, der z. B. auf unterschiedlich ausgelegten Frequenzkanälen arbeiten kann. In einem solchen Konzept antwortet nicht mehr der Transponder selbst, sondern stellt passiv spezifische Übertragungseigenschaften zwischen zwei oder mehr Stationen her, woraus ein Identifikationsmerkmal ableitbar ist.
Das kann wiederum auch – z. B. durch eine weitere Schaltfunktion am Ort des passiven Empfängers – zusätzlich moduliert bzw. beeinflusst werden. Damit wiederum ist es möglich, Verbindungen zwischen den Lesestationen erst durch eine am Ort des passiven „Transponderrelais" vorhandene Schaltfunktion mittels derartiger schaltbarer passiver Relaisstationen herzustellen.
Dies erweitert die Möglichkeiten (gerade z. B. bei RFID-Anwendungen) ganz erheblich: für eine Antwort wird jetzt keine im Transponder selbst vorliegende Intelligenz oder Schaltung mehr benötigt, sondern die Vermittlung erfolgt hier zwischen den aktiven Stationen einfach durch das Zuganglichmachen einer Verbindung über die passive Relaisstation. Da die Lesestationen genügend Energie zur Verfügung haben, testen diese nicht mehr das schwache Signals des Transponders, sondern den durch den Transponder aufbereiteten Übertragungsweg.
Nicht notwendigerweise muss auf der Empfangsseite nur ein Empfangsort gegeben sein: Wenn z. B. an einem Ort eines Senders n Resonatoren dafür sorgen, dass n Frequenzen übertragen werden, dann können z. B. Einzel- und/oder Mehrfach-Empfangsanordnungen mit jeweils einem oder auch mit mehreren Resonatoren an z. B. m Orten (wobei m gleich oder ungleich, kleiner oder größer als n sein kann) die verschiedenen Frequenzen einfach, aber auch in mehrfacher, nicht notwendigerweise gleicher oder unterschiedlicher Kombination empfangen.
Jeder Resonator „aktiviert" also in diesem Sinne am Ort seiner Existenz eine einzelne Frequenz (für die Aussendung beim Sender oder für den Empfang beim Empfänger), sofern die Frequenzkomponente im elektromagnetischen Feld der Umgebung des Resonators enthalten ist; dies sowohl sendeseitig als auch empfangsseitig. Es können in gegebenen physikalischen Grenzen und im Rahmen der (auch gesetzlich nur eingeschränkt) zur Verfügung stehenden Bandbreite und Sendeleistung beliebige Kombinationen von Resonatoren und Schalterfunktionen und Lokalitäten gebildet werden, die unterschiedliche und verschiedene Resonatoranordnungen aktivieren, deaktivieren, senden oder empfangen. Wobei die Empfängerseite aktiv, passiv oder fremd versorgt ausgelegt werden kann.
Dazu stehen einfache, kompakte, nur als LC-Kombination aufgebaute Resonatoren zur Verfügung, aber auch Resonatoren, die über Schaltfunktionen aktiviert oder deaktiviert werden können, sowie Überlagerungsresonatoren, die aus mindestens zwei (HF-)Resonatoren für die zu empfangenen Trägerfrequenzen und aus mindestens einem, auf die Summen- oder Differenzfrequenz abgestimmten, zusätzlichen Resonator. Im Rahmen eines solchermaßen aufgebauten Überlagerungstransponders kann die Einbringung eines nichtlinearen Elements von außen (als Teil der Nutzung) geschehen, oder bereits im Aufbau fest vorgesehen sein.
Somit sind sehr viele Anwendungen und Anordnungen möglich; z. B. kann damit eine aus vielen Schaltern oder Tasten bestehende Tastaturfunktion, auch eine Fernbedienung, realisiert werden.
Sowohl sehr einfache Konstrukte (z. B. einfache Schaltfunktionen), aber auch sehr komplexe Schaltfunktionsanordnungen können so realisiert werden, wobei weder bei der Frequenzwahl von den üblichen Konstruktionen abgewichen werden muss, noch spezielle Maßnahmen zu treffen sind, die über den sonst üblichen Aufwand hinausgehen.
Das Resonatorkonzept stellt als solches die primären Vorraussetzungen bereit.
Die Beschreibung eines weiteren erfindungsgemäßen Beispiels soll anhand der 7 erfolgen: In dieser 7 wird senderseitig (für alle Teilbeispiele dieser Abbbildung sind die übereinander stehenden Komponenten von vergleichbarer oder gleicher Funktion und die Bezeichnungen gleichermaßen gültig) ein einzelner Koppelkreis (143) mit zwei Resonatoren (139) bzw. (140) zum Aufbau eines elektromagnetischen Feldes eingesetzt. Das generierte Feld trifft in allen Fällen dieser 7 auf der Empfängerseite auf zwei Resonatoren (137) bzw. (138) und auf zwei darauf folgende Auskoppelkreise mit zwei Empfangsschaltungen (141) bzw. (142).
Von den beiden empfangsseitigen Resonatoren kann im Beispiel der 7c und 7d jeweils einer (hier jeweils (138)) von einer Schalterfunktion „kurzschlussinaktiviert" (7c) bzw. bei geschlossenem Schalter aktiviert (7d) werden. Eine zweite Schalterfunktion schaltet eine Last in einem der Auskoppelkreise zur Lastmodulation hinzu; einmal geschieht dies (7d) im nicht resonanten Auskoppelkreis (146), zum anderen (7c) im resonant ausgelegten Auskoppelkreis (147) mit den entsprechenden Schaltfunktionen (148) und (149).
In diesem Beispiel der 7 bilden also je 2 Resonatoren, jeweils einer senderseitig, einer empfangsseitig, jeweils ein Resonatorpaar. Damit können zwei sinusförmigen Signale mit zwei unterschiedlichen Frequenzen unabhängig voneinander übertragen werden.
Im Beispiel der 7a werden die beiden Frequenzen den beiden Empfangsschaltungen (141) und (142) gleichermaßen zu Verfügung gestellt und können hier in beliebiger Weise, gleich oder unterschiedlich, genutzt werden.
Im Beispiel der 7b sind die Koppelkreise resonant ausgelegt, d. h. die einzelne Empfangsschaltung (141) bzw. (142) wird von den beiden (evtl. vorhandenen) Frequenzen jeweils nur eine nutzen. Das kann für jede Empfangsschaltung das Signal mit der gleichen Frequenz sein, aber auch die jeweils andere.
Im Beispiel der 7c und 7d können die Empfangsschaltungen (141) jeweils mit beiden Frequenzen arbeiten, die andere Empfangsschaltung (142) kann von den beiden Frequenzen jeweils nur eine nutzen.
Jeweils eine der beiden Frequenzen kann empfangsseitig durch eine Inaktivierung eines Resonators mittels Schaltfunktion (144) oder (145) gesperrt werden
Eine Lastmodulation kann einmal in der Empfangsschaltung mit resonanter Auskopplung erfolgen (7c) und einmal im breitbandig ausgekoppelten Pfad (7d):
Sind die Schalter in der Empfangsanordnung jeweils beide geöffnet, so stellt dies in den 7c und 7d die Situation einer normalen Übertragung dar (vergleichbar mit einem einzelnen RFID-Transponder). Mit dem einen Schalter (148) können z. B. Lastmodulationen nur auf der Frequenz f, auf die der Auskoppelkreis (147) ausgelegt ist, durchgeführt werden, die im bekannten Sinne auf die Eingangsseite zurückwirken und daher zur Datenübertragung vom der Empfangsseite auf die Senderseite genutzt werden können.
Wird in 7c jetzt der Schalter (144) geschlossen, dann ist die Resonatoranordnung inaktiv (kurzgeschlossen) und die durch die Resonatoren zuvor aktivierte Frequenz also praktisch nicht mehr vorhanden. Da der Empfänger auf dieser Frequenz dann aber keine (oder zumindest keine relevante Menge an) Energie mehr empfangt wird auch keine Antwort an den Primärkreis (an die Sendeschaltung) zurückgegeben. Anders, wenn der Schalter S₁ (144) geöffnet ist. In diesem Fall ist die Resonatoranordnung aktiv, die Empfangsseite erhält ein Signal und/oder kann Energie entnehmen und mittels einer Lastkopplung können Daten auf dieser Frequenz auf die Senderseite zurück gespiegelt werden.
In der 7d wird bei an sich gleicher Anordnung wie in 7c der empfangsseitige Resonator durch einen Schalter (145) im geschlossenen Zustand erst aktiviert. Ein solcher Schalter kann wieder von beliebiger Funktion und Form sein, z. B. ein Reedkontakt, der von einem in einem mechanischen Feststellhebel bewegten Magneten betätigt wird.
Allerdings erfolgt jetzt die Lastkopplung im nichtresonanten Koppelkreis. Diese Lastkopplung wirkt also auf die beiden durch die Resonatoren aktivierten Frequenzen gleichermaßen. Wird einer der Resonatoren (138) inaktiviert, dann wirkt die Lastkopplung nur noch auf die andere Frequenz.
An diesem Beispiel kann man sehen, dass eine Resonatorinaktivierung u. U. auch zum blockieren von Backscatterantworten genutzt werden kann. Bei permanenter Modulation durch die Lastkopplung kann also eine Modulation auch über die Resonatoraktivierung bzw. Inaktivierung erfolgen bzw. genutzt werden. (ASK, SSK, PSK)
Die Beschreibung eines weiteren erfindungsgemäßen Beispiels erfolgt anhand der 8: In dieser 8 werden senderseitig ein einzelner Koppelkreis (151) zum Aufbau eines elektromagnetischen Feldes, sowie drei Resonatoren (150), (152) und (153) eingesetzt. Das generierte Feld trifft empfängerseitig auf drei Empfangsanordnungen mit jeweils zwei Resonatoren, z. B. (160) und (161) und mit jeweils zwei darauf folgenden Auskoppelkreisen, z. B. (164) und (165) wieder mit zwei Empfangsschaltungen (163) und (162) für eine erste Frequenz (163) und jeweils einem zweiten Auskoppelkreis mit Empfangsschaltung für eine zweite Frequenz, diese hier für eine Energieübertragung.
In dieser Anordnung können der zweite und dritte senderseitige Resonator durch geschlossene Schalter aktiviert werden. Nur wenn einer von diesen Resonatoren aktiv ist, wird Sendeenergie auf den jeweiligen Resonanzfrequenzen der Resonatoren in nennenswertem Umfang abgestrahlt. Mit den Schaltern kann also eine ASK-Modulation des Signals entweder auf einer der Frequenzen erfolgen oder aber auch eine Frequenzmodulation durch umschalten der Resonatoren erreicht werden (FSK). (Im Fall einer FSK-Modulation kann auch eine Umschaltung genutzt werden, wie dies zur 6a dargestellt wurde) Werden nun die Empfangsstationen jeweils für eine der beiden Frequenzen zur Datenübertragung ausgelegt, dann kann auch die Sendestation durch Aktivierung bzw. Inaktivierung der Resonatoren die Verbindung zu einer Empfangsstation wählen, die ihrerseits eine Verbindung über Schaltfunktionen annehmen oder ablehnen kann.
Beschreibung eines weiteren erfindungsgemäßen Beispiels anhand der 9 zur Darstellung der Manipulationsmöglichkeiten der Sendestationen: Senderseitig (166) wieder mit einen einzelnen Koppelkreis (168) zum Aufbau eines elektromagnetischen Feldes (186) und mit drei Resonatoren (169), (170) und (171).
Das so generierte Feld (186) trifft empfängerseitig (167) auf eine erste Empfangsanordnung mit drei Resonatoren (174), (175) und (176). Der darauf folgende, erste (auf Resonanz ausgelegte) Auskoppelkreis (181) und eine zweite, nicht auf Resonanz ausgelegte Auskopplung (178) sind Eingänge für jeweils eine Empfangsschaltung (173) bzw. (172).
Die erste resonante Auskopplung (181) ist für die niedrigste Frequenz ausgelegt und dient hauptsächlich zur Versorgungsübertragung der jeweiligen empfängerseitigen Anordnungen. Die zweite Empfangsanordnung soll hier die zweite und dritte Frequenz nutzen und ist daher nicht resonant mit einer einfachen Spule (178) gekoppelt.
Eine zweite Empfangsanordnung – die sich z. B. an einem anderen Ort befinden kann – ist bis hier, in allen Details mit der ersten Empfangsanordnung vergleichbar, gleich aufgebaut mit drei Resonatoren (182), (183) und (189), zwei Empfangsschaltungen (185) und (177) mit den Kopplungen (180) und (179).
Senderseitig soll die Ansteuerung (168) mit ein PWM-Rechtecksignal erfolgen. Dies PWM-Signal kann von der Sendeelektronik der Senderseite elektronisch exakt auf einen 50% Dutycycle gesetzt werden und/oder, um einen kleinen Betrag etwas von diesen 50% abweichend, zwischen einem kleineren und größeren PWM-Verhältnis hin- und hergeschaltet werden.
Unter PWM-Verhältnis wird hier das Verhältnis von T_Puls zu T_Periode verstanden und kann durch den Quotient T_Puls/T_Periode direkt als Verhältnis, oder durch den entsprechenden Prozentwert 100 angegeben werden. Ohne dass dadurch Missverständnisse entstehen können, wird in diesem Sinne „PWM" auch direkt als Variable für dieses Verhältnis genutzt; PWM = 50% oder PWM = 0,45 ist in diesem Sinne eindeutig für ein PWM-Verhältnis von 0,5 bzw. 50% genutzt bzw. für ein PWM-Verhältnis von 0,45 bzw. 45%.
Die Resonatoren der 9 sind alle aktiviert, es könnte aber – als Erweiterung dieses Beispiels – auch z. B. ein Resonator durch eine der beschriebenen Maßnahmen von der Sendeeleektronik aktiviert oder inaktiviert werden.
In den Empfangsanordnungen sollen die Anteile aus dem Frequenzkomponenten des Rechtecksignals mittels entsprechender Empfangsschaltungen z. T. unterschiedlich genutzt werden (vgl. auch die Darstellung zur 3):
Die niedrigste Frequenzkomponente in einem PWM-Signal liegt auf der Grundfrequenz f₀ = 1/T (T ist die Periodendauer (32) des jeweiligen PWM-Signals (30); vgl. 10) und wird in beiden Empfangsanordnungen zur Energieversorgung genutzt. Dazu wird diese Frequenzkomponente in beiden Anordnungen resonant ausgekoppelt ((180) bzw. (181)) und durch eine geeignete Empfangsschaltung ((171) bzw. (185)) für die Energiebereitstellung aufbereitet und genutzt.
Die Auskopplung dieser Frequenzkomponente erfolgt in diesem Beispiel in beiden Empfangsschaltungen resonant, um die anderen Frequenzkomponenten nicht durch einen sich evtl. stark auswirkenden (dämpfenden) Energieentnahmeprozess zu beeinflussen; d. h., durch diese Maßnahme werden f₁ und f₂ nicht durch die Energieauskopplung beeinflusst.
10 zeigt für ein PWM-Signal das Verhalten der Amplituden (genauer deren Höhe) der ersten drei Frequenzkomponenten in Abhängigkeit vom jeweiligen PWM-Verhältnis: Der Verlauf einer ersten Kurve (31) stellt qualitativ dar, mit welcher Amplitude die Grundfrequenzkomponente mit der Frequenz f₀ in einem PWM-Signal enthalten ist, wenn ein bestimmtes PWM-Verhältnis (auf der Abszisse für den Bereich von 0% bis 100% dargestellt) gegeben ist.
Bei PWM = 50%, also bei einem symmetrischen Rechtecksignal, liegt der überhaupt mögliche Maximalwert (36) für die Amplitude mit der Grundfrequenz f₀ vor. Ändert sich das PWM-Verhältnis zu einem etwas kleineren PWM-Verhältnis, z. B. zu PWM = 45% (42), dann ändert sich diese Grundfrequenzkomponente nur um einen geringen Betrag (44); diese Amplitude wird geringfügig kleiner.
Dem vergleichbar zeigt in dieser 10 ein weiterer Kurvenverlauf (41) den Amplitudenverlauf der Frequenzkomponente f₁ = 2·f₀ und ein weiterer Kurvenverlauf (40) den der Frequenzkomponente f₂ = 3·f₀, der sich jeweils bei einem definierten PWM-Verhältnis einstellen würde.
Bei einem PWM-Verhältnis von exakt 50% sind die Frequenzkomponenten f₀ (Grundfequenz (36)) und f₂ = 3·f₀ (38) maximal vorhanden, f₁ = 2·f₀ (37) fehlt. Rechts und links davon, noch relativ dicht neben PWM = 50%, verringern sich die Anteile von f₀ (44) (mit geringer Änderung) und f₂ (45) (mit deutlicher Abnahme). Zusätzlich kommt aber jetzt f₁ = 2f₀ mit einem deutlichen Anteil (46) hinzu und kann u. U. an der Übertragung von Energie und/oder Daten teilnehmen (sofern ein auf diese Frequenz bezogener Resonator vorhanden ist).
Die Sendeelektronik kann also durch einfaches ändern des PWM-Verhältnisses, zwischen Signalen mit variierenden Spektralanteilen wählen, ohne dazu die Resonatoren aktivieren oder inaktivieren zu müssen (was aber natürlich für alle Frequenzkomponenten möglich wäre).
Es sei bemerkt, dass sich die Frequenzgänge bezüglich der 50%-Grenze symmetrisch verhalten, dass sich also – symmetrisch um den 50%-PWM-Wert liegend – die spektralen Betragsanteile rechts (51) und links (50) von 50% (35) gleich darstellen, aber natürlich eine jeweils unterschiedliche Phasenlage haben. Das kann z. B. für eine (zusätzliche) Phasenmodulation genutzt werden.
Es sei zusätzlich bemerkt, dass PWM-Signale für die rechts (51) und links (50) vom 50%-PWM-Wert liegenden Ausprägungen durch einfaches invertieren des entsprechenden PWM-Signals auseinander hervorgehen, wobei bei der Umschaltung ein Phasensprung im Signal erfolgt. Dies kann z. B. per Software erfolgen, aber auch durch ein einzelnes XOR-Gatter mit einem Dateneingang und einem PWM-Signaleingang für ein definiertes PWM-Signal.
Bevorzugt wird man die Umschaltung allerdings mit der Software eines Mikroprozessors unter Nutzung einer evtl. vorhandenen HW-Unterstützung bewerkstelligen.
Die empfängerseitige (resonante) Auskopplung des f₀-Anteils, das in diesem Beispiel immer maximal vorliegt (das PWM-Verhältnis soll nahe bei 50%, nie nahe bei 0% oder 100% liegen), liefert jeweils die empfangsseitig benötigte Energie. Die Energieversorgung ist also für kleine PWM-Änderungen weitgehend unabhängig davon, wie das PWM-Verhältnis gerade von der Sendeelektronik eingestellt wird, weil die Amplitude nur sehr wenig abfällt (44).
Allerdings erfährt auch dieses Signal der Basisfrequenz f₀ einen Phasensprung, wenn zwischen einem rechtsseitig und linkseitig von 50% liegenden PWM-Verhältnis hin- und hergeschaltet wird. Auch dies kann für eine Datenübertragung auf dem Energieversorgungssignal genutzt werden.
Besonders Broadcastsendungen (unspezifische Sendungen an alle Empfänger, die sich im Empfangsbereich befinden) können bevorzugt auf diese Weise übermittelt werden.
Damit hat die Senderseite also diverse Möglichkeiten, wie sie mit (einer oder mehrerer) Empfangsstationen kommunizieren kann. Als Beispiel stellt die folgende Tabelle eine mögliche Nutzung einer Anordnung nach 9 dar; diese Tabelle gibt dazu nur einige von mehreren Möglichkeiten zur Nutzung beispielhaft an: Die Bedinunen auf der Senderseite (zur Abb. 9; PWM-Ansteuerun):

Duty-Cycle f₀ f₁ = 2·f₀ f₁ = 3·f₀

50% vorhanden nicht vorhanden Vorhanden

50% –δ vorh., –φ vorh., –φ vorh., –φ

50% +δ vorh., +φ vorh., +φ vorh., +φ

Die Energieübertragung erfolgt senderseitig mit Res1 auf der Frequenz f₀: Die Nutzung auf der Empfängerseite 1: (zur Abb. 9)

Bei Duty-Cycle	f₀	f₁ = 2·f₀	f₂ = 3·f₀
50%	Energie	ASK = 0	kein Resonator
50% –δ	Energie, bei –φ	ASK = 1, Data1_0 –φ	kein Resonator
50% +δ	Energie, bei +φ	ASK = 1, Datal_1 +φ	kein Resonator

Die Energieübertragung erfolgt beim Empfänger 1 mit Res1', Auskopplung f₀ resonant
Ein 1. Datenkanal wird über ASK auf der Frequenz f₁ genutzt (Broadcastsendung)
Ein 2. Datenkanal wird über Phasenmodulation auf der Frequenz f₁ genutzt Die Nutzung auf der Empfängerseite 2: (zur Abb. 9)

Bei Duty-Cycle	f₀	f₁ = 2·f₀	f₂ = 3·f₀
50%	Energie	ASK = 0	Vorhanden
50% –δ	Energie, bei –φ	ASK = 1, Data1_0 –φ	Data1_0 –φ
50% +δ	Enerie, bei +φ	ASK = 1, Data1_1 +φ	Datal_1 +gφ

Die Energieübertragung erfolgt beim Empfänger 2 mit Res1'', Auskopplung resonant
Ein 1. Datenkanal wird über ASK auf der Frequenz f₁ genutzt (Broadcastsendung)
Ein 2. Datenkanal wird über Phasenmodulation auf der Frequenz f₁ genutzt
Ein 3. Datenkanal wird über Phasenmodulation auf der Frequenz f₂ genutzt
Die Sendeschaltung kann zwischen PWM 50% und einen geringfügig daneben liegenden PWM-Wert hin- und herschalten und so zwischen „f₁ = 2f₀ vorhanden" und „f₁ = 2f₀ nicht vorhanden" hin und herschalten. Dies entspricht einer on/off-Amplitudenmodulation (ASK Modulation) bei Nutzung einer Trägerfrequenz von f₁ = 2f₀.
Da die dargestellten Empfänger alle in der Lage sind, diese Frequenz über die nicht resonante Auskopplung (178) bzw. (179) zu empfangen, kann dieses z. B. zur Datenübertragung für eine Broadcastsendung (Sendung vom Sender an alle im Empfangsbereich liegenden Empfänger) genutzt werden. In diesem Modus kann die Sendestation allen im Empfangsbereich liegenden Empfängern zugleich eine Nachricht oder eine Anweisung zusenden, z. B. die Aufforderung zur Stummschaltung, eine Aufforderung zur Weitergabe einer Sendung, usw..
Liegt z. B. f₀ bei 64,5 kHz, dann wäre mit f₁ = 2f₀ = 125 kHz eine typische RFID-Frequenz gegeben, wodurch die Sendestation auch mit den derzeit verfügbaren Transpondern auf dieser Frequenz (ASK moduliert) kommunizieren könnte.
Durch die Wahl von 64,5 KHz zur Energieübertragung läge die genutzte Schaltfrequenz bei < 75 KHz. Dies entspricht einem Abstrahlfrequenzbereich für den ganz andere gesetzliche Bestimmungen gelten, als für 125 KHz und könnte (dürfte) wesentlich mehr Energie abstrahlen, als dies mit 125 KHz zulässig wäre.
Mit den 62,5 KHz könnte die Anordnung zudem auch in metallischer Umgebung verlustärmer arbeiten als mit 125 KHz.
Generell von Vorteil ist es also, die Energieversorgung einer Empfangsschaltung in einen Frequenzbereich zu legen, der eine hohe Energieabstrahlung erlaubt und die Kommunikation in einem höheren Frequenzbereich mit geringerer Energie, z. B. über das PWM-Verhältnis einstellbar abzuwickeln.
Versetzt man die Sendesation in diesem Beispiel jetzt zusätzlich in die Lage, den Resonator für die Frequenz f₂ = 3·f₀ kurzzuschließen, dann wäre auch mit dieser Frequenz eine ASK-Modulation zur Datenübertragung mit einer oder mehrerer Empfangsstationen möglich unabhängig von der gerade beschriebenen Datenübertragung auf f₁ = 2f₀. So können also zwei unabhängige Datenströme vom Sender zu den Empfängern übertragen werden, je nachdem, welche Resonatorkonstrukte und je nachdem, welche Aktivierung oder Inaktivierung von Resonatoren jeweils möglich ist.
Eine senderseitige Inaktivierungsmöglichkeit ist in der 9 nicht dargestellt, aber ist natürlich jederzeit für jeden senderseitigen Resonator als möglich anzusehen. Dabei kann die Inaktivierung von der jeweiligen Station aktiv vorgesehen sein, aber auch passiv durch eine vor Ort vorgesehene Schaltfunktion. Eine passive Schaltfunktion kann z. B. ein Reedkontakt sein, der von einem Magneten geschaltet wird, der von einem mechanischen Element auf den Reedkontakt zu- und wieder wegbewegt wird, oder ein Mikroschalter, oder ein lichtabhängiger Schalter, der z. B. bei Tageslicht nur einen geringen Widerstand aufweist, während er in der Nacht einen sehr hohen Widerstand hätte, usw..
Nunmehr sollen, das Beispiel anhand der 9 fortsetzend, die Empfangsstationen in der Lage sein, entweder auf der Frequenz f₁ = 2f₀ und/oder auf der Frequenz f₂ = 3·f₀ zusätzlich eine unterschiedliche Phasenlage zu detektieren (Phasenmodulation, hier PSK). Da senderseitig die Umschaltung zwischen einem rechts von 50% liegenden PWM-Verhältnis und einem linksseitig liegenden PWM-Verhältnis unabhängig von den bisherig dargestellten Entscheidungen erfolgen kann, ergeben sich weitere Möglichkeiten von Kanalausgestaltungen.
Bezogen auf sämtliche Schaltfunktionen, die überhaupt denkbar sind, ist die hier beschriebene Konstruktion aktiv oder passiv einsetzbar. Gleiches gilt für alle mit Schaltern versehenen Transponderanwendungen.
Damit besteht die Möglichkeit, eine dem typischen RFID-Konzept vergleichbare Funktionalität aufzubauen, sogar mit identischen Anwendungsbereichen, aber dennoch auf eine erkennbar deutlich andere und erweiterte technische Art und Weise bereitzustellen, als dies auf dem Stand der Technik mit typischen RFID-Transpondern möglich ist.
Es können Schaltfunktionen weitergereicht werden, Energie übertragen und Daten weitergeben werden, zur Datenleitung können auch unter Einbeziehung passiver Transponder Relaiskonzepte realisiert werden, usw..
Für kleinere Systeme mit einer nicht zu großen Anzahl von Empfangsstationen (Transponder) können passive Codierungen mit dem dargestellten Resonatorkonzept realisiert und genutzt werden: mit z. B. 4 Resonatoren können senderseitig vier Frequenzen, z. B. die ersten vier Frequenzkomponenten eines PWM-Signals oder auch 4 relativ dicht benachbarte Frequenzen die innerhalb eines definierten Frequenzbandes liegen, direkt aktiviert werden.
Zugleich definieren je zwei derartige Frequenzen jeweils zwei weitere, ebenfalls nutzbare Frequenzen, nämlich die Differenzfrequenz und die Summenfrequenz, sodass sich weitere Kombinationsmöglichkeiten ergeben. Diese Frequenzen werden durch entsprechende Differenzfrequenzresonatoren (Schwebungsresonatoren) bzw. Summenfrequenzresonatoren (Überlagerungsresonatoren) zur Abstrahlung aktiviert.
Die Aussendung der vier Frequenzen wird von z. B. 6 Empfangsstationen empfangen und ausgewertet. Hat jede Empfangsstation eine eindeutige Resonatorkennung, dann kann sie durch eine definierte Frequenzsignatur, die von der Sendestation gesendet wird, erkennen, ob und dass sie aktuell gerade angesprochen wird.
Eine vorgesehene Lastkopplung erfolgt in einer Empfangsschaltung in diesem Beispiel mittels nicht resonant ausgekoppelter Signalenergie und führt zu einem Backscattersignal auf allen aktivierten Frequenzen.
Haben z. B. die 6 Empfangsschaltungen die 6 Resonatorkennungen (in der Reihenfolge f₀, f₁, f₂, f₃ werden zu jedem Empfänger ein zu einer Frequenz nicht vorhandener Resonator mit „0", ein vorhandener mit „1" dargestellt; 0101 bedeutet also, dass für die Frequenzen f₀ und f₂ keine Resonatoren, für die Frequenzen f₀ und f₂, Resonatoren vorliegen) 0101, 1010, 1001, 0110, 1100 und 0011, dann kann die Sendestation jede dieser 6 Stationen eindeutig durch aktivieren und inaktivieren der Resonatoren mit den entsprechenden Frequenzkomponenten ansprechen.
Liegen allerdings mehr als 6 Lesestationen, z. B. mit der Resonatorkennung 0001, 0010, 0100, 1000 vor, dann würde jede von diesen Lesestationen zusätzlich auch angesprochen werden, wenn eine von den zuvor genannten sechs Stationen angesprochen werden soll. Der Transponder mit der Resonatorkennung 0001 würde z. B. auch angesprochen werden, wenn an sich nur einer der Transponder mit der Resonatorkennung 0101, 1001 oder 0011 angesprochen werden soll.
Wenn ein Transponder mit der Resonatorkennung 1110 bzw. 0111 angesprochen wird, würden auch die Transponder 1010, 0110, 1100, 1000, 0100 und 0010 bzw. die Transponder mit der Resonatorkennung 0101, 0110, 0011, 0001, 0010 und 0100 zugleich angesprochen.
Diese Nachteile können aber durch entsprechende Maßnahmen in den Empfangsschaltungen ausgeglichen werden, wie unten am Beispiel der Tastatur gezeigt werden wird.
Natürlich ist es jederzeit möglich, Sende- und Empfangsstation direkt an einem Ort zu einer Einheit (in steckbarer oder klebbarer Form) zusammenzufassen, wenn die Resonatoren für Sendung und Empfang auf verschiedenen Frequenzen arbeiten.
Konstruktionen in denen z. B. die Nutzung

– einer Station mit mindestens einem Kopplungskreis und mindestens zwei Resonatoren, von denen
– mindestens einer in der Station zum Senden (mit einer Auskopplungsspule) und
– mindestens einer in der gleichen Station zum Empfangen (mit einer Lastkopplungsspule) vorgesehen sind,

Der Minimalabstand für die Resonanzstellen von zwei Resonatoren wird von der gerade noch mit den eingesetzten Resonatoren trennbaren Resonanzstellenlage definiert.
Es ist also möglich, Sende- und Empfangseinheit in einem Gerät zusammenzufassen, wenn mit den Resonatoren die beteiligten Frequenzen genügend trennscharf auseinanderhalten können, und die Ein- und Auskopplung jeweils resonant ausgeführt wird.
Wenn z. B. die Frequenzbandbreite 25 KHz beträgt, dann ist es möglich, auf der Hälfte der Frequenz, also bei 12,5 KHz jeweils einen Pilotton zu benutzen, um für den Hin- und Rückweg unterscheidbare Signale zu übertragen. Da beide Frequenzen auf getrennte (allerdings eng abgestimmte) Resonatoren bezogen werden können, ist es möglich, sogar innerhalb einer solchen Kanalbandbreite eine Duplexverbindung aufzubauen.
Als wichtige Erweiterung der mit dem erfindungsgemäßen Resonatorverfahren gegebenen Möglichkeiten kann die „indirekte Informationsweiterleitung" über passive (oder auch aktive) „Relaistransponder" gesehen werden.
Im Beispiel der 11 werden 3 Sendestationen (187), (188) und (189) angenommen, die auf Grund der Distanz zueinander hier untereinander keine direkte Verbindung aufnehmen können. Die Sendestationen arbeiten alle mit einer PWM-Ansteuerung, wie sie oben und in der Tabelle zur 9 beschrieben worden ist.
Weiterhin werden 4 Empfangsstationen (190), (191) und (192) sowie (193) angenommen, die in diesem Beispiel passiv ausgelegt sind. Jede dieser Empfangsstationen kann jeweils von mindestens zwei Sendestationen (z. B. RFID-Leser) erreicht werden, eine Empfangstation (193) kann von allen drei Sendestationen erreicht werden.
Die Sendestationen arbeiten mit einer PWM-Ansteuerung, wie sie oben und in der Tabelle zur 9 bereits beschrieben wurde; sie können also mehrkanalig mittels verschiedener Modulationsarten auf eine für sie erreichbare Empfangsstation einwirken. Obwohl hier also die Stationen u. U. keine Möglichkeiten haben, direkt zu kommunizieren, können sie das über die Vermittlung der passiven Überlagerungsresonatoren (190), (191), (192), aber auch über (193) erreichen.
Mit einem geeigneten Routingkonzept können so auch kleine Lokale Netze aufgebaut werden (PicoLANs), die im Wechsel zwischen aktiven Lese/Sendestationen und passiven Relaisstationen Informationen weiterreichen können.
Bei Containerinhalten könnten über geeignet ausgebrachte, aktive und/oder passive Zwischenstationen auch größere Mengen an Stückgut von außen gelesen werden. Z. B. könnten eine große Menge von Flaschen/Gegenstände mit einzelnen passiven, billigen RFID-Transpondern gekennzeichnet sein, jede Kiste/Verpackung/Pallette darüber hinaus mit einer (immer wieder verwendbaren) Zwischenstation, die alle Flaschentransponder der Kiste zum lesen erreichen kann, die Nachrichten (Daten über den Inhalt der Kiste) in der Summe aber direkt oder indirekt an eine übergeordnete aktive Station weiterleitet, deren Daten von außen bequem ausgelesen werden können.
Anhand der 12 wird ein weiteres Beispiel beschrieben. Sendeseitig sind in diesem Beispiel zwei Stationen vorgesehen, wobei die erste (200) z. B. auf 13,4975 MHz ein relativ starkes, auch zur Versorgung eines Transponders geeignetes Signal abgeben soll. Die zweite Station (201) erzeugt gleiches auf 13,6225 MHz.
Eine empfangsseitige Mehrfachresonatorkonstruktion (250), die u. a. die beiden Einzelresonatoren (202) und (203) enthält, die mit den senderseitigen Resonatoren der beiden Sendestationen Resonatorpaare bilden, zudem einem Resonator (210) zur hier nicht näher dargestellten Energieversorgung und zudem zwei Resonatoren (205) bzw. (204) für die Differenz- und die Summenfrequenz soll mit diesen beiden Sendestationen zusammen arbeiten.
Diese Empfangskonstruktion (250) der 12 integriert also einen Überlagerungsresonator, wobei die Resonatoren (202) und (203) auf die beiden Sendefrequenzen, z. B. 13,4975 MHz bzw. 13,6225 MHz, ausgelegt sind.
Zwei Auskoppelkreise (206) und (207), koppeln Signale für zwei Empfangsschaltungen aus. Die „Auswertung" dieser Signale besteht hier nur aus der Mischung mittels einer Diode mit einem strombegrenzenden Widerstand in einer Empfangsschaltung (208) und stellt damit die benötigte Nichtlinearität des Empfängers dar.
Diese Anordnung bewirkt die Entnahme eines Energieanteils mit der Differenz- und Summenfrequenz aus dem von den HF-Resonatoren (202) und (203) gebildeten und durch den Diodendemodulator aufbereiteten Überlagerungssignal. Die randständigen Resonatoren (205) bzw. (204) sind dementsprechend auf diese Differenzfrequenz von 125 kHz bzw. auf die Summenfrequenz von 27,12 MHz ausgelegt und aktivieren diese Frequenzen hier auch für die weitere Übertragung z. B. zur Aussendung nach außen.
Unten rechts in der 12 ist dieses noch einmal in einer Drauf- bzw. Übersicht dargestellt: die beiden Sendestationen (215) und (214) entsprechen den Sendestationen (200) bzw. (201) der Detailansicht und senden ein elektromagnetisches Feld zur Empfangsstation (213), die daraus die beiden Arbeitsfrequenzen von 27,12 MHz und 125 kHz durch Überlagerung bildet. Nach rechts werden 125 kHz abgestrahlt, die mit einem normalen RFID-Transponder (212) interagieren können, der z. B. auf einer metallischen Oberfläche (211) sitzen könnte. Diese 12 stellt auch die Gegebenheiten für ein weiteres mögliches Beispiel für den Einsatz eines solchen Überlagerungstransponders dar: Die beiden Sendestationen S₁ (200) bzw. (215) und S₂ (201) bzw. (214) senden jetzt dazu auf den Frequenzen f₁ = 6,8425 MHz bzw. f₂ = 6,9675 MHz und haben in diesem Beispiel auf Grund ihrer Distanz zueinander keinen direkten Kontakt, obwohl sie, auch bei kleiner Leistung, leicht eine Distanz von einigen Meter überbrücken können.
Senden diese Stationen S₁ und S₂ – vorerst ohne Modulation – dann gelangen die beiden Frequenzkomponenten f₁ und f₂ auf den Überlagerungsresonator (202), (203) zusammen mit (205) bzw. (213) der Energie aus diesen beiden Frequenzen in seiner Umgebung sammelt und dabei diese (zunächst nur additiv) überlagert.
Ohne weitere Maßnahmen liegt an dieser Stelle nur eine (nicht 100%ig ausgebildete) Schwebung vor. Das hier gemessene Spektrum des Feldverlaufs bestünde aber immer noch nur aus den beiden Frequenzkomponenten f₁ und f₂ der Trägersignale von den beiden Stationen S₁ und S₂.
Gelangt jetzt eine geeignete, nichtlineare Funktionalität (208) in die Umgebung des Überlagerungstransponders (das kann z. B. ein hysteresebehaftetes Kernmaterial sein) dann entstehen, durch diese Nichtlinearität verursacht, sowohl oberhalb als auch unterhalb vom arithmetischen Mittel der beiden Frequenzen liegende, zusätzliche Frequenzkomponenten. Der Grund für diesen Vorgang ist bekannt und kann der allgemeinen Literatur zu den Modulationsverfahren und zu den Signaltheorien entnommen werden.
Obwohl natürlich diese beiden Frequenzkomponenten auf beiden Seiten des Transponders zur Verfügung stehen, kann hier im Beispiel der 12 angenommen werden (dies ist in der Übersichtsdarstellung der 12 unten rechts auch so dargestellt), dass auf einer Seite nur die Summenfrequenz mit 13,56 MHz interessiert, auf der anderen Seite nur die 125 KHz.
Ein solcher Aufbau ist z. B. nützlich, wenn, wie in diesem Beispiel angenommen, auf der einen Seite eine metallische Umgebung (211) vorliegt, oder wenn eine Datenübertragung mit den 13,56 MHz über eine deutlich größere Distanz leichter gelingt als z. B. direkt mit einer Feldfrequenz von 125 kHz.
In diesem Beispiel kann nun zusätzlich angenommen werden, dass sich zwischen der metallischen Oberfläche (211) und dem erfindungsgemäßen Überlagerungstransponder, z. B. sehr nahe an, bzw. sogar direkt auf der metallischen Oberfläche ein normaler RFID-Transponder (212) befindet, der auf das 125 kHz Signal in seinem normalen Funktionsrahmen „antwortet". Das normalerweise von einem Leser dazu generierte 125 kHz-Lesefeld muss i. a. sehr stark sein, wenn der Leser unter diesen Bedingungen den Transponder auslesen wollte.
In diesem Beispiel kann nun weitergehend angenommen werden, dass der Überlagerungstransponder aus dem Differenzsignal ein Modulationssignal für die 13,56 MHz ausbildet.
Es sei bemerkt, dass die Funktion dieser Anordnung der 12 aus einem anderen Blickwinkel heraus auch so dargestellt werden kann: Ein Leser (200), der auf der Frequenz von 6,28 MHz oder auch 13,56 MHz arbeitet, kann einen Transponder (212), der auf Grund einer metallischen oder flüssigen Oberfläche (211) nur auf einer sehr niedrigen Frequenz von z. B. 125 kHz arbeiten kann (wodurch i. a. nur Distanzen im mm-Bereich überbrückbar wären) auslesen, indem zwei (Hilfs-)trägersignale f₁ und f₂ von zwei entfernteren Stationen S₁ und S₂ und ein Überlagerungstransponder als Hilfstransponder eingesetzt werden.
Von diesem Beispielstatus ausgehend kann nun zusätzlich, das Beispiel noch einmal erweiternd, angenommen werden, dass ein zweiter Überlagerungsresonator mit den gleichen Frequenzeinstellungen wie bei dem ersten in einiger Entfernung zum ersten Überlagerungsresonator angeordnet ist.
Die beiden aus der Überlagerung der Trägersignale stammenden Frequenzen mit 125 kHz und 13,56 MHz werden auf Grund der gleichen Herkunft exakt mit den Frequenzen, die beim ersten Überlagerungstransponder gewonnen werden, übereinstimmen.
Da an der Position des ersten Überlagerungsresonators die dort gewonnenen 125 kHz dem dort ebenfalls gewonnenen 13,56 MHz-Signal aufmoduliert werden, kann dieses 125 kHz-Signal durch Demodulation auch an der Position des zweiten Überlagerungsresonators aus dem empfangenen 13,56 MHz-Signal gewonnen werden. Damit liegt an diesen Positionen zwei mal das exakt gleiche, aber aus zwei verschiedenen Quellen bzw. auf verschiedenen Signalwegen gewonnene 125 kHz-Signal vor. Diese Signale können miteinander verglichen werden, um Informationen über den Signalweg zu gewinnen.
14 stellt als weitere Anwendung den Aufbau einer passiv arbeitenden Tastatur, hier beispielhaft für neun Tasten dar.
Eine solche Tastatur ist z. B. in explosiv gefährlicher Umgebung sinnvoll, wenn jegliche Funkenbildung zu vermeiden ist. Eine solche Tastatur kann an variabel gehaltener Position frei fixiert werden. Eine solche passive Konstruktion ist z. B. auch sinnvoll, wenn eine Tastenanordnung (z. B. als auf eine beliebige Oberfläche aufklebbares Bedienelement, das z. B. in großen Stückzahlen gefertigt werden könnte) unmittelbar über einer Leserposition, z. B. von außen am Gerät oder an einer Glas- oder Gerätewand, befestigt werden kann.
Mit einer solchen Tastatur können z. B. Löcher, die in ein Gehäuse für eine Tastaturdurchführung oder mindestens für die Kabeldurchführung gebohrt werden müssten, vermieden werden. Das vereinfacht die Fertigung und z. B. auch, ein Gerät vollständig abzudichten. Bei Unterwasseranwendungen, Anwendungen in aggressiver Umgebung (Säure, Gas, Hitze, Dampf, ...), usw. können Schaltfunktionen durch eine Gehäusewand ohne Kabel und den damit verbundenen Problemen in das innere eines Gerätes weitergereicht werden.
Die 14a stellt beispielhaft einen Tastaturausschnitt aus einer Tastatur mit neun Tasten dar: Die sechs sich am Rand befindlichen Resonatoren sind in dieser 14a so geschaltet, dass bei Betätigung einer Taste jeweils die Überbrückung von zwei Resonatoren erfolgt. Z. B. inaktiviert die Taste (234) die Resonatoren (218) und (217). Die Taste besteht dazu nur aus einem leitenden Kunststoff, der auf eine Stelle bei (234) mit vier Kontakten gedrückt wird. Dadurch wird eine Verbindung z. B. zwischen den Leitungen (219) und über diese ein Kurzschluss für die Resonatoren (hier (218)) hergestellt, wodurch diese inaktiviert werden. Mit gleicher Tastenanordnung sind auch Mehrfach-Resonatoraktivierungen möglich, z. B. wenn die Spule und die Kapazität des Resonators nicht parallel, sondern in Reihe gelegt werden.
14b zeigt, wie auch mehr als nur zwei Resonatoren durch jeweils eine Taste gleichzeitig inaktiviert werden können, hier in 14b sind das bei jeder Taste jeweils 3 Resonatoren, die mit einer Taste inaktiviert werden. (Wieder ist es auch hier möglich, die gleichzeitige Aktivierungen der drei Resonatoren durch eine Tastenfunktion gleichzeitig durchzuführen, wenn satt der hier gezeigten Parallelresonanzen Serienresonanzen verwendet werden).
Erweiterungen auf 4 Resonatoren je Schaltpunkt sind leicht durchzuführen: Dazu werden die Anschlüsse der Resonatoren über Leitungen einem Kranz aus Kontaktstellen zugeführt, in dem jeweils zwei zugehörige Kontaktflächen unter einem leitfähig flexiblen Material angeordnet sind. Beim ausüben eines Betätigungsdrucks auf eine so definierte Tastenposition wird das leitende Material auf den Kranz der Kontaktstellen gepresst, und damit eine Verbindung zwischen allen im Kranz befindlichen Kontaktstellen gleichermaßen hergestellt. Jeder Resonator, der eine Zuleitung zu einem solchen Kontaktkranz hat, wird so durch Kurzschluss inaktiviert (bei Sereienschaltung aktiviert).
Die hier in den 14 zur Übersichtlichkeit der Schaltung am Rand des Taststurenfeldes dargestellten Resonatoren werden in einer realen Konstruktion allerdings durch Spulen realisiert, die um die Tastenanordnung herum im Außenraum verlaufen.
15 zeigt beispielhaft den Aufbau (einer von vielen möglichen) eines passiven Transponders, hier in Folienbauweise mit einer Empfangsschaltung (230), die ein mittels einer Spule (229) gekoppeltes Signal auswertet und drei Resonatoren (225'), (226') und (227').
Die Senderanordnung kann ähnlich aufgebaut sein, hier dargestellt durch einen Signalgenerator (232), der das generierte Signal zur Auskopplung auf eine Spule (228) schaltet und auch hier die zur Resonatorpaarbildung mit der Empfängeranordnung benötigten drei Resonatoren (225), (226) und (227).
Diese Spule (228) erzeugt ein elektromagnetisches Feld mit einem zeitlichen Intensitätsverlauf, der in etwa dem zeitlichen Verlauf des Generatorsignals entspricht. Das kann ein einzelnes, harmonisches Signal sein, das können mehrere, einzelne Sinusfunktionen sein, die erst in ihrer Summe auf die Koppelspule geschaltet werden, das kann aber auch ein Signal mit Rechteck, Dreieck oder Sägezahnverlauf sein.
Die hier als zusammenklebbare Folien dargestellten Resonatoren (221), mit z. B. direkt auf das Platinenmaterial aufgedruckten bzw. geätzten Spulenstrukturen (222) und mit den hier ebenfalls direkt durch das Layout realisierten Kapazitäten (223), können frei gewählt und zusammengebracht werden. Durch das freie Zusammenstellen von Resonatoren mit geeignet gewählten Resonanzfrequenzen können Transponder und Sendereinheiten für beliebige Arbeitsfrequenzen zusammengestellt werden. Mögliche Schaltfunktionen (224) sind parallel zur Kapazität (223) zu legen.
Der Aufbau aus drei oder vier derartigen Folienresonatoren wäre bei einem Überlagerungsresonator, ohne jegliche Elektronik, gleich. Lediglich die einzubringende Nichtlinearität (Diode, Transistor oder auch nur ein Kernmaterial) müsste hinzugefügt werden.
Die Darstellung der 11 zeigte bereits ein Szenarium zu dieser Anwendung, mit dem die Bedeutung der Technik für das RFID-Geschehen deutlich werden kann. Damit ergibt die erfindungsgemäßen Resonatorkonstruktionen ein breit gefächertes Anwendungsfeld, das RFID-Anwendungen umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007055176 [0001]
- DE 3810702 [0023]
- DE 102005045360 [0023]
- DE 60102613 [0023]

Claims

Verfahren zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen mindestens zwei Stationen, in Systemen, in denen Funkpartner mittels elektromagnetischer Felder Daten und/oder Energie austauschen, übermitteln und/oder empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens eine Sendestation vorliegt, die – mindestens eine, Sendeschaltung aufweist, die zur Erzeugung von Energietragenden und/oder Datentragenden Trägersignalen geeignet ist, und/oder – mittels mindestens einer Kopplungsanordnung, die mit beliebig schmal oder breit ausgelegter Bandbreite den Aufbau bzw. die Erzeugung und Abstrahlung von elektromagnetischen Feldern möglich macht, und – in Verbindung – vorzugsweise mit der Sendestation, oder – in Verbindung mit einer anderen Quelle eines elektromagnetischen Trägersignals, bzw. einer beliebig anders konstruierten Sendestationen, mindestens eine Empfangsstation vorliegt, die – mindestens eine Empfangsschaltung aufweist, die durch – eine Kopplungsanordnung mit beliebig schmal oder breit ausgelegter Bandbreite an das am Empfangsort vorliegende elektromagnetische Feld bzw. Trägersignal gekoppelt ist, und so ein Energie und/oder Daten tragendes Nutzsignal gewinnt, – wodurch – Energie für eine zumindest teilweise Energieversorgung der Empfangsstation und/oder – Trägersignale mit oder ohne aufmodulierte Daten gewonnen werden, – wobei sich zwischen der Sendestation und der Empfangsstation – mindestens eine Resonatorpaaranordnung befindet, oder – mindestens eine Resonatoranordnung – in der Nähe, nicht unbedingt direkt an der Empfangsstation bzw. an dessen Kopplungseinrichtung, und/oder – in der Nähe, nicht unbedingt direkt an der Sendestation bzw. an dessen Kopplungseinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von einer Sendeschaltung erzeugte Signal bzw. das von einer Kopplungseinrichtung ausgekoppelte elektromagnetische Feld einen beliebigen zeitlichen Verlauf und/oder eine beliebige spektrale Zusammensetzung haben kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Empfangsstation mittels einer Kopplungseinrichtung aus dem am Ort vorliegenden elektromagnetischen Feld eingekoppelte Signal einen beliebig zeitlichen Verlauf und/oder eine beliebige spektrale Zusammensetzung haben kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Resonatorpaare aus paarweise aufeinander abgestimmten Einzelresonatoren bestehen, wobei der eine Resonator sich nahe an der Sendestation und der andere Resonator sich nahe an der Empfangsstation befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Energie- und/oder Datenübertragung gleichzeitig auf mehreren Frequenzstellen, bei einem beliebigen Frequenzabstand zueinander, weitgehend unabhängig voneinander erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatorfrequenzen bei mehrfach vorhandenen Resonatorpaaren so festgelegt werden, dass diese im Rahmen einer mit Resonatoren gerade noch möglichen Frequenztrennbarkeit beliebig nahe beieinander liegen können, oder beliebig weit voneinander entfernt sein können, und/oder sich an beliebiger Stelle innerhalb eines Kanals befinden können.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Resonatorfrequenzen bei mehrfach vorhandenen Resonatorpaaren so festgelegt werden, dass diese paarweise durch ein beliebiges Zahlenverhältnis dargestellt werden können, so dass diese Frequenzen ein ganzzahliges, rationales oder reelles Verhältnis zueinander haben, bzw. zwischen ihnen ein ganzzahlig Vielfaches bzw. ein ganzzahliges Teilerverhältnis besteht.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Sendestation ein elektromagnetisches Feld mit beliebig zeitlichem Verlauf bzw. mit beliebiger spektraler Zusammensetzung durch Überlagerung mehrerer Teilsignale erzeugt wird, die von mehreren Sendeschaltungen generiert werden und mittels Kopplungsanordnung in die Übertragungsstrecke einkoppelt werden.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von mehrfach vorhandenen Sendeschaltungen generierten Teilsignale unterschiedliche Frequenzbereiche, unterschiedliche Bandbreiten und auch einzelne Frequenzen aufweisen können.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass empfängerseitig aus dem elektromagnetischen Feld mittels einer jeder Empfangsschaltung zugeordneten Kopplungseinheit mehrfach und weitgehend unabhängig voneinander Signale gewonnen werden können, die eine einzige Frequenz haben oder aus mehreren Frequenzkomponenten zusammengesetzt sind bzw. aus einem komplexen Frequenzgemisch bestehen können.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kopplungseinheiten – für gleiche oder unterschiedliche Frequenzbereiche bzw. – für beliebig unterschiedliche Bandbreiten, bzw. – für einzelne Frequenzen ausgelegt werden können und in diesem Fall auch resonant ausgelegt sein können.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einer Sendestation und mindestens einer Empfangsstation mindestens eine durch Resonatorpaare vermittelte Verbindung hergestellt wird, wobei bei mehreren Verbindungen diese frei kombinierbar durch die Resonatorpaare mit gleicher Frequenzabstimmung festgelegt werden.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich mehrere Sendestationen an mindestens einem gleichen oder an unterschiedlichen Orten befinden können bzw. sich mehrere Empfangsstationen an mindestens einem gleichen oder an verschiedenen Orten befinden können.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Sendestationen dafür vorgesehen ist, mindestens einer Empfangsstation Energie für eine zumindest teilweise Versorgung über das elektromagnetische Feld zuzuführen.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einer sendenden Station von mindestens einer Sendeschaltung Signale mit N Frequenzen generiert werden, von denen mittels n Resonatoren n ≤ N Frequenzen zur Aussendung kommen, und von denen in k empfangenden Stationen mittels m_k ≤ n Resonatoren, deren Resonanzfrequenzen auf eine der n ausgesendeten Frequenzen abgestimmt ist, m_k Frequenzen empfangen werden, so dass zwischen der einen sendenden und jeder der k empfangenden Stationen jeweils m_k Verbindungen auf m_k unterschiedlichen Frequenzen bestehen.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in η sendenden Stationen von den Sendeschaltungen jeweils N_η Frequenzen generiert werden, wovon jeweils n_η ≤ N_η Frequenzen mittels n_η Resonatoren ausgesendet werden, wodurch n unterschiedliche Frequenzen insgesamt zur Aussendung kommen, von denen in k empfangenden Stationen mittels m_k ≤ n Resonantoren jeweils m_k Frequenzen empfangen werden, so dass zwischen den η sendenden und den k empfangenden Stationen, die in einem beliebigen örtlichen Bezug zueinander stehen, einfache und/oder mehrfach ausgestaltete Verbindungen in beliebiger Kombinationen aufgebaut werden können.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Frequenz von mindestens einer der sendenden Stationen dafür vorgesehen ist, mindestens eine der empfangenden Station über das elektromagnetische Feld mit Energie für eine zumindest teilweise Versorgung der Station zuzuführen.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Empfangsstationen nur auf Signale reagieren und weiterverarbeiten, die auf einer, auf allen, oder auf anwendungsspezifisch genau definierten Frequenzstellen Signalanteile aufweisen.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Station sowohl die Eigenschaften einer Sendestation, als auch die Eigenschaften einer Empfangsstation aufweist, dass also – eine solche Station als sendende Station mindestens eine Sendeschaltung mit Auskopplungseinrichtung für die Kopplung der Signale in den Übertragungsweg, sowie auf die zur Aussendung kommenden Frequenzen abgestimmte Resonatoren aufweist, und – eine solche Station als empfangende Station für den Empfang Resonatoren und mindestens eine Empfangsschaltung mit Kopplungseinrichtung aufweist, mit der Signale aus dem Übertragungsweg für die Empfangsschaltung ausgekoppelt werden.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Station die sowohl die Eigenschaften einer Sendestation, als auch die Eigenschaften einer Empfangsstation aufweist, mehrfache Sendeeinheiten und mehrfache Empfangseinheiten umfassen kann.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichzeitig sendendem und empfangendem Betrieb einer Station der Frequenzabstand des mindestens einen zur Sendung und des mindestens einen zum Empfang genutzten Trägersignals paarweise durch einen Frequenzdifferenzwert festgelegt ist, der sich aus den Eigenschaften der Resonatoren ergibt.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung von Energie und Daten mehrfach und auf mehreren Frequenzen erfolgt, wobei mindestens eine erste Frequenz f₁ von mindestens einer sendenden Station für eine Energieübertragung zu mindestens einer empfangenden Station genutzt wird und mindestens eine zweite Frequenz f₂ von mindestens einer sendenden Station für eine Datenübertragung zu mindestens einer empfangenden Station genutzt wird.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, zur Erweiterung des Anspruchs 22 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einer sendenden und mindestens einer empfangenden Stationen – die Übertragung von Energie von mindestens einer Energiesendenden zu mindestens einer mit Energie zu versorgenden Station mittels mindestens einer ersten Trägerfrequenz f₁ erfolgt, und – eine Datenübertragung zwischen mindestens einer Datensendenden und mindestens einer Datenempfangenden Stationen mittels mindestens einer zweiten Trägerfrequenz f₂ erfolgt, und – mittels mindestens einer dritten Frequenz f₃ eine zusätzliche Funktion bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 22 und/oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die mit unterschiedlichem Zweck hergestellten Verbindungen, vor allem zur Energie- oder Datenübertragung, zwischen verschiedenen Stationen auf verschiedenen Frequenzen und/oder Frequenzbändern erfolgt, – wobei auf mindestens einer ersten Frequenz f₁ hohe Energien ausgesendet und übertragen werden und auf einer mindestens zweiten Frequenz f₂ eine sichere bzw. ungestörte und/oder weit reichende Datenübertragung realisiert wird, oder – indem die bei den verschiedenen Frequenzen vorhandenen Vorzüge genutzt bzw. die bei bestimmten Frequenzen bestehenden Nachteile, die sich auf Grund von Umgebungsbedingungen, Reichweitenabhängigkeiten, zulässigen Grenzwerten und/oder dem jeweils notwendigen Aufwand ergeben, vermieden werden, oder – wobei die Versorgung einer Station mittels mehr als einer Sendestation auf der gleichen oder auf unterschiedlichen Frequenzen erzielt werden kann, oder – wobei die Übertragungsbandbreite auf der Energie übertragenden Trägerfrequenz klein gehalten wird, weil eine durch eine Modulationen bedingte Spektralverbreitungen vermieden werden kann.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Resonatoren mittels beliebig ausgelegter Schaltfunktionen bzw. Schalter senderseitig, empfangsseitig oder beidseitig aktiviert oder inaktiviert werden können.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Schalterfunktion parallel zu einem Resonator liegt und so diesen Resonator durch Kurzschluss inaktivieren kann, oder – eine Schalterfunktion eine zur Schwingkreisausbildung noch fehlende Verbindung herstellt und so einen Resonator aktivieren kann, oder – eine Umschaltmöglichkeit zwischen zwei Resonatoren besteht, bei der immer eindeutig ein Resonator aktiv, ein zweiter Resonator immer inaktiv ist, oder – eine Wechselschaltung mit zwei Umschaltern eine Aktivierung von einem von zwei Resonatoren derart ermöglicht, dass die Schalter immer die gleiche Stellung haben müssen bzw. bei jeder ungleichen Stellung der Schalter immer beide Resonatoren inaktivert sind, oder – eine Wechselschaltung mit zwei Umschaltern eine Aktivierung von einem Resonator derart ermöglicht, dass jeder der beiden Schalter den Resonator ein- und ausschalten kann, wobei jede Schalterbetätigung den gerade inaktiven Resonator aktiviert bzw. den gerade aktiven Resonator inaktiviert.
Verfahren nach Anspruch 25 und/oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die durch eine Schaltfunktion bewirkte Aktivierung, Inaktivierung oder Umschaltung von Resonatoren in Abhängigkeit von einer definierten Bedingung erfolgt, was durch eine beliebige Schaltfunktion gegeben sein kann oder durch die Bitwerte eines Datenstroms.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Übertragungsverbindungen zwischen sendenden und empfangenden Stationen durch aktivieren und/oder inaktivieren von Resonatoren schaltbar ausgelegt werden können.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung, Inaktivierung oder Umschaltung von Resonatoren empfangsseitig genutzt wird, um Frequenzänderungen, Phasenänderung und/oder Amplitudenänderung im Übertragungs-Trägersignal bzw. im Empfangsfeldes zu bewirken, wodurch Information von der Empfangsstation zur Sendestation zurückgegeben werden kann.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Empfangsstation eine Empfangsschaltung mittels einer, von einer definierten Bedingung wie einem Datenfluss abhängigen, Resonatoraktivierung, Resonatorinaktivierung, Resonatorumschaltung oder Laständerung eine Rückgabe von Daten an die Sendestation im Sinne eines Backscatterverfahrens bewirkt.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfangsschaltung auf allen im für sie ausgekoppelten Signal enthaltenen Frequenzkomponenten im Sinne eines Backscatterverfahrens eine Datenrückgabe an die Sendestation bewirkt, indem eine breitbandige Signalauskopplung für die Empfangsschaltung eingesetzt wird.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfangsschaltung auf nur eine im ausgekoppelten Signal enthaltene Frequenz im Sinne eines Backscatterverfahrens eine Datenrückgabe an die Sendestation bewirkt, indem eine resonante Signalauskopplung für die Empfangsschaltung eingesetzt wird.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfangsschaltung lediglich ein passives nichtlineares Element, z. B. eine Diode oder einen Transistor darstellt.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfangsschaltung als lediglich passives oder nichtlineares Element durch eine Schaltfunktionen aktiviert werden kann.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass mittels schaltbarer Resonatorpaare bzw. durch Resonatoren vermittelte Verbindungen, die von einem Schaltzustand abhängig aktiviert oder inaktiviert werden, über die Feststellung bestehender oder nicht bestehender Verbindungen Schaltzustände erfasst und übermittelt werden können,
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorische Erfassung eines Geräte- oder Bedienungsstatus möglich ist,
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass eine sensorische Erfassung der Stellung von Bedienungs- oder Feststellhebeln an einem manuell verstellbaren Gerät möglich ist, indem mit den Bedienungshebeln beliebig konstruierte, einfache oder mehrfache Schaltfunktionen in einer Wirkverbindung mit diesen Bedienungshebeln stehen, wobei die Schaltfunktionen wiederum Resonatoren aktivieren und/oder inaktivieren können
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Bedienungshebeln in einer Wirkverbindung stehenden Schaltfunktionen zum aktivieren und/oder inaktivieren von Resonatoren Reedkontakte sind und die betätigenden Elemente durch mit den Bedienungshebeln verbundene Magnete sind.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass logische Verknüpfungen der Schaltfunktionen gebildet werden, wodurch neben nur einer Überwachung von Bedienelementen logistische Handhabungsreihenfolgeüberwachungen möglich sind.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sendeschaltung nichtharmonische, periodische Signale generiert und dass der Aufbau des elektromagnetischen Feldes durch ein Oberwellen enthaltendes Signal mit der Grundfrequenz f₀ und mit ganzzahlig aus der Grundfrequenz ableitbaren Frequenzkomponenten mit unterschiedlichen Anteilen enthält, von denen alle, eine Teilmenge oder auch nur eine einzelne Frequenzkomponente durch entsprechend abgestimmte Resonatorpaare für eine Energie- und/oder Datenübertragung genutzt werden können.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass von den Frequenzkomponenten mindestens eine, bevorzugt die Frequenzkomponente, die den größten Energieanteil am Signal beisteuert zur Energieübertragung genutzt wird.
Verfahren zur Energie- und/oder Datenübertragung und Nutzung von dazu geeigneten Signalen nach Anspruch 40 und/oder 41 dadurch gekennzeichnet, dass zur Anregung eines elektromagnetischen Feldes eine Sendeschaltung ein PWM-Signal generiert, wobei bevorzugt der f₀-Grundfrequenzanteil zur Energieübertragung herangezogen wird.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau eines elektromagnetischen Feldes bzw. einer Feldkomponente durch ein von einer Sendeschaltung generiertes PWM-Rechtecksignal erfolgt, wobei das PWM-Verhältnis zwischen PWM = 0,5 und einem definiert davon abweichenden Wert mit PWM = 0,5 ± δ verändert werden kann und zudem die im PWM-Signals enthaltenen Frequenzen mittels schaltbarer Resonatorpaare schaltbar ausgestaltet sind, wodurch sich die Amplituden und die Phasenlagen auf allen in diesem PWM-Signal enthaltenen Frequenzkomponenten im Sinne einer Modulation, bevorzugt für eine ASK- und PSK-Modulation (Amplitude Shift Keying, Phase Shift Keying) gezielt verändern lassen, wobei zum Teil unabhängig voneinander und zum Teil gleichzeitig auf verschiedenen Frequenzen allg. Amplitudenmodulation, ASK-Modulation und PSK-Modulation kombiniert für eine Datenübertragung genutzt werden können.
Verfahren nach Anspruch 42 und/oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass unter Nutzung von PWM-Signalen sich – eine ASK-Modulation nachbilden lässt – auf allen Frequenzen durch Resonatoraktivierung/Inaktivierung – auf allen geradzahligen Frequenzen 2f₀, 4f₀, ..., usw. durch Umschalten des PWM-Verhältnisses zwischen PWM = 0.5 und PWM = 0,5 ± δ, – eine PSK-Modulation sich nachbilden lässt – auf allen Frequenzen durch Umschalten zwischen PWM = 0,5, PWM = 0,5 – δ und/oder PWM = 0,5 + δ, – auf allen Frequenzen durch ein allgemeines variieren des PWM-Verhältnisses.
Verfahren nach mindestens einem oder beiden der Ansprüche 40 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass zur Phasenmodulation aller Frequenzkomponenten die Umschaltung zwischen PWM = 0,5 + δ und PWM = 0,5 – δ durch Invertieren des zur Anregung eines elektromagnetischen Feldes generierten PWM-Signals erfolgt.
Verfahren zur Energie- und/oder Datenübertragung und Nutzung dazu geeigneter Signale nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen PWM = 0,5 + δ und PWM = 0,5 – δ durch Invertieren des generierten PWM-Signals mittels einer Softwaresteuerung bzw. mittels Mikrokontrollerprogramm erfolgt.
Verfahren zur Energie- und/oder Datenübertragung und Nutzung dazu geeigneter Signale nach Anspruch 45 und/oder 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen PWM = 0,5 + δ und PWM = 0,5 – δ durch Invertieren des generierten PWM-Signals durch eine XOR-Funktion oder ein einzelnes XOR-Gatter erfolgt, wobei auf einen Eingang die zu übertragenden Daten gelegt werden, und auf den zweiten Eingang das generierte PWM-Signal.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 40 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Energieübertragung genutzter f₀-Anteil eines PWM-Signals zugleich zur Datenübertragungen genutzt wird, bevorzugt unter Einsatz einer Phasenmodulation für Broadcast-Sendungen an alle im jeweiligen Erfassungsbereich vorhandenen Empfänger.
Anordnung nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass – Sendestationen, evtl. mit Ausnahme von zur Versorgung anderer Stationen vorgesehenen, energiereiche Trägersignale aussendenden Stationen, die sich bezüglich des für die Energieübertragung benötigten, zusätzlichen Aufwands von einer nur Daten aussendenden Station unterscheiden können, und – Empfangsstationen, evtl. mit Ausnahme von einer über das elektromagnetische Feld zu versorgenden Stationen, die sich bezüglich des zur eigenen Energieversorgung, d. h. für die Energieübertragung bzw. für den Energieempfang benötigten, zusätzlichen Aufwands, von nur Daten empfangenden Station unterscheiden können, – mit allen eingesetzten Resonatoren einen standardisierten Aufbau haben
Anordnung nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass Resonatoren vorzugsweise aus passiven LC-Resonanzkreisen bestehen, die entweder keinen galvanischen Kontakt zu weiteren Schaltungen oder Schaltungsteilen haben, oder ausschließlich Verbindungen zu Schaltern bzw. Schaltfunktionen haben, die zur Aktivierung, Inaktivierung oder Umschaltung dienen.
Anordnung nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass unter Nutzung eines PWM-Signals zur Anregung eines elektromagnetischen Feldes – der f₀-Anteil des PWM-Signals – zur Energieübertragung und – zugleich unter Nutzung einer Phasenmodulation für Broadcast-Sendungen an alle im jeweiligen Erfassungsbereich vorhandenen Empfänger genutzt wird, – der 2·f₀= f₁-Anteil des PWM-Signals – unter Einsatz einer Phasenmodulation durch Umschalten des PWM-Verhältnisses zwischen PWM = 0.5 und PWM = 0,5 ± δ, oder – unter Nutzung von Resonatoraktivierung und -Inaktivierungen für eine ASK-Modulation genutzt wird, – der 3·f₀ = f₂-Anteil des PWM-Signals – unter Nutzung von Resonatoraktivierung und -Inaktivierungen für eine Datenübertragungen mit einer ASK-Modulation auf einem zweiten Datenkanal genutzt wird.
Verfahren nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass beliebige, auch nicht harmonische Signale übertragen werden können, indem alle oder zumindest die wesentlichen, an einem Signal beteiligten Frequenzkomponenten mittels geeigneter Resonatorpaaranordnungen getrennt und unabhängig voneinander übertragen und empfängerseitig wieder zum Ausgangssignal zusammengesetzt werden.
Anordnungen nach mindestens einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass Resonatoren bevorzugt aus einfachen, kompakten LC-Resonanzkreisen bestehen, die diskret aufgebaut sind oder aus gedruckten oder geätzten, flächenhaften Spulen- und Kondensatorstrukturen bestehen.