DE202012008963U1

DE202012008963U1 - UHF-RFID-Transponder, insbesondere für die Tierhaltung

Info

Publication number: DE202012008963U1
Application number: DE201220008963
Authority: DE
Original assignee: Kathrein Sachsen GmbH
Current assignee: Kathrein Sachsen GmbH
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2022-09-13

Abstract

UHF-RFID-Transponder auf Leiterplattenbasis, ausgestaltet zur Befestigung an einem Ohr eines Tieres, wobei durch eine Auswertung der vom Transponder mittels einer Antennenstruktur übermittelten Daten tierspezifische Informationen generierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder insgesamt drei Metallisierungslagen (1; 2; 3) und zwei Dielektrikumlagen (4; 5) aufweist, die jeweils einander abwechselnd derart angeordnet sind, dass sich beiden äußeren Metallisierungslagen (1; 3) jeweils eine Dielektrikumlage (4; 5) anschließt und dass die mittlere Metallisierungslage (2) beidseitig benachbart zu Dielektrikumlagen (4; 5) angeordnet ist und wobei ein RFID-Chip (6) mit einer zugeordneten Antennenstruktur (7) zwischen den Dielektrikumlagen (4; 5) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen UHF-RFID-Transponder auf Leiterplattenbasis, ausgestaltet zur Befestigung an einem Ohr eines Tieres, wobei durch eine Auswertung der vom Transponder mittels einer Antennenstruktur übermittelten Daten tierspezifische Informationen generierbar sind.
Für eine dauerhafte Kennzeichnung von Tieren sind verschiedenartige technische Lösungen bekannt. Für größere Nutztiere wie Pferde, Rinder und dergleichen wurden zunächst oftmals lediglich sog. „Brandzeichen” als Hinweis auf den Eigentümer verwendet. In modernen Großviehanlagen ist ein solcher Eigentumshinweis weniger relevant, vielmehr müssen hier die Tiere zur Bestandserfassung oder ähnliche Aufgaben mit möglichst geringem Aufwand erkennbar sein. Hierfür sind Ohrmarken geeignet, auf denen üblicherweise die Herkunft des Tieres und eine Registernummer eingetragen sind, wobei diese Nummer entweder durch eine übliche Ziffernfolge oder einen scanfähigen Barcode gebildet wird. Solche Ohrmarken, die z. B. aus DD 147 990 A1 und DD 252 532 A1 bekannt sind, weisen unterschiedliche Formen auf und bestehen aus unterschiedlichen Materialien, wobei vorzugsweise Kunststoff verwendet wird. Obwohl sich derartige Ohrmarken grundsätzlich bewährt haben, besteht ein Nachteil darin, dass ein direkter Kontakt zum Tier notwendig ist, um relevante Daten feststellen zu können. Während dies in industriemäßigen Großviehanlagen noch mit akzeptablem Aufwand möglich ist, ergeben sich Probleme bei Tieren auf einer Weide.
Diese Einschränkungen haben dazu geführt, dass konventionelle Ohrmarken zunehmend durch Baugruppen ersetzt werden, mit denen eine Kennzeichnung und Erfassung von Tieren unter Anwendung elektronischer Bauteile möglich ist. Dies wird neben einer Nutzung für Haustiere auch für frei lebende Wildtiere genutzt, bei denen insbesondere Forschungen bezüglich Herkunft, Revierverhalten, Wanderrouten oder Lebensalter von Interesse sind. Dabei kann auf Grundlage internationaler Normen, mit denen bis zu 15-stellige Nummerncodestrukturen festlegbar sind, jedem Tier eine Identifikationsnummer zugeordnet werden, die Rückschlüsse über verschiedene tierspezifische Parameter vermittelt.
Die elektronischen Ohrmarken werden überwiegend als RFID-Transponder ausgestaltet und ermöglichen in der Ausführung als Halbduplex- oder Duplex-Ohrmarke auch die Verfolgung und Identifizierung freilebender Wildtiere. Dabei werden die Antennenstrukturen und die notwendigen elektronischen Bauteile in einem Grundkörper aus Kunststoff angeordnet, der am Ohr des Tieres angebracht wird. Aus DE 10 2008 012 632 A1 ist ein derartiger, im UHF-Bereich nutzbarer RFID-Transponder bekannt, der insbesondere zur Identifizierung von Tieren konzipiert ist. Dabei besteht die Ohrmarke aus zwei Segmenten, wobei das eine Segment die eingekapselte Transponderspule und die Elektronik darstellt und wobei das andere Segment eine in Kunststoff eingebettete Befestigungsnadel enthält. Diese Nadel durchsticht das Ohr des Tieres und wird an dem die Transponderspule und die Elektronik enthaltenden Teil angehängt, so dass eine dauerhafte Verbindung erzeugt wird. Diese Verbindung kann nur gelöst werden, indem sie zerstört wird.
Neben der somit gewährleisteten Lagefixierung der Ohrmarke bei tiertypischen Bewegungen ist es außerdem notwendig, dass die im RFID-Transponder gesammelten Informationen über das Tier auch abrufbar sind. Dabei ist es häufig nicht zu vermeiden, dass die zugeordnete Empfangs- und Auswerteeinheit nur in einer relativ großen Entfernung vom Tier verwendet werden kann. Dies trifft beispielsweise zu, sofern gefährliche Wildtiere überwacht werden sollen oder sofern sich zu überwachende Tiere in schwer zugänglichem Gelände bewegen. Damit auch bei solchen Einsatzbedingungen ein Kontakt zum Tier möglich ist, müssen am RFID-Transponder hochwertige Antennenstrukturen ausgestaltet werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Größe des gesamten RFID-Transponders maßgeblich durch die Größe der Antennenstruktur bestimmt wird. Üblicherweise beträgt die Länge der Antenne etwa λ/2.
In einer Veröffentlichung zur Konferenz „Antennas and Propagation Society International Symposium, 2004. IEEE” ist eine technische Lösung beschrieben, bei der durch ein Falten der Antenne die eigentliche Antennenstruktur verkleinert werden kann. Somit kann eine derart gefaltete Patch-Antenne vertikal mit einer 10-Lagen-Multilayer-Leiterplatte aufgebaut werden. Allerdings ist dieses Verfahren sehr teuer. Weiterhin wird in dieser Veröffentlichung eine technische Lösung beschrieben, bei der eine gefaltete Streifenleitung die Antenne bildet, die auf HF-Leiterplattenmaterial (duroid board) aufgebaut ist. Auch diese Lösung ist jedoch durch die Verwendung von Spezialmaterial sehr teuer und bietet keinen Schutz für den Transponder-Chip. Außerdem ist bei beiden Varianten eine Befestigung des Transponders am Ohr des Tieres schwierig.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen UHF-RFID-Transponder zur Verwendung in der Tierhaltung zu schaffen, der preiswert herzustellen ist und der trotz einer relativ niedrigen Nutzfrequenz kleine Dimensionierungen aufweisen und in einfacher Weise und Handhabung am Ohr eines Tieres befestigbar sein soll.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Transponder insgesamt drei Metallisierungslagen und zwei Dielektrikumlagen aufweist, die jeweils einander abwechselnd angeordnet sind. Den beiden äußeren Metallisierungslagen schließt sich jeweils eine Dielektrikumlage an und die mittlere Metallisierungslage ist beidseitig benachbart zu Dielektrikumlagen angeordnet. Weiterhin ist ein RFID-Chip mit einer zugeordneten Antennenstruktur zwischen den beiden Dielektrikumlagen angeordnet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, die in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion wird ein UHF-RFID-Transponder geschaffen, der preiswert hergestellt werden kann und dennoch für raue Umgebungsbedingungen geeignet ist. Somit ergeben sich verschiedenartige Anwendungsmöglichkeiten. Eine diesbezüglich besonders vorteilhafte Anwendung ist die Tierhaltung, wobei der Transponder am Ohr eines Tieres befestigt wird.
Der UHF-RFID-Transponder ist auf Basis von Multilagen-Leiterplatten aufgebaut, wodurch eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Durch die Einbettung der Metallisierungslage der Transponderantenne und des RFID-Chip zwischen zwei Dielektrikum-Lagen werden diese sensiblen Bauteile wirksam geschützt. Dies gewährleistet eine große Robustheit des Transponders auch beim Outdoor Einsatz.
Erfindungsgemäß wird die Antennenstruktur um die Befestigungsöffnung des UHF-RFID-Transponders herum ausgestaltet. Dabei werden lediglich drei Metallisierungslagen benötigt. Die oberste und die unterste Lage sind für die Kontaktierung mit einem durch das Ohr des Tieres befestigten metallischen Stift ausgestaltet. Weiterhin ist auch ein Schutz gegen einen Missbrauch dieses Transponders vorgesehen. Denn die Öffnung mit dem metallisierten Rand ermöglicht in Kombination mit einem metallischen Stift und mit der an sich bekannten Funktion eines RFID-Chips „Tamper Alarm” (NXP G2iL+) das Erkennen von Manipulation, sofern der Transponder unberechtigt von einem Tier zu einem anderen Tier gebracht wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben:
Aus der Zeichnung ist der Aufbau eines UHF-RFID-Transponders auf Leiterplattenbasis ersichtlich, der zur Befestigung an einem Ohr eines Tieres ausgestaltet ist und mit dem durch eine Auswertung der mittels einer Antennenstruktur übermittelten Daten tierspezifische Informationen generierbar sind.
Der erfindungsgemäße Transponder weist drei Metallisierungslagen 1, 2 und 3 sowie zwei Dielektrikumlagen 4 und 5 auf. Diese insgesamt fünf separaten Lagen sind jeweils einander abwechselnd angeordnet. Dabei schließt sich den äußeren Metallisierungslagen 1 und 3 jeweils eine Dielektrikumlage 4 bzw. 5 an. Außerdem ist die mittlere Metallisierungslage 2 zwischen den beiden Dielektrikumlagen 4 und 5 angeordnet. Weiterhin ist ein RFID-Chip 6 mit einer zugeordneten Antennenstruktur 7 zwischen den beiden Dielektrikumlagen 4 und 5 angeordnet.
Am Transponder ist eine Durchgangsöffnung 8 mit einem metallisierten Rand ausgestaltet. Der freie Querschnitt dieser Öffnung 8 kann mit einem – in der Zeichnung nicht näher dargestellten – Bauelement zur Befestigung des Transponders am Ohr eines Tieres in Wirkverbindung gebracht werden. Ein derartiges Bauelement zur Befestigung am Ohr kann beispielsweise stiftförmig ausgeführt werden und gewährleistet eine dauerhaft sichere Verbindung des UHF-RFID-Transponders am jeweiligen Tier.
Der Transponder kann verschiedenartig dimensioniert werden. Sofern hierbei eine Länge von 20,0 bis 50,0 mm, eine Breite von 10,0 bis 40,0 mm und eine Höhe von 0,2 bis 5,0 mm gewählt werden, ist eine Anpassung auf an sich alle gegenwärtig absehbaren Anwendungen in der Tierhaltung möglich.
Bezugszeichenliste

1: erste äußere Metallisierungslage
2: mittlere Metallisierungslage
3: zweite äußere Metallisierungslage
4: erste Dielektrikumlage
5: zweite Dielektrikumlage
6: RFID-Chip
7: Antennenstruktur
8: Durchgangsöffnung

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

DD 147990 A1 [0002]
DD 252532 A1 [0002]
DE 102008012632 A1 [0004]

Claims

UHF-RFID-Transponder auf Leiterplattenbasis, ausgestaltet zur Befestigung an einem Ohr eines Tieres, wobei durch eine Auswertung der vom Transponder mittels einer Antennenstruktur übermittelten Daten tierspezifische Informationen generierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder insgesamt drei Metallisierungslagen (1; 2; 3) und zwei Dielektrikumlagen (4; 5) aufweist, die jeweils einander abwechselnd derart angeordnet sind, dass sich beiden äußeren Metallisierungslagen (1; 3) jeweils eine Dielektrikumlage (4; 5) anschließt und dass die mittlere Metallisierungslage (2) beidseitig benachbart zu Dielektrikumlagen (4; 5) angeordnet ist und wobei ein RFID-Chip (6) mit einer zugeordneten Antennenstruktur (7) zwischen den Dielektrikumlagen (4; 5) angeordnet ist.
UHF-RFID-Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Transponder eine Durchgangsöffnung (8) mit einem metallisierten Rand ausgestaltet ist, wobei der freie Querschnitt dieser Durchgangsöffnung (8) mit einem Bauelement zur Befestigung des Transponders am Ohr eines Tieres in Wirkverbindung bring bar ist.
UHF-RFID-Transponder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement zur Befestigung des Transponders am Ohr eines Tieres stiftförmig ausgestaltet ist.
UHF-RFID-Transponder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (8), ein metallisches stiftförmiges Bauelement zur Befestigung des Transponders und die Alarmfunktion des RFID-Chips (6) derart miteinander in Wirkverbindung stehen, dass Manipulationen erkennbar sind.
UHF-RFID-Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder eine Länge von 20,0 bis 50,0 mm, eine Breite von 10,0 bis 40,0 mm und eine Höhe von 0,2 bis 5,0 mm aufweist.