DE10056176C1 - Transponder-Lesevorrichtung - Google Patents

Transponder-Lesevorrichtung

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Abstract

Eine Einrichtung zum Lesen von Transpondern weist eine erste Antennenanordnung, die auf eine Arbeitsresonanzfrequenz abstimmbar ist und einen Lesebereich in einem Nahbereich derselben aufweist, und eine zweite Antennenanordnung auf, die auf eine Resonanzfrequenz abstimmbar ist und einen Lesebereich in einem Nahbereich derselben aufweist. Die erste und zweite Antennenanordnung sind derart angeordnet, daß sich die Lesebereiche derselben zumindest teilweise überlagern und ein kombinierter Lesebereich gebildet ist. Die Einrichtung zum Lesen von Transpondern umfaßt ferner eine Einrichtung zum Aktivieren der ersten und zweiten Antennenanordnung, so daß jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder die erste oder zweite Antennenanordnung aktiv ist, und eine Einrichtung zum Verstimmen der jeweils deaktivierten Antenne, derart, daß die deaktivierte Antenne nicht auf ihre Arbeitsresonanzfrequenz abgestimmt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des kontaktlo­ sen Auslesens von Informationen und insbesondere das kon­ taktlose Auslesen von Informationen aus einem Transponder.
Die rasch fortschreitende Entwicklung in der Mikroelektronik und insbesondere in der Herstellung von Dünnschicht-Mikro­ elektronikbauelementen eröffnete attraktive Anwendungen hin­ sichtlich der Speicherung und des Auslesens von Informatio­ nen. Hierbei ist insbesondere an den Einsatz von Transpon­ dern zu denken, die an Waren und anderen Objekten angebracht werden können.
Transponder sind Mikroelektronikbauelemente, die Informatio­ nen speichern können, wobei dieselben eine Antennenanordnung aufweisen, um ein Auslesen und nachträgliche Modifikationen von Informationen zu ermöglichen. Transponder weisen typi­ scherweise keine eigene Energieversorgung auf, sondern es wird ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld verwendet, um die elektrische Leistung zum Betreiben derselben zu gewin­ nen. Durch die heutigen Fähigkeiten bei der Herstellung von Mikrobauelementen ist es möglich, sehr dünne Transponder herzustellen, die über relativ große Speichermengen verfü­ gen, wodurch es möglich ist, dieselben in alltäglichen An­ wendungen, beispielsweise im Warenverkehr, zu verwenden.
Transponder können ferner in Etiketten eingearbeitet werden, wobei solche Etiketten beispielsweise bei der Kennzeichnung von Lebensmitteln, bei einer elektronischen Artikelüberwa­ chung, bei der Kennzeichnung und Identifikation von Paketen und anderen Versandobjekten oder in Fertigungslinien verwen­ det werden können.
Zum Beschreiben und Auslesen von Transpondern sind spezielle Transponder-Schreib/Lese-Geräte oder Transponder-Lesegeräte erforderlich. Ein Transponder, von dem die Informationen ausgelesen werden sollen, wird dabei typischerweise in ein Hochfrequenznahfeld gebracht, das von einer Antennenanord­ nung erzeugt wird, die mit dem Schreib/Lese-Gerät oder dem Lesegerät verbunden ist.
Eine bekannte Antennenanordnung zum Lesen von Transpondern stellt die Verwendung einer aktiven und passiven Antenne in einer Gate-Anordnung dar. Solche Antennenanordnungen sind beispielsweise aus dem Gebiet der elektronischen Artikel­ sicherungssysteme bekannt. Die aktive Antenne wird von der Transponder-Schreib/Lese-Vorrichtung mit Energie versorgt und erzeugt ein Hochfrequenzfeld, das eine zweite, passive Antenne mit der erforderlichen Betriebsleistung speist. Fer­ ner werden von der aktiven Antenne die Empfangsdaten aufge­ nommen und an die Schreib/Lese-Einrichtung weitergeleitet. Aufgrund zu hoher Verluste finden die Empfangssignale nicht den gleichen Weg zurück in die Schreib/Lese-Vorrichtung, wo­ bei das Empfangssignal über einen zweiten Empfangskanal di­ rekt von der passiven Antenne gewonnen wird.
Eine Phasenverschiebung zwischen den Hochfrequenzfeldern der aktiven und passiven Antenne kann verwendet werden, um ge­ gensinnig orientierte Hochfrequenzfelder der aktiven und passiven Antenne zu erzeugen. Wird dabei eine Phasenver­ schiebung angelegt, die sich von 0 Grad oder 180 Grad unter­ scheidet, so entstehen zwischen der aktiven und passiven An­ tenne gegensinnig orientierte Hochfrequenzfelder, derart, daß sich eine Zone der Feldbegegnung der beiden Felder wäh­ rend einer Periodendauer zwischen den Antennen hin und her bewegt. Bei einer Phasenverschiebung von 90 Grad erfolgt die Bewegung der Feldbegegnung symmetrisch zwischen den beiden Antennen.
Phasenverschiebungen von 0 Grad und 180 Grad ergeben ein statisches Feld, wobei eine Feldausbildung nicht mit einer Anordnung einer aktiven und passiven Antenne erreicht werden kann. In diesem Fall müssen zwei aktiv gespeiste Antennen verwendet werden. Bei einer Phasenverschiebung von 0 Grad entsteht ein homogenes Feld zwischen den Antennen, was als das Helmholtz-Prinzip bekannt ist.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer bekannten Gate- Antennenanordnung mit einer aktiven Antenne T1 und einer passiven Antenne R1. Die. Antennen T1 und R1 sind typischer­ weise Antennenschleifen, um ein magnetisches Nahfeld zu er­ zeugen, in das Transponder zum Auslesen oder Schreiben von Informationen gebracht werden. Die Antennenschleifen können kreisförmig oder rechteckig sein oder andere Schleifen-For­ men aufweisen. Typischerweise verläuft eine Antennenschleife in einer Ebene, wobei jedoch auch andere Antennenschleifen, die außerhalb einer Ebene verlaufen, geeignet sein können. Bei der Anordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist, verlaufen die Antennenschleifen der Antenne T1 und der Antenne R1 in Ebe­ nen, die senkrecht zu der Bildebene sind. Die Antennen T1 und R1 sind derart angeordnet, daß die durch die Antennen­ schleifen T1 und R1 definierten Ebenen parallel zueinander sind, so daß die Antennen T1 und R1 einander gegenüberlie­ gen.
In Fig. 1 ist ferner ein prinzipieller Verlauf der magneti­ schen Feldlinien von Hochfrequenzfeldern dargestellt, die durch die aktive Antenne T1 und passive Antenne R1 mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad erzeugt werden. Die Zone der Feldbegegnung verläuft parallel und symmetrisch zu den durch die Antennenschleifen definierten Ebenen. Wie es vorherge­ hend erwähnt wurde, bleibt die Zone der Feldbegegnung bei der in Fig. 1 dargestellten Phasenverschiebung von 180 Grad zeitlich stationär.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Gate-Antennenan­ ordnung, die derjenigen von Fig. 1 entspricht. Die in Fig. 2 gezeigten Feldlinien stellen eine Momentaufnahme von Hoch­ frequenzfeldern dar, die eine Phasenverschiebung von 90 Grad aufweisen. Wie zu erkennen ist, entspricht bei dem gewählten Zeitpunkt der Feldverlauf demjenigen von Fig. 1 mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad. Im Unterschied zu der Pha­ senverschiebung um 180 Grad ist jedoch das Feld und die Zone der Feldbegegnung bei der Phasenverschiebung von 90 Grad nicht stationär, so daß sich zu einem späteren Zeitpunkt ein Feldverlauf ergeben würde, bei der der Feldverlauf nicht mehr symmetrisch bezüglich den Antennen T1 und R1 ist und die Zone der Feldbegegnung näher an einer der beiden Antenne T1 bzw. R1 liegen würde.
Um für einen Transponder, der in einen von den Antennen T1 und R1 erzeugten Lesebereich gebracht wird, eine Identifika­ tion zu gewährleisten, ist es erforderlich, daß magnetische Feldlinien der Hochfrequenzfelder, die durch die Antennen T1 und R1 erzeugt werden, eine Antennenspule des Transponders in einem möglichst stumpfen Winkel schneiden. Verlaufen die Feldlinien parallel zur Antenne des Transponders, so ist keine Identifikation möglich.
Fig. 3 zeigt die Gate-Antennenanordnung von Fig. 1 und 2, wobei Transponder 1, die an Objekten 2, beispielsweise Mehr­ wegboxen aus Kunststoff oder Kartons, angebracht sind, die auf einem Träger 3, beispielsweise einer Europalette oder einem Rollwagen, untergebracht sind, in ein Lesefeld der Ga­ te-Antennenanordnung gebracht sind. Die Transponder 1, die an den Mehrwegboxen angebracht sind, befinden sich an Orten, an denen sie ohne weiteres gelesen werden können, da die Feldlinien die Antennenspule des Transponders in einem stumpfen Winkel schneiden.
Im Gegensatz dazu ist in Fig. 4 eine Situation gezeigt, bei der Transponder 1 in ein Feld, das demjenigen von Fig. 3 entspricht, derart positioniert sind, daß eine Identifika­ tion nicht möglich ist. Wie zu erkennen ist, befinden sich Antennenspulen der Transponder 1 in Fig. 4 an Orten, bei de­ nen die Antennenspulen der Transponder annähernd parallel zu den von der aktiven Antenne T1 und der passiven Antenne R1 erzeugten Hochfrequenzfeldlinien liegen.
Bei der speziellen Positionierung der Transponder gemäß Fig. 4 ist selbst mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad, bei der der Feldverlauf nicht statisch ist und die Zone einer Feldbegegnung symmetrisch zwischen den Antennen hin- und herwandert, keine Identifikation möglich, da sich die magne­ tischen Feldlinien stets parallel oder in einem spitzen Win­ kel zu den Antennenspulen der Transponder 1 befinden.
Eine Möglichkeit, eine sichere Identifikation zu gewährlei­ sten, besteht folglich darin, die Pakete oder Waren, auf de­ nen die Transponder angebracht sind, durch das Lesefeld der Gate-Antennenanordnung zu bewegen, wobei die darauf ange­ brachten Transponder tatsächlich irgendwann in eine Position gelangen, bei der eine Identifikation und ein Datenaustausch möglich ist.
Dieses Verfahren weist jedoch einige Nachteile auf. Während es für Objekte mit einer geringen Anzahl, beispielsweise 20 Stück, praktikabel ist, die Pakete oder Waren zu bewegen, ergeben sich bei einer höheren Anzahl von Objekten erhebli­ che Probleme. Insbesondere muß eine Bewegung der Objekte sehr langsam erfolgen. Während ein Bandbeförderer mit einer definierten Geschwindigkeit dies noch erreichen kann, stellt sich bei einem in der Praxis üblichen Transport eines belie­ bigen Depots mittels eines Gabelstaplers oder eines Hubwa­ gens das Problem, eine solch kleine Geschwindigkeit sicher einzuhalten.
Die DE 198 59 947 A1 offenbart ein System zur räumlichen Zu­ ordnung von Transpondern zu. Zellen eines Detektionsgebietes. Das System weist Sendevorrichtungen mit Antennen auf, die örtlich getrennt in verschiedenen Zellen untergebracht sind. Zusätzlich sind mehrere Empfangsvorrichtungen für einen HF-Bereich und für einen NF-Bereich vorhanden. Die Sen­ devorrichtungen sind über einen Datenbus mit einer Basis­ station synchronisiert und strahlen im NF-Bereich elektromagnetische Felder aus, die sich in den Zellen voneinander unterscheiden. Die elektromagnetischen Felder benachbarter Zellen können zeitweise in der Phase gegenüber der Phase der anderen Felder verschoben sein. Die Feldstärke der Sender der zugehörigen Zellen kann so justiert sein, daß durch Auslöschen Phasen entgegengesetzter Felder eine Demarka­ tionslinie zwischen zwei Paaren von Zellen gebildet ist.
Die DE 198 16 936 A1 beschreibt eine Antennen-Transponder- Anordnung zur Energieübertragung und Winkelmessung, die eine stationäre Antenneneinrichtung mit einer Mäander-Anten­ nenleitung zum Erzeugen eines räumlich veränderlichen Mäander-Magnetfeldes aufweist. Die Mäander-Antennen-Leitung ist von mindestens einer, der Außen- oder Innenkontur fol­ genden Schleifenleitung, konzentrisch umgeben. Die Schlei­ fenleitungen der stationären Antennenleitung sind auf einer Platte befestigt, wobei die Erregerströme in den Teilspulen umgekehrt proportional zu einem jeweiligen Radius gewählt werden, um einen resultierenden Magnetfluß im Innern aller Schleifenleitungen zum Verschwinden zu bringen.
Die DE 197 27 930 A1 lehrt eine Vorrichtung zur Identifizie­ rung von an sportlichen Wettbewerben teilnehmenden Personen oder Tieren. Die Vorrichtung umfaßt zwei Spulenbereiche, die nebeneinander angeordnet und parallel zur Achse ausgerichtet sind und in einer gemeinsamen, quer zu den Spulenachse verlaufenden Ebene liegen. Die Spulenbereiche werden gegenphasig mit dem Sendesignal gespeist, wodurch die magnetischen Feldkomponenten des elektromagnetischen Felds durch die Querschnitte beider Spulenbereiche verlaufen und geschlossene Feldlinien bilden. Ferner ist eine Anordnung gezeigt, bei der Spulenbereiche spiegelsymmetrisch zueinander geformt und gleichzeitig gegenphasig gepolt sind, wenn die elektrisch in Reihe geschalteten Spulenbereiche an eine Schreib-/Lesevorrichtung angeschlossen werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die es ermögli­ chen, Transponder, die auf Objekten angebracht sind, auf ei­ ne vorteilhafte Weise sicher auszulesen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 16 gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Informationen aus Transpondern gelesen werden können, ohne dieselben relativ zu einem Antennenaufbau zum Auslesen der Informationen zu bewegen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Transponderleseein­ richtung mit folgenden Merkmalen:
einer ersten Antennenanordnung, die auf eine Arbeitsreso­ nanzfrequenz abstimmbar ist und einen Lesebereich in einem Nahbereich derselben aufweist;
einer zweiten Antennenanordnung, die auf eine Arbeitsreso­ nanzfrequenz abstimmbar ist und einen Lesebereich in einem Nahbereich derselben aufweist, wobei die erste und zweite Antennenanordnung derart angeordnet sind, daß sich die Lese­ bereiche derselben zumindest teilweise überlagern und ein kombinierter Lesebereich gebildet ist;
einer Einrichtung zum Aktivieren der ersten oder zweiten An­ tennenanordnung, so daß jeweils zu einem bestimmten Zeit­ punkt entweder die erste oder zweite Antennenanordnung aktiv ist, und
einer Einrichtung zum Verstimmen der jeweils nicht aktiven Antenne, derart, daß sie nicht auf ihre Arbeitsresonanzfre­ quenz abgestimmt ist.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß mehrere Antennenanordnungen mit einem kombinierten Lesebe­ reich, den dieselben definieren, verwendet werden können, um zuverlässig Transponder auszulesen, die in einer beliebigen Ausrichtung in dem Lesebereich angeordnet sind. Durch die benachbarte Anordnung der mehreren Antennenanordnungen über­ lappen die Lesebereiche derselben und ergeben einen kombi­ nierten Lesebereich, in dem die Feldlinienverteilung der ei­ nen Antennenanordnung ein Auslesen von Transpondern auch dann ermöglichen, wenn dies durch die Feldlinienverteilung der anderen Antennenanordnung nicht möglich ist. Somit kann an jeder Stelle des kombinierten Lesebereichs ein sicheres Auslesen von Transpondern in einer beliebigen Ausrichtung gewährleistet sein.
Die vorliegende Erfindung basiert ferner auf der Erkenntnis, daß ein benachbartes Anordnen mehrerer Antennenanordnungen allein nicht ausreicht, um ein zuverlässiges Auslesen zu ermöglichen, da eine gegenseitige Beeinflussung der Anten­ nenanordnungen ein solches verhindert. Eine solche Beein­ flussung findet auch statt, wenn die Antennenanordnungen im Multiplexbetrieb angesteuert werden, da in der Regel jede Antennenschleife mit einem Resonanznetzwerk auf Resonanzfre­ quenz abgestimmt ist. Daher wird erfindungsgemäß durch eine gezielte Verstimmung der Antenne oder der Antennen, die ge­ rade benutzt wird bzw. werden, die gegenseitige Beeinflus­ sung auf ein Minimum reduziert.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung weist eine erste Antennenanordnung, die eine aktive An­ tenne T1 und eine passive Antenne R1 umfaßt, und eine zweite Antennenanordnung auf, die eine aktive Antenne T2 und eine passive Antenne R2 umfaßt. Die aktive Antenne T1 und die passive Antenne R1 sind angeordnet, so daß in einem Nahbe­ reich derselben ein erster Lesebereich gebildet ist, während die aktive Antenne T2 und die passive Antenne R2 angeordnet sind, so daß in einem Nahbereich derselben ein zweiter Lese­ bereich gebildet ist, wobei sich der erste und zweite Lese­ bereich in einem kombinierten Lesebereich überlappen.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind ein erstes und ein zweites Ende jeder Antenne mit zwei Ausgängen eines zu­ geordneten Anpassungsnetzwerks verbunden. Die Anpassungs­ netzwerke weisen einen aktiven Schalter auf, der betätigt werden kann, um die Arbeitsresonanzfrequenz der zugeordneten Antenne durch ein Zu- oder Wegschalten von kapazitiven oder induktiven Komponenten zu verstimmten. Jedes Anpassungsnetz­ werk weist ferner einen Eingang auf, der mit jeweils einem Ausgang einer Aktivierungsvorrichtung verbunden ist, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Multiplexer ist. Der Multiplexer weist zwei Eingänge auf, die über Hochfrequenz­ leitungen mit zwei Ausgängen der Lesevorrichtung verbunden sind. Ein Steuerungssignal-Eingang des Multiplexers ist fer­ ner mit einem Steuersignal-Ausgang der Lesevorrichtung ver­ bunden, um ein Steuerungssignal von der Lesevorrichtung zu dem Multiplexer zu übertragen. Der Multiplexer aktiviert bzw. deaktiviert ansprechend auf das Steuerungssignal die Antennenvorichtungen derart, daß zu einem bestimmten Zeit­ punkt entweder die erste oder die zweite Antennenvorrichtung aktiviert ist. Das Steuerungssignal wird ferner von dem Mul­ tiplexer zu den Anpassungsnetzwerken weitergeschleift bzw. durchgeschleift, um mittels der aktiven Schalter die Ar­ beitsresonanzfrequenz der deaktivierten Antennenanordnung zu verstimmen.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Auslesen von Transpondern unter Verwendung zweier Antennen­ anordnungen, wobei immer entweder die erste oder die zweite Antennenanordnung aktiviert wird, während die nicht akti­ vierte Antenne verstimmt wird.
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den an­ hängigen Ansprüchen dargelegt.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vor­ liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer bekann­ ten Gate-Antennenanordnung, bei der eine Momentauf­ nahme eines Feldverlaufs gemäß einer Abstimmung mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad dargestellt ist;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer bekann­ ten Gate-Antennenanordnung, bei der eine Momentauf­ nahme eines Feldverlaufs gemäß einer Abstimmung mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad dargestellt ist;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer bekann­ ten Gate-Antennenanordnung, bei der sich Transpon­ der in einem Lesebereich an Orten befinden, die ei­ ne Identifikation gewährleisten;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer bekann­ ten Gate-Antennenanordnung, bei der sich Transpon­ der in einem Lesebereich an Orten befinden, bei de­ nen eine Identifikation nicht ermöglicht ist;
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Anten­ nenaufbaus gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein Schaltungsaufbau einer Transponderleseeinrich­ tung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Schaltungsaufbau eines Multiplexers, der bei einer Transponderleseeinrichtung gemäß einem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird; und
Fig. 8 ein Schaltungsaufbau eines Anpassungsnetzwerks, das bei einer Transponderleseeinrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Antennenaufbaus eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Er­ findung. Der Antennenaufbau weist eine erste und eine zweite Antennenanordnung auf. Jede Antennenanordnung weist eine ak­ tive Antenne T1 bzw. T2 und eine passive Antenne R1 bzw. R2 auf. Die Antennen T1, R1, T2 und R2 sind Antennenschleifen, die kreisförmige, rechteckige oder andere Schleifen-Formen aufweisen können. Bevorzugt verläuft eine Antennenschleife in einer Ebene, wobei jedoch Antennenschleifen, die nicht in einer Ebene verlaufen, ebenso geeignet sein können. In Fig. 5 sind die Antennen T1, R1, T2, R2 derart abgebildet, daß die durch die Antennenschleifen definierten Ebenen derselben senkrecht zu der Bildebene sind. Die Antennen einer Anten­ nenanordnung, T1 und R1 bzw. T2 und R2 sind derart angeord­ net, daß die aktive und passive Antenne, die einer gleichen Antennenanordnung zugeordnet sind, einander gegenüberliegen. Gemäß Fig. 5 sind die erste und zweite Antennenanordnung be­ nachbart zueinander angeordnet, derart, daß die Antennen T1 und T2 und die Antennen R1 und R2 jeweils in einer Ebene liegen. Ferner könnten jedoch auch die Antennen T1 und R2 und die Antennen T2 und R1 benachbart zueinander angeordnet sein, ohne die Wirkung der Erfindung einzuschränken.
Durch das benachbarte Anordnen der ersten und zweiten Anten­ nenanordnung überlappt sich ein erster Lesebereich, der in einem Nahbereich der ersten Antennenanordnung gebildet ist, mit einem zweiten Lesebereich, der in einem Nahbereich der zweiter. Antennenanordnung gebildet ist, so daß sich ein kom­ binierter Lesebereich ergibt.
Gemäß Fig. 5 sind Transponder 1, die an Objekten 2 ange­ bracht sind, die beispielsweise Boxen aus Kunststoff oder Pakete sein können, in den kombinierten Lesebereich einge­ bracht. Die Objekte 2 befinden sich auf einem Träger 3, der beispielsweise eine Europalette oder ein Rollwagen sein kann. Kreisförmige Linien, die mit Pfeilen versehen sind, deuten magnetische Feldlinien von Hochfrequenzfeldern an, die von den Antennenanordnungen erzeugt werden. Eine Rich­ tung einer magnetischen Flußdichte ist durch entsprechende Pfeile dargestellt. Obwohl, wie es im weiteren Verlauf der Beschreibung erklärt werden wird, jeweils nur eine der zwei Antennenanordnungen zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiv ist, sind in Fig. 5 Feldverläufe sowohl von der ersten Antennen­ anordnung als auch der zweiten Antennenanordnung gezeigt, um die Erfindung besser erklären zu können.
In Fig. 5 ist zu erkennen, daß Transponder, die bezüglich einem Hochfrequenzfeld, das von einer der, beiden Antennen­ anordnungen erzeugt wird, derart positioniert sind, daß sich die magnetischen Feldlinien mit der Antenne des Transponders in einem spitzen Winkel schneiden oder parallel zu denselben verlaufen, so daß ein Auslesen von Informationen bezüglich dieser Antennenanordnung nicht ermöglicht ist, bezüglich eines Hochfrequenzfelds, das von der entsprechend anderen Antennenanordnung erzeugt wird, derart positioniert sind, daß sich die Feldlinien mit der Antenne des Transponders in einem Winkel schneiden, der eine Identifikation und ein Aus­ lesen von Informationen aus dem Transponder ermöglicht. Durch ein abwechselndes Aktivieren bzw. Deaktivieren der beiden Antennenvorrichtungen, so daß jeweils eines der bei­ den Hochfrequenzfelder erzeugt wird, kann somit ein Trans­ ponder, der bezüglich einer der beiden Antennenanordnungen eine Position aufweist, die ein Lesen nicht erlaubt, durch die andere Antennenanordnung gelesen werden.
Es ist daher nicht erforderlich, Transponder bzw. Objekte, an denen die Transponder angebracht sind, relativ zu dem Antennenaufbau zu bewegen, um ein sicheres Auslesen zu er­ möglichen.
Fig. 6 zeigt ein Blockdiagramm eines Schaltungsaufbaus eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Eine Lesevorrichtung 4 weist einen ersten und einen zweiten Ausgang auf, die über Hochfrequenzleitungen TX bzw. RX mit einem ersten und zweiten Eingang eines Multiplexers 5 ver­ bunden sind. Ein Steuerungssignal-Ausgang der Lesevorrich­ tung 4 ist ferner über eine Steuerungssignal-Leitung mit einem Steuerungssignal-Eingang des Multiplexers 5 verbunden. Der Multiplexer 5 weist vier Ausgänge auf, die über Hoch­ frequenzleitungen mit einem Eingang der vier Anpassungs­ netzwerke NT1, NR1, NT2 und NR2 verbunden sind. Jedes der Anpassungsnetzwerke NT1, NR1, NT2 und NR2 weist zwei Aus­ gänge auf, die mit zwei Enden der Antennen T1, R1, T2 und R2 verbunden sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Multi­ plexer 5 über die Lesevorrichtung 4 gesteuert, um jeweils eine der zwei Antennenanordnungen aktiv zu schalten, während die andere deaktiviert ist. Das heißt, daß zu einem bestimm­ ten Zeitpunkt lediglich die aktive und passive Antenne von einer der zwei Antennenanordnungen aktiv sind. Die Steuerung des Multiplexers 5 erfolgt über ein Steuerungssignal, das von der Lesevorrichtung 4 über die Steuerungssignal-Leitung zu dem Steuerungssignal-Eingang des Multiplexers 5 geliefert wird. Wie es nachfolgend erklärt werden wird, wird das Steu­ erungssignal auf die Anpassungswetzwerke NT1, NR1, NT2 und NR2 weitergeschleift, um bei denselben eine Verstimmung ei­ ner Arbeitsresonanzfrequenz der deaktivierten Antennen vor­ zunehmen. Die durch den Multiplexer 5 abwechselnd aktivier­ ten Antennenanordnungen ermöglichen eine Kommunikation und ein Auslesen von Transpondern 1, wie es bezüglich Fig. 5 erklärt wurde.
Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm eines Schaltungsaufbaus eines Multiplexers 5, der bei dem Schaltungsaufbau von Fig. 6 ver­ wendet wird. Die erste und zweite Hochfrequenzleitung TX bzw. RX ist mit einem ersten Ende eines Schalters 6a bzw. 6b verbunden. Ein zweites Ende des Schalters 6a ist entweder mit einem ersten Eingang eines ersten T-Stücks 7a oder einem ersten Eingang eines zweiten T-Stücks 7b verbunden, während ein zweites Ende des Schalters 6b entweder mit einem ersten Eingang eines dritten T-Stücks 7c oder einem ersten Eingang eines vierten T-Stücks 7d verbunden ist. Ein zweiter Ein­ gang jedes der T-Stücke 7a-d ist mit dem Steuerungssignal- Eingang des Multiplexers 5 verbunden. Der Steuersignal-Ein­ gang des Multiplexers 5 ist ferner mit einer Multiplexer­ steuerung 8 verbunden, die zwei Ausgänge aufweist, die mit den Schaltern 6a und 6b verbunden sind. Jedes der T-Stücke 7a-d weist einen Ausgang auf, wobei die Ausgänge der T- Stücke 7a-d mit den Leitungen TX1, TX2, RX1 bzw. RX2 verbun­ den sind.
Das Steuerungssignal, das von der Lesevorrichtung 4 über die Steuerungssignal-Leitung zu dem Steuerungssignal-Eingang des Multiplexers 5 übertragen wird, liegt an dem Steuerungssig­ nal-Eingang des Multiplexers 5 und dem zweiten Eingang jedes T-Stücks 7a-d an, wobei das Steuerungssignal über jedes der T-Stücke 7 auf die Ausgangsleitungen TX1, TX2, RX1 bzw. RX2 gegeben wird, um an die Anpassungsnetzwerke NT1, NR1, NT2, NR2 weitergeleitet zu werden. Dadurch ist bei dem bevorzug­ ten Ausführungsbeispiel lediglich ein Steuerungssignal er­ forderlich, um die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Anten­ nen und die Resonanzfrequenzverschiebung der deaktivierten Antennen durchzuführen. Ansprechend auf das Steuerungssignal schaltet die Multiplexersteuerung 8 die Schalter 6a und 6b, derart, daß in einem ersten Schaltungszustand die erste Leitung TX von der Lesevorrichtung zu dem Multiplexer 5 durch den Schalter 6a mit einem ersten T-Stück 7a verbunden ist, dessen Ausgang mit der ersten Leitung TX1 verbunden ist, während der zweite Schalter 6b derart eingestellt ist, daß die zweite Leitung RX mit dem Eingang des dritten T-Stück 7c verbunden ist, dessen Ausgang mit der dritten Leitung RX1 verbunden ist. In einem zweiten Schaltungszu­ stand, ist der erste Schalter 6 derart geschaltet, daß die Leitung TX mit dem zweiten T-Stück 7b des Multiplexers 5 verbunden ist, dessen Ausgang mit der Leitung TX2 verbunden ist, während der zweite Schalter 6b derart geschaltet ist, daß die Leitung RX mit dem Eingang vierten T-Stücks 7d verbunden ist, dessen Ausgang mit der Leitung RX2 verbunden ist. Folglich verschaltet der Multiplexer 5 entweder die Antennen T1 und R1 über die Leitungen TX1 und RX1 mit den Leitungen TX bzw. RX, so daß ein Signal zu der Lesevor­ richtung 4 übertragen werden kann, oder die Leitungen TX und RX werden über die Leitungen TX2 und RX2 mit den Antennen T2 bzw. R2 verbunden, so daß über diese Antennen ein Signal zu der Lesevorrichtung 4 übertragen werden kann.
Dabei wird über die Leitung TX ein Sende-Kanal gebildet, der zur Erzeugung eines Hochfrequenzfeldes entweder durch die aktive Antenne T1 oder durch die aktive Antenne T2 benützt wird, während über die Leitung RX ein Empfangskanal gebildet wird, um die von dem Transponder gesendeten Informationen entweder über die passive Antenne R1 oder die passive Anten­ ne R2 auszulesen.
Fig. 8 stellt einen Schaltungsaufbau eines Anpassungsnetz­ werks dar, das bei dem in Fig. 6 gezeigten Schaltungsaufbau gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das Anpassungsnetzwerk weist ein T-Stück 11 auf, dessen Eingang mit einer der Leitungen TX1, RX1, TX2 oder RX2 verbunden ist. Das T-Stück 11 weist zwei Ausgänge auf, wobei der erste Ausgang desselben mit einem Zuschaltkomponente 9 verbunden ist, der zwei Ausgänge auf­ weist, die jeweils mit zwei Schaltern 10 verbunden sind, die einen Anschluß zu einer Antenne ein- bzw. ausschalten. Der zweite Ausgang des T-Stücks 11 ist mit einer Anpassungsnetz­ werksteuerung 12 verbunden, die die Schalter 10 steuert.
Ein Steuerungssignal, das über die Steuersignal-Leitung von der Lesevorrichtung 4 über den Multiplexer 5 zu dem Anpas­ sungsnetzwerk übertragen wird, wird über das T-Stück 11 zu der Anpassungsnetzwerksteuerung 12 übertragen, die anspre­ chend auf das Steuerungssignal die Schalter 10 ein- bzw. ausschaltet, wobei die Zuschaltkomponente, die eine induk­ tive und/oder kapazitive Komponente sein kann, an die zuge­ ordnete Antenne gekoppelt bzw. von derselben entkoppelt wird. Durch das Ein- bzw. Ausschalten der Schalter 10 wird bewirkt, daß die Resonanzfrequenz der Antenne, die vorzugs­ weise in einem Bereich von 12 bis 14 MHz liegt und am mei­ sten bevorzugt 13,56 MHz aufweist, verstimmt wird. Alterna­ tiv könnte eine Verstimmung bewirkt werden, indem ein oder mehrere frequenzabhängige Impedanzelemente vorgesehen wer­ den, deren Impedanz einstellbar ist, um die Resonanzfrequenz der Antenne zu verändern.
Diese Verstimmung ist notwendig, um eine Beeinflussung der beiden Antennenanordnungen auf ein Minimum zu reduzieren bzw. zu verhindern. Eine solche Beeinflussung tritt vor al­ lem bezüglich der Resonanzfrequenz auf, findet jedoch auch bezüglich anderer Parameter der Antennen, beispielsweise des Feldlinienverlaufs oder der Güte derselben, statt.
Die Steuerung erfolgt derart, daß Antennenanordnungen, die durch den Multiplexer 5 deaktiviert sind, hinsichtlich der Resonanzfrequenz verstimmt werden, während die andere Anten­ nenanordnung, die aktiviert ist, jeweils auf die Arbeitsre­ sonanzfrequenz abgestimmt ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schalter be­ vorzugt ein aktiver Schalter, der in das Anpassungsnetzwerk integriert ist. Die Versorgungsspannung für die Schaltele­ mente wird über die Hochfrequenzleitung TX eingespeist. Wie es vorhergehend erwähnt wurde, wird ferner das Steuerungs­ signal über die Steuersignal-Leitung von dem Multiplexer 5 zu dem Anpaßnetzwerk übertragen. Dadurch ist lediglich ein Steuerungssignal, das von der Lesevorrichtung 4 zu dem Mul­ tiplexer 5 und von dem Multiplexer 5 zu dem Anpassungsnetz­ werk übertragen wird, für die Steuerung des Multiplexers 5 und die Steuerung des Anpassungsnetzwerks erforderlich. Bei einem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die aktiven Schalter 10 bistabile Relais, die lediglich einen kurzen Spannungsimpuls zum Umschalten benötigen.
Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Verwendung einer ersten und zweiten Antennen­ anordnung beschreibt, die gegenüberliegend angeordnete pas­ sive und aktive Antennen aufweisen, sind ferner andere An­ tennenanordnungen möglich. Beispielsweise können die zwei Antennen einer Antennenanordnung in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sein. Ferner ist es nicht notwendig, daß die aktive Antenne der ersten Antennenanordnung und die aktive Antenne der zweiten Antennenanordnung bzw. die pas­ sive Antenne der ersten Antennenanordnung und die passive Antenne der zweiten Antennenanordnung jeweils in einer Ebene liegen. Es kann vielmehr jede Antennenanordnung gewählt werden, bei der ein Lesebereich der aktiven und passiven Anten­ ne der ersten Antennenanordnung und ein Lesebereich der ak­ tiven und passiven Antenne der zweiten Antennenanordnung teilweise überlagert sind, um einen kombinierten Lesebereich zu bilden.
Ferner können bei der vorliegenden Erfindung mehr als zwei Antennenanordnungen verwendet werden, wobei jeweils eine An­ tenne aktiv ist, während die anderen Antennen abgeschaltet und verstimmt sind.
Ferner kann die hierin beschriebene Transponderleseeinrich­ tung ferner mit einer Schreibeinrichtung versehen sein, die ferner ein Schreiben von Informationen auf einen Transponder ermöglicht. Eine solche Schreibeinrichtung kann in die Lese­ einrichtung integriert sein und die Antennen der Leseein­ richtung verwenden oder getrennt von derselben aufgebaut sein.
Neben den beschriebenen können andere Antennenanordnungen bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, beispiels­ weise eine solche, bei der eine Antennenanordnung zwei ak­ tive Antennen aufweist, wobei das Hochfrequenzfeld derart erzeugt wird, daß die zwei aktiven Antennen zeitlich auf­ einanderfolgend mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 0 Grad und 180 Grad betrieben werden. Bei einer Phasen­ verschiebung von 0 Grad stellt sich ein Feld nach Helmholtz ein mit parallelen Feldlinien zwischen den beiden Antennen. Bei einer Phasenverschiebung von 180 Grad stellen sich gemäß Fig. 1 zwei gegensinnige Felder ein. Durch die Umschaltung der Phasenverschiebung kann also ebenso die notwendige Feld­ gestaltung realisiert werden, daß die Feldlinien an allen relevanten Transponderpositionen die Antenne in möglichst stumpfen Winkel schneiden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu dem Multiplexer und der Vorrichtung zum Verstimmen eine Phasenverstimmungs-Vorrichtung erforderlich, um das Umschalten der Phasenverschiebung zu realisieren.

Claims (20)

1. Transponderleseeinrichtung mit folgenden Merkmalen:
einer ersten Antennenanordnung (T1, R1), die auf eine Arbeitsresonanzfrequenz abstimmbar ist und einen Lese­ bereich in einem Nahbereich derselben aufweist;
einer zweiten Antennenanordnung (T2, R2), die auf eine Arbeitsresonanzfrequenz abstimmbar ist und einen Lese­ bereich in einem Nahbereich derselben aufweist;
wobei die erste (T1, R1) und zweite (T2, R2) Antennen­ anordnung derart angeordnet sind, daß sich die Lese­ bereiche derselben zumindest teilweise überlagern und ein kombinierter Lesebereich gebildet ist;
einer Einrichtung (5) zum Aktivieren der ersten (T1, R1) oder zweiten (T2, R2) Antennenanordnung, so daß jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder die erste (T1, R1) oder zweite (T2, R2) Antennenanordnung aktiv ist; und
einer Einrichtung (10) zum Verstimmen der jeweils nicht aktiven Antenne, derart, daß sie nicht auf ihre Arbeitsresonanzfrequenz abgestimmt ist.
2. Transponderleseeinrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die erste (T1, R1) bzw. zweite (T1, R2) Antennenanord­ nung jeweils ein Antennenpaar aufweist, wobei jedes Antennenpaar eine erste Antenne (T1, T2) aufweist, die eine elektrische Leistung von der Leseeinrichtung er­ hält und ein erstes Hochfrequenzfeld erzeugt, und eine zweite Antenne (R1, R2) aufweist, die eine elektrische Leistung von dem ersten Hochfrequenzfeld erhält und ein zweites Hochfrequenzfeld erzeugt, wobei das erste und zweite Hochfrequenzfeld eine feste Phasenbeziehung zueinander aufweisen.
3. Transponderleseeinrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die feste Phasenbeziehung eine Phasenverschiebung um 90 Grad zwischen dem Hochfrequenzfeld der ersten Antenne (T1, T2) und dem Hochfrequenzfeld der zweiten Antenne (R1, R2) aufweist.
4. Transponderleseeinrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die erste (T1, R1) bzw. zweite (T1, R2) Antennenanord­ nung jeweils ein Antennenpaar aufweist, wobei jedes Antennenpaar eine erste und zweite Antenne aufweist, die eine elektrische Leistung von der Leseeinrichtung erhalten, wobei die erste und zweite Antenne eine zeitlich veränderliche Phasenverschiebung zueinander aufweisen, derart, daß dieselben zu einem bestimmten Zeitpunkt eine gegenseitige Phasenverschiebung von 0 Grad und zu einem anderen Zeitpunkt eine Phasenver­ schiebung um 180 Grad aufweisen.
5. Transponderleseeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der jede Antenne jedes Antennenpaars eine Antennenschleife und ein Anpassungsnetzwerk (NT1, NR1, NT2, NR2) aufweist.
6. Transponderleseeinrichtung gemäß Anspruch 5, bei der jede Antennenschleife eine angenäherte ebene Fläche definiert, wobei die Antennenschleife der ersten (T1, T2) und die Antennenschleife der zweiten Antenne (R1, R2) eines gleichen Antennenpaars derart angeordnet sind, daß sich die angenäherten Flächen derselben pa­ rallel gegenüber liegen oder in einem spitzen Winkel schneiden.
7. Transponderleseeinrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die Antennenschleifen derart angeordnet sind, daß die Antennenschleife einer der Antennen des ersten Anten­ nenpaars (T1, R1) und die Antennenschleife einer der Antennen des zweiten Antennenpaars (T2, R2) derart be­ nachbart zueinander angeordnet sind, daß die angenä­ herten ebenen Flächen derselben in einer ersten Ebene liegen, während die Antennenschleife der anderen An­ tenne des ersten Antennenpaars (T1, R1) und die Anten­ nenschleife der anderen Antenne des zweiten Antennen­ paars (T2, R2) derart benachbart zueinander angeordnet sind, daß die angenäherten ebenen Flächen derselben in einer zweiten Ebene liegen, die parallel zu der ersten Ebene ist.
8. Transponderleseeinrichtung gemäß einem der vorherge­ henden Ansprüche, bei der die Arbeitsresonanzfrequenz der ersten Antennenanordnung (T1, R1) und die Arbeits­ resonanzfrequenz der zweiten Antennenanordnung (T2, R2) gleich sind.
9. Transponderleseeinrichtung gemäß einem der vorherge­ henden Ansprüche, bei der die Einrichtung (10) zum Verstimmen der Arbeitsresonanzfrequenz eine Einrich­ tung zum Zu- oder Abschalten oder zum Ändern der Im­ pedanz von induktiven und/oder kapazitiven Schwing­ kreiskomponenten aufweist.
10. Transponderleseeinrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Einrichtung (10) zum Verstimmen einen aktiven Schalter aufweist, um die induktiven oder kapazitiven Schwingkreiskomponenten zur Verstimmung der Arbeitsre­ sonanzfrequenz zu- oder abzuschalten.
11. Transponderleseeinrichtung gemäß Anspruch 10, bei der der aktive Schalter der Einrichtung (10) zum Verstim­ men der Arbeitsresonanzfrequenz ein bistabiles Relais ist, wobei das Zu- oder Abschalten der induktiven und/oder kapazitiven Schwingkreiskomponenten zur Ver­ stimmung der Arbeitsresonanzfrequenz durch einen kurzen Spannungsimpuls erfolgt.
12. Transponderleseeinrichtung gemäß einem der vorherge­ henden Ansprüche, bei der die Arbeitsresonanzfrequenz in einem Bereich zwischen 12 und 14 MHz liegt.
13. Transponderleseeinrichtung gemäß einem der vorherge­ henden Ansprüche, bei der der kombinierte Lesebereich durch mehr als zwei Antennenanordnungen gebildet ist.
14. Transponderleseeinrichtung gemäß einem der vorherge­ henden Ansprüche, bei der die Einrichtung (5) zum Ak­ tivieren der ersten (T1, R1) und zweiten (T2, R2) An­ tennenanordnung ein Multiplexer ist.
15. Transponderleseeinrichtung gemäß einem der vorherge­ henden Ansprüche, die ferner eine Einrichtung zum Schreiben von Informationen auf einen Transponder auf­ weist.
16. Verfahren zum Auslesen von Transpondern, das folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen einer ersten Antennenanordnung (T1, R1), die auf eine Arbeitsresonanzfrequenz abstimmbar ist und einen Lesebereich in einem Nahbereich derselben aufweist;
Bereitstellen einer zweiten Antennenanordnung (T2, R2), die auf eine Arbeitsresonanzfrequenz abstimmbar ist und einen Lesebereich in einem Nahbereich der­ selben aufweist;
Anordnen der ersten (T1, R1) und zweiten (T2, R2) Antennenanordnung derart, daß sich die Lesebereiche derselben zumindest teilweise überlagern und ein kombinierter Lesebereich gebildet ist;
Aktivieren der Antennenanordnungen, so daß jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder die erste (T1, R1) oder zweite (T2, R2) Antennenanordnung aktiv ist; und
Verstimmen der jeweils nicht aktiven Antenne, derart, daß sie nicht auf ihre Arbeitsresonanzfrequenz abge­ stimmt ist.
17. Verfahren zum Auslesen von Transpondern gemäß Anspruch 16, bei dem der Schritt des Verstimmens der jeweils nicht aktiven Antenne ein Zu- oder Abschalten von in­ duktiven und/oder kapazitiven Schwingkreiskomponenten aufweist.
18. Verfahren zum Auslesen von Transpondern gemäß Anspruch 16 oder 17, bei dem die Arbeitsresonanzfrequenz in einem Bereich zwischen 12 und 14 MHz liegt.
19. Verfahren zum Auslesen von Transpondern gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem mehr als zwei Anten­ nenanordnungen angeordnet werden, um einen kombinier­ ten Lesebereich zu bilden.
20. Verfahren zum Auslesen von Transpondern gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, das ferner einen Schritt ei­ nes Beschreibens eines Transponders aufweist.
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