DE60131657T2

DE60131657T2 - Drahtloses kommunikationsgerät und verfahren

Info

Publication number: DE60131657T2
Application number: DE60131657T
Authority: DE
Inventors: Ian J. Chelmsford FORSTER; Patrick F. Glen Ellyn KING
Original assignee: Mineral Lassen LLC
Current assignee: Mineral Lassen LLC
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: EP1301901A1; US6828941B2; ATE352881T1; WO2002007496A3; DE60126284T2; ZA200300382B; US20020126057A1; DE60139732D1; DE60126284D1; US20050190111A1; EP1675216B1; EP1301901B1; EP1301962A2; ATE421780T1; US20070001916A1; US7397438B2; AU2001270871A1; US7460078B2; EP1676781A2; US6501435B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Bereitstellen einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung und zum Kommunizieren von Informationen bezüglich eines die drahtlose Kommunikationseinrichtung enthaltenden Objekts.
Es ist häufig gewünscht, Objekte, wie beispielsweise Verpackungen oder Behälter, verfolgen und identifizieren sowie Informationen bezüglich dieser Objekte drahtlos kommunizieren zu können. Ein Verfahren zum Verfolgen von Verpackungen und zum Bereitstellen von Informationen bezüglich der Verpackungen besteht darin, eine drahtlose Kommunikationseinrichtung, wie beispielsweise einen Radiofrequenz-Identifikations-Transponder (RFID-Transponder) oder eine andere Identifikationsvorrichtung, an den Verpackungen zu befestigen. Die bezüglich der Verpackungen kommunizierten Informationen können Verfallsdaten, Abfülldaten, Losnummern, Herstellungsinformationen u. ä. umfassen. Eine drahtlose Kommunikationseinrichtung kann an einer Einzelverpackung oder an einem mehrere Verpackungen enthaltenden Behälter befestigt sein.
Ein Problem besteht dann, wenn eine drahtlose Kommunikationseinrichtung an Verpackungen oder Behältern aus einem leitenden Material, wie beispielsweise Folie, befestigt ist. Eine mit der drahtlosen Kommunikationseinrichtung verbundene Polantenne strahlt nicht richtig, wenn die drahtlose Kommunikationseinrichtung an der Außenseite der Verpackung befestigt ist. Ist die drahtlose Kommunikationseinrichtung dagegen innerhalb der Verpackung angeordnet, wird die Polantenne abgeschirmt. Folglich besteht ein Bedarf an einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung, die gute Leistungen erbringt, wenn sie an einer leitenden Verpackung oder einem leitenden Behälter befestigt ist.
Bei einer solchen drahtlosen Kommunikationseinrichtung kann es vorteilhaft sein, auf verschiedenen Frequenzen zu kommunizieren, so daß eine Vorrichtung für unterschiedliche Anwendungen verwendbar ist. So wird beispielsweise außerhalb der Vereinigten Staaten häufig eine Betriebsfrequenz von 2,45 GHz verwendet, während innerhalb der Vereinigten Staaten häufig eine Betriebsfrequenz von 915 MHz verwendet wird. Viele Unternehmen stellen drahtlose Kommunikationseinrichtungen her, die auf beiden Frequenzen, also auf 915 MHz und auf 2,45 GHz, betreibbar sind, so daß eine der beiden Frequenzen für den Betrieb ausgewählt werden kann. Bei Anwendungen drahtloser Kommunikationseinrichtungen, wie beispielsweise dem Befestigen drahtloser Kommunikationseinrichtungen an Verpackungen zu Informations- und Nachverfolgungszwecken, ist die Einrichtung allerdings so gestaltet, daß sie nur auf einer Frequenz kommuniziert – entweder einer Frequenz für die Vereinigten Staaten oder einer Frequenz außerhalb der Vereinigten Staaten. Es wäre vorteilhaft, eine drahtlose Kommunikationseinrichtung mit einer Antennenstruktur zu konstruieren, die in der Lage ist, auf mehr als einer Frequenz zu kommunizieren. Auf diese Weise wäre eine drahtlose Kommunikationseinrichtung geeignet, sowohl innerhalb als auch außerhalb der Vereinigten Staaten verwendet zu werden.
Zusätzlich zu leitenden Materialien werden drahtlose Kommunikationseinrichtungen auch mit vielen anderen Substraten verwendet. Jedes Substrat besitzt seine eigenen dielektrischen Eigenschaften, die in der Regel die Impedanzanpassung zwischen der drahtlosen Kommunikationseinrichtung und deren Antenne beeinflussen. Die Impedanzanpassung gewährleistet den effizientesten Energietransfer zwischen einer Antenne und der drahtlosen Kommunikationseinrichtung. Es besteht somit der Bedarf, eine Antenne für eine drahtlose Kommunikationseinrichtung bereitzustellen, deren Impedanz vom Substrat im wesentlichen nicht beeinflußt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einer Verpackung, einem Behälter oder einem anderen Material verbundene drahtlose Kommunikationseinrichtung zum Kommunizieren von Informationen bezüglich der Verpackung, des Behälters oder des anderen Materials. Es wird eine drahtlose Kommunikationseinrichtung bereitgestellt, die ein Steuerungssystem, Kommunikationselektronik, Speicher und eine Antenne enthält. Die drahtlose Kommunikationseinrichtung kann einen Sensor zum Erfassen der die drahtlose Kommunikationseinrichtung umgebenden Umgebungsbedingungen enthalten. Die drahtlose Kommunikationseinrichtung enthält einen oder mehrere aus leitendem Material gebildete Streifen.
Bei einem Beispiel ist die drahtlose Kommunikationseinrichtung ein Transponder, der zu Kommunikationszwecken von einem Abfrage-Lesegerät abgefragt wird. Die drahtlose Kommunikationseinrichtung ist an einer Verpackung befestigt, die aus einem leitenden Material, wie beispielsweise eine für Lebensmittel oder Flüssigkeiten verwendete Folieverpackung, gebildet sein kann.
Der/die Streifen sind an der Oberfläche der Verpackung befestigt. In einer Ausführungsform ist der/sind die Streifen an der Oberfläche einer Verpackung befestigt. In einer anderen Ausführungsform ist der/sind die Streifen mit der Oberfläche der Verpackung über ein dielektrisches Material reaktiv gekoppelt. Das dielektrische Material kann ein auf dem/den Streifen angeordnetes adhäsives Material zum Befestigen der drahtlosen Kommunikationseinrichtung an einer Verpackung sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform reagiert die drahtlose Kommunikationseinrichtung auf das Öffnen der Verpackung und kommuniziert dieses Ereignis und/oder speichert es im Speicher. Bei einer weiteren Ausführungsform verwendet die drahtlose Kommunikationseinrichtung einen Sensor zum Erfassen der Umgebung und zum Erkennen, wann eine Verpackung geöffnet wird. Eine zweite Versiegelung kann in der Verpackung bereitgestellt sein, so daß die drahtlose Kommunikationseinrichtung innerhalb der Verpackung nicht mit dem Inhalt der Verpackung in Berührung kommt.
Die drahtlosen Kommunikationseinrichtungen können während der Fertigung in einem in Abschnitte unterteilten Träger oder einer in Abschnitte unterteilten Halterung mit einer Vorrichtung pro Trägerabschnitt angeordnet werden. Der Träger oder die Halterung kann ein leitendes Material sein.
Eine asymmetrische Antennenanordnung kann bereitgestellt werden, so daß die Impedanz der Antenne im wesentlichen nicht durch das Substrat, an dem die drahtlose Kommunikationseinrichtung befestigt ist, beeinflußt wird. Die asymmetrische Antennenanordnung ist eine durch asymmetrische Streifen gebildete asymmetrische Dipolantenne. Die drahtlose Kommunikationseinrichtung kann beispielsweise in einer Vertiefung im Substrat angeordnet sein, so daß die drahtlose Kommunikationseinrichtung nicht über die Substratoberfläche hinausragt. An der Oberfläche des Substrats sind asymmetrische Streifen angeordnet. Die asymmetrischen Streifen sind über Zuleitungen mit der drahtlosen Kommunikationseinrichtung verbunden, um eine asymmetrische Dipolantenne bereitzustellen. Die JP11053499 offenbart eine drahtlose IC-Karte, die einen mit einer asymmetrischen Dipolantenne gekoppelten IC-Chip umfaßt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung ist, die die Kommunikation zwischen einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung und einem Abfrage-Lesegerät darstellt;
2 eine Darstellung einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit Schlitzantenne auf einer Lebensmittelverpackung aus Folie ist;
3A eine schematische Draufsicht einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit dielektrisches adhäsives Material enthaltenden Kopplungs-Streifenvorrichtungen ist;
3B eine schematische Seitenansicht der drahtlosen Kommunikationseinrichtung aus 3A ist;
3C eine schematische Darstellung einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit eigenem Schlitz ist;
4 eine schematische Darstellung einer zur Bildung einer Schlitzantenne über einem Schlitz befestigten drahtlosen Kommunikationseinrichtung;
5A eine schematische Darstellung einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit einer Schlitzantenne von einer bestimmten Breite, um die Impedanz zwischen der drahtlosen Kommunikationseinrichtung und dem Schlitz anzupassen, ist;
5B eine schematische Darstellung der in 5A dargestellten drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit einem Schlitz von anderer Breite ist;
6 eine schematische Darstellung einer zirkular polarisierten Schlitzantenne ist;
7 eine schematische Darstellung eines anderen, eine drahtlose Kommunikationseinrichtung enthaltenden Verpackungstyps, ist;
8A eine schematische Darstellung einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit einer durch den Verschluß einer Folienverpackung gebildeten Schlitzantenne ist;
8B eine schematische Darstellung einer in 8A dargestellten drahtlosen Kommunikationseinrichtung, wobei die Folienverpackung ein zusätzliches Siegel unterhalb der drahtlosen Kommunikationseinrichtung aufweist, ist;
9 ein Ablaufdiagramm ist, das den Betrieb der drahtlosen Kommunikationseinrichtung beim Erfassen, ob sie sich außerhalb einer Verpackung befindet, zeigt;
10 eine schematische Darstellung von auf einem Träger oder einer Halterung befestigten drahtlose Kommunikationseinrichtungen, die auf einem Fließband in Verpackungen gestempelt werden sollen, ist;
11A eine Draufsicht einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit einer asymmetrischen Antennenanordnung ist;
11B eine Seitenansicht der drahtlosen Kommunikationseinrichtung aus 11A ist;
12A eine schematische Darstellung einer bestimmten asymmetrischen Antennenanordnung ist;
12B eine schematische Darstellung des angepaßten Gewinns der bestimmten asymmetrischen Antennenanordnung aus 12A ist;
12C eine schematische Darstellung des angepaßten Gewinns der bestimmten asymmetrischen Antennenanordnung aus 12A mit Verlustfreiheit FR4 ist;
13 eine schematische Darstellung einer asymmetrischen Antennenanordnung ist;
14A eine schematische Darstellung einer weiteren asymmetrischen Antennenanordnung ist;
14B eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der alternativen asymmetrischen Antennenanordnung aus 14A ist;
15A eine schematische Darstellung einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit einer asymmetrischen Antennenanordnung auf einer Seite einer Getränkedose aus Aluminium ist;
15B eine schematische Darstellung einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit einer asymmetrischen Antennenanordnung an der Bodenwölbung einer Getränkedose aus Aluminium ist;
16 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Befestigen einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung ist, und
17 eine schematische Darstellung einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung ist, die eine asymmetrische Schlitzantenne verwendet.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gerichtet.
Wie in 1 dargestellt, umfaßt die Erfindung eine drahtlose Kommunikationseinrichtung 10 für elektronische Kommunikation. Einige drahtlose Kommunikationseinrichtungen 10 weisen sowohl einen Sender als auch einen Empfänger auf. Andere, in Fachkreisen als „Transponder" bezeichnete drahtlose Kommunikationseinrichtungen 10, werden von einem Abfrage-Lesegerät 50 abgefragt, wobei der Transponder durch Verändern eines das Abfragesignal 56 enthaltenden Felds 58 zurückkommuniziert. In der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe „Transponder" und „drahtlose Kommunikationseinrichtung 10" synonym verwendet, und durch die Verwendung des Begriffs „Transponder" soll der auf die vorliegende Erfindung anwendbaren drahtlosen Kommunikationseinrichtungstyp 10 keinesfalls eingeschränkt werden. Es stehen drahtlose Kommunikationseinrichtungen 10 zur Verfügung, die auf unterschiedlichen Frequenzen, einschließlich UHF und VHF, kommunizieren. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet eine, auch als „Transponder" bezeichnete, drahtlose Kommunikationseinrichtung 10, die eine passive Hochfrequenzvorrichtung ist und in der Lage ist, eingehende Hochfrequenzenergie gleichzurichten und Strom zur Versorgung der Vorrichtung für die Kommunikation und den Betrieb bereitzustellen. Die Erfindung ist ebenso auf aktive Vorrichtungen anwendbar, die über ihre eigene Stromquelle für die Kommunikation verfügen. Wie der Fachmann leicht erkennen wird, gibt es viele weitere Typen drahtloser Kommunikationseinrichtungen 10, die elektronische Kommunikation ermöglichen; die vorliegende Erfindung ist somit nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt.
Transponder 10 umfaßt ein Steuerungssystem 12 und Kommunikationselektronik 14. Der Transponder 10 kann ebenso einen Speicher 18 zum Speichern der an das Abfrage-Lesegerät 50 zu kommunizierenden Informationen enthalten. Alternativ kann der Transponder 10 Informationen, wie beispielsweise eine Identifikationsnummer oder andere Informationen, mit Hilfe von Dioden, Dipschaltern oder anderen ähnlichen Schaltungen statt mit Hilfe des löschbaren Speichers 18 speichern. Antenne 16 ist bereitgestellt, um das Abfragesignal 56 vom Abfrage-Lesegerät 50 zu empfangen. Antenne 16 kann sich innerhalb oder außerhalb des Transponders 10 befinden. Der jeweilige Typ und die Anordnung der Antenne 16 richten sich nach der Betriebsfrequenz des Transponders 10 und der jeweils gewünschten Bauart. Der Transponder 10 kann ebenso mit einem Sensor 20 verbunden sein, um Informationen über den Raum oder die Umgebung zu erfassen, der/die den Transponder 10, die den Transponder 10 enthaltende Verpackung 200 oder die Inhalte der Verpackung 200 umgibt. Ein Beispiel für einen Sensor 20 kann ein Quarzkristallresonator, wie der in der US-Patentschrift Nr. 5,922,550 beschrieben, sein. Ein Quarzkristallresonator erkennt Analyten, die in Lebensmitteln enthalten sein können. Analyten umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Mikroorganismen, wie beispielsweise Bakterien, Hefen, Pilze und Viren.
Die Antenne 16 empfängt über das ausgestrahlte Abfragefeld 58 ein Signal 56. Die empfangenen Signale 56 leitet die Antenne 16 an die Kommunikationselektronik 14 weiter. Die Kommunikationselektronik 14 enthält eine Schaltung, die dazu dient, das Signal 56 aus dem Feld 58 zu interpretieren und das interpretierte Signal an das Steuerungssystem 12 zu kommunizieren. Das Steuerungssystem 12 ist eine integrierte Schaltung, eine Leiterplatte oder ein anderer Typ einer Mikroprozessor- oder Mikrocontrollerelektronik, die/der den Betrieb des Transponders 10 steuert. Das Steuerungssystem 12 ist mit der Kommunikationselektronik 14 verbunden, um Übertragungen zu kommunizieren und zu empfangen. Das Steuerungssystem 12 ist ebenso mit dem Speicher 18 verbunden, um Informationen zu speichern und abzurufen. Das Steuerungssystem 12 kann ferner eine Uhr (nicht abgebildet) enthalten. Das Steuerungssystem 12 bestimmt, ob irgendwelche Maßnahmen als Antwort auf die von der Kommunikationselektronik 14 empfangene Kommunikation erforderlich sind.
1 zeigt außerdem, wie sich mit Hilfe des Transponders 10 unter Verwendung eines Abfrage-Lesegeräts 50 Kommunikation erzielen läßt. Das Abfrage-Lesegerät 50 enthält eine Abfrage-Kommunikationselektronik 52 und eine Abfrage-Antenne 54. Das Abfrage- Lesegerät 50 kommuniziert mit dem Transponder 10, indem es ein über die Abfrage-Antenne 54 durch die Abfrage-Kommunikationselektronik 52 in einer Frequenz moduliertes elektronisches Signal 56 abgibt. Die Abfrage-Antenne 54 kann ein beliebiger Antennentyp sein, der das Signal 56 über ein Feld 58 so senden kann, daß eine geeignete Vorrichtung, wie beispielsweise ein Transponder 10, dieses Signal 56 über seine eigene Antenne 16 empfangen kann. Das Feld 58 kann elektromagnetisch, magnetisch oder elektrisch sein. Das Signal 56 ist eine Nachricht, die Informationen oder eine bestimmte Anfrage an den Transponder 10 enthält.
Wenn sich die Antenne 16 im vom Abfrage-Lesegerät 50 abgegebenen Feld 58 befindet, wird die Kommunikationselektronik 14 durch das Signal 56 erregt und erregt dadurch den Transponder 10. Der Transponder 10 bleibt erregt, solange sich die Antenne 16 im Feld 58 des Abfrage-Lesegeräts 50 befindet. Die Kommunikationselektronik 14 demoduliert das Signal 56 und sendet die Informationen oder eine Anfrage enthaltende Nachricht an das Steuerungssystem 12 für geeignete Folgemaßnahmen. Eine Anfrage an den Transponder 10 kann beispielsweise sein, seine Identifikation oder Informationen über ein den Transponder 10 enthaltendes Material oder eine den Transponder 10 enthaltende Verpackung, wie beispielsweise das Herstellungsdatum, den Herstellungsort und/oder die Losnummer, zu kommunizieren. Die Nachricht kann ebenso eine Anfrage zu Informationen bezüglich der vom Sensor 20 erfaßten Raum- oder Umgebungsmessungen sein.
Eine weitere Beschreibung eines mit der vorliegenden Erfindung verwendbaren Transponders 10 findet sich in der US-Patentschrift Nr. 5,347,280 . Der Transponder 10 ist ein Typ einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung. Andere Typen drahtloser Kommunikationseinrichtungen 10 können mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. So kann der Transponder 10 beispielsweise einen Sender aufweisen, der Informationen an das Abfrage-Lesegerät 50 senden kann, ohne das Signal 56 umwandeln zu müssen. Zur Versorgung des Senders kann der Transponder 10 eine Batterie oder eine Energiespeichereinheit, die mit aus dem Signal 56 empfangener Energie geladen wird, wenn sich die drahtlose Kommunikationseinrichtung 10 im Bereich des Felds 58 befindet, enthalten. Wie der Fachmann leicht erkennt, gibt es neben den vorstehend beschrieben viele weitere Typen drahtloser Kommunikationseinrichtungen und Kommunikationstechniken; die vorliegende Erfindung ist somit nicht auf einen bestimmten Vorrichtungstyp, eine bestimmte Technik oder ein bestimmtes Verfahren beschränkt.
Der Transponder 10 kann an einem beliebigen Vorrichtungs- oder Verpackungstyp befestigt sein, um Informationen bezüglich dieser Vorrichtung oder Verpackung zu identifizieren und zu kommunizieren. So kann der Transponder 10 beispielsweise an einer Lebensmittelverpackung befestigt sein und Identifikationsinformationen und andere Informationen über die in der Verpackung enthaltenen Lebensmittel, wie beispielsweise deren Herstellungsdatum, Abfülldatum, Ablaufdatum für den Verkauf oder den Verbrauch und Losnummer, enthalten. Beispielsweise kann der Transponder 10 an einer Weinflasche befestigt sein und Informationen bezüglich des Weintyps, der -inhaltsstoffe oder -abfüllung, des Herstellungsdatums und der Ablaufdaten enthalten. Der Transponder 10 kann an praktisch jeder erdenklichen Vorrichtung oder Verpackung befestigt sein.
2 bis 13 sowie 15A, 15B, 16 und 16 zeigen Beispiele von Vorrichtungen, die eine drahtlose Kommunikationseinrichtung und zwei leitende Streifen umfaßt, die mit der drahtlosen Kommunikationseinrichtung gekoppelt sind, um eine Antenne zu bilden.
2 zeigt einen an einer Lebensmittelverpackung 200 befestigten Transponder 10. Die Antenne 16 kann entweder eine Schlitzantenne 16A, wie in 2 dargestellt, oder eine Polantenne 16B, wie in 3A und 3B dargestellt, sein. Ein Schlitz 300 ist in der Verpackung 200 bereitgestellt, um eine Schlitzantenne 16A bereitzustellen. Die Verpackung 200 umfaßt eine Oberfläche 202. Mindestens ein aus einem leitenden Material, wie beispielsweise einem metallischen Material, gefertigter Streifen ist am Transponder 10, genauer gesagt an der Kommunikationselektronik 14 innerhalb des Transponders 10, befestigt. Zwei oder mehr Streifen 100 können außerdem am Transponder 10 befestigt sein, um die Antenne 16 bereitzustellen.
Die Streifen 100 sind am Schlitz 300 befestigt, um eine Schlitzantenne 16A zu bilden. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung wird das Wort „befestigt" allgemein im Sinne von „direkt am Schlitz 300 befestigt" oder „mit diesem verbunden" verwendet. Die Streifen 100 können entweder am Schlitz 300 oder in der Nähe des Schlitzes 300 befestigt sein. Die Streifen 100 können ebenso als Polantenne 16B dienen. Die Streifen 100 können ebenso durch Auftragen einer leitenden Flüssigkeit (z. B. einer leitenden Farbe) auf die Oberfläche 202 hergestellt sein.
Das System kann ebenso mit einem Transponder 10 verwendet werden, der einen Streifen 100 enthält, um entweder eine Schlitzantenne 16A oder eine Polantenne 16B zu bilden. Ein Streifen 100 ist verwendbar, um eine Polantenne 16B in Form einer Antenne mit einem monopolartigen Strahlungsmuster zu bilden. Wird ein Streifen 100 zur Bildung einer Schlitzantenne 16B verwendet, so wird der Streifen 100 am Schlitz 300 befestigt, und der Transponder 10 wird als Erdung am Schlitz 300 befestigt, um eine Erdungsebene zu bilden. Die Verwendung von einem Streifen 100 als Schlitzantenne 16B schafft ein monopolartiges Strahlungsmuster.
Ist die Oberfläche 202 aus einem leitenden Material gebildet ist, so kann es vorteilhaft sein, die Streifen 100 zur Bildung einer Schlitzantenne 16A statt einer Polantenne 16B zu verwenden. Beispiele für leitende Oberflächen 202 umfassen Lebensmittelverpackungen aus Folie, Schutzfolien von Weinflaschen, Schmuck, Uhren, Zigarrenetiketten aus Folie und Folienetiketten von Spirituosenflaschen. Wenn die Streifen 100 auf der leitenden Oberfläche 202 befestigt sind, ohne eine Schlitzantenne 16A zu bilden, kann das Strahlungsmuster der durch die Streifen 100 gebildeten Polantenne 16B nicht richtig auf die Betriebsfrequenz des Transponders 10 abgestimmt werden. Faktoren, wie beispielsweise die Leitfähigkeit und der Flächeninhalt der Oberfläche 202, beeinflussen das Strahlungsmuster einer Polantenne 16B, die durch die Streifen 100 entsteht, wenn die Streifen 100 an der Oberfläche 202 befestigt sind. Die Verpackungen 200 unterscheiden sich in Größe, Form und Fläche sehr deutlich voneinander. Es ist wünschenswert, daß der Transponder 10 und die Streifen 100 so gefertigt sind, daß der Transponder 10 bei der Verwendung von Streifen 100 als Polantenne 16B auf einer gewünschten Frequenz unabhängig von den jeweiligen Eigenschaften der Verpackung 200 arbeitet.
Verpackungen 200, die aus einem leitenden Material, wie beispielsweise Folie, gebildet sind und den Transponder 10 innerhalb der Verpackung 200 enthalten, können keine Polantenne 16B verwenden. Das Strahlungsmuster der Polantenne 16B wird durch das leitende Material abgeschirmt. Folglich kann ein weiteres Argument für die Verwendung der Streifen 100 zur Bildung einer Schlitzantenne 16A statt einer Polantenne 16B darin bestehen, daß Verpackungen, die aus einem leitenden Material gebildet sind und den Transponder 10 innerhalb der Verpackung 200 enthalten, die gewünschten Informationen in effektiver Weise drahtlos übertragen können.
Sind die Streifen 100 an einer nichtleitenden Oberfläche 202 befestigt, so können die Streifen 100 unabhängig von den Eigenschaften der Verpackung 200 auf der gewünschten Betriebsfrequenz als Polantenne 16B fungieren. Werden zwei Streifen 100 verwendet, so dienen die Streifen 100 als Dipolantenne 16B. Statt zwei Streifen 100 kann ebenso ein Streifen 100 verwendet werden, um als Antenne 16 zu dienen und ein monopolartiges Strahlungsmuster, wie oben beschrieben, zu bilden. Zwischen dem Transponder 10 und der Oberfläche 202 kann eine Erdungsebene bereitgestellt sein, so daß die Kommunikationselektronik 12 an der Oberfläche 202 befestigt ist, um eine Erdung zu bilden. Zusammenfassend formuliert können die Streifen 100 je nach Verpackung 200 und deren Eigenschaften dazu dienen, entweder eine Polantenne 16B oder eine Schlitzantenne 16A bereitzustellen.
3A, 3B und 3C zeigen detaillierter den in 2 dargestellten Transponder 10. 3A zeigt den Transponder 10 in einer Draufsicht. Die Streifen 100 sind aus einem leitenden Material gefertigt. So können die Streifen 100 beispielsweise aus Metallen, wie Aluminium oder Kupfer, gefertigt sein. 3B zeigt den Transponder 100 in einer Seitenansicht. Die Streifen 100 können entweder direkt an der Oberfläche 202 befestigt sein oder durch Anbringen von Streifen 100 oder eines optionalen, an der Oberfläche 202 befestigten dielektrischen adhäsiven Materials 102 mit der Oberfläche 202 gekoppelt sein. Die Verwendung des adhäsiven Materials 102 kann erforderlich sein, um den Transponder 10 an der Oberfläche 202 zu befestigen. Wenn der Transponder 10 an einer aus einem leitenden Material gebildeten Verpackung 200 ohne Schlitz 300 so befestigt ist, daß der Streifen 100 als eine Dipolantenne 16B dient, kann das dielektrische Material 102 zwischen der Oberfläche 202 und den Streifen 100 befestigt sein, so daß das Strahlungsmuster der Dipolantenne 16B nicht von der leitenden Verpackung 200 beeinflußt wird. Wenn ein solches dielektrisches Material 102 verwendet wird, sind die Streifen 100 eher reaktiv mit der Oberfläche 202 gekoppelt als direkt mit dieser verbunden. Ein Streifen 100 statt zwei Streifen 100 kann ebenso verwendet werden, um als Antenne 16 zu dienen, indem er ein monopolartiges Strahlungsmuster bildet. Ist der Transponder 10 mit den Streifen 100 über einem Schlitz 300 in einer leitenden Oberfläche 202 befestigt, entsteht statt der Antenne 16 eine Schlitzantenne 16A.
Statt der Verwendung eines zur Bildung einer Schlitzantenne 16A in die Verpackung 200 eingebrachten Schlitzes 300 kann ein Transponder 10 an einer Schlitzantenne 16A als Konstruktionsbestandteil desselben befestigt sein. 3C zeigt den Schlitz 300 als ein rechteckiges leitendes Material 250 mit einem ausgeschnittenen Hohlabschnitt zur Bildung eines inneren nichtleitenden Abschnitts 252. Die Streifen 100 sind am nichtleitenden Abschnitt 252 befestigt. Der Schlitz 300 kann in jeder gewünschten Form gefertigt sein, solange der Schlitz 300 aus einem leitenden, einen inneren nichtleitenden Abschnitt 252 enthaltenden Material 250 gebildet ist. Dieser innere nichtleitende Abschnitt 252 kann ein durch einen Ausschnitt entstehender Luftabschnitt, wie in 3C dargestellt, sein oder durch Anbringen eines nichtleitenden Materials, wie beispielsweise Kunststoff, auf oder in das leitende Material 250 gebildet sein. Das leitende Material 250 kann ebenso ein Adhäsionsmittel 102 enthalten, so daß der Schlitz 300 mit dem daran befestigten Transponder 10 in einfacher Weise an der Verpackung 200 befestigt werden kann. Es kann wünschenswert sein, den Schlitz 300 als Bestandteil des Transponders 10 statt als Bestandteil der Verpackung 200 bereitstellen, da sich dadurch die Notwendigkeit der Bildung eines Schlitzes 300 als Bestandteil der Verpackungskonstruktion 200 erübrigt. Beispielsweise kann es unpraktikabel oder unmöglich sein, einen Schlitz 300 in der Verpackung 200 bereitstellen, und gleichzeitig kann es wünschenswert sein, den Transponder 10 an der eine Schlitzantenne 16A verwendenden Verpackung 200 zu befestigen. Wenn der Schlitz 300 als Bestandteil des Transponders 10 bereitgestellt ist, kann als ein zusätzlicher Vorteil die Verpackung 200, wie in 3C dargestellt, aus nichtleitendem Material gebildet sein.
4 zeigt den Transponder 10 mit Streifen 100, die sowohl als Polantenne 16B als auch als Schlitzantenne 16A fungieren. Ein Schlitz 300 ist durch Ausschneiden eines Abschnitts der leitenden Oberfläche 202 bereitgestellt. Die Länge der Streifen 100 bestimmt die Betriebsfrequenz der Antenne 16, wenn die Streifen 100 so gestaltet sind, daß sie als Polantenne 16B fungieren. Bei einem Beispiel besitzen die Streifen 100 jeweils eine Länge von λ/4 bzw. 30,6 Millimetern und bilden eine Dipolantenne 16B mit einer Gesamtlänge von λ/2 und einer Betriebsfrequenz von 2.45 GHz.
Wie bereits oben dargelegt, können die Streifen 100 ebenso zur Bildung einer Schlitzantenne 16A dienen, wenn sie über einen Schlitz 300 in einer leitenden Oberfläche 202 befestigt sind. Die Länge des Schlitzes 300 bestimmt die Betriebsfrequenz der Schlitzantenne 16A. Bei einer Ausführungsform liegt die Länge der Schlitze 300 bei λ/2 bzw. 164 Millimeter, so daß der Transponder 10 bei einer Frequenz von 915 MHz arbeitet. Mehr Informationen zu Schlitzantennen 16A und deren Betrieb finden sich in der US-Patentschrift Nr. 4,975,711 .
Der Transponder 10 verfügt somit über zwei Antennen (16)-Konfigurationen, die auf zwei Frequenzen kommunizieren können. Wenn der Transponder 10, wie oben dargelegt, auf zwei verschiedene Frequenzen kommunizieren kann, können die Polantenne 16B und die Schlitzantenne 16A so gestaltet sein, daß sie auch auf verschiedenen Frequenzen kommunizieren, wodurch der Transponder 10 auf beiden Frequenzen in effektiver Weise kommunizieren kann. Diese Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine gewünschte Frequenz 915 MHz beträgt. 915 MHz werden in den Vereinigten Staaten häufig als Betriebsfrequenz zur elektronischen Kommunikation verwendet, wohingegen außerhalb der Vereinigten Staaten häufig 2,45 GHz verwendet werden. Folglich ist es vorteilhaft, einen Transponder 10 bereitzustellen, der in der Lage ist, sowohl auf 915 MHz als auch auf 2.45 GHz zu kommunizieren, so daß der Transponder 10 für Anwendungen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Vereinigten Staaten verwendbar ist. Ist diese Doppelfunktion hingegen nicht erforderlich, kann der Transponder 10 auch so gestaltet sein, daß er ausschließlich eine Polantenne 16B oder Schlitzantenne 16A verwendet.
5A und 5B zeigen einen Transponder 10, der über Schlitzen 300 von unterschiedlicher Breite befestigt ist. Die Breite eines Schlitzes 300 beeinflußt die Impedanz des Schlitzes 300. So kann beispielsweise ein breiterer Schlitz 300, wie in 5A dargestellt, eine höhere Impedanz aufweisen als ein schmalerer Schlitz 300, wie in 5B dargestellt. Eine Änderung der Breite des Schlitzes 300 bewirkt eine Änderung der Impedanz der Schlitzantenne 16B, wodurch sich die Stärke der Antenne 16 maximieren läßt. Es ist wünschenswert, die Impedanz des Schlitzes 300 an die Impedanz des Transponders 10 anzupassen. Bei dem einen Beispiel besitzt die Schlitzantenne 16A eine relativ niedrige Impedanz. Folglich ist es wünschenswert, die Impedanz des Schlitzes 300 zu transformieren, um diese an die Impedanz des Transponders 10 anzupassen und somit den Energietransfer zwischen dem Transponder 10 und dem Schlitz 300 zu maximieren sowie die Stärke des von der Schlitzantenne 16A abgegebenen Strahlungsmusters zu maximieren. Durch die Anpassung der Impedanzen wird ebenso die Reflexion im Strahlungsmuster der Schlitzantenne 16A minimiert. Der Transponder 10 kann mehr als eine Schicht, einschließlich leitender, dielektrischer und magnetischer Materialien, wie beispielsweise Ferrite, umfassen, um Induktivität einzubringen und dadurch die Modifizierung der Eigenschaften der Oberfläche 202 zum Zweck der Impedanzanpassung zu unterstützen.
Neben dem Aufbau des Transponders 10 beeinflußt auch die Fläche der Streifen 100 die Impedanz des Transponders 10. Wie oben dargelegt, ist es wünschenswert, die Impedanz des Transponders 10 und die des Schlitzes 300 aneinander anzupassen. Die Streifen 100 können ebenso geändert werden, um eine optimale Kopplung mit der Oberfläche 202 zu gewährleisten. Die Impedanz des Schlitzes 300 kann zu Anpassungszwecken durch Modifikation der relevanten Eigenschaften der Oberfläche 202 verändert werden. Beispielsweise kann eine leitende Lebensmittelverpackung (z. B. eine Folie) eine Oberfläche 202 aufweisen, deren Breite, dielektrische oder metallische Eigenschaften variabel sind. Die Kapazität der Streifen 100 kann bei der Impedanzanpassung berücksichtigt werden, wenn die Streifen 100 an einer bestimmten Oberfläche 202 befestigt werden. Die Kapazität der Streifen 100 beeinflußt die Impedanz des Transponders 10. Das Gesamtvolumen der Streifen 100 (Flächeninhalt mal Dicke) beeinflußt deren Kapazität. Die Streifen 100 ähneln Plattenkondensatoren, die mit der drahtlosen Kommunikationseinrichtung 10 in Reihe geschaltet sind. Je größer das Volumen der Streifen 100 ist, umso größer ist ihre Kapazität. Folglich ist es wünschenswert, die Streifen 100 mit einer der Oberfläche 202 entsprechenden Kapazität zu gestalten und zu fertigen, um die Impedanz des Transponders 10 und des Schlitzes 300 für eine optimale Leistung aneinander anzupassen.
Zur Anpassung der Impedanz des Schlitzes 300 an die Impedanz des Transponders 10 kann ebenso ein Impedanzanpassungsnetzwerk, wie in der dem Erwerber der Schutzrechte an der vorliegende Erfindung abgetretenen US-Patentanmeldung Nr. 09/536,334 mit dem Titel „Remote Communication Using Slot Antenna" dargelegt, verwendet werden.
6 zeigt zwei Schlitze 300A und 300B in der Oberfläche 202, die im wesentlichen lotrecht zueinander angeordnet sind, und über den Schlitzen 300A und 300B befestigte Streifen 100. Die Streifen 100 sind rechtwinklig zueinander an den Schlitzen 300A, 300B befestigt; die Streifen 100 können aber auch benachbart zueinander an den Schlitzen 300A, 300B befestigt sein. Diese Struktur schafft eine zirkular polarisierte Schlitzantenne 16A. Die Streifen 100 sind an jedem der Schlitze 300A und 300B befestigt. Die Länge des ersten Schlitzes 300A – a – ist etwas kleiner als λ/2. Die Länge des zweiten Schlitzes 300B – b – ist etwas größer als λ/2. Die beiden Schlitze 300A, 300B stellen Antennen 16 bereit, die als Resonanzkreise mit einer zugehörigen Phasenlaufzeit bei der Betriebsfrequenz von ±45 Grad zu einander betrachtet werden können. Dadurch empfängt der Transponder 10 in effizienter Weise Strahlung in mehr als einer Ausdehnung und insbesondere in Form eines Kreismusters, so daß die Ausrichtung des Transponders 10 auf der Oberfläche 202 für die Kommunikation in gewissem Maße irrelevant ist.
7 zeigt einen anderen Typ einer den Transponder 10 enthaltenden Verpackung 200. Die Verpackung 200 ist so gestaltet, daß sie Gummistäbe (nicht abgebildet) enthält. Die Verpackung 200 ist aus einem leitenden Material gebildet. Die Gummistäbe sind mit eigenen einzelnen Folienumhüllungen umhüllt und in nichtleitenden Papierumhüllungen 900, die in der Verpackung 200 enthalten sind, angeordnet. Teile der nichtleitenden Umhüllungen 900 berühren das Innere der Verpackung 200 oder sind mit diesem gekoppelt. Durch diese Befestigung oder Kopplung wird eine Schlitzantenne 300, wie zuvor bereits dargelegt, bereitgestellt, wobei die nichtleitenden Umhüllungen den Schlitz 300 bereitstellen und das Innere der Verpackung 200 das umgebende leitende Material bereitstellt. 7 zeigt einen innerhalb der Verpackung 200 angeordneten Transponder 10. Die Streifen 100 sind, wie zuvor bereits beschrieben, am Schlitz 300 befestigt, um Kommunikation bereitzustellen. Auch hier können die Streifen 100 ebenso als Polantenne 16A wirken. Die Verpackung 200 kann ebenso eine Zigarettenverpackung 200 sein. Auch hier können die Streifen 100 an einem Schlitz 300 befestigt sein; der durch einen inneren nichtleitenden Abschnitt im Inneren der Verpackung 200 umgebendes leitendes Material der Verpackung 200 gebildet ist, um eine Schlitzantenne 16A zu bilden. Bei einer Abwandlung dieser Ausführungsform kann der Schlitz 300 das Dielektrikum sein, das den Abziehstreifen zum Öffnen dieser Verpackung bildet.
8A und 8B zeigen bestimmte Möglichkeiten, den Transponder 10 innerhalb Verpackung 200 anzuordnen. 8A zeigt einen Transponder 10, der innerhalb der Oberseite der Verpackung 200 angeordnet ist, wo sich die Verpackung 200 ähnlich einem Beutel öffnen und versiegeln läßt. Der Transponder 10 und die Streifen 100 sind innerhalb der Oberseite 300 angeordnet. Die innere Oberfläche 202 der Verpackung 200 ist ein leitendes Material, wie beispielsweise eine Folie, und umfaßt die beim Verschließen und Versiegeln der Verpackung 200 zusammentreffenden Seiten der Verpackung 200. Wie zuvor bereits dargelegt, kann der Transponder 10 so gestaltet sein, daß er unter Verwendung einer Schlitzantenne 16A kommuniziert, wenn sich der Transponder 10 innerhalb einer aus einem leitenden Material gebildeten Verpackung 200 befindet. In diesem Beispiel ist die Schlitzantenne 16A nicht durch Ausschneiden eines Abschnitts der Oberfläche 202, sondern durch Einführen eines nichtleitenden Materials 302, wie beispielsweise eines Dielektrikums, in die Oberseite der Verpackung 200 gebildet, um dort, wo die Seiten zusammentreffen, ein Siegel bzw. eine Versiegelung 306 zu bilden. Auf diese Weise entsteht, wenn die Seiten der Verpackung 200 verschlossen und versiegelt werden, durch die Trennung des leitenden Materials an der inneren Oberfläche 202 ein Schlitz 300. Ein solches Verfahren zum Anbringen eines Transponders 10 innerhalb einer Verpackung 200 kann vorteilhaft sein, wenn es erwünscht ist, den Transponder 10 vor Diebstahl, Manipulation oder unerwünschten Elementen zu schützen.
Das Anordnen des Transponders 10 innerhalb der Verpackung 200 kann ebenso geeignet sein um anzuzeigen, ob die Verpackung 200 geöffnet und somit möglicherweise verunreinigt wurde. Verpackungen 200, die für den Verbrauch bestimmte Lebensmittel oder sterile medizinische Vorrichtungen und Ausrüstung enthalten, sind ebenso mögliche Anwendungen. Der Transponder 10 ist, wie zuvor bereits dargelegt und in 8A und 8B dargestellt, innerhalb der Verpackung 200 angeordnet.
Eine Möglichkeit, das Öffnen einer Verpackung 200 zu erkennen, besteht darin, Streifen 100 bereitzustellen, die aus einem auf Umgebungsluft reagierenden Material gebildet sind. Beim Öffnen der Verpackung 200 werden die Streifen 100 der Außenluft ausgesetzt. Sind die Streifen 100 aus einem Material gebildet, das seine Leitfähigkeit verliert, wenn es Luft ausgesetzt, kann der Transponder 10 praktisch nicht mehr abgefragt werden und/oder kommunizieren, da die Streifen 100 am Schlitz 300 befestigt sind, um eine Schlitzantenne 16A zur Kommunikation bereitzustellen. Somit läßt sich fehlende oder beeinträchtigte Kommunikation als Indikator dafür verwenden, daß die Verpackung 200 zuvor bereits geöffnet wurde.
8B zeigt ein Beispiel, bei dem es nicht nur wünschenswert ist, den Transponder 10 innerhalb der Verpackung 200 anzuordnen, sondern auch, den Transponder 10 vom Inhalt der Verpackung 200 zu trennen. Bei dieser Ausführungsform ist ein zweites Siegel 304 in der Verpackung 200 bereitgestellt. Der Transponder 10 befindet sich, wie oben bereits beschrieben, im ersten Siegel 306. Der Transponder 10 wird auch hier beim Öffnen der Verpackung 200 Luft ausgesetzt, allerdings befindet sich der Transponder 10 nicht im selben Abschnitt der Verpackung 200 wie der Inhalt der Verpackung 200. Diese Ausführungsform kann wünschenswert sein, wenn es sich beim Inhalt der Verpackung 200 um für den Verbrauch bestimmte Lebensmittel oder Flüssigkeiten oder um andere Materialien handelt, wenn es für den Transponder nicht sicher oder wünschenswert ist, mit dem Inhalt der Verpackung 200 in Kontakt zu kommen.
Ein weiteres System verwendet den Sensor 20, um zu ermitteln, warm die Verpackung 200 geöffnet wird. Der Sensor 20 kann ein beliebiger Sensortyp sein, der Bestandteile der außerhalb der Verpackung 20 befindlichen Luft erfaßt. Luft enthält Sauerstoff, Stickstoff und andere Gasbestandteile. Der Sensor 20 kann beispielsweise ein Sauerstoffsensor, einschließlich des in der US-Patentschrift Nr. 6,027,622 beschriebenen, sein. Ferner kann der Sensor 20 ein beliebiger Sensortyp sein, der einen Umgebungsfaktor, wie beispielsweise ein beim Versiegeln nicht in der Verpackung 200 mit dem darin befindlichen Transponder 10 enthaltenes Gas, erfaßt.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispiels eines Transponders 10, der einen Sensor 20 verwendet, um zu ermitteln, ob die Verpackung 200 geöffnet wurde. Der Prozess startet (Block 400), und das Steuerungssystem 12 empfängt Signale vom Sensor 20, die einen Meßwert anzeigen (Block 402). Das Steuerungssystem 12 ermittelt, ob der Meßwert des Sensors 20 anzeigt, daß die Verpackung 200 geöffnet ist (Entscheidung 404). Ist die Verpackung 200 geöffnet, speichert das Steuerungssystem 102 dieses Ereignis im Speicher 18, um es zu kommunizieren, wenn der Transponder 10 das nächste Mal vom Abfrage-Lesegerät 50 (Block 406) abgefragt wird. Wenn der Transponder 10 über Übertragungskapazität verfügt, kann der Transponder 10 das Ereignis, daß die Verpackung 200 offen ist, sofort übertragen. Der Prozess ist daraufhin beendet (Block 408). Wird dagegen ermittelt, daß die Verpackung 200 nicht offen ist (Entscheidung 404), nimmt der Transponder 10 vom Sensor (Block 402) einen weiteren Meßwert entgegen, und der Prozess wird erneut wiederholt.
10 zeigt ein Beispiel für die Bereitstellung eines Transponders 10 zum Aufstempeln auf Verpackungen 200 auf einem Fließband oder einer anderen Produktionseinheit. Ein Träger 700 wird bereitgestellt, der einzelne Objektträger 702 enthält. Der Träger 700 kann eine Folie oder ein ähnliches Material sein. Der Transponder 10 wird gefertigt und während der Fertigung auf dem Träger 700 angeordnet, wobei jeder Abschnitt 702 einen Transponder 10 enthält. Der Träger 700 ist aus einem leitenden Material gebildet. Der Träger 700 kann ebenso als Konstruktionsbestandteil einen oder mehrere leitende Streifen 100 enthalten. Da der Träger 700 ein leitendes Material ist, sind die Streifen 100 leitend. Der Transponder 10 wird während der Fertigung auf dem Träger angeordnet und mit den im Träger 700 gebildeten Streifen 100 verbunden. Später während des Herstellungs- oder Fertigungsprozesses wird der Transponder 10 auf den Verpackungen 200 angeordnet.
Der Träger 700 kann Perforationen 704 aufweisen, um von einer Maschine auf einem Fließband bewegt zu werden, wenn die Transponder 10 auf die Abschnitte 702 aufgebracht werden. Der an einem oder mehreren im Träger 700 gebildeten Streifen 100 befestigte Transponder 10 wird auf einem Fließband auf die Verpackungen 200 gestempelt, indem der Träger 700 nahe der Verpackungen 200 angeordnet wird. Der Träger 700 wird so gestempelt, daß der Transponder 10 mit den befestigten Streifen 100 auf die Verpackungen 200 aufgebracht wird. Falls gewünscht, werden der Träger 700 und ein bestimmter Abschnitt 702 durch ein Stempelverfahren mit der Verpackung 200 in Kontakt gebracht, so daß sich der Transponder 10 leichter an der Verpackung 200 befestigen läßt. Die Verpackung 200 kann einen Schlitz 300 enthalten, wobei der Transponder 10 über den Schlitz 300 gestempelt wird. Der Transponder 10 und/oder die Streifen 100 können ebenso, wie zuvor bereits dargelegt, ein Adhäsionsmittel 102 enthalten, so daß der Transponder 10 sicher an der Verpackung 200 befestigt ist.
11A zeigt eine Draufsicht des Transponders 10 mit einer asymmetrischen Dipolantenne 16. Eine asymmetrische Dipolantenne 16 ist eine Antenne mit einem ersten Pol, der sich in seiner Form, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Länge, Breite, Volumen und/oder Dichte, vom zweiten Pol unterscheidet. Der Transponder 10 in 11A ist mit zwei leitenden Streifen 100A und 100B gekoppelt. Der erste leitende Streifen 100A ist in Bezug auf den zweiten leitenden Streifen 100B asymmetrisch. Die beiden symmetrischen Streifen 100A und 100B umfassen eine asymmetrische Dipolantenne 16.
11B zeigt eine Seitenansicht des in 11A dargestellten Transponders 10. Die Streifen 100A und 100B sind auf einem Dielektrikum 102 angebracht. Das Dielektrikum 102 fungiert als Isolator zwischen den Streifen 100A und 100B und dem Substrat 202. Das Dielektrikum 102 ist ein im wesentlichen nichtleitendes Material. Beispiele für Materialien, die verwendet werden können, um ein Dielektrikum 102 zu bilden, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Karton, Kunststoff, Lexan-Kunststoff, Textilstoffe und Polypropylen.
Ist das Substrat 202 aus einem leitenden Material gebildet, so ist, wie in 11B dargestellt, ein separates Dielektrikum 102 zwischen dem Substrat 202 und dem Transponder 10 bereitgestellt. Ist das Substrat 202 aus einem nichtleitenden Material gebildet, so kann das Substrat 202 zusätzlich als Dielektrikum 102 fungieren. In diesem Fall kann eine Erdungsebene (nicht abgebildet) auf der dem Substrat 202 gegenüberliegenden Seite angeordnet sein, so daß sich das als Dielektrikum 102 fungierende Substrat 202 zwischen dem Transponder 10 und der Erdungsebene befindet. Es ist allerdings darauf hinzuweisen, daß die Erdungsebene auch an anderen Stellen auf dem Substrat 202 angeordnet sein kann und nicht unbedingt auf der dem Transponder 10 gegenüberliegenden Seite angeordnet sein muß.
Die Form, der Typ und die Eigenschaften der Antenne 16 beeinflussen die Impedanz des Transponders 10. Das Substrat 202 beeinflußt ebenso die Impedanz der Antenne 16 gegenüber dem Transponder 10. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn ein dünnes Dielektrikum 102 verwendet wird, da dann die Isolation zwischen dem Transponder 10/der Antenne 16 und dem Substrat 202 geringer ist. Ein dünnes Dielektrikum 102 besitzt eine Dicke von ca. 0,1 mm–2,0 mm. Damit der Transponder 10 Strahlungsenergie von der Antenne 16 auf höchstmöglichem Strahlungsniveau ohne Verluste übertragen kann, muß die Impedanz des Transponders 10 an die Impedanz der auf dem Substrat 202 angeordnete Antenne 16 angepaßt werden. Beispielsweise kann der Transponder 10 eine Impedanz von 15–j60 Ohm besitzen. Um eine optimale Energieübertragung zwischen der Antenne 16 und dem Transponder 10 zu erreichen, benötigt die auf dem Substrat 202 angeordnete Antenne 16 eine konjugierte Impedanz des Transponders 10. In der Praxis muß die Impedanzanpassung zwischen dem Transponder 10 und der Antenne 16 nicht exakt sein, um eine Energieübertragung zwischen dem Transponder 10 und der für die Kommunikation erforderlichen Antenne 16 zu erreichen. Impedanzen zwischen dem Transponder 10 und Antenne 16, die im wesentlichen gleich sind, ermöglichen immer noch eine gute Energieübertragung zwischen der Antenne 16 und dem Transponder 10.
Der Transponder 10 kann mit einer Vielzahl an verschiedenen Substraten 202 verwendet werden. Um das Herausragen des Transponders 10 aus dem Substrat 202 zu minimieren, wird ein dünnes Dielektrikum 102 verwendet. Empirische Daten und Modelldaten haben gezeigt, daß der Betrieb einer asymmetrischen Antenne 16 bei Verwendung eines relativ dünnen Dielektrikums 102 im wesentlichen nicht von der Größe und/oder den Abmessungen des Substrats 202 beeinflußt wird. Materialien mit schwach definierten Strukturen und/oder geringer Permittivität, wie beispielsweise Karton, sind als Materialien für das Dielektrikum 102 verwendbar und können ebenso als Substrat 202 dienen. Dank dieser Feststellung läßt sich die Impedanz der Antenne 16 und des Transponders 10 während der Fertigung leichter anpassen, ohne daß die Eigenschaften des Substrats 202, wie beispielsweise die Größe, Dicke und/oder Permittivität des Substrats 202, berücksichtigt werden müssen. Das Substrat 202 besitzt eine bestimmte Permittivität, die vom Fertigungsmaterial und der im Substrat vorhandenen Luftmenge abhängt. Die Permittivität gibt Durchlässigkeit eines bestimmten Materials an. Außerdem benötigen die Elemente der Antenne 16, wie beispielsweise die Streifen 100, keine präzise Dimensionskontrolle, wodurch weniger präzise und weniger kostenaufwändige Materialen verwendet werden können, um diese Elemente zu definieren. So können beispielsweise die Streifen 100 mit Hilfe von Etikettendrucktechniken und leitender Farbe, wie beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 5,566,441 beschrieben, hergestellt werden.
Bei dem in 11A und 11B dargestellten Beispiel fungieren asymmetrische Streifen 100A und 100E als asymmetrische Antenne 16. Obwohl die Impedanz der Streifen 100A und 100B im wesentlichen nicht vom Substrat 202 beeinflußt wird, können die Streifen 100A und 100B, je nach Änderungen der Dicke und Permittivität des Substrats 202, in ihrer Größe, Länge und/oder Breite vergrößert oder verkleinert werden, um eine optimale Impedanzanpassung an den Transponder 10 bereitzustellen.
12A zeigt ein Modellbeispiel von auf einem Substrat 202 verwendeten asymmetrischen Streifen 100A und 100B. Das Substrat 202 ist ein gebräuchliches Leiterplatten(PCB)-Material FR4 mit einer Permittivität von ca. 4,65. Zwei zusätzliche Streifen 101A und 101E sind jeweils den Streifen 100A und 100B hinzugefügt, um eine korrekte Modellierung zu ermöglichen; diese haben keinen Einfluß auf die Ergebnisse der asymmetrischen Antenne 16. 12B zeigt die vorausgesagte Verstärkung der Antenne 16, welche –0,85 dBi bei 915 MHz beträgt. 12C zeigt die modellierte Verstärkung einer asymmetrischen Antenne 16, welche die Streifen 100A und 100B auf einem Substrat 202 mit derselben Permittivität wie FR4 ohne Verlust verwendet. Die vorausgesagte Verstärkung bei diesem Modell beträgt 5,3 dBi bei 915 MHz.
Wie zuvor bereits festgestellt, können die Streifen 100A und 100E in verschiedener Weise in ihrer Größe variieren, um eine asymmetrische Antenne 16 bereitzustellen. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform einer asymmetrischen Antenne 16. 13 zeigt eine asymmetrische Antenne 16, wobei die Streifen 100A und 100E rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Der eine Streifen 100A ist im wesentlichen dünner als der andere Streifen 100B. Es wurde festgestellt, daß die Leistungseigenschaften der in 13 dargestellten asymmetrischen Antenne 16 ähnliche Leistungseigenschaften aufweisen wie die in 12A dargestellte Antenne 16.
14A und 14B zeigen zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen asymmetrischen Antenne 16. In 14A ist der eine Streifen 100B, hier dicker als der Streifen 100A dargestellt, ringförmig, und der andere Streifen 100A ist innerhalb des durch den Streifen 100E begrenzten Bereichs verschachtelt. Diese asymmetrische Antenne 16 ist ungefär halb so lang wie die Gesamtlänge der in 12A dargestellten asymmetrischen Antenne 16 und kann in Anwendungen verwendet werden, bei denen eine kürzere asymmetrische Antenne 16 gewünscht ist. In ähnlicher Weise zeigt 14B eine weitere alternative Ausführungsform der asymmetrischen Antenne 16. Im Gegensatz zur Ausführungsform aus 14A ist hier ein relativ dicker Streifen 100B im Streifen 100A verschachtelt, der ring- oder schleifenförmig angeordnet ist. Auch die asymmetrische Antenne 16 in 14B ist ungefähr halb so lang wie die Gesamtlänge der in 12A dargestellten asymmetrischen Antenne 16 und kann in Anwendungen verwendet werden, bei denen eine kürzere asymmetrische Antenne 16 gewünscht ist. Eine kürzere asymmetrische Antenne 16 kann beispielsweise aus Gestaltungs- oder Fertigungsgründen vorteilhaft sein.
15A zeigt ein weiteres Beispiel einer asymmetrischen Antennendipolantenne 16, wobei das Substrat 202 eine Aluminiumdose 600 ist. Zwischen dem Transponder 10 mit den Streifen 100A und 100B und der Dose 600 ist ein einzelnes Dielektrikum 102 bereitgestellt, da die Dose 600 aus einem leitenden Material, namentlich Aluminium (wie zuvor bereits dargelegt), gebildet ist. Bei dieser bestimmten Ausführungsform wird durch die Verwendung des Streifens 100B, der länger ist als der Streifen 100A, eine asymmetrische Antenne 16 gebildet. 15B zeigt eine weitere Ausführungsform einer asymmetrischen Antenne, bei der ebenfalls eine Dose 600 als Substrat 202 dient. Der Transponder 10 ist an der unteren Wölbung 602 der Dose 600 angebracht. Zwei asymmetrische Streifen 100A und 100B sind bereitgestellt, um eine Dipolantenne 16 zu bilden. Die entstehende Dipolantenne 16 ist asymmetrisch. Der Streifen 100A ist kürzer als der Streifen 100B, und der Streifen 100B ist breiter als der Streifen 100A.
16 zeigt ein weiteres Beispiel einer asymmetrischen Dipolantenne 16, wobei der Transponder 10 in einer Vertiefung 500 des Substrats 202 angeordnet ist, so daß der Transponder 10 nicht über das Substrat 202 hinausragt. Der Transponder 10 kann, wenn er über das Substrat 202 hinausragt, beschädigt oder erschüttert werden. Die Streifen 100A und 100B sind an der Oberfläche des Substrats 202 auf jeder Seite einer Vertiefung 500 bereitgestellt. Im Inneren der Vertiefung 500 sind Führungen 502 angebracht und mit den Streifen 100A und 100B elektrisch gekoppelt. Diese Kopplung kann als direkte Verbindung, kapazitive Kopplung oder induktive Kopplung ausgeführt sein. Die Streifen 100A und 100B sind asymmetrisch zueinander. Der Transponder 10 weist an jeder Seite Zuleitungen 504 auf, die mit den Führungen 502 gekoppelt sind, um den Transponder 10 und die Streifen 100A und 100B miteinander zu koppeln. Auf diese Weise verwendet der Transponder 10 die Streifen 100A und 100B, um eine asymmetrische Dipolantenne 16 zu bilden. In der Darstellung ist der Transponder 10 noch nicht in der Vertiefung 500 unterhalb der Oberflächenebene des Substrats 202 angeordnet. Wenn der Transponder 10 richtig angeordnet ist, ragt er nicht mehr über die Oberfläche des Substrats 202 hinaus.
17 zeigt ein weiteres Beispiel einer asymmetrischen Antenne 16, wobei die asymmetrische Antenne 16 mit einem Schlitz 300 bereitgestellt ist, um eine asymmetrische Schlitzantenne 16 zu bilden. Bei diesem bestimmten Beispiel liegt die Länge des Schlitzes 300 bei λ/4 und die Breite des Schlitzes 300 bei 3,625 mm, wobei allerdings auch andere Längen und Breiten verwendbar sind. Der Transponder 10 ist mit Hilfe von Streifen 100 über dem Schlitz 300 angebracht, um eine Schlitzantenne 16 zu bilden. Die Asymmetrie der Schlitzantenne 16 wird durch den Ort der Anordnung der Streifen 100 über dem Schlitz 300 und nicht durch Unterschiede in Größe, Breite und/oder Dichte der Streifen gesteuert. Die Streifen 100 sind außermittig von Schlitz 300 angeordnet und bilden somit einen asymmetrischen Schlitz 300. Ein asymmetrischer Schlitz 300 ist ein Schlitz, der in mindestens zwei separate Abschnitte unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt eine andere Größe, Breite und/oder Tiefe aufweist. Ist das Substrat 202 aus einem leitenden Material gebildet, so ist ein einzelnes Dielektrikum 102 zwischen dem Transponder 10 und dem Substrat 202 bereitgestellt. Ist das Substrat 202 aus einem nichtleitenden Material gebildet, so ist das Substrat 202 ein Dielektrikum 102 mit einer bereitgestellten Erdungsebene (nicht abgebildet). Auch diese asymmetrische Antenne 16 ist im wesentlichen unempfindlich gegenüber dem Substrat 202, wenn, wie oben bereits dargelegt, ein dünnes Dielektrikum 102 verwendet wird.
Eine Alternative zu 17 besteht darin, nur einen Streifen 100 mit dem Transponder 10 zu koppeln, um eine asymmetrische Monopolantenne 16 bereitzustellen. Auch hier ist der Streifen 100 außermittig über dem Schlitz 300 angebracht. Eine Erdungsebene ist bereitgestellt und mit dem Transponder 10 gekoppelt, um den Transponder 10 zu erden.
Es versteht sich von selbst, daß die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Typ einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung beschränkt ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anwendung sind die Begriffe „koppeln", „gekoppelt" oder „Kopplungs-" als direkte Verbindung oder als reaktive Kopplung definiert. Reaktive Kopplung ist als kapazitive oder induktive Kopplung definiert.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine drahtlose Kommunikationseinrichtung (10) und zwei mit der drahtlosen Kommunikationseinrichtung (10) gekoppelte leitende Streifen (100A, 100B), um eine Dipolantenne (16B) zu bilden, wobei die beiden leitenden Streifen (100A, 100B) in Bezug aufeinander asymmetrisch angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden leitenden Streifen (100A, 100B) ringförmig ist und der andere Streifen (100B, 100A) innerhalb des einen leitenden Streifens (100A, 100B) verschachtelt ist oder einer der beiden leitenden Streifen (100A, 100B) die Form einer Schleife (100B, 100A) aufweist und den anderen leitenden Streifen (100A, 100B) umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Kommunikationseinrichtung (10) bei einer UHF- oder VHF-Frequenz arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Kommunikationseinrichtung (10) auf einer Betriebsfrequenz arbeitet, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 2,45 GHz, 915 MHz und 13,56 MHz besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein leitender Streifen (100A, 100B) der beiden leitenden Streifen (100A, 100B) ein Adhäsionsmittel (102) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein leitender Streifen der beiden leitenden Streifen ein Adhäsionsmittel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden leitenden Streifen aus einer leitenden Farbe gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein dünnes Dielektrikum, das mit den beiden leitenden Streifen gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Erdungsebene, die mit dem dünnen Dielektrikum gekoppelt ist, wobei sich das dünne Dielektrikum zwischen den beiden leitenden Streifen und der Erdungsebene befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Kommunikationseinrichtung an einem Substrat befestigt ist und daß das dünne Dielektrikum zwischen den beiden leitenden Streifen und dem Substrat befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Erdungsebene, die mit der drahtlosen Kommunikationseinrichtung gekoppelt ist, wobei sich das dünne Dielektrikum zwischen der drahtlosen Kommunikationseinrichtung und der Erdungsebene befindet.