EP0634807A1 - Antennenvorrichtung - Google Patents

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EP0634807A1
EP0634807A1 EP94810334A EP94810334A EP0634807A1 EP 0634807 A1 EP0634807 A1 EP 0634807A1 EP 94810334 A EP94810334 A EP 94810334A EP 94810334 A EP94810334 A EP 94810334A EP 0634807 A1 EP0634807 A1 EP 0634807A1
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EP
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antenna device
loop
electrically
antenna
partial
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Actron Entwicklungs AG
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    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/22—Electrical actuation
    • G08B13/24—Electrical actuation by interference with electromagnetic field distribution
    • G08B13/2402—Electronic Article Surveillance [EAS], i.e. systems using tags for detecting removal of a tagged item from a secure area, e.g. tags for detecting shoplifting
    • G08B13/2465—Aspects related to the EAS system, e.g. system components other than tags
    • G08B13/2468—Antenna in system and the related signal processing
    • G08B13/2477—Antenna or antenna activator circuit
    • G—PHYSICS
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    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/22—Electrical actuation
    • G08B13/24—Electrical actuation by interference with electromagnetic field distribution
    • G08B13/2402—Electronic Article Surveillance [EAS], i.e. systems using tags for detecting removal of a tagged item from a secure area, e.g. tags for detecting shoplifting
    • G08B13/2465—Aspects related to the EAS system, e.g. system components other than tags
    • G08B13/2468—Antenna in system and the related signal processing
    • G08B13/2474—Antenna or antenna activator geometry, arrangement or layout
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/04—Screened antennas

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device for the detection of resonance labels in electronic anti-theft security systems with an antenna wire loop guided between two terminals in one plane, which is twisted twice in each case by 180 ° to form two electrically outer and one electrically middle partial loop, and into which an impedance element is connected.
  • the invention further relates to the use of such an antenna device for the detection of resonance tags with a fixed predetermined resonance frequency.
  • Antenna devices for electronic anti-theft security systems are known in diverse designs and geometries and are also in use. For example, reference may be made to: US-A-4,251,808, US-A-4,135,183, US-A-4,243,980, US-A-4,751,516, US-A-872,018, US-A-4,260,990, US-A-4,016,553, US -A-4,720,701, EP-A2-0414628, FR-763.681. Reference can also be made to US-A-2,597,518, in which a receiving antenna with a plurality of partial loops rotated relative to one another by 180 ° is already described.
  • Fig. 1 an antenna device is shown, as it is currently widely used. It shows in series three also partial loops 1, 2 and 3 rotated with respect to each other by 180 °. The twisting of the partial loops against each other serves to extinguish the far field.
  • the ohmic resistors 7 and 8 provided at the intersection points 5 and 6 have the task of "smearing" the antenna characteristic somewhat and thereby avoiding detection dead zones.
  • 2 shows a field intensity distribution generated by this antenna device at a distance of 30 cm above the xy plane of the three partial loops. Corresponding to the three partial loops, there are three maxima, the field intensity decreasing from the first partial loop to the third. This undesired decrease in intensity is caused by the current intensity decreasing from loop to loop.
  • the total inductance of the antenna device also determines or limits the antenna current in addition to the voltage applied to the antenna terminals. This should be as large as possible. In modern systems, a voltage of about 50 volts is available at the antenna terminals 12. An increase in the antenna current by increasing this voltage is only possible with considerable effort.
  • the antenna device according to the invention is preferably used as specified in claim 9.
  • 3a shows an antenna device of a conventional type with three partial loops 1, 2, 3 arranged in series, which are each rotated by 180 ° relative to one another.
  • An impedance element 11 is provided between the second and third sub-loops 2, 3, or between two connection points 9, 10 at the entrance and exit of the third sub-loop 3.
  • the impedance element 11 is formed by connecting a capacitor C and an ohmic resistor R in parallel.
  • the electrically outer sub-loop 3 is here geometrically arranged between the sub-loops 1 and 2.
  • the inductance L3 of the geometrically central sub-loop 3 forms a resonant circuit together with the capacitor C of the impedance element 11. At its resonance frequency, this resonant circuit acts as a blocking element.
  • the current flowing in it, or respectively in the geometrically central part loop is in phase of resonance just 90 ° out of phase with the current I12 in the other two part loops 1 and 2.
  • the current I12 flows through the resistor R and "experience" otherwise with advantage only the inductors L1 and L2 of the first and second partial loops.
  • the impedance of the antenna device according to the invention therefore behaves like one with only two or two and a half partial loops for frequencies in the vicinity of the resonance frequency mentioned, despite the three partial loops.
  • FIG. 5 shows in a diagram corresponding to FIG. 2 the characteristic of the antenna device according to FIG. 3d) in the case of resonance. It is much more uniform than that of FIG. 2. In particular, the undesired drop in intensity from left to right has disappeared. The intensity is also higher overall because the inductance L3 of the third sub-loop does not have a limiting effect on the antenna current I12 which is particularly effective.
  • Fig. 6 shows the frequency responses of the currents I12 and I3 and their phase angle ⁇ 12 and ⁇ 3 for the same antenna device. At about 8.2 MHz, the current I3 is just 90 ° out of phase with the current I12.
  • FIG. 7 shows a representation corresponding to FIG. 3, a further exemplary embodiment for an antenna device according to the invention (FIG. 7d) and its derivation from a conventional arrangement (FIG. 7a).
  • 7 differs from FIG. 7 in the arrangement of the antenna terminals 12.
  • these are arranged in the first sub-loop 1 and in FIG. 7 in the second sub-loop 2.
  • the geometrically middle partial loop 3 there is an opposite sense of current flow in the two embodiments. Otherwise, the two embodiments are equivalent to one another.
  • the terminals 12 could also be arranged in the area of the middle loop part 3 in one of the lines passing through them.
  • the area of the three partial loops is preferably chosen to be the same size. However, there could be different ones Areas are provided.
  • the described tuning of the parameters of the antenna device to the resonance frequency of the resonance labels to be detected does not necessarily have to be exact. A phase error (compared to the 90 ° phase shift in the resonance case) of up to 30 ° could be tolerated under certain circumstances.
  • a single-loop so-called short-circuit loop 14 is also laid around the three sub-loops 1, 2, 3. This serves to improve the extinction of the far field (3 to 30 m). It is optimal when the rivers in the spanned area compensate each other. If this is the case, then the current in the outer loop is zero. If not, the current generated in the loop counteracts the inner one and thereby forces extinction. To avoid unwanted resonances, a resistor can be used instead of the short circuit in the outer loop.
  • All loops of the antenna device according to the invention are advantageously embedded in a plastic housing, which mechanically stabilizes them.
  • a plastic housing has the advantage that it does not adversely affect the advantageous characteristics of the antenna device according to the invention. When combined spatially with a transmitter or receiver electronics, it should also be arranged in a plastic housing for the same reason.
  • the antenna device according to the invention can also be provided on one side with a shielding plate for the purpose of one-sided shielding.
  • the shielding plate would have to be arranged a few centimeters away (e.g. 4 cm) from the level of the antenna wire loops.

Abstract

Die Antennenvorrichtung weist eine Antennendrahtschlaufe auf, welche unter Ausbildung von zwei elektrisch äusseren (1,3) und einer elektrisch mittleren Teilschlaufe (2) zweifach in sich um jeweils 180° verdreht ist. Eine der beiden elektrisch äusseren Teilschlaufen (3) ist geometrisch zwischen der elektrisch mittleren Teilschlaufe (2) und der anderen elektrisch äusseren Teilschlaufe (1) angeordnet. Ein Impedanzglied (11) ist zwischen zwei eingangs und ausgangs der geometrisch mittleren Teilschlaufe angeordnete Anschlusspunkte (9,10) geschaltet. Die erfindungsgemässe Antennenvorrichtung weist eine sehr ausgeglichene Charakteristik auf und benimmt sich bei geeigneter Wahl ihrer Parameter bei der Resonanzfrequenz der zu detektierenden Etiketten wie eine Antenne mit lediglich etwa zwei bis zweieinhalb Teilschlaufen.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung zur Detektion von Resonanzetiketten in elektronischen Warendiebstahls-Sicherungsanlagen mit einer zwischen zwei Klemmen in einer Ebene geführten Antennendrahtschlaufe, welche unter Ausbildung von zwei elektrisch äusseren und einer elektrisch mittleren Teilschlaufe zweifach in sich um jeweils 180° verdreht ist und in welche ein Impedanzglied geschaltet ist. Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung einer solchen Antennenvorrichtung zur Detektion von Resonanzetiketten mit einer fest vorgegebenen Resonanzfrequenz.
    • STAND DER TECHNIK
  • Antennenvorrichtungen für elektronische Warendiebstahls-Sicherungsanlagen sind in mannigfaltigen Ausführungen und Geometrien bekannt und auch im Einsatz. Beispielsweise kann hierzu verwiesen werden auf: US-A-4,251,808, US-A-4,135,183, US-A-4,243,980, US-A-4,751,516, US-A-872,018, US-A-4,260,990, US-A-4,016,553, US-A-4,720,701, EP-A2-0414628, FR-763.681. Weiter kann verwiesen werden auf die US-A-2,597,518, in der bereits eine Empfangsantenne mit mehreren gegeneinander um 180° verdrehten Teilschlaufen beschrieben ist.
  • In Fig. 1 ist eine Antennenvorrichtung dargestellt, wie sie derzeit vielfach verwendet wird. Sie weist in Serie drei ebenfalls um jeweils 180° gegeneinander verdrehte Teilschlaufen 1, 2 und 3 auf. Die Verdrehung der Teilschlaufen gegeneinander dient zur Fernfeldauslöschung. Die an den Kreuzungsunkten 5 und 6 vorgesehenen ohm'schen Widerstände 7 und 8 haben die Aufgabe, die Antennencharakteristik etwas zu "verschmieren" und dadurch Detektions-Totzonen zu vermeiden. Fig. 2 zeigt eine von dieser Antennenvorrichtung erzeugte Feldintensiätsverteilung in einem Abstand von 30 cm über der xy-Ebene der drei Teilschlaufen. Entsprechend den drei Teilschlaufen ergeben sich drei Maxima, wobei die Feldintensität von der ersten Teilschlaufe zur dritten hin abnimmt. Diese unerwünschte Intensitätsabnahme ist durch die von Schlaufe zu Schlaufe abnehmende Stromstärke bedingt. Die Gesamtinduktivtät der Antennenvorrichtung bestimmt bzw. limitiert im übrigen neben der an den Antennenklemmen anliegenden Spannung den Antennenstrom. Dieser sollte möglichst gross sein. Bei modernen Anlagen steht an den Antennenklemmen 12 etwa eine Spannung von 50 Volt zur Verfügung. Eine Erhöhung des Antennenstromes durch Erhöhung dieser Spannung ist nur mit erheblichem Aufwand möglich.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antennenvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie eine ausgeglichenere Charakteristik bei mindestens gleich hoher lokaler Abstrahlleistung aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Antennenvorrichtung mit den im Patentanpsurch 1 angegebenen Merkmalen.
  • Zur Detektion von Resonanzetiketten mit einer fest vorgegebenen Resonanzfrequenz wird die erfindungsgemäse Antennenvorrichtung vorzugsweise so verwendet, wie im Patentanspruch 9 angegeben.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
    • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Es zeigen
    • Fig. 1
    wie bereits erwähnt, eine Antennenvorrichtung nach dem Stand der Technik,
    Fig. 2
    eine Charakteristik dieser Antennenvorrichtung,
    Fig. 3
    unter a) bis d), wie sich die unter d) dargestellte erfindungsgemässe Antennenvorrichtung aus einer herkömmlichen Antennenvorrichtung schrittweise ableiten lässt,
    Fig. 4
    ein Ersatzschaltbild der Antennenvorrichtung von Fig. 3d,
    Fig. 5
    eine Charakteristik der Antennenvorrichtung von Fig. 3d,
    Fig. 6
    in einem logarithmischen Diagramm Frequenzgänge von in der Antennenvorrichtung gemäss Fig. 3d auftretenden Strömen sowie von deren Phasenwinkeln, und
    Fig. 7
    eine Darstellung gemäss Fig. 3 betreffend eine andere erfindungsgemässe Antennenvorrichtung.
    AUSFÜHRHUNGSBEISPIELE
  • Fig. 3a) zeigt eine Antennenvorrichtung herkömmlicher Art mit drei in Serie angeordneten Teilschlaufen 1,2,3, die jeweils um 180° gegeneinander verdreht sind. Am Kreuzungspunkt 6 zwischen der zweiten und dritten Teilschlaufe 2,3, respektive zwischen zwei Anschlusspunkten 9,10 eingangs und ausgangs der dritten Teilschlaufe 3, ist ein Impedanzglied 11 vorgesehen. Das Impedanzglied 11 wird, wie Fig. 5 zeigt, durch eine Parallelschaltung eines Kondensators C und eines ohm'schen Widerstandes R gebildet.
  • Durch Verschieben der drei Teilschlaufen so, wie dies in Fig. 3 unterer b) und c) dargestellt ist, gelangt man von der unter a) dargestellten Anordnung zu der gemäss Fig. 3d), die der erfindungsgemässen entspricht. Die elektrisch äussere Teilschlaufe 3 ist hier geometrisch zwischen den Teilschlaufen 1 und 2 angeordnet.
  • In dem in Fig. 4 dargestellten Ersatzschaltbild der Antennenvorichtung gemäss Fig. 3d) erkennt man, dass die Induktivität L₃ der geometrisch mittleren Teilschlaufe 3 zusammen mit dem Kondensator C des Impedanzgliedes 11 einen Schwingkreis bildet. Bei seiner Resonanzfrequenz wirkt dieser Schwingkreis als Sperrglied. Der in ihm, respektive in der geometrisch mittleren Teilschlaufe fliessende Strom I₃ ist im Resonanzfall gerade um 90° phasenverschoben gegenüber dem Strom I₁₂ in den beiden anderen Teilschlaufen 1 und 2. Der Strom I₁₂ fliesst dabei über den Widerstand R und "erfahrt" ansonsten mit Vorteil nur die Induktivitäten L₁ und L₂ der ersten und zweiten Teilschlaufe. Die Impedanz der erfindungsgemässen Antennenvorrichtung benimmt sich daher für Frequenzen in der Nähe der genannten Resonanzfrequenz trotz der drei Teilschlaufen wie eine solche mit lediglich zwei oder zweieinhalb Teilschlaufen.
  • Zur Detektion von Resonanzetiketten mit einer fest vorgegebenen Resonanzfrequenz wird die erfindungsgemässe Antennenvorrichtung vorzugsweise so dimensioniert, dass der erwähnte Resonanzfall gerade bei der vorgegebenen Resonanzfrequenz der Resonanzetiketten auftritt. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn die durch den Kondensator C und durch die Induktivität L₃ der dritten Teilschlaufe gebildeten Wechselstromwiderstände bei der vorgegebenen Resonanzfrequenz der Etiketten betragemässig gerade gleich dem ohm'schen Widerstand R werden. Es gilt dann auch L = R²C. Bei einer vorgegebenen Resonanzfrequenz von 8,2 MHz und L₃ = 1,63 µH ergibt sich für R z.B. ein Wert von 84 Ω und für C ein solcher von 235 pF.
  • Fig. 5. zeigt in einem Fig. 2 entsprechenden Diagramm die Charakteristik der Antennvorrichtung gemäss Fig. 3d) im Resonanzfall. Sie ist sehr viel gleichmässiger als die von Fig. 2. Insbesondere ist der unerwünschte Intensitätsabfall von links nach rechts verschwunden. Die Intensität ist auch insgesamt betragemässig höher, weil die Induktivität L₃ der dritten Teilschlaufe sich auf den vor allem wirksamen Antennenstrom I₁₂ nicht begrenzend auswirkt.
  • Fig. 6 zeigt für die gleiche Antennenvorrichtung die Frequenzgänge der Ströme I₁₂ und I₃ sowie ihrer Phasenwinkel φ₁₂ und φ₃. Bei ca. 8.2 MHz ist der Strom I₃ gegenüber dem Strom I₁₂ gerade um 90° phasenverschoben.
  • In Fig. 7 ist in einer Fig. 3 entsprechenden Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemässe Antennenvorrichtung (Fig.7d)) sowie ihre Ableitung aus einer herkömmlichen Anordnung (Fig. 7a) dargestellt. Von Fig. 3 unterscheidet sich Fig. 7 durch die Anordnung der Antennenklemmen 12. Bei Fig. 3 sind diese in der ersten Teilschlaufe 1 und bei Fig. 7 in der zweiten Teilschlaufe 2 angeordnet. Bezüglich der geometrisch jeweils mittleren Teilschlaufe 3 ergibt sich bei den beiden Ausführungsformen ein entgegengesetzter Stromlaufsinn. Ansonsten sind die beiden Ausführungsformen zueinander äquivalent. Die Klemmen 12 könnten auch im Bereich der mittleren Teilschlaufe 3 in einer der sie passierenden Leitungen angeordnet werden.
  • Die Fläche der drei Teilschlaufen wird vorzugsweise gleich gross gewählt. Es könnten jedoch auch unterschiedliche Flächen vorgesehen werden. Die beschriebene Abstimmung der Parameter der Antennvorrichtung auf die Resonanzfrequenz der zu detektierenden Resonanzetiketten muss nicht notwenig exakt sein. So könnte ein Phasenfehler (gegenüber der 90°-Phasenverschiebung im Resonanzfall) bis zu 30° unter Umständen toleriert werden.
  • In Fig. 3d) sowie Fig. 7d) ist jeweils strichliert um die drei Teilschlaufen 1,2,3 herum noch eine einschlaufige sog. Kurzschlusschlaufe 14 verlegt. Diese dient dazu, die Auslöschung des Fernfeldes (3 bis 30 m) zu verbessern. Sie ist dann optimal, wenn sich die Flüsse im aufgespannten Gebiet gegenseitig kompensieren. Ist dies der Fall, dann ist der Strom in der äusseren Schleife gleich Null. Wenn nicht, dann wirkt der in der Schleife entstehende Strom dem inneren entgegen und erzwingt dadurch die Auslöschung. Zur Vermeidung von ungewollten Resonanzen kann an Stelle des Kurzschlusses in der äusseren Schleife auch ein Widerstand eingesetzt werden.
  • Mit Vorteil werden sämtliche Schlaufen der erfindngsgemässen Antennvorrichtung in einem Kunststoffgehäuse eingebettet, welches sie mechanisch stabilisiert. Ein Kunststoffgehäuse hat den Vorteil, dass es sich auf die vorteilhafte Charakteristik der erfindungsgemässen Antennvorrichtung nicht nachteilig auswirkt. Bei räumlicher Kombination mit einer Sende- oder Empfangselektronik sollte diese aus dem gleichen Grund ebenfalls in einem Kunststoffgehäuse angeordnet werden.
  • Schliesslich kann die erfindungsgemässe Antennenvorrichtung noch einseitig mit einem Abschirmblech versehen werden zwecks einseitiger Abschirmung. Das Abschirmblech wäre dabei in einigen Zentimetern Abstand (z.B. 4 cm) von der Ebene der Antennendrahtschlaufen anzuordnen.

Claims (9)

  1. Antennenvorrichtung zur Detektion von Resonanzetiketten in elektronischen Warendiebstahls-Sicherungsanlagen mit einer zwischen zwei Klemmen (12) in einer Ebene geführten Antennendrahtschlaufe, welche unter Ausbildung von zwei elektrisch äusseren (1,3) und einer elektrisch mittleren Teilschlaufe (2) zweifach in sich um jeweils 180° verdreht ist und in welche ein Impedanzglied (11) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine (3) der beiden elektrisch äusseren Teilschlaufen (1,3) geometrisch zwischen der elektrisch mittleren Teilschlaufe (2) und der anderen elektrisch äusseren Teilschlaufe (1) angeordnet ist und dass das Impedanzglied (11) zwischen zwei eingangs und ausgangs der geometrisch mittleren Teilschlaufe (3) angeordnete Anschlusspunkte (9,10) geschaltet ist und in Parallelschaltung einen Kondensator (C) sowie einen ohm'schen Widerstand (R) aufweist.
  2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Klemmen (12) in der anderen elektrisch äusseren Teilschlaufe (1) angeordnet sind.
  3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Klemmen (12) in der elektrisch mittleren Teilschlaufe (2) angeordnet sind.
  4. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass L=R²C gilt, wobei L die Induktivität der geometrisch mittleren Teilschlaufe (3), R der Wert des ohm'schen Widerstandes und C die Kapazität des Kondensators ist.
  5. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Teilschlaufen (1,2,3) flächengleich sind.
  6. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, dass aussen um die Antennendrahtschlaufe in derselben Ebene herumlaufend eine Kurzschlussschlaufe (14) verlegt ist.
  7. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Ebene der Antennendrahtschlaufe, vorzugsweise in einem Abstand von 4 cm, ein Abschirmblech angeordnet ist.
  8. Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenndrahtschlaufe/n (1,2,3,14) in einem Kunststoffgehäuse eingebettet verlegt sind.
  9. Verwendung der Antennenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Detektion von Resonanzetiketten mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass der ohm'sche Widerstand (R), die Kapazität des Kondensators (C) und die Induktivität (L₃) der geometrisch mittleren Teilschlaufe (3) so bemessen sind, dass die durch den Kondensator (C) und die genannte Induktivität (L₃) gebildeten Wechselstromwiderstände bei der vorgegebenen Resonanzfrequenz der Resonanzetiketten betragsmässig jeweils gerade gleich dem ohm'schen Widerstand werden.
EP94810334A 1993-07-13 1994-06-06 Antennenvorrichtung Expired - Lifetime EP0634807B1 (de)

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CH2094/93 1993-07-13

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