ES2197657T3 - Dispositivo para la transmision de datos sin contactos. - Google Patents
Dispositivo para la transmision de datos sin contactos.Info
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Abstract
Dispositivo con un dispositivo (1) emisor / receptor de datos y, como mínimo, un soporte (2) de datos portátil para la transmisión de datos sin contacto entre el dispositivo (1) emisor / receptor de datos y el como mínimo un soporte (2) de datos portátil, con lo que el dispositivo (1) emisor / receptor de datos presenta - un dispositivo (4) emisor para generar una primera señal con una frecuencia predeterminada, - un dispositivo (5) receptor para recibir una señal con una frecuencia predeterminada, - una antena (6) de impedancia transformada que está conectada con el dispositivo (4) emisor y con el dispositivo (5) emisor y - una alimentación (3) de energía, y con lo que el soporte (2) de datos portátil presenta - una antena (8) del soporte de datos para recibir o enviar una señal inducida y - una disposición (7) de circuito conectada con la antena (8) del soporte de datos para procesar la señal inducida y generar una señal, que se envía a la antena (6) del dispositivo (1) emisor / receptorde datos, con lo que la antena (6) del dispositivo (1) emisor / receptor de datos presenta una impedancia total a partir de una reactancia BF distinta de 0 y una resistencia RF de pérdida óhmica si no hay ningún soporte (2) de datos portátil conectado de forma inductiva con la antena (6).
Description
Dispositivo para la transmisión de datos sin
contactos.
\global\overfullrule=5mm
La invención se refiere a un dispositivo para
transmitir datos sin contactos entre un dispositivo emisor/receptor
de datos y como mínimo un soporte portátil de datos.
Se emplean sistemas de identificación sin
contactos con una transmisión de datos y de energía inductiva desde
un dispositivo emisor / receptor de datos (COD - Card Operating
Device) a un soporte de datos portátil por medio de un campo
alterno magnético, por ejemplo, en tarjetas de chip. Un sistema de
este tipo se describe en Finkenzeller, Klaus:
RFID-Handbuch, Carl Hanser Verlag, Munich 1998,
Páginas 183 - 205. Para el funcionamiento de las tarjetas de chip
mediante el dispositivo emisor / receptor de datos se necesita una
determinada potencia para generar el campo alterno magnético.
La antena para generar el campo alterno magnético
es en general un bucle conductor formado (como se desee). Ésta
presenta, en las condiciones habituales de funcionamiento, una
reactancia inductiva. Esta reactancia inductiva se compensa en los
casos normales mediante un circuito de adaptación de resistencias,
condensadores y bobinas y, con ello, se ajusta la antena a la
frecuencia de resonancia. Por ajuste a la frecuencia de resonancia
se entiende que la reactancia inductiva presenta un valor igual a 0
y como impedancia sólo permanecen esencialmente las resistencias de
pérdidas.
Es necesaria una adaptación de la antena a la
resonancia cuando en el dispositivo receptor / emisor de datos la
antena y la fuente de energía sólo están conectadas por un cable de
longitud desconocida. Para permanecer independientes de la longitud
del cable, la antena y la fuente de energía deben adaptarse a la
impedancia de la línea. La adaptación de la antena a la impedancia
se describe, por ejemplo, en el documento US 5.241.160.
El funcionamiento en resonancia normalmente
también se utiliza si la antena está conectada directamente con la
fuente de energía. Este es el caso, por ejemplo, si la antena y la
fuente de energía están colocadas en la misma placa de circuito
impreso.
Si no se encuentra ningún soporte de datos
portátil en el campo alterno magnético, fluye una corriente máxima
al ajustar la antena a la resonancia. Esta corriente máxima tiene
como consecuencia un campo magnético máximo.
Debido al ajuste a resonancia se originan por lo
tanto también altas pérdidas en la marcha en vacío. Por marcha en
vacío se entiende en lo sucesivo el estado de funcionamiento del
dispositivo emisor / receptor de datos en el que no se encuentra
ningún soporte de datos portátil en el campo de acción del
dispositivo emisor / receptor de datos. El área de acción del
dispositivo emisor / receptor de datos es aquella distancia del
soporte de datos respecto a la antena en la que el campo alterno
magnético es todavía suficientemente grande para poder intercambiar
datos con el soporte de datos portátil.
El campo alterno magnético que se genera mediante
la corriente que fluye a través de la antena es especialmente
necesario en los dispositivos emisores / receptores de datos con
alcances cortos (denominados Closed Coupling Systeme) en marcha en
vacío la mayoría de las veces mucho mayor que lo que realmente se
necesita.
Si se encuentra un soporte de datos portátil en
el campo de acción, entonces éste repercute en la antena. Esta
reacción se hace notar en la aparición de una impedancia adicional
en el circuito de la antena del dispositivo emisor / receptor de
datos. Si la antena está ajustada a la resonancia, entonces la
reacción es máxima, es decir, la impedancia adicional que aparece en
el circuito de la antena provoca una reducción de la corriente de
la antena y, con ello, al mismo tiempo una reducción del campo
magnético. Esta reacción será mayor cuanto mayor sea el acoplamiento
entre la antena y el soporte de datos portátil. El acoplamiento
será mayor, por lo general, en pequeñas separaciones entre la
antena y el soporte de datos portátil. En el caso desfavorable, el
soporte de datos portátil, al aproximarse a la antena, la corriente
a través de esta puede reducirse debido a la reacción de forma tan
intensa que ya no es posible una alimentación de energía suficiente
entre el dispositivo emisor / receptor de datos y el soporte de
datos.
Para garantizar un funcionamiento del soporte de
datos en el campo de acción del dispositivo emisor/receptor de
datos, el ajuste de la antena a la resonancia debe, por tanto,
poner delante una corriente correspondientemente alta en la marcha
en vacío. Con ello se garantiza que en un soporte de datos en el
área de acción la intensidad de campo magnético es suficientemente
alta a pesar de la reacción para mantener una alimentación de
energía suficiente para el soporte de datos. Esto no significa otra
cosa sino que en la colocación de un soporte de datos en el campo de
acción, la corriente a través de la antena sea suficientemente
grande. Ocasionados por la gran potencia para generar el campo
alterno magnético en la marcha en vacío, se presentan pérdidas muy
altas.
El modo de acción descrito en un dimensionado de
la antena a la resonancia se hace notar de forma aún más
desventajosa si el sistema está diseñado para varios soportes de
datos. La reacción de varios soportes de datos en el circuito de la
antena se multiplica entonces de forma correspondiente a la
cantidad de soportes de datos que se encuentran en el campo de
acción. La fuente de energía que pone a disposición la potencia
para el dispositivo emisor / receptor de datos debe, por tanto,
dimesionarse de forma aún más grande. Esto se hace notar en una alta
demanda de espacio así como en altos costes.
La tarea de la presente invención consiste por
tanto en prever un dispositivo para la transmisión de datos sin
contactos que presente un consumo de potencia lo más pequeño
posible para generar un campo alterno magnético para un campo de
acción predeterminado.
La invención se soluciona con las características
de la reivindicación 1. A partir de las reivindicaciones
dependientes se producen perfeccionamientos.
Según la reivindicación 1, la antena del
dispositivo emisor / receptor de datos se realiza en la impedancia
global, es decir, en un circuito que realiza una transformación de
la impedancia, de tal manera que la reactancia es distinta de 0 si
no hay ningún soporte de datos portátil conectado de forma
inductiva con la antena. Con otras palabras esto quiere decir que
la antena no está ajustada a la resonancia en tanto que no se
encuentra ningún soporte portátil en el área de acción del
dispositivo emisor / receptor de datos.
De esta manera, al colocarse una reactancia en la
antena, la corriente que debe estar presente en el caso de marcha
en vacío, se reduce respecto a la del estado de la técnica. Esto
trae consigo pequeñas pérdidas en la marcha en vacío. Por este
motivo la alimentación de energía puede dimensionarse de forma más
pequeña. No ha de ocuparse de un costoso dispositivo de
enfriamiento. Otra ventaja consiste en que mediante la reactancia
ya presente en la marcha en vacío al presentarse un soporte de
datos, se reduce la reacción al soporte de datos e la antena o puede
emplearse de forma ventajosa. Esto tiene como consecuencia, por
ejemplo, que la reducción de corriente es considerablemente menor al
colocarse el soporte de datos que la caída de corriente en un
dispositivo emisor / receptor de datos según el estado de la
técnica. La problemática de que mediante la colocación del soporte
de datos en el campo de acción puede cortarse la corriente en la
antena, puede evitarse con ello.
La reactancia puede ser tanto de tipo inductivo
como de tipo capacitivo. Incluso existe la posibilidad de ajustar
la reacción de las tarjetas en la antena de tal manera que para un
caso de dimensionamiento, por ejemplo, tres soportes de datos que
deban trabajar en un área de x cm, se produzca un aumento definido
de la corriente de las antenas. Con este objetivo la reactancia debe
estar dimensionada de forma correspondiente. La reactancia sólo
puede determinarse mediante un costoso cálculo de simulación. La
potencia necesaria para el dispositivo emisor / receptor de datos
para generar el campo alterno magnético o para la alimentación de
energía del soporte de datos puede reducirse esencialmente mediante
la medida propuesta de una colocación encauzada de una reactancia
en el circuito de la antena.
En una configuración de la invención, también es
posible una combinación de las dos soluciones. Esto significa que
la antena del dispositivo receptor / emisor de datos puede
presentar tanto una reactancia, es decir, no estar ajustada a la
resonancia, como también una resistencia de pérdida adicional.
Mediante esta resistencia de pérdida adicional, que se encuentra,
por ejemplo, entre la antena y el circuito adaptador, puede
conseguirse a su vez que la corriente se reduzca en la marcha en
vacío del dispositivo emisor / receptor de datos y, con ello, se
disminuyan las pérdidas de marcha en vacío. Mediante la previsión
de la resistencia de pérdida adicional se reduce a su vez la
reacción del soporte de datos que se encuentra en el campo
magnético del dispositivo emisor / receptor de datos a la antena. La
reacción, condicionada por la incidencia de una impedancia en el
circuito de antenas del dispositivo emisor / receptor de datos, se
hace notar verdaderamente en una reducción de la corriente a través
de la antena, de la que va acompañada una reducción de la
intensidad del campo magnético. Sin embargo, la caída de corriente
se manifiesta de forma menos intensa que en un dispositivo emisor /
receptor de datos según el estado de la técnica. Ocasionada por la
reducida caída de corriente al presentarse un soporte de datos en el
campo de acción, la intensidad necesaria del campo alterno
magnético permanece suficientemente grande aunque la alimentación de
energía del dispositivo emisor / receptor de datos pueda
dimensionarse de forma más pequeña y este disponga con ello también
de una corriente más pequeña a través de la antena.
En otra forma de configuración el dispositivo
emisor / receptor de datos, cuya antena presenta una reactancia
inductiva y una resistencia adicional entre la antena y el
dispositivo emisor o el dispositivo receptor, presenta un
dispositivo de circuito adaptador entre la antena y el dispositivo
emisor o el dispositivo receptor.
En otra forma de configuración las variantes de
solución, en las que la reducción de potencia de la alimentación de
energía del dispositivo emisor / receptor de datos se ocasiona por
medio de una reactancia en la antena, presentan una conexión de
longitud conocida que une entre sí la antena y el dispositivo
emisor o dispositivo receptor. Al utilizar una conexión, por
ejemplo, un cable, de longitud conocida, no es necesario
proporcionar un circuito adaptador.
Una solución preferida consiste en presentar una
reactancia en la antena del dispositivo emisor / receptor de datos.
Con este principio de solución pueden alcanzarse las corrientes más
bajas en la marcha en vacío. Además, en este caso se partió
naturalmente de que las condiciones previas son las mismas para
todas las variantes. Esto significa que el dispositivo emisor /
receptor de datos está diseñado a una cantidad determinada de
soportes de datos, y el campo de acción en el que es posible un
intercambio de datos entre el como mínimo un soporte de datos y el
dispositivo emisor / receptor de datos toma una distancia
predeterminada de la antena.
La ventaja de todos los principios de solución
descritos hasta el momento consiste en que mediante la reducción de
la corriente de las antenas necesaria puede dimensionarse la etapa
final de la alimentación de energía (fuente de tensión alterna) para
potencias más pequeñas. Con ello se produce una reducción de los
costes. Otra ventaja consiste en que la disposición de los circuitos
entre la alimentación de energía y la antena no necesita ningún
elemento de conexión adicional frente al estado de la técnica.
Únicamente los elementos constructivos se dimensionan de otra
manera.
La transmisión de energía por un acoplamiento
inductivo sólo aprovecha el campo magnético cercano de la antena.
Sin embargo, con ello está inevitablemente vinculada también una
emisión de ondas electromagnéticas. En este caso la potencia emitida
es directamente proporcional al cuadrado de la corriente de las
antenas. Esto significa que la reducción de la corriente de las
antenas reduce a su vez la potencia efectiva emitida. Con ello se
facilita el cumplimiento de las normas que limitan la emisión. Esta
problemática se explica posteriormente.
Las frecuencias de resonancia de los soportes de
datos portátiles pueden estar dimensionadas iguales a la frecuencia
de servicio predeterminada del dispositivo emisor / receptor de
datos, aunque también pueden estar dimensionadas mayores o menores
que la frecuencia de servicio predeterminada. En una forma de
configuración preferida la frecuencia de resonancia del soporte de
datos portátil se dimensiona por medio de la frecuencia
predeterminada. La disposición de circuito que se encuentra en el
soporte de datos portátil se alimenta con tensión a través de la
señal inducida que se origina al presentarse el soporte de datos en
el campo de acción del dispositivo emisor / receptor de datos. Para
ello se aprovecha el aumento en exceso de la resonancia mediante un
circuito resonante a partir de una capacidad y de la inductividad
de la antena portadora de datos. El modo de acción se aclara
posteriormente de forma precisa en combinación con las figuras.
La disposición de circuito en el soporte de datos
portátil puede estar realizada como chip semiconductor integrado o
como circuito discreto. Como soportes de datos portátiles pueden
entenderse tarjetas de chip, etiquetas de seguridad para diferentes
objetos o también dispositivos de identificación. Sin embargo,
también puede concebirse que el soporte de datos portátil se
incorpore, por ejemplo, en automóviles, de manera que pueda
efectuarse un pago por la utilización de determinadas secciones de
calle.
El dispositivo emisor / receptor de datos según
la invención y la antena portadora de datos están en condiciones de
acoplarse en un intervalo entre 0 y 1 m entre sí. Preferiblemente,
el dispositivo emisor / receptor de datos está diseñado de tal forma
que las antenas se acoplan en un intervalo entre 0 y 1 cm. En los
soportes de datos en el denominado formato CD-1
(talonarios determinados en la norma ISO) el soporte de datos y el
dispositivo emisor / receptor de datos se acoplan en un intervalo
entre 0 y algunos centímetros. Este dispositivo emisor / receptor
de datos se conoce bajo el nombre Sistemas Closed Coupling.
En un diseño del dispositivo emisor / receptor de
datos en un intervalo de 0 a 15 cm, los sistemas se conocen por el
nombre Sistemas de Proximidad. En el intervalo entre 0 y 1 m, los
dispositivos emisores / receptores de datos se denominan Sistemas
de Vecindad. Sin embargo, el área de aplicación de la invención no
se limita con ello, sino que más bien depende de la relación de
tamaño antena / soporte de datos.
La invención se explica detalladamente mediante
las figuras 1 a 8.
Se muestra:
La figura 1, la estructura esquemática de un
dispositivo emisor / receptor de datos así como de un soporte de
datos portátil,
Las figuras 2a y 2b, los esquemas equivalentes
lineales simplificados de un dispositivo emisor / receptor de datos
así como de un soporte de datos portátil,
La figura 3a, el esquema equivalente del
dispositivo emisor / receptor de datos si se encuentra un soporte
de datos portátil en el campo de acción,
La figura 3b, un esquema equivalente de un
soporte de datos portátil que se encuentra en el ámbito de acción
de un dispositivo emisor / receptor de datos,
La figura 4, la trayectoria normalizada de la
tensión de funcionamiento de uno o varios soportes de datos
portátiles respecto a la frecuencia de resonancia,
La figura 5, un esquema equivalente del
dispositivo emisor / receptor de datos según la invención en el que
está aplicada una resistencia adicional entre la antena y el
circuito adaptador,
La figura 6, un efecto en la respuesta de
frecuencia en diferentes resistencias entre la antena y el circuito
adaptador,
La figura 7, la representación de la trayectoria
del campo magnético respecto a la separación del soporte de datos
en relación con el dispositivo emisor / receptor de datos, y
La figura 8, la representación del consumo de
potencia de la alimentación de energía en un dimensionado diferente
de la resistencia y / o de la reactancia de la antena.
En la figura 1 se muestran un dispositivo 1
emisor / receptor de datos y un soporte 2 de datos portátil en una
representación esquemática. El dispositivo 1 emisor / receptor de
datos presenta una alimentación 3 de energía así como un dispositivo
5 receptor y un dispositivo 4 emisor. Tanto el dispositivo 4 emisor
como también el dispositivo 5 emisor están conectados entre sí con
una antena 6. La antena 6 es, en el caso más sencillo, un bucle
conductor formado de la manera deseada. Tanto el dispositivo 4
emisor como también el dispositivo 5 receptor están conectados con
la alimentación 3 de energía. Por regla general, el dispositivo 4
emisor presenta, entre otras cosas, cuarzo, un oscilador, un
modulador, así como una etapa final de potencia de salida. El
dispositivo 5 receptor se compone, por ejemplo, de un filtro de
paso de banda, de un amplificador, así como de un demodulador.
Puesto que la estructura exacta tanto del dispositivo 4 emisor como
también del dispositivo 5 emisor no son esenciales para la idea
central de la invención, no se entrará detalladamente en ello.
El soporte 2 de datos portátil presenta una
antena 8 del soporte de datos así como una disposición 7 de
circuito. La disposición 7 de circuito puede estar realizada, por
ejemplo, como chip semiconductor integrado o también en forma de un
circuito discreto. La disposición 7 de circuito puede presentar,
por ejemplo, un circuito adaptador que une la disposición 7 de
circuito con la antena 8 del soporte de datos. Además, la
disposición 7 de circuito puede contener un modulador, un
demodulador, un microprocesador o también una memoria. Puesto que la
configuración exacta de la disposición 7 de circuito no es esencial
para la invención, no se introduce aquí detalladamente en ello.
El modo de funcionamiento del dispositivo emisor
/ receptor de datos es el siguiente: el dispositivo 4 emisor genera
una señal con una frecuencia predeterminada, a la que se hará
referencia en lo sucesivo como frecuencia f_{0} operativa. Esta
señal se retransmite desde el dispositivo 4 emisor a la antena 6
del dispositivo emisor / receptor de datos. Si el soporte 2 de
datos portátil se encuentra en el área activa del dispositivo 1
emisor / receptor de datos, entonces la señal generada por la antena
6 se transmite al soporte 2 de datos portátil, en el que es
transformada por la antena 8 del soporte de datos en una tensión
inducida. Esta tensión inducida se ocupa de la tensión de
funcionamiento de la disposición 7 de circuito e incluye igualmente
la información que se va a transportar, que se procesa por la
disposición 7 de circuito.
En el caso contrario, se transmite una señal
desde la disposición 7 de circuito a la antena 8 del soporte de
datos, con lo que esto induce una tensión en la antena 6 del
dispositivo 1 emisor / receptor de datos con una determinada
frecuencia de la señal transmitida por la antena 8 del soporte de
datos. Esta señal se conduce al dispositivo 5 receptor y allí
vuelve a procesarse.
La figura 2a muestra un esquema equivalente de un
dispositivo 1 emisor / receptor de datos. La antena en sí presenta
una reactancia inductiva. En la figura 2b se muestra un esquema
equivalente lineal simple de un soporte 2 de datos portátil. La
alimentación 3 de energía y todas las conexiones entre la
alimentación de energía y la antena 6 del dispositivo 1 emisor /
receptor de datos pueden reducirse a una fuente U_{F0} de tensión
equivalente (tensión fuente, en el intervalo de tiempo
U_{F0}*sin(2\pift)) y a una impedancia Z_{FA }interna.
La impedancia interna puede componerse de cualquier interconexión
de resistencias R, inductividades L y capacidades C. La antena 6 se
modela como una inductividad L_{F} y una resistencia R_{LF} de
pérdida. La fuente U_{F0} de tensión equivalente y la impedancia
Z_{FA} interna así como la inductividad L_{F} y la resistencia
R_{LF} de pérdida de la antena 6 están conectadas entre sí en una
conexión en serie. El esquema equivalente de la figura 2a reproduce
el dispositivo 1 emisor / receptor de datos en un estado en el que
ningún soporte de datos portátil está dentro del área activa. Esto
significa que no hay presente ningún acoplamiento entre la antena
del dispositivo emisor / receptor de datos y una antena de un
soporte de datos portátil.
En la figura 2b, la antena 8 del soporte de datos
se modela a partir de una resistencia R_{LT} de pérdida y de una
inductividad L_{T}. La resistencia R_{LT} y la bobina L_{T}
están conectadas entre sí en serie. La disposición 7 de conexión que
puede estar realizada, por ejemplo, como un chip semiconductor
integrado, puede mostrarse de forma simplificada a partir de una
resistencia R_{T} de pérdida y una capacidad C_{T} conectada en
paralelo a ésta. La disposición 7 de circuito está conectada en
paralelo a la antena 8 del soporte de datos. Asimismo, en la figura
2b se encuentra el soporte 2 de datos portátil en un estado en el
que no está presente ningún acoplamiento entre las antenas del
dispositivo emisor / receptor de datos o entre un soporte de datos
portátil. El soporte 2 de datos portátil presenta un comportamiento
principalmente capacitivo debido al tamaño de la capacidad
C_{T}.
La impedancia total del circuito de antenas se
reproduce mediante la siguiente fórmula: Z_{F} = R_{F} + j \cdot
B_{F} = Z_{FA} + R_{LF} + j \cdot\omega\cdot L_{F'}
En caso de adaptación o en el caso de resonancia,
la reactancia de esta impedancia es 0.
La impedancia total del circuito resonante en
serie del soporte de datos es: Z_{T} = R_{T} + j\cdot B_{T} =
R_{LT} + j \cdot\omega\cdot L_{T} + \frac{1}{1/R_{T} +
j\cdot\omega\cdot C_{T}}
Las figuras 3a y 3b muestran los esquemas
equivalentes del dispositivo 1 emisor / receptor de datos o del
soporte 2 de datos portátil si éstos están acoplados entre sí, es
decir, si el soporte 2 de datos portátil se encuentra en el área
activa del dispositivo 1 emisor / receptor de datos. Condicionado
por el acoplamiento de la antena 6 con la antena 8 del soporte de
datos, se presentan tensiones de inducción en serie en relación con
las inductividades, debido al teorema de flujos. En este caso,
U_{TF} es la tensión inducida por la corriente I_{F} de campo
en la bobina de tarjetas, U_{FT} representa la corriente I_{T}
del soporte de datos en la tensión inducida en la bobina de antena.
Esta relación puede expresarse con las siguientes fórmulas: U_{FT}
= -j \cdot\omega .M.I_{T}\belowdisplayskip=.5\baselineskip U_{TF} = -j \cdot\omega .M.I_{F} con
- \omega: frecuencia angular (=2\pit),
- j: unidad imaginaria, y
- M: inductancia mutua.
A partir de la inductancia mutua M y las
inductividades intrínsecas de las dos bobinas puede definirse un
factor k de acoplamiento: Factor\; de\; acoplamiento: K^{2} =
\frac{M^{2}}{L_{E} \cdot L_{T}}
Con una separación mínima entre la antena y el
soporte de datos, el factor de acoplamiento será de un máximo de 1.
En una separación infinita, el factor de acoplamiento será 0.
Según la primera forma de realización de la
invención, está prevista una libre elección de la impedancia del
circuito 6 de antenas, con lo que no es necesaria una adaptación a
la impedancia de una línea entre la antena 6 y la alimentación 3 de
energía. Esto quiere decir concretamente, que la antena 6 y la
alimentación 3 de energía están conectadas entre sí de forma
definida y, por tanto, la impedancia total del circuito de antenas
debe presentar una componente reactiva. Por una conexión definida
de la antena 6 con la alimentación 3 de energía puede entenderse un
cable de longitud conocida o también un conexionado en el que las
conexiones se disponen inmediatamente unas junto a otras entre la
antena y el dispositivo emisor o receptor, de manera que la línea
entre la antena 6 y la alimentación 3 de energía es mínima.
Básicamente, en función de las propiedades
requeridas del sistema, diferentes ajustes de fallos pueden
conducir a la minimización de la potencia.
Existe la posibilidad de dimensionar la
componente reactiva para un caso poco propicio (en el campo de
acción se encuentra la máxima cantidad posible de soportes de datos
portátiles), de tal manera que, mediante la reacción, el soporte 2
de datos portátil se aumente tanto en la antena 6 de la corriente
de antenas que sea posible un funcionamiento sin problemas. Esto no
significa otra cosa sino que, en la marcha en vacío, la corriente a
través de la antena 6 es mínima y se aumenta algo al introducir
cada uno de los soportes 2 de datos. La corriente se adapta a la
demanda debido a la reacción del soporte 2 de datos. Si los
soportes 2 de datos presentan una frecuencia de resonancia, que se
sitúa por encima del dispositivo 1 emisor / receptor de datos
predeterminado, entonces esta optimización se indica como un ajuste
de fallos inductivo del circuito de antenas.
El tamaño de la reactancia inductiva, que
ocasiona un aumento automático de la corriente de las antenas al
introducir un soporte de datos en el campo de acción, sólo puede
encontrarse mediante costosos cálculos de simulación. El modo de
funcionamiento puede aclararse de la siguiente manera:
Si durante una adaptación inductiva de la
impedancia total del circuito Z_{F} de antenas del dispositivo
emisor / receptor de datos se introduce una tarjeta en el campo
activo, entonces la impedancia Z_{T} predominantemente capacitiva
del circuito resonante en serie del soporte de datos aparece en el
circuito de antenas del dispositivo emisor / receptor de datos como
impedancia Z_{FT} inductiva. Puesto que la cantidad de impedancia
Z_{FT} transformada es mucho menor que la impedancia Z_{F} del
circuito de antenas, la reacción en la corriente de las antenas es
sólo muy pequeña. Por tanto, la corriente de las antenas con un
soporte de datos en el campo de acción sólo decrece poco respecto a
la corriente de las antenas cuando no se encuentra ningún soporte
de datos en el campo de acción.
Sin embargo, si se colocan varios soportes de
datos en el campo de acción del dispositivo emisor / receptor de
datos, entonces las impedancias acoplan entre sí los soportes de
datos. Mediante el acoplamiento de las impedancias los soportes de
datos modifican su impedancia Z_{T}, con lo que ésta, al
acoplarse en cada caso unos bajo otros los soportes de datos de
forma intensa, presenta un comportamiento principalmente inductivo.
Esta impedancia principalmente inductiva aparece en el circuito de
antenas como impedancia Z_{FT} capacitiva. En la adaptación
inductiva de la impedancia total del circuito de antenas, la
impedancia Z_{FT} capacitiva compensa en parte la impedancia
Z_{F} inductiva, de manera que en el caso poco propicio de un
fuerte acoplamiento de los soportes de datos entre sí y una
separación máxima de los soportes de datos respecto al aparato de
lectura, se produce un aumento de la corriente en el circuito de
antenas.
Si la impedancia Z_{F} total del circuito de
antenas del dispositivo emisor / receptor de datos se adapta de
forma capacitiva, entonces al introducir el soporte de datos puede
adaptarse un aumento de corriente. La impedancia Z_{T}
principalmente capacitiva del soporte de datos aparece nuevamente
en el circuito de antenas como impedancia predominantemente
inductiva. La adaptación capacitiva del circuito de antenas y la
impedancia inductiva, que se transforma mediante el soporte de
datos en el circuito de antenas, se compensan parcialmente, de
manera que es posible un aumento de corriente. La impedancia
capacitiva del circuito de antenas puede adaptarse de tal manera que
para una separación máxima del soporte de datos se produce el
máximo aumento de corriente.
Si se coloca una cantidad mayor de soportes de
datos en el área activa del dispositivo emisor / receptor de datos,
entonces los soportes de datos se acoplan a su vez entre sí, de
manera que éstos aparecen en el circuito de antenas como una
impedancia capacitiva. Puesto que la impedancia transformada de los
soportes de datos es mucho menor que la impedancia total del
circuito de antenas, nuevamente sólo se produce una pequeña
reacción en la corriente de la antena. Sin embargo, no puede
producirse un corte de la corriente de las antenas al aproximar
considerablemente los soportes de datos al dispositivo emisor /
receptor de datos.
Posteriormente se describe adicionalmente el
principio de acoplamiento de los soportes de datos entre sí.
El grado hasta el que es posible una optimización
está condicionado principalmente por las propiedades requeridas del
sistema. Las propiedades del sistema se determinan a partir de la
cantidad de soportes de datos en el campo de acción, en los que debe
funcionar sin problemas un intercambio de datos entre el soporte de
datos y el dispositivo emisor / receptor de datos, así como de la
separación máxima respecto a la antena del dispositivo emisor /
receptor de datos a la que debe ser posible un acoplamiento entre
los soportes de datos y el dispositivo emisor / receptor de datos.
El potencial de optimización es el mayor en los denominados
Sistemas Closed Coupling.
Para una optimización del consumo de potencia de
la antena del dispositivo emisor / receptor de datos han de
considerarse también las siguientes condiciones límite. Puesto que
la disposición 7 de circuito del soporte 2 de datos portátil no
posee ninguna alimentación de energía propia, la tensión U_{T} de
funcionamiento necesaria para la disposición 7 de circuito debe
aprovecharse por la señal inducida por el dispositivo emisor /
receptor de datos en la antena del soporte de datos. En este caso
se aprovecha el denominado aumento en exceso de la resonancia
mediante el circuito resonante en serie de la capacidad C_{T} y
la inductividad L_{T} del soporte 2 de datos portátil.
Si se encuentran varios soportes 2 de datos en el
campo de acción del dispositivo 1 emisor / receptor de datos,
entonces los soportes 2 de datos no sólo se acoplan con la antena
6, sino también se acoplan entre. Mediante este acoplamiento mutuo
disminuye la frecuencia de resonancia de cada circuito resonante
del soporte de datos. La disminución de la frecuencia de resonancia
es más intensa cuanto más intenso sea el acoplamiento de los
soportes de datos entre sí, es decir, cuanto menor sea la
separación entre los dos soportes de datos, y cuantos más soportes
de datos haya en el campo de acción. En un caso poco propicio,
puede reducirse la frecuencia de resonancia de un soporte de datos
debido al acoplamiento de los soportes de datos entre sí según el
factor 1 / \surdN, con lo que N es la cantidad de soportes de
datos. Entonces se presentaría el caso poco propicio si las antenas
de los soportes de datos presentan una separación de 0 cm y las
bobinas se colocaran unas sobre otras de forma congruente. Esto no
puede presentarse en la práctica puesto que, por regla general, las
antenas están rodeadas en una carcasa, por ejemplo, en una tarjeta
de chip por una funda de plástico.
La relación de la reducción de la frecuencia de
resonancia al acoplar varios soportes de datos entre sí se muestra
en la figura 4. Para ello la tensión U_{T} que se presenta a la
entrada de la disposición 7 de circuito del soporte 2 de datos, se
normaliza a la tensión U_{TF} inducida mediante la antena 6 del
dispositivo 1 emisor / receptor de datos en la antena 8 del soporte
de datos. Es ventajoso para el funcionamiento de un soporte de
datos que la relación entre U_{T} y U_{TF} sea mayor de 1. En
este caso, se garantiza ya en separaciones correspondientemente
grandes, una alimentación de tensión suficiente de la disposición 7
de circuito. Si el dispositivo emisor / receptor de datos se
dimensiona de forma precisa a un soporte de datos, entonces la
frecuencia de resonancia del soporte de datos se adapta de forma
ideal a la frecuencia f_{0} prevista del dispositivo emisor /
receptor de datos. En este caso la relación entre U_{T} y
U_{TF} es la máxima. Si el dispositivo emisor / receptor de datos
se dimensiona para varias tarjetas, sólo se aprovecha parcialmente
el aumento en exceso de la resonancia.
Con este objetivo, la frecuencia de resonancia de
cada uno de los soportes de datos se dimensiona por encima de la
frecuencia f_{0} prevista. Si se encuentra un soporte de datos en
el campo de acción del dispositivo emisor / receptor de datos,
entonces la relación entre U_{T} y U_{TF} se sitúa en el punto
1 de la figura 4. Si se coloca un segundo soporte de datos en el
campo de acción, entonces los dos soportes de datos se acoplan entre
sí y disminuyen las frecuencias de resonancia de los dos soportes
de datos. En este caso se alcanza, por ejemplo, el punto 2 de la
figura. Éste se sitúa ya por debajo de la frecuencia f_{0}
predeterminada. La situación del punto 2 depende de la intensidad
del acoplamiento entre los dos soportes de datos. Esto depende
esencialmente de la separación de los dos soportes de datos entre
sí. Por tanto, el punto 2 puede desplazase aún más hacia la
izquierda o hacia la derecha de la línea indicada. Si se coloca un
tercer soporte de datos adicional en el campo de acción, entonces
disminuye adicionalmente la frecuencia de resonancia de todos los
soportes de datos por debajo de la frecuencia f_{0}
predeterminada y se alcanza el punto 3 de la figura. Asimismo, este
punto puede desplazarse a lo largo de la línea indicada, según como
sea el acoplamiento de los tres soportes de datos entre sí.
No es posible un aprovechamiento de todo el
aumento en exceso de la resonancia (la relación de U_{T} a
U_{TF} es máxima) en un funcionamiento con varias tarjetas,
puesto que según el número de tarjetas y su acoplamiento se
presentan otros estados de funcionamiento. Por tanto, de forma
ventajosa la frecuencia de resonancia del soporte de datos se adapta
por encima de la frecuencia f_{0} predeterminada. Esto equivale a
que la componente reactiva de la impedancia de un soporte de datos
es capacitiva. Cada soporte de datos sólo obtiene una parte del
posible aumento en exceso de la tensión. En el ejemplo mostrado en
la figura 4 también está presente el aumento en exceso de la
tensión durante el acoplamiento de dos soportes de datos.
La figura 5 muestra el esquema equivalente de un
dispositivo 1 emisor / receptor de datos según la invención, según
la segunda solución. Nuevamente, el dispositivo emisor / receptor
de datos presenta una antena 6, que se modela a partir de una
resistencia R_{F} efectiva y una inductividad L_{F}. La
resistencia R_{F} efectiva y la inductividad L_{F} están
conectadas en serie. Un circuito 10 adaptador está conectado en
paralelo a la antena 6, el cual puede componerse de cualquier
conjunto de conexiones de capacidades C e inductividades L. En la
presente figura, el circuito C adaptador se compone de dos
condensadores C_{1} y C_{2}. El circuito 10 adaptador presenta
además una resistencia R, que está conectada con la resistencia
R_{F} de la antena 6. La resistencia R sirve para limitar la
calidad. El condensador C_{2} del circuito 10 adaptador está
unido, por una parte, con la resistencia R del circuito 10 adaptador
así como con la inductividad L_{F} de la antena 6. La capacidad
C_{1} se añade en el punto de conexión entre la resistencia R y
la capacidad C_{2}. La otra conexión de la capacidad C_{1} está
unida con la línea 9 así como con la inductividad L_{F} de la
antena 6. La línea 9 puede ser, por ejemplo, un cable de longitud
desconocida que conecta el circuito 10 adaptador con una
alimentación 3 de energía y con una impedancia R_{W} interna. Para
ello, la línea de longitud desconocida presenta una determinada
impedancia, que es, por ejemplo, de 50 ohmios. La impedancia
R_{w} interna es una resistencia óhmica pura y está adaptada a la
impedancia de la línea 9. El circuito 10 adaptador asume la tarea
de adaptar la antena 6 a la impedancia de la línea 9, es decir, la
antena 6 está adaptada a la resonancia con el circuito 10
adaptador. La reactancia inductiva de la antena 6 está compensada
mediante los condensadores C_{1} y C_{2} del circuito 10
adaptador. La resistencia R_{w} interna imita las disposiciones de
circuito del dispositivo emisor o del dispositivo receptor de forma
simplificada. La resistencia R del circuito 10 adaptador está
incluida para limitar la calidad, para que se alcance el ancho de
banda necesario para la modulación de la frecuencia prevista.
Según la idea central de la invención, en función
de los requisitos del sistema (cantidad de soportes de datos,
separación del área activa) se añade una resistencia de pérdida
adicional entre la resistencia R y la resistencia R_{F} de la
antena 6. Esto no significa otra cosa sino que, dado el caso, se
aumenta esencialmente la resistencia R del circuito 10 adaptador.
Este aumento de la resistencia R conduce entonces a una reducción
del consumo de potencia.
La siguiente fórmula (válida para una tarjeta
cuya frecuencia de resonancia diverja de la frecuencia f_{0}
predeterminada, es decir, B_{T} >>0 ó B_{T} << 0,
además R_{T} <|B_{T}|) proporciona una estimación de la
resistencia R óptima: R \approx \frac{k_{mín}k_{máx}(2\pi
f_{0})^{2} L_{F}L_{T}}{2 \cdot |B_{T}|} - R_{F} k_{mín} y
k_{máx} son, en este caso, los límites de funcionamiento
determinados por los requisitos del sistema (es decir, alcance).
El modo de funcionamiento de esta manera de
proceder se aclara a continuación. El dispositivo emisor / receptor
de datos o el campo magnético generado por la antena presenta
denominadas regiones libres de campo, que se originan por un
cortocircuito periódico de la alimentación de energía. Estas
regiones libres de campo sirven para transmitir datos al soporte de
datos portátil. Mediante el cortocircuitado de la alimentación de
energía, la antena 6, el circuito 10 adaptador, así como la línea 9
y la resistencia R_{w} interna forman un circuito resonante. Por
tanto, la corriente a través de la antena 6 o a través del campo
magnético alterno disminuye dentro de estas regiones libres de
campo. La velocidad de la disminución se determina a través de la
calidad. Si la calidad de este circuito resonante es alta, entonces
la corriente de la antena o el campo magnético sólo disminuye de
forma lenta. Sin embargo, es necesario que la corriente de las
antenas o del campo magnético quede por debajo de un determinado
valor para un tiempo determinado –referido a la longitud de las
regiones libres de campo-, para lo que se garantiza que la
disposición 7 de circuito todavía puede valorar esta información en
el soporte 2 de datos portátil. Por tanto, la calidad debe estar
medida de tal manera que el proceso de reducción sea posible de
forma adecuada. En la práctica esto no significa otra cosa sino que
la calidad se limita, por ejemplo, a un valor entre 10 y 30. Como
ya se mencionó, la calidad se determina mediante la resistencia R en
el circuito 10 adaptador. La calidad Q se calcula de la siguiente
manera: Q = \frac{2\pi f_{0} \cdot L_{F}}{R + R_{F}}
Si se aumenta la resistencia R del circuito 10
adaptador, entonces desciende adicionalmente la calidad. Por lo
tanto, una calidad pequeña tiene la ventaja de que la transmisión
de datos al soporte 2 de datos y al dispositivo 1 emisor / receptor
de datos puede realizarse de forma rápida.
Las normas que limitan la generación de campos
magnéticos para la transmisión inductiva de energía sólo permiten
la generación de campos grandes en una banda de frecuencia muy
estrecha. Esta banda de frecuencia es en general demasiado estrecha
velocidades de transmisión de datos aceptables. Es decir, las bandas
laterales que surgen en la modulación se sitúan fuera de la banda de
frecuencia estrecha y, por tanto, deben presentar una amplitud
esencialmente más pequeña (\rightarrow norma).
La restricción de las bandas laterales es posible
por:
- -
- la reducción general de la corriente de las antenas
- -
- procedimientos de modulación especiales
- -
- la acción de filtrado (alta Q).
La restricción de las bandas laterales mediante
la acción del filtrado sólo es posible de forma limitada, puesto
que de lo contrario se filtra la información.
La ventaja de la invención se aclara mediante la
figura 6, que muestra la repercusión de una resistencia adicional
en la respuesta de frecuencia. En el eje Y se aplica la amplitud de
la corriente de las antenas o del campo H magnético, mientras que
en el eje X se muestra la frecuencia f. En la figura 6 se muestra
la trayectoria de la respuesta de frecuencia en un dispositivo
emisor / receptor de datos según el estado de la técnica con un
calidad entre 10 y 30. La respuesta de frecuencia reproduce la
envolvente de la amplitud de la corriente de las antenas o del
campo magnético respecto a la frecuencia. La respuesta de
frecuencia según el estado de la técnica presenta una gran amplitud
en la frecuencia f_{0} prevista y desciende de forma simétrica en
los dos lados. Una calidad pequeña tiene como consecuencia una
respuesta de frecuencia que discurre de forma plana, es decir, un
mal filtrado de las bandas laterales de frecuencia. Una calidad
demasiado alta filtra las bandas laterales alrededor de f_{0} y
en f_{0} presenta un máximo impreso en la respuesta de
frecuencia. La verdadera información que se intercambia entre el
soporte de datos y el dispositivo emisor / receptor de datos se
transmite en una banda lateral de forma simétrica en la frecuencia
f_{0} prevista. Si la frecuencia f_{0} prevista es, por
ejemplo, de 13,56 MHz, entonces la información se transmite, por
ejemplo, en las bandas laterales \pm 100 kHz. La amplitud de
estas bandas laterales se limita mediante la calidad. El
cumplimiento de las normas se posibilita, por una parte, por la
acción de filtrado de la calidad, pero, por una gran parte, por una
reducción de la corriente de las antenas. Sin embargo, en una
disposición según el estado de la técnica, una reducción de la
corriente ocasiona que el campo magnético sólo sea suficiente en un
pequeño alcance, para posibilitar una transmisión de datos entre el
soporte de datos y el dispositivo emisor / receptor de datos.
Con una reducción de la calidad, como es el caso
en la invención mediante la introducción de una resistencia
adicional, se empeora la acción del filtrado. Esto no significa
otra cosa sino que la respuesta de frecuencia presenta una
trayectoria plana a los lados de la frecuencia f_{0} prevista.
Este efecto de filtrado empeorado se compensa limitando la
corriente de las antenas mediante la resistencia R adicional. Sin
embargo, no se reduce al mismo tiempo el alcance del campo de
acción del dispositivo emisor / receptor de datos por la corriente
reducida de las antenas. Esto resulta de que al introducir un
soporte de datos el campo magnético se reduce de forma
esencialmente menos intensa que en una disposición según el estado
de la técnica.
En la figura 7 se muestra la trayectoria del
campo magnético respecto a la separación de un soporte de datos en
relación con el dispositivo emisor / receptor de datos. La figura 7
muestra una comparación del campo magnético entre una disposición
según el estado de la técnica y el dispositivo emisor / receptor de
datos según la invención. Las curvas 1 y 2 muestran la intensidad
del campo magnético cuando no se encuentra presente ningún soporte
de datos en el campo de acción del dispositivo emisor / receptor de
datos. Debido a la gran corriente a través de la antena del
dispositivo emisor / receptor de datos, el campo magnético de un
dispositivo emisor / receptor de datos según el estado de la
técnica es esencialmente más intenso que el dispositivo según la
invención. La curva 1 muestra la trayectoria del campo de una
disposición según el estado de la técnica, la curva 2 muestra una
trayectoria de forma correspondiente a la invención.
El campo magnético debe superar un valor
H_{mín} para que sea posible un intercambio de datos entre el
soporte de datos y el dispositivo emisor / receptor de datos. El
campo magnético debe ser hasta un punto X_{dimensionado} mayor o
igual que el valor H_{mín} magnético mínimo requerido. La
corriente a través del dispositivo emisor / receptor de datos según
la invención está dimensionada de tal forma que el campo magnético
en el máximo alcance X_{dimensionado} requerido supere ligeramente
la mínima intensidad H_{mín} de campo. En contraposición a ello,
debido a la alta corriente a través de la antena en la marcha en
vacío, el campo magnético en un dispositivo emisor / receptor de
datos según el estado de la técnica es esencialmente mayor. Si se
coloca un soporte de datos en el dispositivo emisor / receptor de
datos, entonces, debido al acoplamiento, la corriente de las antenas
en una disposición según el estado de la técnica disminuye de forma
muy intensa, lo que tiene como consecuencia una fuerte reducción del
campo magnético fuente (curva 1'). Si se aproxima el soporte de
datos a la antena del dispositivo emisor / receptor de datos, se
produce otra disminución adicional de la corriente de las antenas.
Esto tiene como consecuencia una disminución adicional de la
intensidad del campo magnético. Por tanto, al introducir uno o
varios soportes de datos puede cortarse la corriente de las antenas,
es decir, ya no es posible un intercambio de datos entre el
dispositivo emisor / receptor de datos y el soporte de datos.
En oposición a ello, debido a la resistencia
adicional entre la antena y el circuito adaptador, la corriente a
través de la antena disminuye considerablemente menos. Por eso, el
campo magnético sólo se reduce poco al introducir un soporte de
datos en el campo de acción del dispositivo emisor / receptor de
datos, en relación con la trayectoria de campo sin ningún soporte de
datos. Por tanto, la curva 2', que reproduce la trayectoria del
campo con un soporte de datos en el área activa, sobre todo en el
caso de x pequeña, mayor que la trayectoria del campo magnético en
un dispositivo según el estado de la técnica (curva 1').
La invención tiene que aclararse mediante un
ejemplo. Como soporte de datos portátil se usan tarjetas de chip,
que, por ejemplo, presentan los siguientes parámetros. Las tarjetas
de chip tienen una frecuencia operativa f_{0}= 13.56 MHz, el
tamaño de la tarjeta es de aproximadamente 8 cm \times 5 cm, la
parte compleja de la impedancia total de las tarjetas de chip está
en B_{T}\approx -140 V/A, la frecuencia de resonancia de la
tarjeta de chip está en aproximadamente 16.5 MHz, la inductividad de
la bobina en L_{T}\approx 3.5 \muH. La antena del dispositivo
emisor / receptor de datos presenta medidas similares a las de las
tarjetas de chip. La inductividad de la antena del dispositivo
emisor / receptor de datos es de L_{F}\approx 2.3 \muH, las
tarjetas de chip tienen que funcionar en un intervalo de hasta 1 cm.
Esto produce factores de acoplamiento k_{máx}= 0,5 en tarjeta de
chip colocadas sobre la antena del dispositivo emisor / receptor de
datos, k_{mín}= 0,35 con separación máxima. Como máximo, pueden
insertarse tres tarjetas de chip en el área activa del dispositivo
emisor / receptor de datos. Una simulación, que transmite a la
antena el valor óptimo de una reactancia inductiva añadida
conscientemente, produce un mínimo de la potencia de la alimentación
de energía que va a ponerse a disposición en una componente
reactiva de aproximadamente 80 V/A (inductiva).
Este mínimo de la potencia que se va a poner a
disposición por la alimentación de energía permanece casi igual
para las partes reales de la impedancia de la antena del
dispositivo emisor / receptor de datos de 0 a 40\Omega y es de
aproximadamente 10 mW, en el caso de que no haya tarjetas de chip en
el campo de acción. Si se colocan tres tarjetas de chip en el área
activa del dispositivo emisor / receptor de datos, entonces la
potencia registrada por la antena es de aproximadamente 60 mW.
Si con los mismos parámetros se supone una
optimización según la segunda solución de la invención, es decir,
si se añade una resistencia adicional entre la antena y el circuito
adaptador, entonces se necesita una potencia de aproximadamente 200
mW en una resistencia de pérdida elegida de forma óptima. En este
caso, la resistencia de pérdida adicional se ha calculado mediante
la fórmula citada anteriormente.
En una disposición según el estado de la técnica,
en la que la antena está adaptada a la resonancia y en la que la
resistencia de pérdida presenta un valor de aproximadamente
15\Omega, para garantizar el ancho de banda necesario para la
transmisión de datos tienen que preparase aproximadamente 500
mW.
Otra contribución para la optimización mediante
una resistencia de pérdida adicional entre la antena y el circuito
adaptador. Por ejemplo, si se colocan tarjetas de chip con los
parámetros anteriores (f_{0}= 13.56 MHz, tamaño de tarjeta de
aproximadamente 8 cm \times 5 cm, B_{T}\approx -170 V/A,
L_{T}\approx 3,5 \muH en la misma antena del dispositivo emisor
/ receptor de datos, los alcances requeridos de menos cm:
k_{máx}= 0.5, k_{mín}= 0,2), entonces produce una resistencia de
pérdida óptima de aproximadamente 25\Omega. En un dimensionado
según el estado de la técnica, la resistencia R para limitar la
calidad sería de, aproximadamente, 6\Omega. Además, ha de
considerarse que los valores de los condensadores C_{1} y C_{2}
del circuito adaptador presentan otros valores en ambos casos, que
se calculan después del dimensionado de la resistencia R.
Mediante la simple medida de conexión del aumento
de la resistencia de pérdida, puede reducirse el consumo de
potencia máximo del circuito de antenas de 80 mW a 30 mW.
Condicionado por esto, se reduce la corriente necesaria a través de
la antena del dispositivo emisor / receptor de datos de 80 mA a 25
mA.
El valor óptimo de la resistencia de pérdida
adicional o de la reactancia inductiva adicional en la antena puede
hallarse, en cada caso, sólo mediante un costoso cálculo de
optimización, con lo que las condiciones límite están
predeterminadas por los requisitos del sistema (alcances mínimos y
máximos, cantidad de tarjetas, propiedades de las tarjetas, antenas
predeterminadas eventualmente, frecuencia operativas, etc.).
Básicamente, la adaptación de la antena a la
resonancia según el estado de la técnica se muestra como solución
poco propicia. En sistemas en los que se requieran grandes alcances
y las grandes potencias vinculadas a ellos de la bobina de antenas
sólo es posible una optimización de forma difícil, puesto que las
resistencias de pérdida que se presentan de forma inevitable pueden
ser mayores que las conseguidas de forma óptima.
En la figura 8 se muestra el resultado del
cálculo de simulación. Se muestran líneas de igual consumo de
potencia de la alimentación de energía en la marcha en vacío, es
decir, con diferente dimensionado de la resistencia efectiva y / o
de la reactancia inductiva de la antena del dispositivo emisor /
receptor de datos. Sobre el eje X se aplica la parte real de la
impedancia de las antenas, mientras que sobre el eje Y se muestra
la parte imaginaria de la impedancia de las antenas. Los resultados
mostrados son válidos para una frecuencia de resonancia del soporte
de datos que se sitúa por encima de la frecuencia f_{0}
predeterminada del dispositivo emisor / receptor de datos.
En un dispositivo según el estado de la técnica,
la antena está adaptada a la resonancia. Esto significa que la
impedancia de la antena sólo presenta una proporción activa.
Normalmente, las proporciones activas en una antena según el estado
de la técnica se realizan con pequeñas resistencias de pérdida. Este
punto de gran consumo de potencia se encuentra en el eje X cerca del
origen. Si se desvía más hacia la derecha en el eje X, es decir, si
se aumenta la resistencia de pérdida de la antena, entonces se
necesita una potencia cada vez más pequeña. El consumo de potencia
mínimo se consigue en un punto 2, que presenta una resistencia que
se calcula según la fórmula anteriormente descrita. Si se desplaza
por el punto 2 hacia la derecha en el eje X, es decir, si se vuelve
a aumentar la resistencia de pérdida, entonces también aumenta el
consumo de potencia en la marcha en vacío. Un punto en el eje X
corresponde a una antena adaptada a la resonancia.
Si se introduce, según la primera solución de la
invención, una reactancia inductiva en la antena, es decir, si se
desplaza hacia arriba o hacia abajo sobre el eje Y, entonces se
disminuye de forma continua el consumo de potencia en pequeñas
resistencias de la antena hasta que se alcanza el consumo de
potencia mínimo en los puntos indicados con 1. En los circuitos
marcados con 1 se consigue los valores para la impedancia de la
antena, en los que se registra la potencia más pequeña. Si se dejan
los valores de las reactancias inductivas como en los puntos
marcados con 1 y se sigue aumentando la resistencia de la antena,
por ejemplo, por encima de una resistencia de pérdida adicional,
entonces aumenta nuevamente la potencia necesaria. En la forma de
configuración preferida la minimización de la potencia se realiza
mediante una reactancia en la antena.
La invención posibilita realizar una reducción de
potencia económica con un gasto de circuito mínimo al generar un
campo magnético alterno de un dispositivo emisor / receptor de
datos para el funcionamiento de, como mínimo, un soporte de
datos.
El grado óptimo sólo puede encontrarse en las dos
variantes propuestas mediante una optimización debida a las
propiedades inminentes del sistema. El potencial de optimización es
el máximo para los denominados Sistemas Closed Coupled.
Claims (4)
1. Dispositivo con un dispositivo (1) emisor /
receptor de datos y, como mínimo, un soporte (2) de datos portátil
para la transmisión de datos sin contacto entre el dispositivo (1)
emisor / receptor de datos y el como mínimo un soporte (2) de datos
portátil, con lo que el dispositivo (1) emisor / receptor de datos
presenta
- -
- un dispositivo (4) emisor para generar una primera señal con una frecuencia predeterminada,
- -
- un dispositivo (5) receptor para recibir una señal con una frecuencia predeterminada,
- -
- una antena (6) de impedancia transformada que está conectada con el dispositivo (4) emisor y con el dispositivo (5) emisor y
- -
- una alimentación (3) de energía,
y con lo que el soporte (2) de datos portátil
presenta
- -
- una antena (8) del soporte de datos para recibir o enviar una señal inducida y
- -
- una disposición (7) de circuito conectada con la antena (8) del soporte de datos para procesar la señal inducida y generar una señal, que se envía a la antena (6) del dispositivo (1) emisor / receptor de datos,
con lo que la antena (6) del dispositivo (1)
emisor / receptor de datos presenta una impedancia total a partir
de una reactancia B_{F} distinta de 0 y una resistencia R_{F}
de pérdida óhmica si no hay ningún soporte (2) de datos portátil
conectado de forma inductiva con la antena
(6).
2. Dispositivo para la transmisión de datos sin
contactos según la reivindicación 1, en el que entre la antena (6)
y el dispositivo 4 emisor o el dispositivo (5) emisor está prevista
una resistencia adicional.
3. Dispositivo para la transmisión de datos sin
contactos según la reivindicación 2, en el que el dispositivo (1)
emisor / receptor de datos presenta una disposición (10) de
circuito adaptador entre la antena (6) y el dispositivo (4) emisor o
el dispositivo (5) emisor.
4. Dispositivo para la transmisión de datos sin
contactos según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que la antena
(6) y el dispositivo (4) emisor o el dispositivo (5) receptor están
conectados por medio de una conexión de longitud conocida.
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