WO2009012796A1 - Schlitzantenne und verfahren zur rfid - Google Patents

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WO2009012796A1
WO2009012796A1 PCT/EP2007/006582 EP2007006582W WO2009012796A1 WO 2009012796 A1 WO2009012796 A1 WO 2009012796A1 EP 2007006582 W EP2007006582 W EP 2007006582W WO 2009012796 A1 WO2009012796 A1 WO 2009012796A1
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Pepperl and Fuchs SE
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    • H01Q1/2216—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in interrogator/reader equipment
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    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters

Definitions

  • the present invention relates in a first aspect to a slot antenna, in particular a transmitting antenna for RFID, according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a method for RFID.
  • a generic slot antenna has at least one antenna contour plate with a plurality of antenna slots and at least one drive circuit for exciting the antenna contour plate for emitting and / or receiving electromagnetic radiation.
  • RFID Remote radio-frequency identification
  • RFID technologies are used, for example, in the military sector, in identity documents, libraries and, in particular, in the field of industrial manufacturing technology and automation.
  • a method for RFID is to be specified with which increased functionality is achieved
  • the slot antenna of the abovementioned type is further developed in that a printed circuit board with a drive circuit is inserted in at least one antenna slot, in particular from a rear side of the antenna contour plate
  • a slot antenna according to the invention is used and by varying the phase position of the drive circuits, a radiation direction of the radiation is selectively changed
  • a feed network with suitable drivers and matching circuits may be part of the drive circuit.
  • the drive circuit may also include a receiver circuit or parts thereof
  • the emission direction of the transmitter or the reader by varying the phase differences between the individual drive circuits to change targeted
  • the antenna according to the invention there are a plurality of antenna shafts arranged in pairs in each case. It is particularly preferred if two pairs of slits lying transversely to each other, in particular mutually perpendicular, are present, since then the polarization of the radiation is achieved by suitable control
  • the slots can be varied in a specific way. With a suitable phase angle of the respective control of the sliding - A -
  • Such an antenna can also radiate circularly polarized radiation, which considerably increases the functionality of the antenna according to the invention and of the method according to the invention
  • the antenna contour plate can have a rectangular arrangement of four antenna slots or a cross arrangement of likewise four antenna slots
  • a cross arrangement of likewise four antenna slots is arranged within a rectangular arrangement of four antenna slots.
  • the antenna slots can be regarded as nested in one another.
  • the orientation of the crosswise arranged antenna slots can be chosen appropriately such that the antenna slots essentially lie on the diagonals of the antenna slots Rectangular arrangement lie This slot arrangement allows a particularly compact design
  • the drive circuits each have electronic phase shifters for defined setting of a phase position of a drive signal
  • the said particularly preferred antenna array with a rectangular arrangement and then lying cross arrangement of antenna slots accordingly consists of a plurality of slot radiators, which are each controlled via an electronically adjustable phase shifter
  • the feeding or driving the individual antenna slots via a perpendicular or transverse thereto Circuit board contains the feed zone of the slot radiator, a matching network, the phase shifter, filter, a polarization switchover and a suitable control interface.
  • This exemplary embodiment is characterized by particularly high functionality, as the antenna slots tilted towards one another achieve redundancy of the system means that even with loss of function of individual radiator elements no total failure occurs and such functional In any case, losses can be partially offset by appropriate compensation measures.
  • the necessary drive power can be radiated from the drive circuits radiantly into the antenna contour plate.
  • the printed circuit boards in a surrounding region of the respective antenna slot are preferably galvanically coupled to the antenna contour plate, in the simplest case thus conductively connected.
  • the influence of the dielectric properties of the printed circuit board material on the antenna radiation is particularly great when the antenna slots are largely filled by the printed circuit board.
  • the printed circuit board may have a tongue, which is received in an exact fit in the respective antenna slot.
  • the structure according to the invention in which the printed circuit boards are inserted into the antenna slots, is therefore particularly economical because the substrate is efficiently concentrated essentially in the slot area.
  • the influence of the dielectric properties of the printed circuit board material can be increased if at least one printed circuit board is slightly extended over a transmitting side of the Tennenkonturplatte survives.
  • the effect of the inserted printed circuit boards can be further increased if protruding parts of the printed circuit boards are provided with a metallic structuring.
  • a metallic structuring which is formed from conductor track sections running transversely to the antenna contour plate on the protruding parts of the printed circuit boards.
  • the printed circuit boards expediently have a contact with the slot radiator in the region of the antenna slot.
  • the location at which the feed or drive power is coupled into the antenna contour plate is particularly well defined.
  • the contacting between the antenna contour plate and the printed circuit board can take place by means of a conductor track area becoming increasingly narrower in the direction of the antenna contour plate on the printed circuit board. The location of the actual contact area is then defined very precisely.
  • the feeding of the slot can therefore be precise and in particular reproducible. This represents a considerable advantage with regard to the requirements for mass production. In this case, one is particularly completely free in the choice of feed points and thus receives an additional degree of freedom that can be used and varied targeted.
  • the printed circuit boards are plugged into a stabilization plate on an opposite side of the antenna contour plate.
  • This stabilization plate may in turn be a printed circuit board and carry other electronic or electrical components.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a slot antenna according to the invention
  • FIG. 2 shows a view of the antenna contour plate of the antenna from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a partial view of the antenna from FIG. 1, and FIG.
  • FIGS. 1 to 3 Components corresponding to one another are each provided there with the same reference symbols
  • the inventive antenna 10 has as essential components an antenna contour plate 20, a plurality of guide plates 50 arranged thereon with drive circuits 40 and a stabilizing plate 60, which may also carry electronic components
  • the antenna contour plate 20 shown in FIG. 2 has two mutually orthogonal antenna systems.
  • the first antenna system consists of a rectangular arrangement of four antenna slots 31 and the second slot system consists of four antenna slots 32 arranged in a cruciform manner.
  • the antenna slots 32 are arranged inside the antenna slots 31 Rectangles essentially on its diagonals
  • the slot systems are therefore interlocked and thus reduce the space requirement
  • the problem of driving or feeding the antenna slots is inventively solved by the inserted into the antenna slots 31, 32 printed circuit boards 50th
  • a printed circuit board 50 inserted into the antenna contour plate 20 from a rear side 22 may also protrude slightly on a transmitting side 24 of the antenna contour plate 20.
  • the effect of the dielectric properties of the printed circuit board material is thereby reinforced
  • a projecting part 54 of the printed circuit board 50 may have a metallic structuring 52 which effects a field concentration in the antenna slot 30 and thus allows miniaturization.
  • the metallic structuring 52 is made transverse to the antenna contour plate 20 extending conductor track sections.
  • all the antenna slots 31, 32 have identical dimensions, so that in each case uniform feed networks or more generally, printed circuit boards 50 with drive circuits 40 can be used
  • a stabilizing plate 60 is attached, which may also be a circuit board with other electrical and / or electronic components
  • these drive circuits 40 are used for feeding and for connecting the antennas via galvanic coupling, in the simplest case thus via a simple conductive connection. In comparison to radiation-coupled Schhtzantennen this less space is needed
  • the drive circuits 40 each have electronic phase shifters, since then the beam lobe and / or the directional characteristic of the antenna can be selectively changed by the inventive method
  • FIG. 4 shows an RFID reader 80 which has a slot antenna according to the invention of the type shown in FIG. 3.
  • individual RFID tags are at different locations Locations designated.
  • TAG 13 is addressed, whereas in the deflected beam directions 12, 16 the TAGs 14 and 15 are addressed.
  • the change in the directional characteristic of the antenna according to the invention is carried out by targeted adjustment of the phase shifter in the drive circuits 40 of the respective antenna slots 31, 32nd
  • a single tag can be tracked using the antenna according to the invention.
  • individual TAGs can be specifically addressed and read out. A location with multiple readers at the same time is possible. Due to the well-defined directional characteristic of the antenna, certain solid angle ranges can furthermore be deliberately suppressed. This serves the interference suppression described above.
  • the present invention thus provides a miniaturizable slot antenna system, in particular for use in RFID readers.
  • RFID readers work particularly preferably in the microwave range, for example at 2.5 GHz.
  • An essential core idea of the method according to the invention is to selectively pivot an antenna directivity.
  • a high-performance and compact antenna system is provided by which, moreover, costs can be saved and which is particularly favorable with regard to the construction and connection technology.
  • the compactness of the antenna is understood in particular also to its reduced dimensions. Compared to the systems on the market, which are significantly larger than the slot antennas described here, a considerable advantage can be achieved thereby.
  • the unavoidable in radio propagation zeros, due to stagnant waves, by means of frequency change or "frequency-hopping" and / or by the pivoting of the beam can be eliminated to regulate the range may suitably control the radiated power transmission, as well as a variation of sensitivity with Help from low-noise preamplifiers are made
  • phased array antennas With the erfmdungsgedorfen slot antenna therefore so-called “phased array antennas" can be realized in an advantageous manner With such antennas, an extremely rapid pivoting of the beam and also a very flexible adaptation of the antenna characteristic can be realized
  • Applications of the invention may result in addition to reading systems, data carriers, general radio links, radar sensors and positioning systems in the field of access detection in buildings

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schlitzantenne, insbesondere eine Sendeantenne zur RFID, mit einer Antennenkonturplatte (20) mit einer Mehrzahl von Antennenschlitzen (30, 31, 32) und mit mindestens einer Ansteuerschaltung (40) zum Anregen der Antennenkonturplatte zum Aussenden und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung. Die Schlitzantenne ist dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einen Antennenschlitz der Antennenkonturplatte eine Leiterplatte (50) mit einer Ansteuerschaltung eingesteckt ist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur RFID unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Schlitzantenne.

Description

Schlitzantenne und Verfahren zur RFID
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt eine Schlitzantenne, insbesondere eine Sendeantenne zur RFID, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In einem weiteren Gesichtspunkt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur RFID.
Eine gattungsgemäße Schlitzantenne weist mindestens eine Antennenkonturplatte mit einer Mehrzahl von Antennenschlitzen und mindestens eine Ansteuerschaltung auf zum Anregen der Antennenkonturplatte zum Aussenden und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung.
Techniken der Fernidentifizierung von Objekten und Personen über Radiowellen (Radio Frequency Identification, RFID) werden in einer Vielzahl von unterschiedlichen Bereichen eingesetzt.
Anwendung finden RFID-Techniken beispielsweise im militärischen Bereich, bei Ausweisen, Bibliotheken und insbesondere auch im Bereich der industriellen Fertigungstechnik und Automatisierung.
In industriellen Umgebungen ergeben sich zunehmend Schwierigkeiten durch die anwachsende Zahl von elektrischen und elektronischen Geräten, die auf engstem Raum angeordnet sind. Ganz allgemein besteht hierbei die Aufgabenstellung, Wechselwirkungen zwischen diesen Geräten möglichst gering zu halten und eventuell ganz auszuschalten. Dies beinhaltet insbesondere auch die Ausnutzung aller zur Verfügung stehenden Frequenzbereiche, beispielsweise durch Übergang zu niedrigeren Wellenlängen. Bekannt ist weiterhin, für kurze Wellenlangen Schhtzantennen einzusetzen Beispielsweise sind Schhtzantennen aus den Dokumenten WO 2004/062035, EP 1 602 148, EP 1 158 606 sowie US-5,596,336 bekannt
Schwierigkeiten ergeben sich beispielsweise aufgrund der immer höheren Komplexität der Fertigungsprozesse, beispielsweise bei einer 3D-Fertιgung Darüber hinaus werden, etwa bei Endkontrollen, neue Verfahrensschritte eingeführt, welche ebenfalls RFID- Prozess beinhalten
Aufgrund der vielfaltigen Störungen und Beeinflussungen der RF!D-Systeme, z B durch Mikrowellenheizgerate, Bluetooth-Gerate oder WLAN-Rechnernetze, kann es deshalb zu unterwunschten Unterbrechungen der Verbindung zwischen dem Lesegerat oder "Reader" und dem Datenträger kommen Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, da die Anzahl der Storer in der Zukunft eher noch zunehmen als abnehmen wird
Die gewünschten Gehauseabmessungen reduzieren dabei die Zahl der integrierbaren Antennen bereits drastisch Wenn gleichwohl eine Mindestempfindhchkeit in Hohe bekannter Systeme gefordert wird, muss der Gewinn der Antennen identisch sein, was bei Einsatz bisher bekannter Antennen aussichtslos erscheint
Andere Antennentypen, bei denen es sich nicht um Schhtzantennen handelt, sind nicht bekannt oder scheiden bereits aufgrund des erhöhten Platzbedarfs aus
A u f g a b e der Erfindung ist es, eine Schhtzantenne, insbesondere für RFID- Anwendungen, zu schaffen, die vielfaltige Anwendungen ermöglicht und außerdem besonders kompakt aufgebaut ist Außerdem soll ein Verfahren zur RFID angegeben werden, mit welchem eine erhöhte Funktionalitat erzielt wird
Diese Aufgabe wird in einem ersten Gesichtspunkt durch die Schhtzantenne mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelost
Bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele der erfindungsgemaßen Schhtzantenne und vorteilhafte Varianten des erfindungsgemaßen Verfahrens sind Gegenstand der abhangigen Ansprüche Die Schlitzantenne der oben genannten Art ist erfindungsgemaß dadurch weitergebildet, dass in mindestens einem Antennenschhtz, insbesondere von einer Ruckseite der Antennenkonturplatte, eine Leiterplatte mit einer Ansteuerschaltung eingesteckt ist
Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren wird eine erfindungsgemaße Schlitzantenne verwendet und durch Variation der Phasenlage der Ansteuerschaltungen wird eine Abstrahlrichtung der Strahlung gezielt verändert
Die Ansteuerschaltung kann Komponenten eines Speisesystems zum Einkoppeln der notwendigen Ansteuer- oder Speiseleistung beinhalten Beispielsweise kann ein Speisenetzwerk mit geeigneten Treibern und Anpassschaltungen Teil der Antriebsschaltung sein Sofern die Schlitzantenne auch zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung eingesetzt wird, kann die Antriebsschaltung auch eine Empfangsschaltung oder Teile davon beinhalten
Als ein Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, die vorhandenen Antennenschlitze mechanisch zum Unterbringen oder Haltern von Leiterplatten, auf welchen die notwendigen Ansteuerschaltungen für die Antenne untergebracht sind, zu nutzen
Ein erster wesentlicher Vorteil der Erfindung kann dann gesehen werden, dass eine besonders kompakte, also platzsparende Anordnung verwirklicht wird
Em weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht dann, dass die dielektrischen Eigenschaften des Leiterplattenmateπals effektiv eine Verkleinerung der Antennen- schlitze und damit eine Reduzierung der Wellenlange bewirken
Als Kerngedanke des erfindungsgemaßen Verfahrens kann angesehen werden, im Unterschied zu bekannten RFID-Verfahren die Abstrahlrichtung des Senders oder des Lesegeräts durch Variation der Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Ansteuerschaltungen gezielt zu verandern
Bei zweckmäßigen Varianten der erfindungsgemaßen Antenne sind in der Antennenkonturplatte eine Mehrzahl von jeweils paarweise angeordneten Antennenschhtzen vorhanden Besonders bevorzugt ist dabei, wenn zwei Paare von quer zueinanderstehen- den, insbesondere aufeinander senkrecht stehenden, Schlitzen vorhanden sind, da dann die Polarisation der Strahlung durch geeignete Ansteuerung der Schlitze gezielt variiert werden kann Bei geeigneter Phasenlage der jeweiligen Ansteuerung der Schiit- - A -
ze kann eine solche Antenne auch zirkulär polarisierte Strahlung aussenden, wodurch die Funktionalität der erfindungsgemaßen Antenne und des erfindungsgemaßen Verfahrens erheblich erhöht wird
Grundsatzlich kann aber bereits eine einfache Schlitzantenne mit zwei kollinearen Schlitzen ausreichen Eine solche Antenne sendet bei geeigneter Ansteuerung sogenannte magnetische Dipolstrahluπg aus
Bevorzugt sind Ausfuhrungsbeispiele, bei denen mehrere Paare von Antennenschlitzen in die Antennenkonturplatte eingebracht sind Beispielsweise kann die Antennenkontur- platte eine Rechteckanordnung von vier Antennenschlitzen oder eine Kreuzanordnung von ebenfalls vier Antennenschlitzen aufweisen
Bei einer besonders bevorzugten Variante ist innerhalb einer Rechteckanordnung von vier Antennenschlitzen eine Kreuzanordnung von ebenfalls vier Antennenschlitzen angeordnet Die Antennenschlitze können hierbei als ineinander geschachtelt angesehen werden Die Orientierung der kreuzförmig angeordneten Antennenschlitze kann dabei zweckmäßig so gewählt werden, dass die Antennenschlitze im Wesentlichen auf den Diagonalen der Rechteckanordnung liegen Diese Schlitzanordnung ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise
Zweckmäßig weisen dabei die Ansteuerschaltungen jeweils elektronische Phasenschieber auf zum definierten Einstellen einer Phasenlage eines Ansteuersignals
Das genannte besonders bevorzugte Antennen-Array mit einer Rechteckanordnung und einer dann liegenden Kreuzanordnung von Antennenschlitzen besteht demnach aus einer Mehrzahl von Schlitzstrahlern, die jeweils über einen elektronisch einstellbaren Phasenschieber angesteuert werden Die Speisung oder der Antrieb der einzelnen Antennenschlitze erfolgt über eine senkrecht oder quer dazu stehende Leiterplatte Diese Leiterplatte beinhaltet die Speisezone des Schlitzstrahlers, ein Anpassungsnetzwerk, den Phasenschieber, Filter, eine Polaπsationsumschaltung und eine geeignete Ansteu- erschπittstelle Dieses Ausfuhrungsbeispiel zeichnet sich durch eine besonders hohe Funktionalität aus, da durch die zueinander verkippt angeordneten Antennenschlitze eine Redundanz des Systems erreicht wird Dies bedeutet, dass selbst bei Funktions- verlusten einzelner Strahlerelemente kein Totalausfall eintritt und solche Funktionsver- luste durch geeignete Kompensationsmaßnahmen jedenfalls teilweise ausgeglichen werden können.
Grundsätzlich kann die nötige Ansteuerleistung von den Ansteuerschaltungen strahlend in die Antennenkonturplatte eingekoppelt werden. Im Hinblick auf die Platzerfordernisse sind jedoch die Leiterplatten in einem Umgebungsbereich des jeweiligen Antennenschlitzes mit der Antennenkonturplatte bevorzugt galvanisch gekoppelt, im einfachsten Fall also leitend verbunden.
Prinzipiell können einzelne Antennenschlitze frei bleiben, sofern dort, eventueii aus Platzgründen, keine Leiterplatte untergebracht werden kann oder dies aus elektrischen Gründen nicht erwünscht ist. Der Aufbau wird jedoch vereinfacht, wenn in jedem Antennenschlitz eine Leiterplatte mit einer Ansteuerschaltung eingesteckt ist.
Eine weitere Vereinfachung wird erreicht, wenn in alle Antennenschlitze jeweils gleiche Leiterplatten eingesteckt sind. Durch die Verwendung von jeweils gleichen Leiterplatten mit identischen Ansteuerschaltungen kann in erheblichem Umfang Material gespart werden. Außerdem ergeben sich erhebliche Vorteile im Hinblick auf die Lagerhaltung und deutliche Kosteneinsparungen sind möglich.
Grundsätzlich ist der Einfluss der dielektrischen Eigenschaften des Leiterplattenmaterials auf die Antennenstrahlung besonders groß, wenn die Antennenschlitze weitgehend durch die Leiterplatte ausgefüllt werden. Beispielsweise kann die Leiterplatte eine Zunge aufweisen, welche passgenau in dem jeweiligen Antennenschlitz aufgenommen ist.
Darüber hinaus ist der genannte Effekt umso größer, je höher die relative Dielektrizitätskonstante des Leiterplattenmaterials ist. Grundsätzlich können deshalb auch spezielle dielektrische Werkstoffe zum Einsatz kommen, um die gewünschte Miniaturisierung zu erzielen. Die vergleichsweise hohen Kosten setzen dem Einsatz solcher Werkstoffe jedoch Grenzen.
Der erfindungsgemäße Aufbau, bei dem die Leiterplatten in die Antennenschlitze eingeschoben sind, ist deshalb besonders sparsam, weil das Substrat effizient im Wesentlichen im Schlitzbereich konzentriert ist.
Der Einfluss der dielektrischen Eigenschaften des Leiterplattenmaterials kann erhöht werden, wenn mindestens eine Leiterplatte geringfügig über eine Sendeseite der An- tennenkonturplatte übersteht. Schließlich kann die Wirkung der eingeschobenen Leiterplatten noch weiter gesteigert werden, wenn überstehende Teile der Leiterplatten mit einer metallischen Strukturierung versehen sind. Besonders einfach herstellbar ist beispielsweise eine metallische Strukturierung, die aus quer zur Antennenkonturplatte verlaufenden Leiterbahnabschnitten auf den überstehenden Teilen der Leiterplatten gebildet ist.
Die Leiterplatten weisen zweckmäßig im Bereich des Antennenschlitzes eine Kontaktie- rung zum Schlitzstrahler auf.
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt der erfindungsgemäßen Schlitzantenne kann in diesem Zusammenhang darin gesehen werden, dass der Ort, an dem die Speise- oder Ansteuerleistung in die Antennenkonturplatte eingekoppelt wird, besonders gut definiert ist. Im Vergleich zu Schlitzantennen aus dem Stand der Technik, bei denen beispielsweise Koaxialkabel angelötet werden, stellt dies einen erheblichen Vorteil dar. Beispielsweise kann die Kontaktierung zwischen der Antennenkonturplatte und der Leiterplatte durch einen in Richtung der Antennenkonturplatte immer schmaler werdenden Leiterbahnbereich auf der Leiterplatte erfolgen. Der Ort des eigentlichen Kontaktbereichs ist dann sehr präzise definiert.
Die Speisung des Schlitzes kann demnach präzise und insbesondere reproduzierbar erfolgen. Dies stellt im Hinblick auf die Anforderungen an die Serienfertigung einen erheblichen Vorteil dar. Hierbei ist man insbesondere völlig frei in der Wahl der Speisepunkte und erhält somit einen zusätzlichen Freiheitsgrad, der gezielt eingesetzt und variiert werden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne sind die Leiterplatten an einer der Antennenkonturplatte gegenüberliegenden Seite in eine Stabilisierungsplatte eingesteckt. Diese Stabilisierungsplatte kann ihrerseits eine Leiterplatte sein und weitere elektronische oder elektrische Komponenten tragen.
Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Schlitzantenne und des erfindungsgemäßen Verfahren werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren beschrieben. Hierin zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schlitzantenne; Fig 2 eine Ansicht der Antennenkonturplatte der Antenne aus Fig 1 ,
Fig 3 eine Teilansicht der Antenne aus Fig 1 , und
Fig 4 eine Veranschaulichung des erfindungsgemaßen Verfahrens
Em Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemaßen Antenne 10 wird mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschrieben Einander entsprechende Komponenten sind dort jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen
Die erfindungsgemaße Antenne 10 weist als wesentliche Komponenten eine Antennenkonturplatte 20, eine Mehrzahl von Leitenplatten 50 mit darauf angeordneten Ansteuerschaltungen 40 sowie eine Stabilisierungsplatte 60 auf, welche ebenfalls Elektronik- komponenten tragen kann
Die in Fig 2 gezeigte Antennenkonturplatte 20 weist zwei jeweils zueinander orthogonal liegende Antennensysteme auf Das erste Antennensystem besteht aus einer Rechteckanordnung von vier Antennenschlitzen 31 und das zweite Schlitzsystem besteht aus vier kreuzförmig angeordneten Antennenschlitzen 32 Die kreuzförmig angeordneten Antennenschlitze 32 liegen innerhalb des durch die Antennenschlitze 31 gebildeten Rechtecks im Wesentlichen auf dessen Diagonalen
Die Schlitzsysteme liegen demnach ineinander und reduzieren auf diese Weise den Platzbedarf Das Problem des Ansteuerns oder des Speisens der Antennenschlitze wird erfindungsgemaß gelost durch die in die Antennenschlitze 31 , 32 gesteckten Leiterplatten 50
Wie in Fig 3 dargestellt, kann eine von einer Ruckseite 22 in die Antennenkonturplatte 20 eingesteckte Leiterplatte 50 auch geringfügig auf einer Sendeseite 24 der Antennenkonturplatte 20 herausragen Die Wirkung der dielektrischen Eigenschaften des Leiter- plattenmateπals werden hierdurch verstärkt
Darüber hinaus kann ein überstehender Teil 54 der Leiterplatte 50, wie ebenfalls in Fig 3 schematisch gezeigt, eine metallische Strukturierung 52 aufweisen, welche eine Feldkonzentration im Antennenschlitz 30 bewirkt und somit eine Miniaturisierung ermöglicht In dem in Fig 3 gezeigten Beispiel besteht die metallische Strukturierung 52 aus quer zur Antennenkonturplatte 20 verlaufenden Leiterbahnabschnitten Durch den in Fig 1 gezeigten Aufbau werden eine Vielzahl von Vorteilen erreicht So sind mit der in Fig 3 im Detail gezeigten Aufbautechnik auch äußerst dicht beieinander liegende Antennenschhtze 31 , 32 durch die Ansteuerplatmen 50, welche auch die elektronischen Schaltungen 40 tragen, ansteuerbar
Besonders bevorzugt weisen sämtliche Antennenschlitze 31 , 32 identische Abmessungen auf, so dass jeweils einheitliche Speisenetzwerke oder allgemeiner, Leiterplatten 50 mit Ansteuerschaltungen 40, Verwendung finden können
Wenn als Basismateπal für die Leiterplatten 50 Werkstoffe mit erhöhten Werten der relativen Dielektrizitätskonstante verwendet werden, tragt dies zu stärkerer Feldkonzent- ration in den Schlitzen und damit zur Miniaturisierung bei Die Schlitzlange kann auf diese Weise reduziert werden
Zugleich wird hierdurch eine Verkleinerung der Leiterplatten 50 mit den Ansteuerschaltungen 40 ermöglicht Auf der der Antennenkonturplatte 20 gegenüberliegenden Seite ist eine Stabilisierungsplatte 60 angebracht, bei der es sich ebenfalls um eine Leiterplatte mit weiteren elektrischen und/oder elektronischen Komponenten handeln kann
Der in Fig 1 gezeigte Aufbau mit der rückwärtigen Stabilisierungsplatte 60 zeichnet sich insgesamt durch eine hervorragende mechanische Stabilität, bei äußerst kompakten Aufbau, aus Die quer auf den Platinen oder Stanzteilen sitzenden Leiterplatten 50 mit den Ansteuerschaltungen 40 können passive und aktive Bauelemente aufnehmen
Gleichzeitig dienen diese Ansteuerschaltungen 40 zur Speisung und zur Verbindung der Antennen über galvanische Kopplung, im einfachsten Fall also über eine einfache leitende Verbindung Im Vergleich zu strahlungsgekoppelten Schhtzantennen wird hierbei weniger Platz benotigt
Besonders vorteilhaft ist außerdem, wenn die Ansteuerschaltungen 40 jeweils elektronische Phasenschieber aufweisen, da dann die Strahlkeule und/oder die Richtcharakteristik der Antenne nach dem erfindungsgemaßen Verfahren gezielt verändert werden kann
Dies wird naher mit Bezug auf Fig 4 erläutert Dort ist ein RFID-Lesegerat 80 dargestellt, welches eine erfindungsgemaße Schlitzantenne der in Fig 3 gezeigten Art aufweist Mit den Bezugszeichen 13, 14, 15 sind einzelne RFID-TAGs an unterschiedlichen Ortspositionen bezeichnet. Bei normal ausgerichtetem Strahl, gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 11 , wird TAG 13 angesprochen, wohingegen bei den ausgelenkten Strahlrichtungen 12, 16 die TAGs 14 bzw. 15 angesprochen werden. Die Änderung der Richtcharakteristik der erfindungsgemäßen Antenne erfolgt dabei durch gezielte Einstellung der Phasenschieber in den Ansteuerschaltungen 40 der jeweiligen Antennenschlitze 31 , 32.
Hierdurch ergeben sich neue Anwendungen. Beispielsweise kann ein einzelnes TAG mit Hilfe der erfindungsgemäßen Antenne verfolgt werden. Darüber hinaus können einzelne TAGs gezielt angesprochen und ausgelesen werden. Eine Ortung mit mehreren Lesegeräten gleichzeitig ist möglich. Aufgrund der gut definierten Richtcharakteristik der Antenne können weiterhin bestimmte Raumwinkelbereiche gezielt unterdrückt werden. Dies dient der eingangs beschriebenen Störunterdrückung.
Mehrere Lesegeräte können zu einem komplexen Gesamtsystem vernetzt werden und es können Lesegeräte mit hoher Richtschärfe und Reichweite verwirklicht werden. Diese besitzen dann durch eine virtuell größere Apertur eine erhöhte Ortsauflösung bei der Ortung. Sowohl Nah- als auch Fernbereichserkennung kann dadurch realisiert werden.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein miniaturisierbares Schlitzantennensystem, insbesondere zur Anwendung in RFID-Lesegeräten bereitgestellt. Solche Lesegeräte arbeiten besonders bevorzugt im Mikrowellenbereich, beispielsweise bei 2,5 GHz.
Wesentlicher Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, eine Antennenrichtcharakteristik gezielt zu schwenken. Mit dem Einsatz der erfindungsgemäßen Schlitzantennen wird ein leistungsstarkes und kompaktes Antennensystem bereitgestellt, durch welches darüber hinaus Kosten gespart werden können und welches im Hinblick auf die Aufbau- und Verbindungstechnik besonders günstig ist. Unter der Kompaktheit der Antenne werden insbesondere auch deren reduzierte Abmessungen verstanden. Im Vergleich zu den auf dem Markt befindlichen Systemen, die deutlich größer sind als die hier beschriebenen Schlitzantennen, kann dadurch ein erheblicher Vorteil erreicht werden. Durch die Möglichkeit des Strahlschwenkens, also einer elektrisch veränderbaren Richtcharakteristik der Antennenkonstruktion, kann die Dichte der Lesegeräte erhöht werden, ohne dass sich die Lesegeräte gegenseitig stören. Potentielle Storeinflusse, wie beispielsweise Mikrowellenheizgerate, können ebenfalls dadurch ausgeblendet werden Weiterhin können physikalische Beeinträchtigungen durch die unmittelbare Umgebung und die jeweils vorliegenden Randbedingungen ausgeglichen und kompensiert werden Daraus abgeleitet ergibt sich auch die Möglichkeit einer Verfolgung eines Datenträgers
Vorteilhafterweise können die bei der Funkausbreitung unvermeidbaren Nullstellen, aufgrund stehender Wellen, mittels Frequenzwechsel oder "frequency-hopping" und/oder durch das Schwenken des Strahls eliminiert werden Zur Regulierung der Reichweite kann zweckmäßig eine Regelung der abgestrahlten Sendeleistung, sowie ebenso eine Variation der Empfindlichkeit mit Hilfe von rauscharmen Vorverstärkern vorgenommen werden
Mit der erfmdungsgemaßen Schlitzantenne können deshalb in vorteilhafter Weise sogenannte „phased-array-Antennen" verwirklicht werden Mit solchen Antennen kann ein äußerst rasches Verschwenken des Strahls und außerdem eine sehr flexible Anpassung der Antennencharakteristik realisiert werden
Anwendungen der Erfindung können sich neben Lesesystemen, Datenträgern, allgemeinen Funkverbindungen, Radarsensoren und Ortungssystemen auch im Bereich der Zutrittserkennung bei Gebäuden ergeben
Durch die Erfindung wird demnach insgesamt ein kompaktes intelligentes Antennensystem mit den Möglichkeiten der Polaπsationsumschaltung und der Strahlschwenkung bereitgestellt

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Schhtzantenne, insbesondere Sendeantenne zur RFID, mit einer Antennenkonturplatte (20) mit einer Mehrzahl von Antennenschlitzen (30) und mit mindestens einer Ansteuerschaltung (40) zum Anregen der Antennenkontur- platte (20) zum Aussenden und/oder zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einen Antennenschhtz (30) der Antennenkonturplatte (20) eine Leiterplatte (50) mit einer Ansteuerschaltung (40) eingesteckt ist
Schlitzantenne nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenkonturplatte (20) eine Rechteckanordnung von vier Antennenschlitzen (31) aufweist
Schhtzantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenkonturplatte (20) eine Kreuzanordnung von vier Antennenschlitzen (32) aufweist
Schlitzantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzanordnung von Antennenschlitzen (32 ) innerhalb der Rechteckanordnung von Antennenschlitzen (31) angeordnet ist Schhtzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jeden Antennenschlitz (30) eine Leiterplatte (50) mit einer Ansteuerschaltung (40) eingesteckt ist
Schlitzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in alle Antennenschlitze (30) gleiche Leiterplatten (50) eingesteckt sind
Schhtzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten (50) in einem Umgebungsbereich des jeweiligen Anten- nenschlitzes (30) mit der Antennenkonturplatte (20) galvanisch gekoppelt sind
Schhtzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leiterplatte geringfügig über eine Sendeseite (24) der Antennenkonturplatte (20) übersteht
Schlitzantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein überstehender Teil der Leiterplatte (50) mit einer metallischen Strukturierung (52) versehen ist
Schlitzantenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als metallische Strukturierung quer zur Antennenkonturplatte (20) verlaufende Leiterbahnabschnitte (52) auf den überstehenden Teilen der Leiterplatten (50) gebildet sind
Schlitzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten (50) an einer der Antennenkonturplatte (20) gegenüberliegenden Seite in eine Stabihsierungsplatte (60) eingesteckt sind Verfahren zur RFID unter Einsatz einer Schlitzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem durch Variation der Phasenlage der einzelnen Ansteuerschaltungen eine Abstrahlrichtung der Strahlung gezielt verändert wird
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch geeignete Wahl der Phasenlage der einzelnen Ansteuerschaltungen die Schlitzantenne zum Abstrahlen von zirkulär polarisierter Strahlung angeregt wird
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