DE202006006921U1

DE202006006921U1 - Tragbare Antenneneinrichtung

Info

Publication number: DE202006006921U1
Application number: DE200620006921
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2016-04-26

Abstract

Tragbare Antenneneinrichtung mit einer an oder in einem dielektrischen Träger angebrachten Antenne, die mit einer Kommunikationseinheit verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet , dass gegenüberliegend zur Antenne (3) mit Abstand an oder in dem Träger (2) ein als metallische Zone ausgebildeter Reflektor (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine tragbare Antenneneinrichtung mit einer an oder in einem dielektrischen Träger angebrachten Antenne, die mit einer Kommunikationseinheit verbindbar ist.
Bei Handlungen einer Person in der Logistik und Produktion, im Dienstleistungsbereich, z.B. in der Krankenpflege oder im Sicherheitsbereich, in der Freizeitgestaltung oder dergleichen, werden für die mobile Kommunikation Antennen benötigt, die am Körper getragen werden können. Der mit der Antenne verbundene Körperteil ist dabei direkt in die Handlung involviert, wie das Greifen mit einer Hand oder kennzeichnet eine günstige Stelle für die Kommunikation mit einer Gegenstelle, z.B. ein Fuß für die Kommunikation mit der Gegenstelle im Fußboden.
Die funktechnische Kommunikation dient beispielsweise der Übertragung von Informationen zur Identifizierung, Zustandserfassung und Ortung zwischen dem mobilen Körperteil, d.h. zwischen der dort vorhandenen Antenne und einer mobilen oder stationären Gegenstelle.
Direkt am Körperteil eines Lebewesens angebrachte Antennen haben den Vorteil, die genaue Position der Kommunikationseinheit während einer Handlung zu kennen, die eine Aussage über die Art der Handlung geben kann bzw. die Sicherheit erhöht, dass eine Kommunikation aufgrund der Reichweite überhaupt oder mit der nötigen Qualität zustande kommt.
Es sind Antennen bekannt, die in Armbanduhren oder Handschuhen, DE 101 03 531 C , integriert sind. Die in einem Handschuh integrierten Antennen haben den Nach teil der starken Wechselwirkung mit der Hand des Tragenden, so dass die Eigenschaften der Antenne und damit auch die Qualität der Kommunikation insbesondere vom Wassergehalt des Gewebes des Tragenden abhängig sind. Armbänder haben den gleichen Nachteil und solche bekannten Antennen können nur bei vergleichsweise geringen Frequenzen, wie beispielsweise im 13,56 MHz-Band verwendet werden, da hier die Beeinflussung durch dielektrische Körper nicht zu stark ist.
Weiterhin sind die in der DE 101 03 531 C1 vorgeschlagenen Loop-Antennen nur für induktive Nahfeldkopplung geeignet und erlauben keine effektive Abstrahlung bei höheren Frequenzen, wie etwa für UHF-RFID, beispielsweise 868 MHz, 2,4 GHz, 5,8 GHz erforderlich. Daher wird dort auch die Anwendung bei 13,56 MHz vorgeschlagen. Die im genannten Stand der Technik beschriebene Antenne dient für eine Transponderleseeinrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine tragbare Antenneneinrichtung zu schaffen, die für das Tragen an einem Körperteil eines Lebewesens geeignet ist, wobei der Einfluss der für die Funktechnologie negativen Eigenschaften von Flüssigkeit minimiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
Erfindungsgemäß weist die tragbare Antenneneinrichtung eine an oder in einem dielektrischen Träger angebrachte Antenne und einen gegenüberliegend zur Antenne mit Abstand angeordneten, als metallische Zone ausgebildeten Reflektor auf. Vorteilhafter ist die Antenne als Schleifenantenne ausgebildet, wobei die metallische Zone bzw. der Reflektor mit der Antenne über eine elektrische Leitung definierte Länge verbunden ist. Der Reflektor ist gleichfalls an oder in dem Träger angebracht. Im Idealfall bedeutet die gegenüberliegende Anordnung der Antenne und des Reflektors, dass sie in parallelen Ebenen liegen, die durch den Träger beabstandet sind. Die Antenne muss sich, in der Projektion gesehen, dabei innerhalb bzw. in Überlappung mit dem Reflektor befinden, der beliebige Umrisse haben kann und demgemäß auch größer als die Antenne sein kann. Da jedoch der Träger am Körper getragen wird, werden Antenne und Reflektor meistens nicht genau parallel liegen, durch Wölbungen werden beide Bestandteile nicht immer parallel liegen wobei derartige Abweichungen tolerier bar sind.
Durch diese Ausbildung der Antenneneinrichtung tritt eine geringere Abhängigkeit vom Stoff zwischen Antenne und Reflektor, d.h. von der Flüssigkeit im dazwischenliegenden Körperteil auf und der Abstrahlungswirkungsgrad steigt, da eine geringere Rückwärtsstrahlung auftritt und eine erhöhte Reichweite der Abstrahlung nach vorne gegeben ist. Es ist eine höhere Richtwirkung vorhanden, d.h. die Antenne eines RFID-Lesers liest nur die zur Lesung beabsichtigten RFID-Tags aus. Somit sind der Strahlungswiderstand und andere Antennenparameter weniger empfindlich gegenüber Schwankungen der Gewebeeigenschaften der Körperteile des Tragenden, da sie im wesentlichen von der elektrischen Länge der Antenne selbst und der Zuleitung zum mit Masse verbundenen Reflektor bestimmt werden. Die Antenne hat prinzipbedingt eine geringere Rückwärtsabstrahlung und damit in der Hauptstrahlungsrichtung einen deutlich höheren Gewinn als bekannte einfache Schleifenantennen.
Neben der Schleifenantenne sind auch andere Antennendesigns möglich, wobei die Abstände des Reflektors entsprechend angepasst sein müssen. Bei einem λ/2 Dipol ist beispielsweise der Abstand zum Reflektor mit λ/6 einzustellen, der Reflektor ist dann aber ohne elektrische Verbindung zum Dipol vorzusehen.
Vorteilhafterweise wird die definierte Länge der elektrischen Leitung zwischen Antenne und Reflektor so gewählt, dass sie einen Bruchteil der für die Kommunikation verwendete Wellenlänge ist, wodurch eine bei den aus dem Stand der Technik bekannten induktiven Schleifenantennen notwendige Anpassung entfallen kann und die erfindungsgemäße Antenneneinrichtung mit beispielsweise einem Strahlungswiderstand von etwa 50 Ω direkt mit der Eingangs- oder Ausgangsstufe eines Transmitters, Receivers oder Transceivers verbunden werden kann. Schleifenantenne mit Reflektor und elektrischer Leitung haben dann eine Eingangsimpedanz bzw. Strahlungswiderstrand von 50 Ω, wobei letzterer durch die Größe der Schleife und die elektrische Länge der Verbindung zum Reflektor eingestellt wird. Sinnvoll ist die kürzeste Länge mit λ/4, es sind aber Längen mit λ/4 + n × λ/2 mit n = 0, 1, 2, ... möglich.
In vorteilhafter Weise ist der Träger flexibel und/oder elastisch ausgebildet und besteht aus einem textilen Material, einem Folienmaterial und/oder einem Elastomermaterial oder dergleichen und der Träger selbst kann als Gurt, Manschette, Handschuh, Strumpf oder dergleichen ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Antenneneinrichtung kann somit an beliebigen Körperteilen verwendet werden, wodurch Störungen des gewohnten Handlungsablaufes minimiert werden.
In vorteilhafterweise kann die tragbare Antenneneinrichtung sowohl für aktive RFID-Kommunikationseinrichtungen als auch für passive RF-Transponder eingesetzt werden. Außerdem kann sie für eine Abstrahlung bei höheren Frequenzen ausgelegt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung.
In 1 ist eine Antenneneinrichtung in Form einer Manschette 1 dargestellt. Die Antenneneinrichtung um fasst einen Träger 2, eine Schleifenantenne 3 und einen Reflektor 4. Der Träger besteht aus einem flexiblen Material, das vorzugsweise auch elastisch ist. Das Material kann ein textiles Gewebe aus natürlichen und/oder synthetischen Fäden, ein Gestrick oder Gewirk sein oder auch aus einem durchgehenden Bandmaterial, das Elastomere enthält, bestehen. Auf oder in den Träger 2 ist eine Schleifenantenne 3 auf- oder eingebracht, die aus Metalldraht, Metallfolien, Metallfäden oder dergleichen bestehen kann, wobei sie durch Kleben, Bedampfen, Nähen, Einsieben oder dergleichen mit dem Träger verbunden wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antenne 3 über die gesamte Breite des Trägers rechteckförmig ausgeführt, sie kann selbstverständlich auch eine andere Schleifenform aufweisen. Gegenüberliegend zur Antenne ist ein Reflektor 4 als metallische Zone ausgebildet, wobei diese gleichfalls durch eine Metallabscheidung, durch ein Metallgewebe, eine Metallfolie oder dergleichen realisiert sein kann, die in oben beschriebener Weise mit dem Träger 2 verbunden ist.
Der Fußpunkt bzw. der Speisepunkt der Antenne 3 ist mit einer 50 Ω Koaxialleitung verbunden, die an eine Kommunikationseinheit beispielsweise einen Transmitter bzw. ein Lesegerät 7 anschließbar ist. Die Masseleitung 5 der Koaxialleitung ist mit der metallischen Zone 4 verbunden. Die Leitung 5, die den Speisepunkt der Schleifenantenne 3 mit der als Reflektor wirkenden metallischen Zone 4 verbindet, weist eine definierte Länge auf, wobei diese Länge so gewählt wird, dass die elektrische Länge, die aus dem Produkt der Phasenkonstanten und der mechanischen Länge gebildet wird, der Zuleitung vom Fußpunkt der Schleife zur Massefläche einem festen Phasenwinkel entsprechen muss, der vorzugsweise ein Bruchteil der für die Abstrahlung verwendeten Wellenlänge, beispielsweise λ/4 ist, bzw. allgemein λ/4 + n × λ/2 mit n = 0, 1, 2, ... beträgt. Die gesamte Antenneneinrichtung, d.h. Schleifenantenne und Reflektor mit Verbindungsleitung als Gesamteinheit weisen in der beschriebenen Konfiguration einen Strahlungswiderstand/eine Eingangsimpedanz von etwa 50 Ω auf und kann daher direkt ohne Anpassschaltung im beschriebenen Ausführungsbeispiel an das Lesegerät 7 angeschlossen werden.
Im Ausführungsbeispiel ist eine durchgehende Manschette gezeigt, selbstverständlich kann sie auch mit Verbindungsmittel, wie Klettverschlüssen, versehen sein.
Die Manschette kann an beliebigen Körperteilen getragen werden, beispielsweise am Arm, am Handgelenk, am Fuß, am Bein. Selbstverständlich kann der Träger auch als Gurt oder als Ring ausgeführt werden, die entsprechend um den Körper herum oder am Finger angeordnet werden.

Claims

Tragbare Antenneneinrichtung mit einer an oder in einem dielektrischen Träger angebrachten Antenne, die mit einer Kommunikationseinheit verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet , dass gegenüberliegend zur Antenne (3) mit Abstand an oder in dem Träger (2) ein als metallische Zone ausgebildeter Reflektor (4) angeordnet ist.
Tragbare Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Antenne (3) über eine elektrische Leitung (5) definierter Länge verbunden ist.
Antenneneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) eine Schleifenantenne ist.
Antenneneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne ein Dipol ist.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) flexible und/oder elastisch ist.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) aus einem textilen Material, einem Folienmaterial und/oder einem Elastomermaterial besteht.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Länge der elektrischen Leitung (5) zwischen Antenne (3) und Reflektor (4) unter Berücksichtigung dass der Antennenparameter so gewählt ist, dass keine 50 Ω-Anpassung notwendig ist.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Länge der elektrischen Leitung (5) so gewählt ist, dass sie einen Bruchteil der für die Kommunikation verwendete Wellenlänge ist.
Antenneneinrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Leitung vom Speisepunkt der Antenne zum Reflektor λ/4 + n × λ/2 mit n = 0, 1, 2, ... beträgt.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne und der Reflektor in im Wesentlichen parallelen Ebenen liegen.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 6, 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein λ/2 Dipol vorgesehen ist und der Abstand zum Reflektor im wesentlichen λ/6 beträgt.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Zone als bedampfte Schicht, Metallgewebe und/oder Metallfolie ausgebildet ist.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger als Gurt, Manschette, Handschuh, Ring, Socken oder dergleichen ausgebildet ist.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) an Lebewesen befestigbar ist.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit eine aktive Schreib-/Leseeinrichtung, wie ein RFID-Leser ist.
Antenneneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit eine passive Schreib-/Leseeinrichtung, wie ein RFID-Transponder ist.