Бесконтактная метка с y-образной всенаправленной антенной
Изобретение относится к бесконтактным приемопередающим устройствам. Техническим результатом изобретения является создание бесконтактной метки с всенаправленной антенной. Согласно изобретению бесконтактная метка характеризуется по существу микросхемой (16) и Y-образной антенной, соединенной с микросхемой, которая содержит информацию, необходимую для отслеживания объекта, которая может быть прочитана с помощью считывателя через обмен электромагнитными волнами ультравысокой частоты. Антенна является антенной дипольного типа, состоящей из трех основных проводов, первого основного провода (10), второго основного провода (12), формирующего диполь с первым основным проводом, и третьего основного провода (14), формирующего второй диполь с первым основным проводом. Угол между первым и вторым основными проводами равен углу между первым и третьим основными проводами, а угол между вторым основным проводом и третьим основным проводом находится в диапазоне между 60° и 180°. Каждый из основных проводов содержит на своем конце вспомогательный провод (24, 26 или 28), перпендикулярный основному проводу. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
Это изобретение относится к бесконтактным приемопередающим устройствам, предназначенным для того, чтобы обеспечивать возможность контроля объектов, и, более конкретно, относится к бесконтактной метке со всенаправленной антенной.
В настоящее время бесконтактные приемопередающие устройства широко используются в многочисленных применениях. Одним из этих применений является бесконтактная смарт-карта, которая все больше и больше используется в различных секторах, таких как сектор общественного транспорта, например. Они также разрабатывались как средства оплаты.
Обмен информацией между бесконтактным устройством и ассоциативно связанным считывателем выполняется посредством удаленной передачи электромагнитных сигналов между антенной, помещенной в бесконтактном устройстве, и второй антенной, расположенной в считывателе. Для создания, хранения и обработки информации устройство снабжается микросхемой, соединенной с антенной и включающей в себя зону памяти. Во время обмена информацией беспроводное устройство питается электромагнитными волнами, передаваемыми считывателем.
Другим применением бесконтактных устройств, которое становится все более и более важным, является их использование в качестве меток, прикрепленных на объектах в целях идентификации при выполнении отслеживания товаров или состояния запасов товарно-материальных ценностей. В этих применениях микросхема метки, прикрепленной на каждом объекте, содержит в памяти данные объекта, которые позволяют объекту индексироваться и идентифицироваться, и, таким образом, обеспечивает его отслеживаемость.
Метка прикрепляется на объекте в момент его производства и остается на нем до тех пор, пока он не будет принят клиентом. Память микросхемы содержит информацию о характеристиках объекта или его содержимом, если это контейнер. Эта информация может быть считана в любое время считывателем. В настоящее время частоты, обычно используемые считывателем для обмена данными с меткой, являются ультравысокими частотами (UHF) около 900 МГц, которые позволяют метке считываться с расстояния более чем в 2 метра.
Простая антенна, которая может использоваться в бесконтактных метках, является дипольной антенной, показанной на фиг.1, чья размерность приблизительно равна половине длины волны для используемой частоты. Особенный признак такого диполя находится в факте того, что энергия излучается главным образом в предпочтительном направлении, перпендикулярном оси диполя, как показано в примере на фиг.2. В результате простой диполь, используемый в качестве антенны, имеет основной недостаток испускания направленного излучения.
Вот почему целью изобретения является предоставить бесконтактную метку, характеризующуюся полуволновой антенной дипольного типа со всенаправленным излучением.
Поэтому целью изобретения является бесконтактная метка, предназначенная для того, чтобы обеспечивать отслеживаемость объекта, характеризующаяся по существу микросхемой и Y-образной антенной, присоединенной к микросхеме, памятью микросхемы, содержащей информацию, необходимую для отслеживания объекта, которая может быть прочитана считывателем через обмен электромагнитными волнами ультравысокой частоты (UHF). Антенна является антенной дипольного типа, сделанной из трех основных проводов, первого основного провода, второго основного провода, формирующего первый диполь с первым основным проводом, и третьего основного провода, формирующего второй диполь с первым основным проводом, основные отводы располагаются таким образом, что угол между первым и вторым основными проводами равен углу между первым и третьим основными проводами, а угол меду вторым основным проводом и третьим основным проводом находится между 60° и 180°, и каждый из основных проводов включает в себя на своем конце вспомогательный провод, перпендикулярный основному проводу, и чья длина находится между 10 мм и 50 мм.
Цели, объекты и характеристики изобретения станут более очевидными из последующего описания, когда оно взято вместе с сопровождающими чертежами, на которых:
фиг.1 представляет полуволновую антенну, формирующую диполь,
фиг.2 представляет пример излучения диполя, иллюстрированного на фиг.1,
фиг.3 является общей схемой Y-образной антенны, используемой в беспроводной метке согласно изобретению, а фиг. 3A является увеличением соединений проводов антенны с микросхемой,
фиг.4 представляет первый пример варианта осуществления Y-образной антенны,
фиг.5 представляет диаграмму излучения антенны, иллюстрированной на фиг.4,
фиг.6 представляет второй пример варианта осуществления Y-образной антенны,
фиг.7 представляет диаграмму излучения антенны, иллюстрированной на фиг.6.
Метка, которая создает тему изобретения, включает в себя антенну, представленную на фиг.3, по существу состоящую из трех основных проводов 10, 12 и 14, чья длина близка к одной четверти длины волны, то есть около 80 мм для частоты в 900 МГц. Второй основной провод 12 и третий основной провод 14 имеют идентичную длину L, тогда как первый основной провод 10 может иметь длину, которая отличается от других отводов, но близкой к L. Первый основной провод 10 формирует первый диполь в комбинации со вторым основным проводом 12, и первый основной провод 10 также формирует второй диполь в комбинации с третьим основным проводом 14.
Угол между первым основным проводом 10 и вторым основным проводом 12 и угол между первым основным проводом 10 и третьим основным проводом 14 равны. В результате взятые отдельно оба диполя по симметрии имеют одинаковые электрические свойства, а именно одинаковую диаграмму излучения и одинаковое входное сопротивление.
Угол, сформированный вторым основным проводом и третьим основным проводом, может изменяться от минимум 60° до 180°, соответствуя регулировке между двумя проводами.
Антенна работает согласно дифференциальному режиму между проводами на каждом диполе посредством устройства нагрузки, которое является микросхемой, иллюстрированной увеличенной на фиг.3A. В отличие от обычной микросхемы, которая имеет только две входные точки, соединенные с антенной, микросхема 16, представленная на фиг.3A, является нагрузкой, имеющей три входные точки, одну точку 18, которая используется как опорная или GND, соединенная с первым основным проводом, и две идентичные "горячие точки" 20 и 22, соединенные со вторым и третьим основными проводами соответственно.
Для оптимальной работы антенны, иллюстрированной на фиг. 3, сопротивление антенны должно быть согласовано с сопротивлением микросхемы, иначе энергия, принятая антенной, является минимальной или даже почти нулевой. Если мы желаем иметь правильное согласование или величину сопротивления, которая на 10% больше или меньше чем номинальное значение, очень трудно получить это значение, модифицируя только физические характеристики основных проводов. Общепринятым решением здесь является добавить вспомогательные провода на конце основных проводов и перпендикулярные последним. По существу, первый вспомогательный провод 24 располагается на конце первого основного провода 10 и является перпендикулярным к нему, второй вспомогательный провод 26 располагается на конце второго основного провода 12 и является перпендикулярным к нему, а третий вспомогательный провод 28 располагается на конце третьего основного провода 14 и является перпендикулярным к нему.
Точка соединения между основным проводом и ассоциативно связанным вспомогательным проводом может быть переменчивой и, таким образом, делит вспомогательный провод на два сегмента длиной a и b, расположенные по обе стороны соединения. Это деление является одинаковым для трех вспомогательных проводов 24, 26 и 28, если переходить от одного провода к другому посредством вращения. Идентичная длина трех вспомогательных проводов поэтому равна a+b и находится между 10 мм и 50 мм.
Чтобы получить более лучшее согласование Y-образной антенны, предпочтительное решение состоит в предоставлении загнутого провода на каждой стороне каждого вспомогательного провода, так что загнутые провода 30 и 32 находятся на двух концах вспомогательного провода 24. Два загнутых провода, ассоциативно связанных с каждым вспомогательным проводом, имеют идентичную длину с между 0 и 40 мм, эта длина также является одинаковой для трех вспомогательных проводов.
Должно быть отмечено, что присутствие загнутых проводов имеет преимущество уменьшения общих размеров антенны, так как они позволяют уменьшать длину основных проводов. Отношение между длиной L второго и третьего основных проводов (и приблизительно длиной первого основного провода) и длиной загнутого провода может быть выражено как:
60 мм < L+c < 100 мм
Были приведены два примера Y-образной антенны, совместимой с изобретением. Первый пример, иллюстрированный на фиг.4, изображает относительно короткие загнутые провода. Эта антенна дополнительно характеризуется закорачивающим элементом 34 между первым основным проводом 10 и вторым основным проводом 12 и закорачивающим элементом 36 между первым основным проводом 10 и третьим основным проводом 14. Эти дополнительные элементы позволяют реализовать ESD-функции (электростатический разряд), которая разряжает любой ток, сгенерированный электрическими импульсами порядка нескольких тысяч вольт, которые вероятно могут повредить микросхему. Анализируя диаграмму излучения антенны на фиг.4, иллюстрированную на фиг.5, специалисты в области техники могут увидеть, что не существует направления без излучения, а присутствует только незначительное ослабление для угловых направлений между -30° и +60°.
Второй пример варианта осуществления, показанный на фиг.6, не имеет закорачивающих элементов, как в предыдущем примере. Основные провода являются очень короткими, тогда как загнутые провода являются относительно длинными, что помогает создать бесконтактную поверхность с меньшей площадью поверхности, которая содержится в прямоугольнике 85 мм×95 мм. Диаграмма излучения, иллюстрированная на фиг.7, не показывает какого-либо направления без излучения, но присутствует ослабление для направлений между -60° и +60°.
Y-образная антенна, которая только что была описана в ссылке к фиг. 4 и 6, предпочтительно имеет ширину в 1 мм и может быть закреплена любым способом, но предпочтительно отпечатком, изготовленным способом трафаретной печати, использующим чернила, содержащие серебряные частицы.
Как упомянуто выше, метка, которая создает предмет изобретения, используется, когда необходимо, чтобы обеспечить контролируемость объекта, товаров или контейнера. Метка работает в UHF-диапазоне, то есть для частот, которые могут, как правило, изменяться между 860 МГц и 960 МГц, а особенно между 902 МГц и 928 МГц.
1. Бесконтактная метка, сконструированная для того, чтобы обеспечивать отслеживаемость объекта, характеризующаяся, по существу, микросхемой (16) и Y-образной антенной, соединенной с микросхемой, памятью микросхемы, содержащей информацию, необходимую для отслеживания упомянутого объекта, упомянутая информация читается с помощью считывателя через обмен электромагнитными волнами ультравысокой частоты (UHF);
упомянутая антенна характеризуется тем, что упомянутая антенна является антенной дипольного типа, сделанной из трех основных проводов, первого основного провода (10), второго основного провода (12), формирующего первый диполь с упомянутым первым основным проводом, и третьего основного провода (14), формирующего второй диполь с упомянутым первым основным проводом, упомянутые основные отводы располагаются таким образом, что угол между упомянутым первым и вторым основными проводами равен углу между упомянутым первым и третьим основными проводами, а угол между упомянутым вторым основным проводом и упомянутым третьим основным проводом находится между 60 и 180°, и каждый из упомянутых основных проводов включает в себя на конце вспомогательный провод (24, 26 или 28), перпендикулярный основному проводу, и чья длина находится между 10 и 50 мм.
2. Бесконтактная метка по п.1, в которой упомянутый второй основной отвод (12) и упомянутый третий основной отвод (14) имеют одинаковую длину L.
3. Бесконтактная метка по п.2, в которой каждый из упомянутых вспомогательных отводов (24, 26, 28) делится точкой соединения с ассоциативно связанным главным отводом на два сегмента длиной a и b, расположенных по обе стороны от упомянутой точки соединения.
4. Бесконтактная метка по п.3, в которой упомянутые сегменты имеют длину а и b соответственно, длина a+b упомянутого вспомогательного провода находится между 10 и 50 мм.
5. Бесконтактная метка по пп.1 и 2 или 3, дополнительно характеризующаяся загнутым проводом (30, 32) на каждой стороне каждого вспомогательного провода (24, 26, 28) идентичной длины с между 0 и 40 мм.
6. Бесконтактная метка по п.5, в которой упомянутая длина с является идентичной для трех основных проводов (10, 12, 14).
7. Бесконтактная метка по п.6, в которой упомянутая длина с является такой, что сумма L+c находится между 60 и 100 мм.
8. Бесконтактная метка по п.5, в которой существует закорачивающий элемент (34) между упомянутым первым основным проводом (10) и упомянутым вторым основным проводом (12) и закорачивающий элемент (36) между упомянутым первым основным проводом и упомянутым третьим основным проводом (14), упомянутые закорачивающие элементы позволяют осуществление отдельной ESD-функции (электростатический разряд), чтобы разрядить любой ток, сгенерированный электрическими импульсами порядка нескольких тысяч вольт, способными повредить микросхему (16).
9. Бесконтактная метка по одному из пп.1-4, 6 или 7, в которой существует закорачивающий элемент (34) между упомянутым первым основным проводом (10) и упомянутым вторым основным проводом (12) и закорачивающий элемент (36) между упомянутым первым основным проводом и упомянутым третьим основным проводом (14), упомянутые закорачивающие элементы позволяют осуществление отдельной ESD (электростатический разряд) функции, чтобы разрядить любой ток, сгенерированный электрическими импульсами порядка нескольких тысяч вольт, подходящими, чтобы повредить упомянутую микросхему (16).
10. Бесконтактная метка по одному из пп.1-4 или 6-8, в которой упомянутая микросхема (16) включает в себя три входные точки, одну точку (18), используемую в качестве опорной или GND, соединенную с упомянутым первым основным проводом (10), и две идентичные "горячие точки" (20) и (22), соединенные с упомянутым вторым (12) и третьим (14) основными проводами соответственно.
11. Бесконтактная метка по п.5, в которой упомянутая микросхема (16) включает в себя три входные точки, одну точку (18), используемую в качестве опорной или GND, соединенную с упомянутым первым основным проводом (10), и две идентичные "горячие точки" (20) и (22), соединенные с упомянутым вторым (12) и третьим (14) основными проводами соответственно.
12. Бесконтактная метка по п.9, в которой упомянутая микросхема (16) включает в себя три входные точки, одну точку (18), используемую в качестве опорной или GND, соединенную с упомянутым первым основным проводом (10), и две "идентичные горячие точки" (20) и (22), соединенные с упомянутым вторым (12) и третьим (14) основными проводами соответственно.
