[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Antennenanordnung eines
RFID Transponders. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein entsprechendes Computerprogramm
und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
[0002] In der heutigen Zeit können Gegenstände oder Personen mit einem so genannte Radio
Frequency Identification (RFID) Transponder versehen werden, um die Gegenstände bzw.
Personen zu identifizieren, zu überwachen oder dergleichen. Beispielsweise kann ein
Objekt in einem Produktionsprozess mit einem RFID Transponder versehen werden, um
den Weg des Objekts zu verfolgen. In dem RFID Transponder können beispielsweise Daten
des Gegenstands bzw. der Person, wie Identifikationsdaten, Zugangsdaten, Passwörter
oder Verlaufsdaten, gespeichert und insbesondere berührungslos ausgelesen werden.
[0003] Ein RFID Transponder weist zum Senden und Empfangen von Daten eine Antennenanordnung
auf. Die Antennenanordnung kann zumindest eine Antenne und ein Anpassungsnetzwerk
umfassen. Die Antenne und/oder das Anpassungsnetzwerk weisen hierfür eine bestimmte
Geometrie auf, wobei unterschiedliche Antennenarten durch unterschiedliche Geometrien
gekennzeichnet sind.
[0004] Ferner kann ein RFID Transponder eine mit der Antennenanordnung elektrisch verbindbare
Schaltungsanordnung aufweisen. Die Schaltungsanordnung kann einen analogen Schaltkreis
zum Empfangen und Senden (Transceiver) von Daten, einen digitalen Schaltkreis, wie
einen Mikrocontroller, und eine Speichereinrichtung aufweisen.
[0005] Ein derartiger RFID Transponder kann in einem RFID Kommunikationssystem eingesetzt
werden. Ein RFID Kommunikationssystem kann neben zumindest einem RFID Transponder
zumindest eine Lese- und/oder Schreibeinrichtung umfassen. Die Lese- und/oder Schreibeinrichtung
kann beispielsweise ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen. Gelangt
der passive oder aktive RFID Transponder in dieses Feld, dann empfängt der RFID Transponder
das Signal über die Antennenanordnung. Der RFID Transponder kann durch das empfangene
elektromagnetische Wechselfeld aktiviert werden. Die in dem ausgesendeten Feld enthaltenen
Informationen können decodiert werden. In Abhängigkeit der decodierten Informationen
kann der RFID Transponder entsprechende Anweisung ausführen und beispielsweise Daten
an die Lese- und/oder Schreibeinrichtung mittels der Antennenanordnung senden.
[0006] Ein Leistungskriterium eines RFID Transponders stellt hierbei die Lesereichweite
dar. Die Lesereichweite hängt unter anderem von der Antennenanordnung und der eingesetzten
Schaltungsanordnung ab. Ferner kann die Lesereichweite von der Nahumgebung des RFID
Transponders abhängen. Um gute Lesereichweite zu erzielen, ist es gemäß dem Stand
der Technik üblich, RFID Transponder an Außenbereiche der entsprechenden Gegenstände
anzubringen, um eine Beeinflussung der Lesereichweite des RFID Transponders durch
ein Hüllmaterial zu verhindern. So können beispielweise RFID Transponder erworben
werden, die sich an einen Gegenstand ankleben lassen und eine hohe Lesereichweite
aufweisen.
[0007] Problematisch bei den RFID Transponder des Stands der Technik ist jedoch, dass bei
einer Anbringung an eine Außenseite eines Objekts die Gefahr einer mechanischen Zerstörung
des RFID Transponders besteht. Der RFID Transponder liegt in der Regel ungeschützt
an einer Außenseite an und kann daher leicht durch Stöße oder dergleichen beschädigt
werden. Darüber hinaus tritt bei Verbrauchsmaterialien das Problem auf, dass eine
Überwachung des Materials bis zum endgültigen Verbrauch oder bis zur Entsorgung nicht
möglich ist, denn eine Anbringung an einer Außenseite, wie der Verpackung des Verbrauchsmaterials,
führt dazu, dass schon vor dem kompletten Verbrauch des Verbrauchsmaterials der RFID
Transponder nicht mehr am Objekt angebracht ist und somit eine Überwachung des Objekts
nicht mehr möglich ist.
[0008] Aus der
US 7 323 977 B2 sind ferner Transponder bekannt, die eine Anpassung des Betriebsfrequenzbands erlauben.
Die
US 7 323 977 B2 offenbart insbesondere einen Transponder mit einer Antennenanordnung und mit einem
mit der Antennenanordnung verbindbaren integrierten Schaltkreis. Um das Betriebsfrequenzband
des Transponders an unterschiedliche Vorgaben von geographischen Regionen anzupassen
(z.B. USA, Europa, Japan), ist es möglich, den Transponder mit Hilfe von zusätzlichen
parasitären Elementen abzustimmen, die in einem variablen Abstand zur Antenne angeordnet
werden können.
[0009] Nachteilig hieran ist zum einen, dass eine Anpassung der Antenne lediglich zur Erfüllung
von gesetzlichen Vorgaben unterschiedlicher Regionen erfolgt. Eine Anpassung an unterschiedliche
Hüllmaterialien erfolgt nicht, so dass die Lesereichweite bei einer Einbettung eines
entsprechenden Transponders in ein Gewebe signifikant verringert ist. Darüber hinaus
ist es zum anderen erforderlich, für eine Anpassung der Antenne zusätzliche Elemente
vorzusehen. Neben dem zusätzlichen Raumbedarf für die zusätzlichen parasitären Elemente
ist die Abstimmungsmöglichkeit bei einer derartigen Anordnung begrenzt, aufwendig
und unflexibel.
[0010] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
einer Antennenanordnung für einen RFID Transponder zur Verfügung zu stellen, welches
in einfacher Weise eine Anpassung der Antennenanordnung an unterschiedliche Hüllmaterialien
und die üblichen Schwankungen von deren Materialparameter erlaubt. Aufgabe der Erfindung
ist es ferner, eine breitbandige Lesereichweite und eine Reduzierung der geometrischen
Abmessungen des eingebetteten RFID Transponders zu erzielen.
[0011] Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der
Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung einer Antennenanordnung eines RFID Transponders
gelöst, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Grundgeometrie der Antennenanordnung
mit zumindest einem anpassbaren geometrischen Antennenanordnungsparameter, wobei zumindest
eine Lesereichweite des RFID Transponders von dem zumindest einen geometrischen Antennenanordnungsparameter
abhängt, Bestimmen zumindest eines Materialparameters eines Hüllmaterials, und Anpassen
des zumindest einen geometrischen Antennenanordnungsparameter in Abhängigkeit des
zumindest einen Materialparameters.
[0012] Im Gegensatz zum Stand der Technik werden für eine Abstimmung erfindungsgemäß keine
zusätzliche Elemente angeordnet, um gesetzliche Vorgaben unterschiedlicher geographischer
Regionen zu erfüllen, sondern es wird zumindest ein geometrischer Antennenanordnungsparameter
angepasst, um die Lesereichweite in Abhängigkeit eines Materialparameters eines Hüllmaterials
zu optimieren. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der zumindest eine geometrische
Antennenanordnungsparameter in Abhängigkeit des zumindest einen Materialparameters
derart angepasst wird, dass die Lesereichweite der Antennenanordnung optimiert, insbesondere
erhöht wird.
[0013] In einem ersten Schritt kann eine Grundgeometrie, also eine geometrische Standardform
oder Grundform, einer Antennenanordnung bereitgestellt werden. Diese Grundgeometrie
kann eindimensional als "Faden", zweidimensional als "Fläche" oder dreidimensional
als "Körper" auftreten. Die Grundgeometrie der Antennenanordnung wird durch geometrische
Antennenanordnungsparameter, wie die Form, Länge, Höhe, Breite, Dicke oder Abstand
zweier Abschnitte, bestimmt. Zumindest einer dieser geometrischen Antennenanordnungsparameter
kann anpassbar, also variabel bzw. einstellbar sein. Mit anderen Worten kann zumindest
ein Antennenanordnungsparameter bei der Herstellung der Antennenanordnung zur Abstimmung
der Antennenanordnung geändert werden. Es versteht sich, dass der zumindest eine anpassbare
Antennenanordnungsparameter im Spezialfall bei einer Anpassung auch unverändert bleiben
kann.
[0014] Gemäß der Erfindung wird die Antennenanordnung hinsichtlich eines Hüllmaterials optimiert,
mit dem zumindest die Antennenanordnung, insbesondere der gesamte RFID Transponder
umgeben bzw. von dem die Antennenanordnung umschlossen wird. Bei dem Hüllmaterial
kann es sich beispielsweise um das zu überwachende Objekt selber handeln. So kann
die Antennenanordnung, insbesondere der gesamte RFID Transponder, in einem Hüllmaterial
eingebettet sein. Bevorzugt kann es sich bei dem Hüllmaterial um ein nicht metallisches
Festkörpermaterial, wie Faserstoffe, Pressstoffe, Gummiwerkstoffe, organische Isolierstoffe,
Vergussmassen, Füllmassen oder tierisches Gewebe, oder um eine Flüssigkeit, jedoch
nicht um gasförmige Stoffe, wie Luft, handeln. Durch eine Einbettung in ein Hüllmaterial
kann zum einen die Gefahr einer mechanischen Zerstörung reduziert werden. Wird der
RFID Transponder in ein Verbrauchsmaterial eingebettet, so kann ferner eine Überwachung
des Verbrauchsmaterials bis zur Entsorgung ermöglicht werden.
[0015] Es ist erkannt worden, dass die Hüllmaterialien die Lesereichweite von gebräuchlichen
Antennenanordnungen bzw. herkömmlichen RFID Transponder reduzieren. Ferner ist erkannt
worden, dass eine Lesereichweite durch eine Änderung der geometrischen Struktur, insbesondere
zumindest eines geometrischen Parameters der Antennenanordnung, optimiert, also erhöht
werden kann. Hierfür wird insbesondere der zumindest eine geometrische Antennenanordnungsparameter
in Abhängigkeit von zumindest einem ermittelten Materialparameter des Hüllmaterials
angepasst. Beispielsweise kann ein Längenparameter erhöht werden, gekürzt werden oder
im Spezialfall (wenn bereits ein optimaler Antennenanordnungsparameterwert für das
Hüllmaterial vorliegt) gleich bleiben. In ähnlicher Weise können gemäß anderen erfindungsgemäßen
Varianten andere Antennenanordnungsparameter angepasst werden.
[0016] Bei dem Materialparameter kann es sich insbesondere um einen Parameter handeln, der
die Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen beeinflusst.
[0017] Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Erfindung auch zwei oder mehr
Antennenanordnungsparameter anpassbar sein können und/oder zwei oder mehr Materialparameter
berücksichtigt werden können.
[0018] Erfindungsgemäß wird in einfacher Weise eine Antennenanordnung für ein Hüllmaterial
individuell zumindest hinsichtlich der Lesereichweite angepasst.
[0019] Gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung kann die Grundgeometrie
der Antennenanordnung eine Antenne umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Grundgeometrie
der Antennenanordnung ein Anpassungsnetzwerk umfassen. Insbesondere kann eine Grundgeometrie
ein mit der Antenne elektrisch verbundenes Anpassungsnetzwerk umfassen.
[0020] Der zumindest eine geometrisch anpassbare Antennenanordnungsparameter kann ein geometrischer
Parameter der Antenne oder ein geometrischer Parameter des Anpassungsnetzwerks sein.
Dies erhöht die Anzahl an möglichen anpassbaren Antennenanordnungsparametern, aus
denen geeignete ausgewählt werden können. Es versteht sich, dass die Antennenanordnung
auch mehr als eine Antenne umfassen kann.
[0021] Grundsätzlich können beliebige Grundgeometrien von Antennen und/oder Anpassungsnetzwerken
bereitgestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Antenne eine Dipolantenne,
insbesondere eine Bowtie-Antenne, sein. Dipolantennen eignen sich aufgrund ihres einfachen
Aufbaus und Betriebsweise in besonders vorteilhafter Weise als Antennen für RFID Transponder.
Grundsätzlich ist die Verwendung einer Vielzahl von unterschiedlichen Dipolantennen,
wie einer planaren log.-periodischen Antenne, einer Vivaldi Antenne, einer Spiralantenne
oder einer differentiellen elliptischen Antenne für eine (breitbandige) Antenne möglich.
Für den Einsatz als breitbandige Antenne eines RFID Transponders ist eine Bowtie-Antenne
besonders geeignet. Eine Bowtie-Antenne ist skalierbar und kann in unterschiedlichen
Frequenzbereichen betrieben werden. Darüber hinaus weist sie im Vergleich zu anderen
Dipolantenne eine vergleichsweise einfache Geometrie auf, die besonders einfach angepasst
werden kann.
[0022] Ferner kann das Anpassungsnetzwerk ein T-Anpassungsnetzwerk sein. Bei einem T-Anpassungsnetzwerk
kann es sich insbesondere um ein angepasstes T-Anpassungsnetzwerk handeln. Ein angepasstes
T-Anpassungsnetzwerk kann einen Kopplungsabschnitt zur elektrischen Kopplung mit einer
Antenne und zwei Schenkel bzw. zwei Verbindungsleiter zum elektrischen Verbinden mit
einer Schaltungsanordnung aufweisen. Zwischen den Schenkeln und dem Kopplungsabschnitt
kann beispielsweise ein Verbindungsabschnitt vorgesehen sein. Hierbei kann das T-Anpassungsnetzwerk
achsensymmetrisch gebildet sein. Ein T-Anpassungsnetzwerk zeichnet sich neben der
symmetrischen Ausbildung durch einen einfachen geometrischen Aufbau aus. Dieser Aufbau
bringt den Vorteil mit sich, dass eine Anpassung geometrischer Parameter in einfacher
Weise möglich ist.
[0023] Wie bereits beschrieben wurde, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Materialparameter
eines Hüllmaterials bestimmt, welcher z.B. die Ausbreitung der abgestrahlten elektromagnetischen
Welle beeinflussen kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann der zumindest eine Materialparameter des Hüllmaterials eine relative
Permittivität des Hüllmaterials oder eine relative Permeabilität des Hüllmaterials
oder eine Materialstärke des Hüllmaterials sein. Diese Materialparameter hängen (unmittelbar)
mit der Lesereichweite einer Antennenanordnung und dessen geometrischen Maßen zusammen.
Diese Materialparameter sind daher besonders geeignet, bei einer Anpassung der Geometrie
der Antennenanordnung berücksichtigt zu werden, um die Lesereichweite der Antennenanordnung
bzw. des RFID Transponders zu optimieren. Es versteht sich, dass auch zwei oder sämtliche
Materialparameter bestimmt werden können.
[0024] Die Bestimmung des zumindest einen Materialparameters kann auf verschiedene Weise
durchgeführt werden. So können entsprechende Werte bereits aus Tabellen des Stands
der Technik bekannt sein. Bei diesen Angaben handelt es sich jedoch in der Regel um
ungenaue Angaben, die unabhängig von der exakten Ausgestaltung des Hüllmaterials bestimmt
wurden. Für eine präzisere Bestimmung kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
der zumindest eine Materialparameter des Hüllmaterials messtechnisch bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Materialparameter rechnerisch bestimmt werden.
Neben einer reinen messtechnischen Bestimmung ist auch möglich, die Materialparameter
teilweise zu messen und die fehlenden Materialparameter durch eine Simulationsrechnung
zu ermitteln.
[0025] Ferner kann das Anpassen des zumindest einen geometrischen Antennenanordnungsparameters
in Abhängigkeit eines Transmissionskoeffizienten der Antennenanordnung durchgeführt
werden. Der Transmissionskoeffizient stellt insbesondere das Verhältnis zwischen der
Intensität der elektromagnetischen Wellen vor der Schaltungsanordnung, wie einem RFID
Chip (Ende des Anpassungsnetzwerks), und dem Inneren der Schaltungsanordnung dar.
Es sei angemerkt, dass die an einem Übergang zwischen Luft und Hüllmaterial auftretenden
Reflexionen bei geringen Permittivitätswerten im Allgemeinen vernachlässigt werden
können. Der Transmissionskoeffizient ist somit ein Maß für "durchgelassene" Intensität
und nimmt Werte zwischen 0 und 1 an. Die Lesereichweite einer Antenne hängt von dem
Transmissionskoeffizienten (unmittelbar) ab. Der Transmissionskoeffizient sollte bevorzugt
maximiert werden. Die Abhängigkeit des Transmissionskoeffizienten von dem Hüllmaterial
kann beispielsweise durch einen Materialparameter, wie der relativen Permittivität
des Hüllmaterials oder der relativen Permeabilität des Hüllmaterials oder der Materialstärke
des Hüllmaterials verändert werden. Eine Anpassung der Geometrie der Antennenanordnung
in Abhängigkeit des Transmissionskoeffizienten der Antennenanordnung führt zu einer
besonders guten Anpassung zwischen der Antenne und dem RFID-Chip und somit einer Erhöhung
der Lesereichweite.
[0026] Bevorzugt kann gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zumindest eine
Ausgangsimpedanz einer mit der Antennenanordnung elektrisch verbindbaren Schaltungsanordnung
ermittelt werden. Beispielsweise kann die frequenzabhängige und intensitätsabhängige
Ausgangsimpedanz gemessen werden. So kann mittels eines Netzwerkanalysators, bei Berücksichtigung
des Protokolls der Luftschnittstelle, die Ausgangsimpedanz bestimmt werden. Alternativ
kann der Wert der Ausgangsimpedanz auch aus einer Tabelle oder einem Datenblatt der
Schaltungsanordnung ausgelesen werden. Bei der Schaltungsanordnung kann es sich um
einen integrierten Schaltkreis handeln, wie einem RFID Chip.
[0027] Darüber hinaus kann der zumindest eine geometrische Antennenanordnungsparameter gemäß
einer weiteren Ausführungsform derart angepasst werden, dass eine komplexe Impedanz
der Antennenanordnung zumindest in einem vorgebbaren Frequenzbereich im Wesentlichen
mit der konjugiert komplexen Ausgangsimpedanz der Schaltungsanordnung übereinstimmt.
Der Transmissionskoeffizient der Antennenanordnung hängt von der Impedanz der Antennenanordnung,
insbesondere der Antennenimpedanz, und der Impedanz der Schaltungsanordnung ab. Eine
Übereinstimmung der komplexen Impedanz der Antennenanordnung mit der konjugiert komplexen
Ausgangsimpedanz der Schaltungsanordnung führt in einfacher Weise zu einer Maximierung
des Transmissionskoeffizienten. Dies erhöht wiederum die Lesereichweite der Antennenanordnung
bzw. des RFID Transponders.
[0028] Grundsätzlich kann der zumindest eine geometrische Antennenanordnungsparameter zur
Einstellung einer Vielzahl an Antennenparametern genutzt werden. Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung kann der zumindest eine Antennenanordnungsparameter zur Einstellung
einer Resonanzfrequenz der Antennenanordnung, die sich aufgrund eines Hüllmaterials
ändern kann, angepasst werden. Die Resonanzfrequenz kann in Abhängigkeit des Hüllmaterials
durch den zumindest einen geometrischen Antennenanordnungsparameter optimiert werden.
[0029] Alternativ oder zusätzlich kann der zumindest eine Antennenanordnungsparameter zur
Einstellung eines Imaginärteils der komplexen Impedanz der Antennenanordnung angepasst
werden. Auch der Imaginärteil kann durch das Hüllmaterial beeinflusst werden. Beispielsweise
kann der Antennenanordnungsparameter derart geändert werden, dass der Imaginärteil
der komplexen Impedanz der Antennenanordnung mit dem Imaginärteil der Ausgangsimpedanz
der Schaltungsanordnung mit umgekehrten Vorzeichen übereinstimmt.
[0030] Darüber hinaus kann alternativ oder zusätzlich der zumindest eine Antennenanordnungsparameter
zur Einstellung eines Realteils der komplexen Impedanz der Antennenanordnung angepasst
werden. Auch der Realteil kann durch das Hüllmaterial beeinflusst werden. Insbesondere
kann mittels des Antennenanordnungsparameters der Realteil der komplexen Impedanz
der Antennenanordnung derart eingestellt werden, dass dieser mit dem Realteil der
Ausgangsimpedanz der Schaltungsanordnung übereinstimmt.
[0031] Ferner kann alternativ oder zusätzlich der zumindest eine Antennenanordnungsparameter
zur Einstellung einer Amplitude des Realteils der komplexen Impedanz der Antennenanordnung
angepasst werden. Dies ermöglicht insbesondere eine Feinjustierung des Realteils.
[0032] Es ist erkannt worden, dass insbesondere bei einem angepassten und modifizierten
T-Anpassungsnetzwerk, welches einen Kopplungsabschnitt und ein Verbindungsabschnitt
umfasst, mittels einer Veränderung des Abstands zwischen einem Mittelpunkt des Kopplungsabschnitts
des Anpassungsnetzwerks und einem Mittelpunkt des Verbindungsabschnitts des Anpassungsnetzwerks
der Realteil angepasst werden kann. Es sei angemerkt, dass dieser Antennenanordnungsparameter
nur bei einem modifizierten T-Anpassungsnetzwerk existiert, welches einen Kopplungsabschnitt
und einen Verbindungsabschnitt umfasst. Bei herkömmlichen angepassten Anpassungsnetzwerken
existiert dieser Parameter nicht. Insbesondere ändert sich durch eine Änderung von
diesem Antennenanordnungsparameter (nur) der Realteil, während der Imaginärteil insbesondere
über einen weiten Frequenzbereich nahezu unverändert bleibt.
[0033] Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich der zumindest eine Antennenanordnungsparameter
zur Einstellung einer Reaktanz der komplexen Impedanz der Antennenanordnung angepasst
werden.
[0034] Es können wesentliche Antennenparameter der Antennenanordnung durch eine entsprechende
Anpassung eines oder mehrerer geometrischer Antennenanordnungsparameter an Materialparameter
des Hüllmaterial in einfacher Weise eingestellt und optimiert werden.
[0035] Darüber hinaus kann grundsätzlich eine Vielzahl an geometrischen Antennenanordnungsparametern
anpassbar gebildet werden. Für eine Optimierung der Lesereichweite einer Bowtie-Antenne
kann gemäß einer Ausführungsform in vorteilhafter Weise der zumindest eine Antennenanordnungsparameter
eine Länge der Bowtie-Antenne sein. Beispielsweise kann in einem ersten Abstimmungsschritt
diese Länge angepasst werden. Durch eine Änderung der Länge der Bowtie-Antenne kann
beispielsweise die Resonanzfrequenz der Antennenanordnung hinsichtlich des Hüllmaterials
angepasst werden.
[0036] Alternativ oder zusätzlich kann ferner gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Abstand
zwischen einem äußersten Punkt eines Schenkels des Anpassungsnetzwerks und einer Symmetrieachse
der Antennenanordnung angepasst werden.
[0037] Beispielsweise kann dieser geometrische Antennenanordnungsparameter (nach dem ersten
Schritt) in einem zweiten Schritt in Abhängigkeit des zumindest einen Materialparameters
angepasst werden. Beispielsweise kann durch eine geometrische Änderung des Abstands
zwischen dem äußersten Punkt eines Schenkels des Anpassungsnetzwerks und der Symmetrieachse
der Antennenanordnung ein Imaginärteil der komplexen Impedanz der Antennenanordnung
angepasst werden.
[0038] Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren Ausführungsform alternativ oder zusätzlich
vorgesehen sein, dass der Antennenanordnungsparameter eine Länge eines Verbindungsabschnitts
des Anpassungsnetzwerks ist. Vorzugsweise kann dieser Parameter (nach dem zweiten
Schritt) in einem dritten Schritt angepasst werden. So kann durch eine Änderung der
Länge des Verbindungsabschnitts beispielsweise eine (grobe) Anpassung des Realteils
der Impedanz der Antennenanordnung erfolgen.
[0039] Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Antennenanordnungsparameter
ein Abstand zwischen einem Mittelpunkt eines Kopplungsabschnitts des Anpassungsnetzwerks
und einem Mittelpunkt des Verbindungsabschnitts des Anpassungsnetzwerks sein. Die
beiden Mittelpunkte können aufgrund der achsensymmetrischen Ausgestaltung der Antennenanordnung
auf der Symmetrieachse der Antennenanordnung liegen. Vorzugsweise kann dieser Antennenanordnungsparameter
(nach dem dritten Schritt) in einem vierten Schritt angepasst werden. Beispielsweise
kann durch eine Änderung des Abstands zwischen dem Mittelpunkt des Kopplungsabschnitts
des Anpassungsnetzwerks und dem Mittelpunkt des Verbindungsabschnitts des Anpassungsnetzwerks
der Realteil der Antennenimpedanz in seiner Amplitude eingestellt werden. Diese Eigenschaft
des Anpassungsnetzwerkes ermöglicht die nahezu unabhängige Beeinflussung des Realteils
der Antennenimpedanz, ohne die Reaktanz der Antenne (stark) zu beeinflussen. Insbesondere
ist eine Feinabstimmung des Realteils der Antennenimpedanz möglich.
[0040] Der Antennenanordnungsparameter kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Durchmesser
eines Schenkels des Anpassungsnetzwerks sein. In einem fünften Schritt (nach dem vierten
Schritt) kann beispielsweise durch eine Änderung des Durchmessers der Schenkel, also
der Breite der Anschlussleitungen der Schaltungsanordnung, die Reaktanz der Antenne
bei geringer Beeinflussung des Realteils der Antennenimpedanz verändert werden.
[0041] Bevorzugt können gemäß einer Ausführungsform die zuvor genannten Antennenanordnungsparameter
in serieller Abfolge verändert werden. Hierdurch kann eine besonders gute Anpassung
der Antennenanordnung an ein Hüllmaterial erzielt werden. Es versteht sich, dass gemäß
anderen Varianten der Erfindung weitere oder andere Antennenanordnungsparameter angepasst
werden können und die einzelnen Schritte auch in einer anderen Reihenfolge durchgeführt
werden können.
[0042] Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Antennenanordnung
mit zumindest einem angepassten Antennenanordnungsparameter erzeugt werden. Beispielsweise
können die geometrischen Daten der angepassten Antennenanordnung von einer Datenverarbeitungsanlage
(unmittelbar) an eine Einrichtung zur Herstellung von Antennenanordnungen weitergeleitet
werden. Diese kann entsprechend den erhaltenen geometrischen Daten eine Antennenanordnung
beispielweise durch Bedrucken eines Substrats herstellen. Es kann eine Antennenanordnung
erzeugt werden, die für den Einsatz in einem bestimmten Hüllmaterial besonders geeignet
ist.
[0043] Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Computerprogramm
mit Instruktionen ausführbar auf einem Prozessor derart, dass eine Antennenanordnung
mittels des zuvor beschriebenen hergestellt wird.
[0044] Ferner wird die Aufgabe gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch ein
Computerprogrammprodukt umfassend ein Computerprogramm mit Instruktionen ausführbar
auf einem Prozessor derart, dass eine Antennenanordnung mittels des zuvor beschriebenen
Verfahrens hergestellt wird.
[0045] Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren, das
erfindungsgemäße Computerprogramm und das erfindungsgemäße
[0046] Computerprogrammprodukt auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu sei einerseits
verwiesen auf die dem Hauptanspruch nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf
die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der
Zeichnung zeigt:
- Fig. 1
- eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Grundgeometrie einer Antenne
gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2
- eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Grundgeometrie eines Anpassungsnetzwerks
gemäß der vorliegenden Erfindung für die Grundgeometrie einer Antenne gemäß Figur
1;
- Fig. 3
- eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Grundgeometrie einer Antennenanordnung
mit der Grundgeometrie einer Antenne gemäß Figur 1 und der Grundgeometrie eines Anpassungsnetzwerks
gemäß Figur 2;
- Figur 4
- ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung;
- Figur 5
- eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Antennenanordnung angebracht
an einer Papphülse; und
- Figur 6
- ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung.
[0047] Nachfolgend wird das Verfahren gemäß der Erfindung an einem Beispiel einer Bowtie-Antenne
mit einem geeigneten Anpassungsnetzwerk erläutert, welche für den Einsatz in einem
Hüllmaterial optimiert werden soll. Es versteht sich, dass das Verfahren gemäß der
Erfindung in entsprechender Weise bei anderen Antennenarten und anderen Anpassungsnetzwerken
angewendet werden kann. Insbesondere kann durch eine gezielte Einbettung eines RFID
Transponders in ein Hüllmaterial eine geometrisch verkleinerte, breitbandige und resonante
Antennenstruktur realisiert werden.
[0048] Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Antennengrundgeometrie
gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dem abgebildeten
[0049] Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Bowtie-AntennenGrundgeometrie 2. Eine
Bowtie-Antenne 2 ist eine Dipolantenne 2 mit zwei leitfähigen geteilten Polabschnitten
4a und 4b. Die Polabschnitte 4a und 4b können insbesondere (achsen)symmetrisch zueinander
gebildet sein. Eine Bowtie-Antenne 2 weist den Vorteil auf, dass aufgrund der relativ
einfach gehaltenen und robusten Geometrie hohe Fertigungstoleranzen zu gelassen werden
können. Hierdurch kann die Produktionsrate beispielsweise aufgrund eines schnelleren
Druckvorgangs gesteigert werden.
[0050] Ein Polabschnitt 4a, 4b der dargestellten Bowtie-Antenne 2 umfasst einen ersten Abschnitt
6a, 6b. Der erste Abschnitt 6a, 6b kann eine im Wesentlichen rechteckförmige Form
mit einer Breite W4 aufweisen. An diesen ersten Abschnitt 6a, 6b kann sich ein zweiter
Abschnitt 8a, 8b anschließen. Der zweite Abschnitt 8a, 8b kann im Wesentlichen durch
ein gleichschenkliges Trapez gebildet werden. Hierbei kann die kürzere Seite der beiden
parallelen Seiten des gleichschenkligen Trapezes eine Länge W4 entsprechend der Breite
W4 des ersten Abschnitts 6a, 6b aufweisen.
[0051] Die dargestellte Antennengrundgeometrie kann eine Länge L1 aufweisen. Hierbei ist
unter der Länge L1 die Strecke von einem äußeren Ende eines zweiten Abschnitts 8a
zum gegenüberliegenden äußeren Ende des anderen zweiten Abschnitts 8b zu verstehen.
Ferner ist die Strecke zwischen einem äußeren Ende eines ersten Abschnitts 6a zum
gegenüberliegenden äußeren Ende des anderen ersten Abschnitts 6b mit L2 bezeichnet.
[0052] In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Grundgeometrie eines Anpassungsnetzwerks
10 dargestellt, welche für die Bowtie-Antenne 2 gemäß Figur 1 geeignet ist. Bei dem
abgebildeten Anpassungsnetzwerk 10 handelt es sich um ein angepasstes und modifiziertes
T-Anpassungsnetzwerk. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, zeichnet sich ein
solches modifiziertes T-Anpassungsnetzwerk insbesondere durch den Antennenanordnungsparameter
M2 aus.
[0053] Zunächst kann der Figur 2 entnommen werden, dass das Anpassungsnetzwerk 10 achsensymmetrisch
um eine Symmetrieachse 22 gebildet ist.
[0054] Das Anpassungsnetzwerk 10 umfasst einen Kopplungsabschnitt 12. Dieser Kopplungsabschnitt
12 dient zur elektrischen Kopplung des Anpassungsnetzwerks 10 mit der Antenne 2. Insbesondere
kann der Kopplungsabschnitt 12 an den ersten Abschnitten 6a, 6b der Bowtie-Antenne
2 angebracht werden. Der Kopplungsabschnitt 12 kann rechteckförmig sein und zu den
ersten Abschnitten 6a, 6b der Antenne 2 korrespondieren. Hierbei kann die Breite W4
des Kopplungsabschnitts 12 im Wesentlichen der Breite W4 der ersten Abschnitte 6a,
6b der geteilten Polabschnitte 4a und 4b entsprechen.
[0055] An den Kopplungsabschnitt 12 kann ein Verbindungsabschnitt 14 angeordnet sein. Von
dem Verbindungsabschnitt 14 aus können sich zwei Schenkel 16a und 16b bzw. Verbindungsleitungen
16a und 16b erstrecken. Der Verbindungsabschnitt 14 kann als Übergangsbereich zwischen
den Schenkeln 16a, 16b und dem Kopplungsbereich 12 fungieren. Der Verbindungsabschnitt
14 weist eine Länge M1 auf. Hierbei ist die Länge M1 der Abstand zwischen den Anfängen
der beiden Verbindungsleitungen 16a, 16b. Ferner ist der Mittelpunkt des Verbindungsabschnitts
14, welcher auf der Symmetrieachse 22 liegt, von dem Mittelpunkt des Kopplungsabschnitts
12, welcher ebenfalls auf der Symmetrieachse 22 liegt, mit einem Abstand M2 beabstandet.
[0056] Die Schenkel 16a, 16b sind im Wesentlichen achsensymmetrisch zueinander. Ein Schenkel
16a, 16b kann in einen ersten mit dem Verbindungsabschnitt 14 verbundenen Abschnitt
18a, 18b und einen zweiten Abschnitt 20a, 20b unterteilt werden. Der Schenkel 16a,
16b weist im Wesentlichen über seine gesamte Länge einen im Wesentlichen gleichbleibenden
Durchmesser MD auf. Der erste Abschnitt 18a, 18b erstreckt sich leicht bogenförmig
zur Längsrichtung der Symmetrieachse 22 um eine Strecke M3.
[0057] An diesen ersten Abschnitt 18a, 18b schließt sich ein zweiter Abschnitt 20a, 20b
an. Nach einer im Wesentlichen 90° Biegung innerhalb einer Strecke M5 erstreckt sich
der zweite Abschnitt 20a, 20b in Richtung der Symmetrieachse 22. Mit anderen Worten
weisen die Enden der Schenkel 16a, 16b jeweils in Richtung der Symmetrieachse 22 und
liegen sich gegenüber.
[0058] Der Abstand des äußersten Punkts eines Schenkels 16a, 16b (vorliegend wird von der
Mittellinie eines Schenkels ausgegangen) zur Symmetrieachse 22 ist mit M4 bezeichnet.
Die Enden der Schenkel 16a, 16b sind mit einer Entfernung von MDICY von einander beabstandet.
Zwischen diesen Enden kann eine Schaltungsanordnung (nicht dargestellt), wie ein integrierter
Schaltkreis, angeordnet werden. Die Schaltungsanordnung kann elektrisch mit den Enden
der Schenkel 16a, 16b verbunden werden. Dann kann über die Antennenanordnung in gewünschter
Weise ein elektromagnetisches Feld abgestrahlt werden.
[0059] Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Grundgeometrie
einer Antennenanordnung 1 mit der Grundgeometrie einer Antenne gemäß Figur 1 und der
Grundgeometrie eines Anpassungsnetzwerks gemäß Figur 2.
[0060] Es ist erkannt worden, dass die Lesereichweite einer derartigen Antennenanordnung
1 von einem (nicht leitfähigen) Hüllmaterial, mit welchem die Antennenanordnung umgeben
sein kann, abhängt. Ein RFID Transponder kann z.B. von einem Feststoffmaterial oder
einem flüssigen Material vollständig umgeben sein, wobei dieses Hüllmaterial das Nahfeld
der Antennenanordnung beeinflusst und insbesondere die
[0061] Lesereichweite reduziert. Es versteht sich, dass zwischen dem Hüllmaterial und dem
RFID Transponder zumindest teilweise ein Luftspalt vorhanden sein kann. Beispielsweise
kann es sich bei dem Hüllmaterial um Faserstoffe, Pressstoffe, Gummiwerkstoffe, organische
Isolierstoffe, Vergussmassen, Füllmassen oder tierisches Gewebe, handeln. Es versteht
sich, dass ein RFID Transponder von verschiedenen Materialarten umgeben sein kann.
Beispielsweise kann die eine Seite des RFID Transponders von einem ersten Hüllmaterial
abgedeckt und die zweite Seite des RFID Transponders von einem anderen Hüllmaterial
abgedeckt sein.
[0062] Figur 4 offenbart ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Herstellung einer Antennenanordnung, die hinsichtlich des Hüllmaterials
zur Optimierung der Lesereichweite geometrisch angepasst ist. Dieses Verfahren kann
beispielsweise mittels einer geeigneten Datenverarbeitungsanlage, die entsprechende
Mittel zur Ausführung der einzelnen Verfahrensschritte aufweist, durchgeführt werden.
[0063] In einem ersten Schritt 401 wird eine Grundgeometrie einer Antennenanordnung 1 mit
zumindest einem einstellbaren bzw. anpassbaren geometrischen Antennenanordnungsparameter
bereitgestellt. Beispielsweise kann eine Grundgeometrie einer Bowtie-Antenne 2 mit
einem geeigneten Anpassungsnetzwerk 10 entsprechend den Figuren 1 bis 3 bereitgestellt
werden. Es versteht sich, dass auch andere Grundgeometrien von Antennenanordnungen
für RFID Transponder bereitgestellt werden können. Die Bowtie-Antenne 2 ist insbesondere
für einen Ultra-High-Frequency (UHF) RFID Transponder geeignet (860 MHz bis 960 MHz).
[0064] Wie bereits beschrieben wurde, weist die Grundgeometrie zumindest einen einstellbaren,
also anpassbaren, geometrischen Antennenanordnungsparameter auf. Grundsätzlich kann
jeder der in den Figuren 1 bis 2 dargestellten geometrischen Parameter herangezogen
werden. Dieser zumindest eine einstellbare geometrische Antennenanordnungsparameter
sollte dazu geeignet sein, zumindest die Lesereichweite zu beeinflussen, insbesondere
zu optimieren.
[0065] In einem nächsten Schritt 402 wird zumindest ein Materialparameter eines Hüllmaterials,
welches den RFID Transponder umgeben wird, bestimmt. Beispielsweise können eine relative
Permittivität und/oder eine relative Permeabilität und/oder eine Materialstärke, mit
der das Hüllmaterial den RFID Transponder umgeben wird, bestimmt werden. Grundsätzlich
lassen sich die Materialparameter rechnerisch oder messtechnisch oder aus einer zuvor
gespeicherten Tabelle, die die entsprechenden Werte aufweist, ermitteln.
[0066] Bevorzugt kann zumindest die relative komplexe Permittivität bestimmt werden. Die
relative komplexe Permittivität, die auch komplexe, frequenzabhängige Dielektrizitätszahl
genannt wird, ergibt sich aus folgender Gleichung:

wobei
ε'r der Realteil der relativen Permittivität,
ε"r der Imaginärteil der relativen Permittivität und tan
δ der dielektrische Verlustfaktor ist. Die relative komplexe Permittivität von Hüllmaterialien
kann beispielsweise durch so genannte Resonanzmethoden messtechnisch ermittelt werden.
[0067] Zusätzlich kann in dem Schritt 402 optional eine (komplexe) Ausgangsimpedanz einer
mit der Antennenanordnung 1 elektrisch verbindbaren Schaltungsanordnung, beispielsweise
ein RFID Chip, bestimmt werden. Diese Ausgangsimpedanz kann beispielsweise aus einer
zuvor ermittelten Tabelle oder messtechnisch ermittelt werden.
[0068] In einem nächsten Schritt 403 wird dann der zumindest eine anpassbare Antennenanordnungsparameter
in Abhängigkeit des zumindest einen Materialparameters angepasst. In Abhängigkeit
des zumindest einen Materialparameters kann der anpassbare Antennenanordnungsparameter
auf einen Wert eingestellt werden, der hinsichtlich der Lesereichweite optimal ist.
Bevorzugt können zwei oder mehr Materialparameter, die einen Einfluss auf die Lesereichweite
des RFID Transponders haben, berücksichtigt werden. Ferner können vorzugsweise zwei
oder mehr Antennenanordnungsparameter in entsprechender Weise angepasst werden.
[0069] Optional kann in dem letzten Schritt 404 eine entsprechende Antennenanordnung hergestellt
werden. Beispielsweise kann ein Substrat mit einer entsprechenden Antennenanordnung
aus einem leitfähigen Material, wie einem Metall, z.B. Kupfer, bedruckt werden. Ferner
kann die Schaltungsanordnung, wie ein RFID Chip, elektrisch mit der Antennenanordnung
verbunden werden. Der hergestellte RFID Transponder kann dann an/in dem Objekt in
bekannter Weise angeordnet, insbesondere eingebettet werden. Eine automatische Herstellung
einer auf ein Hüllmaterial individuelle abgestimmte Antennenanordnung kann erzielt
werden.
[0070] Nachfolgend wird eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand
eines speziellen Ausführungsbeispiels dargestellt. Insbesondere wird ein UHF RFID
Transponder betrachtet, der in eine Papphülse für Dekorpapier eingebettet werden soll.
[0071] Figur 5 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel. Die Antennenanordnung 1 bzw.
der RFID Transponder kann auf oder in der Papphülse 24 angeordnet werden. Die Papphülse
24 kann dazu vorgesehen sein, dass Papier 26, wie Dekorpapier, auf ihr aufgewickelt
werden kann. Wie zu erkennen ist, ist im vorliegenden Fall der RFID Transponder mit
der Antennenanordnung 1 vollständig von dem Hüllmaterial, vorliegend der Papphülse
24 und dem Dekorpapier 26, umgeben.
[0072] Nachfolgend wird anhand der Figur 6 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur
Herstellung einer Antennenanordnung 1, die für den Einsatz in einer Papphülse 24 mit
Dekorpapier 26 angepasst ist, näher erläutert.
[0073] Zunächst wird in einem ersten Schritt 601 eine Grundgeometrie einer Antennenanordnung
1 bereitgestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Bowtie-Antennenstruktur
2 mit einem angepassten und modifizierten T-Anpassungsnetzwerk 10 gemäß den Figuren
1 bis 3.
[0074] In einem nächsten Schritt 602 kann zumindest ein Materialparameter des Hüllmaterials
ermittelt werden. Vorzugsweise kann die relative Permittivität der Papphülse 24 und
die relative Permittivität des Dekorpapiers 26 ermittelt werden. Beispielsweise ergibt
sich eine relative Permittivität von
ε'r_papp = 2,43 und ein Verlustfaktor tanδ
papp = 0,13 für die Papphülse und eine relative Permittivität von
ε'r_dek von ungefähr 2,0 bis 4,0 und ein Verlustfaktor tanδ
dek von ungefähr 0,08 bis 0,25 für das Dekorpapier. Die exakten Werte dieser Parameter
für Dekorpapier hängen insbesondere von der genauen Zusammensetzung des Dekorpapiers
und weiteren Faktoren, wie der im Dekorpapier vorhandenen Feuchtigkeit ab. Es versteht
sich, dass es sich vorliegend nur um beispielhafte Näherungswerte handelt. Darüber
hinaus kann die jeweilige Materialstärke berücksichtigt werden.
[0075] Ferner können in einem weiteren Schritt 603 optional nicht geometrische Antennenanordnungsparameter,
wie das Antennenmaterial, z.B. Kupfer oder Aluminium, und die Dicke der Antenne, z.B.
20 µm (Berücksichtigung des Skin-Effekts), bestimmt werden.
[0076] Im nächsten Schritt 604 kann zunächst die Ausgangsimpedanz, insbesondere die konjugiert
komplexe Ausgangsimpedanz, der Schaltungsanordnung bestimmt werden. Beispielsweise
kann die Ausgangsimpedanz messtechnisch ermittelt oder Tabellen entnommen werden.
[0077] Es ist erkannt worden, dass eine Optimierung der Lesereichweite der Antennenanordnung
1 insbesondere bei Anpassung von fünf einstellbaren geometrischen Antennenanordnungsparametern
erzielt werden kann. Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten auch mehr oder
weniger geometrische Antennenanordnungsparameter herangezogen und angepasst werden
können.
[0078] Insbesondere können die folgenden Antennenanordnungsparameter bei der Grundgeometrie
der Antennenanordnung anpassbar sein: Die Länge L1 der Bowtie-Antenne, der Abstand
M4 zwischen dem äußersten Punkt eines Schenkels 16a, 16b und der Symmetrieachse 22,
die Längen M1 des Verbindungsabschnitts 14, der Abstand M2 auf der Symmetrieachse
22 zwischen dem Mittelpunkt des Kopplungsabschnitts 12 und dem Mittelpunkt des Verbindungsabschnitts
14 und der Durchmesser MD eines Schenkels 16a, 16b.
[0079] Die zuvor genannten geometrischen Antennenanordnungsparameter können im nächsten
Schritt 605 angepasst werden, um eine möglichst optimale Lesereichweite eines in einer
Papphülse 24 mit Dekorpapier 26 eingebetteten RFID Transponders zu erzielen. Dieser
Schritt 605 kann sich insbesondere in mehrere (serielle) Teilschritte 606 bis 609
unterteilen.
[0080] Bevor auf die einzelnen Teilschritte 606 bis 609 näher eingegangen wird, sollen zunächst
einige Ausführungen zur Lesereichweite einer Dipolantenne gemacht werden. Die Lesereichweite
einer Antenne ergibt sich durch folgende Formel:

wobei λ die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ist, P
t die von einer Schreib/Leseeinrichtung übertragene Leistung, G
t der Antennengewinn der Leseantenne, G
r der Antennengewinn der Antenne des RFID Transponders, P
r_
min die minimale Energie der Schaltungsanordnung,
τ der Transmissionskoeffizient und p die Polarisationsverluste.
[0081] Die Lesereichweite hängt insbesondere von dem frequenzabhängigen Transmissionskoeffizienten
τ der Energie ab, der die Effizienz der Leistungsanpassung zwischen der Schaltungsanordnung
und der Antennenanordnung beschreibt. Der Transmissionskoeffizient
τ ergibt sich aus folgender Gleichung

wobei Z
A=R
A+jX
A die Antennenanordnungsimpedanz, Z
C=R
C+jX
C die Ausgangsimpedanz der Schalungsanordnung, P
C die Versorgungsleistung, P
C_max die maximale Versorgungsleistung ist, R der Realteil der Impedanz Z und X der Imaginärteil
der Impedanz Z ist.
[0082] Der Transmissionskoeffizient
τ ist maximal, wenn das Verhältnis der Impedanzen Z
A und Z
C konjugiert komplex zueinander ist. Hierbei hängt jedoch die Impedanz Z
A von dem Hüllmaterial ab, welches die Antennenanordnung umgibt.
[0083] Um eine optimal auf das Hüllmaterial angepasste Antennenanordnung zu erzielen, können
beispielsweise die Teilschritte 606 bis 609 durchgeführt werden. In einem ersten Teilschritt
606 kann die Antennenanordnung 1 mit Hilfe des Antennenanordnungsparameters L1 auf
die Wellenlänge der weltweiten RFID Frequenzen im Hüllmaterial, also dem Umgebungsmaterial
angepasst werden (vgl. Fig. 7).
[0084] Figur 7 zeigt den Realteil 28 der Antennenanordnungsimpedanz und den Imaginärteil
30 der Antennenanordnungsimpedanz. Ferner sind die Verläufe für verschiedene Werte
von L1 in Abhängigkeit des Hüllmaterials beispielhaft dargestellt. Hierfür kann die
nahe Umgebung des RFID Transponders im Bereich des reaktiven- und abstrahlenden Nahfeldes
der Antenne integriert werden. Mit Hilfe des Parameters L1 kann die Resonanz der Impedanz
der Transponderantenne auf den gewünschten Frequenzbereich eingestellt werden.
[0085] Beispielsweise kann das Maximum des Realteils der Antennenimpedanz auf circa 910
MHz eingestellt werden.
[0086] Dann kann im (nachfolgenden) zweiten Schritt 607 der Imaginärteil der Antennenimpedanz
über den
[0087] Antennenanordnungsparameter M4 auf den Betrag des Imaginärteils der Ausgangsimpedanz
der Schaltungsanordnung eingestellt werden (vgl. Fig. 8). In Figur 8 sind der Realteil
28 der Antennenanordnungsimpedanz und der Imaginärteil 30 der Antennenanordnungsimpedanz
dargestellt. Ferner sind die Verläufe für verschiedene Werte von M4 in Abhängigkeit
des Hüllmaterials beispielhaft dargestellt. Durch die Veränderung der Länge der seriellen
Induktivitäten des Anpassungsnetzwerkes (Parameter M4) kann der Imaginärteil der Antenne
in einfacher Weise an die Impedanz der Schaltungsanordnung angepasst werden. Hierbei
kann auch der Realteil der Impedanz beeinflusst werden.
[0088] Ferner kann eine grobe Einstellung des Realteils der Antennenimpedanz durch den Parameter
M1 erfolgen (vgl. Fig. 9). Dies kann in einem zusätzlichen Schritt oder gleichzeitig
mit der Einstellung des Parameters M4 erfolgen. Figur 9 zeigt den Realteil 28 der
Antennenanordnungsimpedanz und den Imaginärteil 30 der Antennenanordnungsimpedanz.
Ferner sind die Verläufe für verschiedene Werte von M1 in Abhängigkeit des Hüllmaterials
beispielhaft dargestellt.
[0089] Anschließend kann eine Feinabstimmung des Realteils der Antennenimpedanz erfolgen
(Schritt 608). Beispielsweise kann dies mittels des Antennenanordnungsparameter M2
erfolgen. Bei dieser Abstimmung ist es vorteilhaft, dass das Maximum des Realteils
auf ca. 135 % des Realteils der Schaltungsanordnung eingestellt wird (vgl. Fig. 10).
Figur 10 stellt den Realteil 28 der Antennenanordnungsimpedanz und den Imaginärteil
30 der Antennenanordnungsimpedanz dar. Ferner sind die Verläufe für verschiedene Werte
von M2 in Abhängigkeit des Hüllmaterials beispielhaft dargestellt.
[0090] In einem vierten Schritt 609 kann mit dem Antennenanordnungsparameter MD die Antennenreaktanz
bei ca. 910 MHz auf den Betrag der Reaktanz der Schaltungsanordnung eingestellt werden
(vgl. Fig. 11). Figur 11 stellt den Realteil 28 der Antennenanordnungsimpedanz und
den Imaginärteil 30 der Antennenanordnungsimpedanz dar. Ferner sind die Verläufe für
verschiedene Werte von MD in Abhängigkeit des Hüllmaterials beispielhaft dargestellt.
[0091] Es versteht sich, dass gemäß weiteren Varianten der vorliegenden Erfindung die zuvor
beschriebenen Teilschritte 606 bis 609 auch in einer anderen Reihenfolge abgearbeitet
werden können oder auch einzelne Teilschritte entfallen können. Jedoch haben Tests
gezeigt, dass besonders gute Resultate bei der zuvor beschriebenen Reihenfolge der
Schritte 606 bis 609 erzielt werden können.
[0092] Beispielsweise können für eine Optimierung der Lesereichweite folgende Antennenanordnungsparameter
in Millimetern ergeben.
L1 |
L2 |
W1 |
W4 |
M1 |
M2 |
M3 |
M4 |
M5 |
M10 |
MDICY |
MD |
78 |
20 |
25 |
3 |
14 |
2,6 |
6,8 |
9 |
1 |
5,4 |
5 |
2 |
[0093] In dem letzten Schritt 610 können die zuvor bestimmten Werte beispielsweise von der
Datenverarbeitungsanlage an eine Maschine zur Herstellung von Antennenanordnungen
übergeben werden. Diese kann dann entsprechend den geometrischen Daten eine Antennenanordnung
herstellen. Grundsätzlich sind verschiedene Herstellverfahren bekannt. So kann die
Antennenanordnung auf ein nicht leitfähiges Substrat aufgedruckt werden.
[0094] Es sei noch angemerkt, dass die Lesereichweite eines RFID Transponders neben dem
Transmissionskoeffizienten auch von der Richtcharakteristik des Antennengewinns und
der Frequenz abhängt. Der Antennengewinn einer UHF-RFID-Transponderantenne kann ebenfalls
durch das Umgebungsmaterial beeinflusst werden. Der Antennengewinn konzentriert sich
in die Richtung, in der sich mehr Material mit einer entsprechenden Permittivität
befindet. Zur Ermittlung der möglichen Lesereichweite kann auch dieser Einfluss berücksichtigt
werden, wie Gleichung 2 entnommen werden kann.
[0095] Der insbesondere in der Figur 5 vorgestellte RFID Transponder, wurde in der Realität
in einem Absorberraum vermessen und damit die Simulationsergebnissen validiert. Außerdem
bestätigten Versuche in der Praxis die hohe Leistungsfähigkeit des eingebetteten RFID
Transponders.
1. Verfahren zur Herstellung einer Antennenanordnung (1) eines RFID Transponders umfassend:
- Bereitstellen einer Grundgeometrie der Antennenanordnung (1) mit zumindest einem
anpassbaren geometrischen Antennenanordnungsparameter, wobei zumindest eine Lesereichweite
des RFID Transponders von dem zumindest einen geometrischen Antennenanordnungsparameter
abhängt,
- Bestimmen zumindest eines Materialparameters eines Hüllmaterials (24, 26) und
- Anpassen des zumindest einen geometrischen Antennenanordnungsparameter in Abhängigkeit
des zumindest einen Materialparameters.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grundgeometrie der Antennenanordnung (1) eine
Antenne (2) umfasst und/oder die Grundgeometrie der Antennenanordnung (1) ein Anpassungsnetzwerk
(10) umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Antenne (2) eine Dipolantenne, insbesondere eine
Bowtie-Antenne, ist, und/oder
das Anpassungsnetzwerk (10) ein T-Anpassungsnetzwerk ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Materialparameter
des Hüllmaterials (24, 26) eine relative Permittivität des Hüllmaterials (24, 26)
oder eine relative Permeabilität des Hüllmaterials (24, 26) oder eine Materialstärke
des Hüllmaterials (24, 26) ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bestimmen des zumindest einen
Materialparameters des Hüllmaterials (24, 26) messtechnisch und/oder rechnerisch erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Anpassen des zumindest einen
geometrischen Antennenanordnungsparameters in Abhängigkeit eines Transmissionskoeffizienten
der Antennenanordnung (1) durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend Ermitteln einer Ausgangsimpedanz
einer mit der Antennenanordnung (1) elektrisch verbindbaren Schaltungsanordnung.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der zumindest eine geometrische Antennenanordnungsparameter
derart angepasst wird, dass eine komplexe Impedanz der Antennenanordnung (1) zumindest
in einem vorgebbaren Frequenzbereich im Wesentlichen mit der konjugiert komplexen
Ausgangsimpedanz der Schaltungsanordnung übereinstimmt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Antennenanordnungsparameter
zur Einstellung einer Resonanzfrequenz der Antennenanordnung (1) angepasst wird, und/oder
wobei der zumindest eine Antennenanordnungsparameter zur Einstellung eines Imaginärteils
der komplexen Impedanz der Antennenanordnung (1) angepasst wird, und/oder wobei der
zumindest eine Antennenanordnungsparameter zur Einstellung eines Realteils der komplexen
Impedanz der Antennenanordnung (1) angepasst wird, und/oder wobei der zumindest eine
Antennenanordnungsparameter zur Einstellung einer Amplitude des Realteils der komplexen
Impedanz der Antennenanordnung (1) angepasst wird, und/oder
wobei der zumindest eine Antennenanordnungsparameter zur Einstellung einer Reaktanz
der komplexen Impedanz der Antennenanordnung (1) angepasst wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche, wobei der zumindest eine Antennenanordnungsparameter
eine Länge (L1) der Bowtie-Antenne ist, oder
wobei der zumindest eine Antennenanordnungsparameter ein Abstand (M4) zwischen einem
äußersten Punkt eines Schenkels (16a, 16b) des Anpassungsnetzwerks (10) und einer
Symmetrieachse der Antennenanordnung (1) ist, oder wobei der zumindest eine Antennenanordnungsparameter
eine Länge (M1) eines Verbindungsabschnitts (14) des Anpassungsnetzwerks (10) ist,
oder
wobei der zumindest eine Antennenanordnungsparameter ein Abstand (M2) zwischen einem
Mittelpunkt eines Kopplungsabschnitts (12) des Anpassungsnetzwerks (10) und einem
Mittelpunkt des Verbindungsabschnitts (14) des Anpassungsnetzwerks (10) ist, oder
wobei der zumindest eine Antennenanordnungsparameter ein Durchmesser (MD) eines Schenkels
(16a, 16b) des Anpassungsnetzwerks (10) ist.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend Erzeugen der Antennenanordnung
(1) mit zumindest einem angepassten Antennenanordnungsparameter.
12. Computerprogramm mit Instruktionen ausführbar auf einem Prozessor derart, dass eine
Antennenanordnung mittels des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 11 hergestellt
wird.
13. Computerprogrammprodukt umfassend ein Computerprogramm mit Instruktionen ausführbar
auf einem Prozessor derart, dass eine Antennenanordnung mittels des Verfahrens nach
einem der Patentansprüche 1 bis 11 hergestellt wird.