DE69707024T2

DE69707024T2 - Passive x-y-z antenna for an answering device

Info

Publication number: DE69707024T2
Application number: DE1997607024
Authority: DE
Inventors: Josef H. Schuermann
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 1996-01-02
Filing date: 1997-01-02
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2017-01-03
Also published as: EP0783190A1; EP0783190B1; DE69707024D1

Description

Technical field of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Transpondereinheit zum Kommunizieren mit einer Abfrageeinheit durch Aussenden von HF-Signalen und zum Empfangen von HF-Signalen zu bzw. von der Abfrageeinheit.The invention relates to a transponder unit for communicating with an interrogation unit by transmitting RF signals and for receiving RF signals to or from the interrogation unit.

Background of the invention

Solche Transpondereinheiten in Kombination mit Abfrageeinheiten eignen sich für viele Anwendungen einschließlich solchen, bei denen entweder der Transponder oder die Kommunikationseinheit beweglich ist, wobei etwa die Transpondereinheit oder die Leseeinheit oder beide von einer Person, in einem Automobil oder einem anderen beweglichen Fahrzeug mitgeführt werden oder an einem Tier befestigt sind. Bei Verwendung in dieser Art von Anwendungen sollte die Transpondereinheit HF-Trägersignale wirksam empfangen und senden können, wenn sie irgendeiner beliebigen Richtung und in beliebigen Abständen relativ zur Abfrageeinheit ausgerichtet ist.Such transponder units in combination with interrogation units are suitable for many applications including those in which either the transponder or the communication unit is movable, such as where the transponder unit or the reading unit or both are carried by a person, in an automobile or other movable vehicle, or are attached to an animal. When used in these types of applications, the transponder unit should be able to effectively receive and transmit RF carrier signals when oriented in any direction and at any distance relative to the interrogation unit.

In EP-A-0 689 301 ist eine Transpondereinheit beschrieben, die mit zwei Antennen ausgestattet ist, die ein dipolartiges Strahlungsdiagramm haben und im Bezug zueinander bezüglich der Richtung ihrer Strahlungsdiagrammaxima in zwei senkrechten Richtungen ausgerichtet sind. Bei dieser Transpondereinheit ist ein Schalter vorgesehen, der den Empfangsteil der Einheit abhängig vom Pegel der empfangenen HF-Signale mit der einen oder der anderen der zwei Antennen verbindet. Dies bedeutet, daß nur eine der zwei Antennen aktiv ist, so daß kein echtes richtwirkungsfreies Strahlungsdiagramm existiert. Die Transpondereinheit bewirkt eine "Abtastung" der Umgebung durch Umschalten von einer der Antennen zur anderen. Das Umschalten erfordert zusätzliche Steuerschaltungen zum Bewerten des Pegels der empfangenen Signale und zum Erzeugen eines Steuersignals, mit dessen Hilfe das Umschalten von einer Antenne zur anderen bewirkt werden kann. Die in dem zuvor genannten Dokument beschriebene Transpondereinheit enthält keine Mittel zum Erzeugen ihrer eigenen Versorgungsspannung aus den empfangenen HF-Signalen.EP-A-0 689 301 describes a transponder unit which is equipped with two antennas which have a dipole-like radiation pattern and are oriented in two perpendicular directions with respect to each other with respect to the direction of their radiation pattern maxima. In this transponder unit a switch is provided which connects the receiving part of the unit to one or the other of the two antennas depending on the level of the received RF signals. This means that only one of the two antennas is active, so that no real non-directional radiation pattern exists. The transponder unit effects a "scan" of the environment by switching from one of the antennas to the other. The switching requires additional control circuits for evaluating the level of the received signals and for generating a control signal by means of which switching from one antenna to the other can be effected. The transponder unit described in the above-mentioned document comprises no means to generate their own supply voltage from the received RF signals.

In DE-A-29 48 033 ist ein Antennensystem beschrieben, das zwei längliche Ferritantennen enthält, die in bezug zueinander in zwei senkrechten Richtungen ausgerichtet sind, so daß ein Rundstrahldiagramm erzielt wird. Die Antennenspulen sind jedoch so miteinander gekoppelt, daß ein kritisch gekoppeltes Bandfilter entsteht. Dieses Antennensystem ist für den Einsatz in einem Empfänger für den Empfang von Zeitsignalen zum Synchronisieren funkgesteuerter Uhren bestimmt.DE-A-29 48 033 describes an antenna system that contains two elongated ferrite antennas that are aligned in two perpendicular directions with respect to each other so that an omnidirectional pattern is achieved. However, the antenna coils are coupled to each other in such a way that a critically coupled band filter is created. This antenna system is intended for use in a receiver for receiving time signals for synchronizing radio-controlled clocks.

Summary of the invention

Es besteht ein Bedarf für eine Transpondereinheit, mit deren Hilfe HF-Signale zu einer entfernten Abfrageeinheit gesendet oder von dieser empfangen werden können, wenn diese Einheiten in vielen verschiedenen Richtungen und Abständen relativ zueinander ausgerichtet sind. Gemäß der Erfindung wird eine Transpondereinheit der oben beschriebenen Art geschaffen, die durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet ist.There is a need for a transponder unit that can transmit RF signals to or receive them from a remote interrogator unit when these units are oriented in many different directions and distances relative to each other. According to the invention, a transponder unit of the type described above is provided, which is characterized by the features of the characterizing part of claim 1.

Aufgrund der Verwendung von drei Antennenspulen kann die Transpondereinheit in wirksamer Weise unabhängig von der Orientierung der Transpondereinheit bezüglich der Abfrageeinheit HF-Signale empfangen. Durch die Verwendung der Resonanzkreise und der Dioden können darüber hinaus von den empfangenen HF-Signalen Gleichspannungen abgeleitet werden, die einander überlagert und addiert werden, damit eine einzige Versorgungsspannung für die Transpondereinheit erzeugt wird.Due to the use of three antenna coils, the transponder unit can effectively receive RF signals regardless of the orientation of the transponder unit with respect to the interrogation unit. Furthermore, by using the resonant circuits and the diodes, DC voltages can be derived from the received RF signals, which are superimposed and added to produce a single supply voltage for the transponder unit.

Short description of the drawing figures

Fig. 1 zeigt ein Diagramm einer Ausrichtung einer Antenne nach der Erfindung;Fig. 1 shows a diagram of an orientation of an antenna according to the invention;

Fig. 2 zeigt eine Antennenanordnung nach der Erfindung,Fig. 2 shows an antenna arrangement according to the invention,

Fig. 2A zeigt eine Alternativausführung einer Antennenanordnung,Fig. 2A shows an alternative embodiment of an antenna arrangement,

Fig. 2B zeigt eine weitere Alternativausführung einer Antennenanordnung;Fig. 2B shows another alternative embodiment of an antenna arrangement;

Fig. 3 zeigt in Serie geschaltete Antennenausgangsschaltungen,Fig. 3 shows antenna output circuits connected in series,

Fig. 3A ist ein Blockschaltbild der Serienschaltung,Fig. 3A is a block diagram of the series circuit,

Fig. 3B ist ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführung mit in Serie geschalteten Ausgangsschaltungen;Fig. 3B is a block diagram of an alternative embodiment with series-connected output circuits;

Fig. 4 zeigt parallel geschaltete Antennenausgangsschaltungen,Fig. 4 shows parallel connected antenna output circuits,

Fig. 4A ist ein Blockschaltbild der Parallelschaltung,Fig. 4A is a block diagram of the parallel circuit,

Fig. 4B ist ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführung mit parallel geschalteten Ausgangsschaltungen;Fig. 4B is a block diagram of an alternative embodiment with parallel output circuits;

Fig. 5 zeigt eine Reaktanzmodulatorschaltung für die Verwendung mit der Erfindung; und IFig. 5 shows a reactance modulator circuit for use with the invention; and I

Fig. 6 zeigt eine aktive Oszillatorschaltung für die Verwendung mit der Erfindung.Fig. 6 shows an active oscillator circuit for use with the invention.

Detailed description of the invention

Fig. 1 ist eine grafische Darstellung einer Anordnung von Antennen gemäß der Erfindung. Wie aus dem Diagramm von Fig. 1 zu erkennen ist, enthält eine Ausführung der Erfindung eine Luftspule 10, die hier in der Y-Richtung ausgerichtet ist, sowie eine oder mehrere Ferritspulenantennen. Fig. 1 zeigt zwei solche Ferritspulenantennen 12 und 14, die in der X-Richtung bzw. der Z-Richtung ausgerichtet sind. Die Ferritantennen sind daher etwa im Winkel von 90º relativ zueinander und bezüglich der Luftspule 10 ausgerichtet. Die Ferritantennen 12 und 14 können herkömmlich aufgebaut sein, beispielsweise wie Antennen, die in herkömmlichen Kraftfahrzeugtranspondern verwendet werden.Fig. 1 is a diagrammatic representation of an arrangement of antennas according to the invention. As can be seen from the diagram of Fig. 1, an embodiment of the invention includes an air coil 10, which is here oriented in the Y direction, and one or more ferrite coil antennas. Fig. 1 shows two such ferrite coil antennas 12 and 14, which are oriented in the X direction and the Z direction respectively. The ferrite antennas are therefore oriented at approximately 90° relative to each other and to the air coil 10. The ferrite antennas 12 and 14 can be of conventional construction, for example like antennas used in conventional automotive transponders.

Es ist zu erkennen, daß die Erfindung nachfolgend zwar unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben wird, in dem die Antennen im Winkel von etwa 90º relativ zueinander ausgerichtet sind, jedoch können die exakte Orientierung und Ausrichtung der Antennen je nach Bedarf zur Anpassung an unterschiedliche Bedingungen und Umstände eingestellt oder modifiziert werden. Der Fachmann kann erkennen, daß gewisse Anwendungen existieren können, in denen ein zufriedenstellendes Verhalten erzielt werden kann, wenn die Antennen in anderen Winkeln als 90º relativ zueinander ausgerichtet sind.It will be appreciated that although the invention is described below with reference to an embodiment in which the antennas are aligned at an angle of approximately 90° relative to one another, the exact orientation and alignment of the antennas can be adjusted or modified as required to adapt to different conditions and circumstances. Those skilled in the art will appreciate that There may be certain applications in which satisfactory performance can be achieved when the antennas are oriented at angles other than 90º relative to each other.

Die einzelne Luftspule 10 und die Ferritantennenspulen 12 und 14 haben ein dipolartiges Strahlungsdiagramm mit Maxima und Minima.The single air coil 10 and the ferrite antenna coils 12 and 14 have a dipole-like radiation pattern with maxima and minima.

Es ist ein technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß durch Orientieren der Antennen in dieser Anordnung und durch Koppeln der Antennen entsprechend der nachfolgenden Beschreibung eine Transpondereinheit HF-Trägersignale effektiv empfangen und rekonstruieren kann, die in jeder Richtung relativ zum Transponder gerichtet sind, wobei nur eine minimale Verschlechterung eintritt. Bei herkömmlichen Anordnungen mit einer Antenne mit dipolartigen Strahlungsdiagrammen mit Maxima und Minima, die in einer einzigen Ebene oder Achse verlaufen, ändert sich die Stärke des empfangenen HF-Signals abhängig davon, ob die Antenne richtig in der Signalebene ausgerichtet ist. Auch wenn die Antenne nahe eines Maximums des Trägersignals angeordnet ist, kann die Fähigkeit der Antenne, das Signal richtig zu empfangen, beträchtlich reduziert sein, wenn die Antenne nicht richtig bezüglich der Signalebene ausgerichtet ist.It is a technical advantage of the present invention that by orienting the antennas in this arrangement and by coupling the antennas as described below, a transponder unit can effectively receive and reconstruct RF carrier signals directed in any direction relative to the transponder with minimal degradation. In conventional arrangements having an antenna with dipole-like radiation patterns with maxima and minima extending in a single plane or axis, the strength of the received RF signal varies depending on whether the antenna is properly aligned in the signal plane. Even if the antenna is located near a maximum of the carrier signal, the ability of the antenna to properly receive the signal can be significantly reduced if the antenna is not properly aligned with respect to the signal plane.

Eine gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Transponderantenne eignet sich daher für einen weiten Bereich von Anwendungen, für die herkömmliche Antennenanordnungen ungeeignet sind, beispielsweise Anwendungen, bei denen entweder der Transponder oder die Leseeinheit oder auch beide relativ zueinander beweglich sind, einschließlich beispielsweise solcher Anwendungen, bei denen die Transponder- oder Leseeinheiten an Fahrzeugen befestigt oder von Personen mitgeführt werden.A transponder antenna constructed in accordance with the present invention is therefore suitable for a wide range of applications for which conventional antenna arrangements are unsuitable, for example applications in which either the transponder or the reading unit or both are movable relative to one another, including, for example, those applications in which the transponder or reading units are attached to vehicles or carried by persons.

In einer Alternativausführung kann eine Luftspule mit einer Ferritantennenspule kombiniert werden, um eine Richtungsabhängigkeit in zwei Ebenen, beispielsweise X + Y, X + Z oder Z + Y zu erhalten. Es können aber auch mehr als drei Antennen zur Verbesserung der Richtwirkung verwendet werden.In an alternative design, an air coil can be combined with a ferrite antenna coil to obtain directionality in two planes, for example X + Y, X + Z or Z + Y. However, more than three antennas can also be used to improve the directivity.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel mit drei Antennen 10, 12 und 14, die in einer Transpondereinheit angebracht sind, um die Anordnung zu erhalten, die grafisch in Fig. 1 dargestellt ist. Wie gezeigt ist, verlaufen die Längsachsen der Ferritspulenantennen 12 und 14 in der X- bzw. Z-Richtung. Die Flußrichtung von Ferritspulenantennen verläuft längs ihrer Längsachse (in einer Richtung relativ zur Spule, die durch die "rechte-Hand-Regel" angegeben ist, oder parallel zur "Tonne" der allgemein rohrförmigen Spule), so daß eine Ausrichtung der Spulen 12 und 14 längs dieser Achsen diese Spulen 12 und 14 veranlaßt, HF-Trägersignale längs der X- bzw. Z-Achse zu senden und zu empfangen.Fig. 2 shows an example with three antennas 10, 12 and 14 mounted in a transponder unit to obtain the arrangement shown graphically in Fig. 1. As shown, the longitudinal axes of the ferrite coil antennas 12 and 14 extend in the X and Z directions, respectively. The direction of flow of ferrite coil antennas is along their longitudinal axis (in a direction relative to the coil specified by the "right hand rule" or parallel to the "barrel" of the generally tubular coil), so that alignment of coils 12 and 14 along these axes causes coils 12 and 14 to transmit and receive RF carrier signals along the X and Z axes, respectively.

Die Luftspule 10 ist in der Transpondereinheit so angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Luftspule 10 ist eine allgemeine flache, ebene Spule, die so wirkt, daß die Flußrichtung (die Ebene, in der Signale von der Spule gesendet und empfangen werden) senkrecht zur Spulenebene verläuft.The air coil 10 is arranged in the transponder unit as shown in Fig. 2. The air coil 10 is a generally flat, planar coil which acts so that the direction of flow (the plane in which signals are transmitted and received by the coil) is perpendicular to the coil plane.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist es ein technischer Vorteil der gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, daß die allgemein flache ebene Form der Luftspule 10 ermöglicht, die Antennen 10, 12 und 14 so anzuordnen, daß die Ferritspulen 12 und 14 allgemein in der gleichen Ebene wie die Luftspule 10 liegen, so daß die Antennenanordnung nur wenig Platz einnimmt. Da die in Fig. 2 dargestellt Anordnung nicht viel Platz in der Y-Richtung einnimmt, kann die Spulenanordnung der vorliegenden Erfindung daher in kleineren und dünneren (beispielsweise in der Hand zu haltenden) Transpondern benützt werden, als dies bei herkömmlichen Antennenanordnungen der Fall ist, während der Transponder trotzdem in wirksamer Weise richtwirkungsfrei senden und empfangen kann.As can be seen in Fig. 2, it is a technical advantage of the illustrated embodiment of the present invention that the generally flat planar shape of the air coil 10 allows the antennas 10, 12 and 14 to be arranged so that the ferrite coils 12 and 14 lie generally in the same plane as the air coil 10, so that the antenna arrangement takes up little space. Since the arrangement shown in Fig. 2 does not take up much space in the Y direction, the coil arrangement of the present invention can therefore be used in smaller and thinner (e.g. hand-held) transponders than is the case with conventional antenna arrangements, while still allowing the transponder to effectively transmit and receive in a non-directional manner.

Fig. 2A und 2B zeigen Alternativausführungen der vorliegenden Erfindung, bei denen nur eine Ferritspulenantenne in Kombination mit der Luftspule 10 vorgesehen ist. Fig. 2A zeigt die Luftspule 10 mit einer Ausrichtung in der Z-Richtung in Kombination mit einer Ferritspulenantenne, die in der Y-Richtung ausgerichtet ist. Fig. 2B zeigt eine Luftspule 10, die in der Z-Richtung ausgerichtet ist, in Kombination mit einer Ferritspulenantenne, die in der X-Richtung ausgerichtet ist. Die Ausrichtung der in den Fig. 2, 2A und 2B dargestellten Antennen könnte jedoch geändert werden, ohne das vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.Fig. 2A and 2B show alternative embodiments of the present invention in which only a ferrite coil antenna is provided in combination with the air coil 10. Fig. 2A shows the air coil 10 oriented in the Z direction in combination with a ferrite coil antenna oriented in the Y direction. Fig. 2B shows an air coil 10 oriented in the Z direction in combination with a ferrite coil antenna oriented in the X direction. However, the orientation of the antennas shown in Figs. 2, 2A and 2B could be changed without departing from the scope of the present invention.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Anordnungen von Resonanzkreisen, die mit den in Fig. 2 dargestellten Antennen verwendet werden können. Jeder Resonanzkreis enthält allgemein eine Spule, einen Kondensator und eine Diode. Jede der Antennen 10, 12 und 14 ist unabhängig mit einem eigenen Resonanzkreis verbunden, und die drei Resonanzkreise sind entweder seriell gemäß Fig. 3 oder parallel gemäß Fig. 4 miteinander verbunden.Fig. 3 and Fig. 4 show arrangements of resonant circuits that can be used with the antennas shown in Fig. 2. Each resonant circuit generally contains a coil, a capacitor and a diode. Each of the antennas 10, 12 and 14 is independently connected to its own resonant circuit, and the three resonant circuits are connected to one another either in series as shown in Fig. 3 or in parallel as shown in Fig. 4.

Fig. 3 zeigt drei Resonanzkreise, die in Serie geschaltet sind. Jeder Resonanzkreis enthält eine Spule und einen Kondensator, und die drei Resonanzkreise sind mit Dioden miteinander gekoppelt. Die Punkte 20, 22 und 24 geben an, wo eine (unten beschriebene) Oszillator- und/oder Modulatorschaltung angeschlossen werden kann, wenn die Transponderantenne Signale senden kann. Fig. 3A ist ein Blockschaltbild, das eine Antennenanordnung zeigt, wenn die Resonanzkreise in Serie geschaltet sind.Fig. 3 shows three resonant circuits connected in series. Each resonant circuit contains a coil and a capacitor, and the three resonant circuits are coupled together with diodes. Points 20, 22 and 24 indicate where an oscillator and/or modulator circuit (described below) can be connected if the transponder antenna is capable of transmitting signals. Fig. 3A is a block diagram showing an antenna arrangement when the resonant circuits are connected in series.

Wenn nur eine Ferritantennenspule in Kombination mit einer Luftspule wie in den Fig. 2A oder 2B verwendet wird, kann die Schaltung von Fig. 3 als Alternative ohne weiteres in einer für den Fachmann offensichtlichen Weise durch Weglassen eines der Resonanzkreise abgeändert werden. Fig. 3B ist ein Blockschaltbild, das die Antennenanordnung zeigt, wenn zwei Resonanzkreise in Serie geschaltet sind.Alternatively, if only a ferrite antenna coil is used in combination with an air coil as in Fig. 2A or 2B, the circuit of Fig. 3 can be readily modified in a manner obvious to those skilled in the art by omitting one of the resonant circuits. Fig. 3B is a block diagram showing the antenna arrangement when two resonant circuits are connected in series.

Fig. 4 zeigt drei parallel geschaltete Resonanzkreise. Wie im Fall von Fig. 3 enthält jeder Resonanzkreis eine Spule und einen Kondensator, und die drei Resonanzkreise sind mittels Dioden miteinander gekoppelt. Die Punkte 20, 22 und 24 geben an, wo eine (unten beschriebene) Oszillator- und/oder Modulatorschaltung angeschlossen werden kann, wenn die Transponderantenne Signale senden kann. Fig. 4A ist ein Blockschaltbild einer Antennenanordnung, bei der die Resonanzkreise parallel geschaltet sind.Fig. 4 shows three resonant circuits connected in parallel. As in the case of Fig. 3, each resonant circuit contains a coil and a capacitor, and the three resonant circuits are coupled together by means of diodes. Points 20, 22 and 24 indicate where an oscillator and/or modulator circuit (described below) can be connected if the transponder antenna is capable of transmitting signals. Fig. 4A is a block diagram of an antenna arrangement in which the resonant circuits are connected in parallel.

Wenn nur eine Ferritantennenspule zusammen mit einer Luftspule wie in den Fig. 2A oder 2B verwendet wird, kann die Schaltung von Fig. 4 als Alternative in einer für den Fachmann offensichtlichen Art und Weise ohne weiteres abgeändert werden, indem einer der Resonanzkreise weggelassen wird. Fig. 4B ist ein Blockschaltbild, das eine Antennenanordnung zeigt, bei der zwei Resonanzkreise parallel geschaltet sind.Alternatively, when only a ferrite antenna coil is used together with an air coil as in Fig. 2A or 2B, the circuit of Fig. 4 can be easily modified in a manner obvious to those skilled in the art by omitting one of the resonant circuits. Fig. 4B is a block diagram showing an antenna arrangement in which two resonant circuits are connected in parallel.

Eine ähnliche Antennenanordnung kann in einer Leseeinheit vorgesehen werden, um eine Richtwirkungsfreiheit an einem entfernten Ort zu erzielen.A similar antenna arrangement can be provided in a reader unit to achieve unidirectionality at a remote location.

Wenn der Transponder zum Empfangen von HF-Trägersignalen benutzt wird, die von einem entfernten Ort ausgesendet werden, können die Antennen 10, 12 und 14 im Betrieb unabhängig voneinander Komponenten des Trägersignals empfangen, die in den Richtungen Y, X bzw. Z verlaufen. Die empfangenen Signale werden dem mit jeder Antenne verbundenen Resonanzkreis zugeführt. Die Serienschaltung der Resonanzkreise, die in Fig. 3 dargestellt ist, bewirkt eine Überlagerung und Addition der Gleichspannungskomponenten des empfangenen Trägersignals, damit die Signalkomponenten zu einem einzigen Gleichspannungssignal zusammengefaßt werden, das das Signal repräsentiert, das von dem entfernten Ort ausgesendet worden ist. Die Parallelschaltung der Resonanzkreise gemäß Fig. 4 arbeitet so, daß die höchste induzierte Spannung entweder alle HF-Schaltungen speist oder nur die HF-Schaltungen mit der höchsten Einzelspannung speist.When the transponder is used to receive RF carrier signals transmitted from a remote location, the antennas 10, 12 and 14 are operable to independently receive components of the carrier signal extending in the Y, X and Z directions, respectively. The received signals are applied to the resonant circuit associated with each antenna. The series connection of the resonant circuits, shown in Fig. 3, superposes and adds the DC components of the received carrier signal to combine the signal components into a single DC signal representing the signal transmitted from the remote location. The parallel connection of the resonant circuits shown in Fig. 4 operates so that the highest induced voltage either feeds all of the RF circuits or feeds only the RF circuits with the highest individual voltage.

Auf diese Weise kann ein von einem entfernten Ort ausgesendetes HF-Trägersignal exakt rekonstruiert werden, auch wenn das Signal in einer besonderen Weise relativ zum Transponder gerichtet ist. Außerdem ermöglicht die Verwendung einer Luftspule 10 und von zwei Ferritspulen 12 und 14 in der oben beschriebenen Orientierung die Anbringung der gesamten Anordnung innerhalb eines sehr kleinen Raums, so daß die hier beschriebene Antennenanordnung in einem kleinen, in der Hand zu haltenden oder in der Tasche mitzuführenden Transponder benutzt werden kann.In this way, an RF carrier signal transmitted from a remote location can be accurately reconstructed, even if the signal is directed in a particular way relative to the transponder. In addition, the use of an air coil 10 and two ferrite coils 12 and 14 in the orientation described above allows the entire arrangement to be mounted within a very small space, so that the antenna arrangement described here can be used in a small, hand-held or pocket-sized transponder.

Wenn der Transponder zum Aussenden von HF-Signalen benutzt wird, kann jede der Antennen 10, 12, und 14 einzeln mit einem modulierten Oszillator oder einem passiven Reaktanzmodulator gekoppelt werden. Fig. 5 zeigt eine Reaktanzmodulatorschaltung, die in einem Vollduplex-Rückstreumodus konfiguriert ist und mit jeder der Antennen 10, 12 oder 14 gekoppelt werden kann; Fig. 6 zeigt eine Schaltung für einen modulierten aktiven Oszillator, der ebenfalls benutzt werden kann.When the transponder is used to transmit RF signals, each of the antennas 10, 12, and 14 can be individually coupled to a modulated oscillator or a passive reactance modulator. Figure 5 shows a reactance modulator circuit configured in a full duplex backscatter mode that can be coupled to any of the antennas 10, 12, or 14; Figure 6 shows a circuit for a modulated active oscillator that can also be used.

In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung kann eine gleichartige Antennenanordnung in einer Leseeinheit vorgesehen werden, die ein richtwirkungsfreies Energiefeld zur Transpondereinheit sendet. Die Transpondereinheit benutzt die empfangene Energie zur Erzeugung eines Datensignals entweder durch Modulieren eines HF-Signals auf das empfangene Feld über den passiven Reaktanzmodulator von Fig. 5 oder durch Empfangen der Energie und Betreiben eines aktiven Oszillators gemäß Fig. 6 und Verwenden der empfangenen Energie zum Abstrahlen ihres eigenen Feldes.In one embodiment of the present invention, a similar antenna arrangement may be provided in a reader unit which transmits a non-directional energy field to the transponder unit. The transponder unit uses the received energy to generate a data signal either by modulating an RF signal onto the received field via the passive reactance modulator of Fig. 5 or by receiving the energy and operating an active oscillator as shown in Fig. 6 and using the received energy to radiate its own field.

Da die Leseeinheiten typischerweise mehr Energie als Transpondereinheiten benötigen, kann die Leseeinheit anstelle der Verwendung einer einzigen Luftspule in Kombination mit einer oder zwei Ferritspulenantennen mit zwei oder drei Luftspulenantennen versehen sein, die in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind.Since the reading units typically require more energy than transponder units, instead of using a single air coil in combination with one or two ferrite coil antennas, the reading unit can be equipped with two or three air coil antennas aligned in different directions.

Claims

1. Transponder unit for communicating with an interrogation unit by transmitting RF signals and for receiving RF signals to or from the interrogation unit, characterized by an elongated, tubular first ferrite antenna coil (12) with a dipole-like radiation pattern which is directed so that RF signals are transmitted and received in a first direction, the first direction being in line with the direction of the maxima of the dipole-like radiation pattern, an elongated, tubular second ferrite antenna coil 1 (14) with a dipole-like radiation pattern which is directed at a 90° angle to the first coil and can transmit and receive RF signals in a second direction, the second direction being in line with the direction of the maxima of the dipole-like radiation pattern, a substantially flat, planar air coil (10) which transmits RF signals in a direction perpendicular to the plane of the coil and capable of transmitting and receiving with an orientation at a 90° angle to the first and second directions, each of the antenna coils being coupled to a circuit including a resonant circuit and a diode for generating a DC voltage representing the RF signal received by each of the antenna coils and used to generate a transponder supply voltage, the resonant circuits being coupled to one another.

2. Transponder unit according to claim 1, wherein the resonant circuits are connected in series and coupled to one another via the diodes.

3. Transponder unit according to claim 1, in which the resonance circuits are connected in parallel and coupled to one another via the diodes.

4. Transponder unit according to one of claims 1 to 3, further comprising a first output circuit coupled to the first ferrite antenna coil and a second output circuit coupled to the air coil.

5. A transponder unit according to claim 4, wherein the first and second output circuits contain passive reactance modulators.

6. Transponder unit according to claim 4, wherein the first and second output circuits contain active oscillators.