Antenne zur Kommunikation mit einem Transponder

Gebiet der Technik

[0001] Eine Antennenanordnung bestehend aus einer ersten Antenne, einem Reflektor und einem Antennenspeisenetzwerk wird in„Broad-Band Single- Patch Circularly Polarized Microstrip Antenna with Dual Capacitively Coupled Feeds" IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,

VOL. 49, NO.l, JANUARY 2001 offenbart.

[0002] Auf der Rückseite einer ersten Platine befindet sich ein aus Mikrostrei- fen bestehendes Speisenetzwerk, das an zwei voneinander verschiedenen Spei- sestellen kapazitiv Wechselspannungssignale in eine kreis scheibenförmige An- tenne einkuppelt. Die Wechselspannungen sind um 90° phasenverschoben, so dass die Antennenfläche senkrecht zueinander stehende, um 90° phasenver- schobene elektromagnetische Wellen aussendet, die aufgrund ihrer Phasenver- schiebung zirkular polarisiert sind. Der Amplitudenunterschied der 90° zuei- nander stehenden Teilwellen beträgt dort bis zu 3 dB. [0003] Derartige planare Antennen werden benutzt, um Daten im 900 MHz

Band mit RFIDs auszutauschen und um Energie drahtlos an derartige Trans- ponder zu übertragen. Mittels der zum Transponder übertragenen Energie wird das Speicher-IC des Transponders in die Lage versetzt, drahtlos Daten an die Antennenanordnung zu übertragen bzw. drahtlos Informationen von der An- tennenanordnung zu empfangen. Die Betriebsfrequenz liegt im Bereich zwi- schen 840 MHz und 960 MHz. Um die Datenkommunikation unabhängig von der Polarisierung der elektromagnetischen Wellen durchführen zu können, wird das elektromagnetische Signal zirkular polarisiert. Stand der Technik

[0004] Eine planare Antenne gemäß oben genanntem Stand der Technik be- sitzt eine erste Metallfläche, die als Antennenelement zum Senden und Emp- fangen verwendet wird. Eine zweite, größere Metallfläche dient als Reflektor und rückwärtige Abschirmung. Der Abstand der beiden Metallflächen beträgt beim Stand der Technik typischerweise 5 bis 25 mm. Die laterale Abmessung des Antennenelementes beträgt ungefähr 150 mm, also etwa die Hälfte der Frei- raumwellenlänge des genannten Frequenzbereichs. Der Reflektor ist größer als das Antennenelement und besitzt eine laterale Abmessung von etwa 200 mm. Als Folge der rückwärtigen Abschirmung ist es möglich, die Antennenanord- nung flach an einer Wand zu befestigen. Ferner kann die RFID-Steuerelektronik unmittelbar rückwärtig der Antenne bzw. des Reflektors angeordnet werden. Aufgrund der mehreren Einspeisestellen ist es möglich, linear- oder zirkular- polarisierte elektromagnetische Wellen zu empfangen oder zu senden. Das Achsverhältnis sollte dabei nicht unter einem dB liegen.

[0005] Von dem oben genannten 900 MHz Band werden regional voneinander verschiedene Subbänder verwendet. Es können Subbänder im Bereich unterhalb 900 MHz und Subbänder oberhalb von 900 MHz verwendet werden. Beim Stand der Technik besitzt die Antennenanordnung ein optimales Sende-Empfangs- Verhalten nur im Bereich eines Maximums, welches üblicherweise bei 900 MHz liegt, sofern es sich um eine universal verwendbare Antenne handelt, oder wel- che in der Mitte eines der verwendeten Subbänder liegt. Im letzteren Fall ist die- se Antenne nur für die Verwendung im jeweiligen Subband optimal geeignet.

Zusammenfassung der Erfindung

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig zu ferti- gende Antennenanordnung zur Kommunikation mit einem Transponder im

900 MHz Band anzugeben, welche ein möglichst frequenzunabhängiges Sende- Empfangs- Verhalten besitzt. Zudem besteht das Bedürfnis, die Antenne so zu gestalten, dass sie möglichst ideale zirkular polarisierte Wellen erzeugt, um die räumlich bewegbaren RFID-Tags unabhängig von ihrer Orientierung zu erfas- sen.

[0007] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er- findung. Die Unter ansprüche stellen nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen des Hauptanspruchs dar, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe. Mit den in den Ansprüchen genannten Merkmalen wird der Anwendungsbereich einer gattungsgemäßen planaren Antenne zur Kommunikation mit einem

RFID-Tag vergrößert.

[0008] Die erfindungs gemäße Vorrichtung ist eine Antennenanordnung zum Datenaustausch mit einem Transponder und zur Energieübertragung an einen Transponder, insbesondere im 900 MHz Band. Es ist eine erste Antennenfläche zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen vorgesehen. Rückwär- tig und parallel zur ersten Antennenfläche erstreckt sich eine Reflektionsfläche. Die von der Antennenfläche weg von der Reflektionsfläche gerichtete Flächen- normale definiert eine Wirkrichtung, in der die elektromagnetischen Wellen ge- sendet bzw. aus der elektromagnetische Wellen vom Transponder empfangen werden können. Die Antennenfläche besitzt einen ersten Abstand zur Reflekti- onsfläche. Der Abstandsraum zwischen erster Antennenfläche und Reflektions- fläche wird bevorzugt von einem dielektrischen Körper vollständig ausgefüllt, bei dem es sich bevorzugt um eine Leiterplatte handeln kann, so dass der erste Abstand im Bereich zwischen 0,5 und 3 mm liegt. In einer Variante ist vorgese- hen, dass zwischen der ersten Antennenfläche und der Reflektionsfläche eine zusätzliche Metallisierung angeordnet ist, die bevorzugt keine elektrische Wir- kung besitzt. Die zusätzliche Metallisierung ist mittels zweier dielektrischer Kör- per von der Antennenfläche und der Reflektionsfläche elektrisch getrennt. Die zusätzliche Metallisierung kann sich zwischen zwei dielektrischen Körpern er- strecken. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Antennenfläche von einer ers- ten Metallisierung gebildet ist, die sich auf einer ebenen Oberfläche eines Trag- körpers erstreckt. Die Reflektionsfläche ist eine Metallisierung einer zweiten Oberfläche des Tragkörpers, wobei die beiden Oberflächen parallel zueinander verlaufen und der Tragkörper im Wesentlichen dielektrisch ist. Auf der - bezo- gen auf die Wirkrichtung - rückwärtigen Seite der Reflektionsfläche befindet sich eine Mikrostreifenstruktur. Zwischen Mikrostreifenstruktur und Reflektionsflä- che befindet sich ebenfalls ein dielektrischer Körper. Die Mikrostreifenstruktur kann von Metallstreifen einer Leiterplatte ausgebildet sein und bildet ein Speise- netzwerk aus. Das Speisenetzwerk, die Reflektionsfläche und die erste Anten- nenfläche können von einer dreilagigen Leiterplatte realisiert werden, wobei die beiden nach außen weisenden Metallisierungsflächen durch Ätzen, oder mecha- nische Einwirkungen strukturiert sind, nämlich zu einer ersten Antennenfläche und zu einem Speisenetzwerk, das aus ein oder mehreren Mikrostreifen besteht, deren Länge Phasenverschiebungen verursacht. In einer Variante werden das Speisenetzwerk, die Reflektionsfläche und die erste Antennenfläche von einer mindestens vierlagigen Leiterplatte realisiert. Hier ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen der ersten Antennenfläche und der Reflektionsfläche eine weitere, insbesondere elektrisch wirkungslose Metallisierung (Dummy-Metallisierung) angeordnet ist. Die Mikrostreifenstruktur dient der Bereitstellung phasenver- schobener Wechselspannungssignale. Bevorzugt sind vier Einspeisestellen vor- gesehen, an denen jeweils um 90° phasenverschobene Wechselspannungssignale in die erste Antennenfläche eingekoppelt werden. Bevorzugt handelt es sich um Einspeisestellen, an denen das Wechselspannungssignal mit Phasenlagen von 0°, 90°, 180° und 270° eingespeist wird. Die Einspeisestellen sind hierzu bevorzugt in einer vierzähligen Symmetrie um eine Symmetrieachse der ersten Antennen- fläche angeordnet. Die Einspeisung erfolgt kapazitiv, bevorzugt aber galvanisch, wozu Einspeiseelemente verwendet werden, die an mehreren voneinander ver- schiedenen Stellen isolierend die Reflektionsfläche durchdringen. Es kann sich dabei um Kontaktstifte handeln, die die Mikrostreifenstruktur galvanisch mit den Einspeisestellen der ersten Antennenfläche verbinden. Die Antennenfläche ist somit in der Lage, zirkular polarisierte oder aber auch linear polarisierte elekt- romagnetische Wellen zu senden. Der erste Abstand ist wesentlich geringer, als die geführte Wellenlänge, also die sich bei der Arbeitsfrequenz innerhalb des dielektrischen Körpers ausbildende Wellenlänge. Die lateralen Abmessungen der Antennenfläche sind so gewählt, dass dort zwei senkrecht zueinander stehende Stehwellen entstehen. Der Abstand zwischen Reflektionsfläche und erster An- tennenfläche ist insbesondere kleiner als ein Zehntel der Vakuumwellenlänge. Der Abstand zwischen dem Speisenetzwerk und dem Reflektor kann geringer sein, als der Abstand zwischen erster Antennenfläche und Reflektor. Der Ab- stand zwischen Speisenetzwerk und Reflektor kann im Bereich zwischen 0,1 und 3 mm liegen. Das Speisenetzwerk kann zwei Einspeisepunkte aufweisen, die derart mit der Mikrostreifenstruktur verbunden sind, dass sich je nach Wahl des Einspeisepunktes eine linksdrehende oder eine rechtsdrehende polarisierte Welle ausbildet. Die Leiterplatte besteht bevorzugt aus dem Verbundmaterial FR4 mit drei oder vier Metallisierungsebenen aus Kupfer. Auf einer obersten Ebene be- findet sich die erste Antennenfläche. Die bei einer dreilagigen Leiterplatte mittle- re Ebene ist nahezu vollständig metallisiert und bildet dadurch einen Antennen- reflektor. Die mittlere Ebene dient gleichzeitig als Abschirmung zum Speisenetz- werk, das sich auf der untersten Ebene befindet. Das Speisenetzwerk wird bevor- zugt durch Mikrostreifenleitungen ausgebildet und ist mit Durchkontaktierun- gen mit den Einspeisestellen verbunden. Die Einspeisepunkte zum Anschluss an eine 50 Ohm Übertragungsleitung können von koaxialen SMD-Steckverbindern gebildet sein. Sie können durch Standard-Reflow-Lötverfahren dort befestigt sein, um die Antenne mit der RFID-Steuerungselektronik zu verbinden. Die Ein- speiseelemente, die die Einspeisestellen der Antennenfläche mit dem Speisenetz- werk verbinden, durchdringen von der Reflektionsfläche isoliert die Reflektions- fläche. Bei der Variante, bei der sich zwischen der Reflektionsfläche und der An- tennenfläche eine weitere Metallisierung befindet, durchdringen die Einspeisee- lemente auch isoliert von der Metallisierung die Metallisierung. Die Metallisie- rung ist eine Zwischenschicht zwischen zwei dielektrischen Schichten. Die An- tennenfläche ist bei dieser Variante durch die Materialstärke zweier dielektri- scher Körper und einer dazwischen angeordneten Metallisierung von der Reflek- tionsfläche beabstandet. Der gegenüber dem Stand der Technik stark verminder- te zweite Abstand, also die vom Dilektrikum ausgefüllte Strecke zwischen Re- flektionsfläche und erster Antennenfläche führt - alleine betrachtet - zu einer Verschlechterung des Sende-Empfangs- Verhaltens. Die erfindungsgemäße An- tennenanordnung kompensiert diesen eventuellen Nachteil mit einer zweiten Antennenfläche, die in Wirkrichtung mit einem dritten Abstand von der ersten Antennenfläche beabstandet ist. Dieser Abstand ist geringer als ein Viertel der sich mit der Dilektrizitätskonstanten im Abstandsraum zwischen erster Anten- nenfläche und zweiter Antennenfläche ergebenden Wellenlänge. Der Abstand ist aber größer, als der erste Abstand, also der Abstand zwischen erster Antennen- fläche und Reflektionsfläche. Die zweite Antennenfläche kann eine Metallfläche sein, die sich auf einer zweiten Leiterplatte oder auf einem vergleichbaren Trä- germaterial erstreckt. Die Metallfläche kann dabei zur ersten Antennenfläche weisen, so dass die Dilektrizitätskonstante im Abstandsraum im Wesentlichen die Dilektrizitätskonstante von Luft ist. Die zweite Antennenfläche kann aber auch von der ersten Antennenfläche weggerichtet auf dem Trägermaterial ange- ordnet sein, so dass das im Vergleich zum dritten Abstand dünne Trägermaterial zur Dilektrizität des Abstandsraumes geringfügig beitragen kann. Der die zweite Antennenfläche tragende Träger kann mittels elektrisch leitenden oder nicht lei- tenden Abstandshaltern mit dem dielektrischen Körper verbunden sein, der die erste Antennenfläche trägt. Bevorzugt sind sämtliche Metallisierungen Metall- schichten von Leiterplatten, so dass die Abstandshalter im Wesentlichen zwei Leiterplatten miteinander verbinden, wobei sich die Leiterplatten parallel zuei- nander erstrecken. Die erste Antennenfläche und die zweite Antennenfläche sind bevorzugt gegeneinander isoliert, so dass keine galvanische Verbindung zwi- schen den beiden Antennenflächen besteht. In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Antennenfläche durch eine Metallfläche eines Ge- häuses realisiert ist. Das Gehäuse kann ein Gehäuseunterteil und ein Gehäuse- oberteil aufweisen. Das Gehäuseunterteil kann aus einem nicht leitenden Werk- stoff, bevorzugt aber aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt wer- den. Der Gehäusedeckel ist bevorzugt nicht leitend, besteht bspw. aus PC- ABS oder Polyamid 6 (PA ⁶ ). Die zweite Antennenfläche kann dabei durch verschie- dene Methoden verwirklicht werden, bspw. kann eine Metallfolie oder eine dün- ne Metallfläche in den Deckel des Gehäuses eingeklebt, eingeklipst oder einge- presst werden. Diese Metallfläche kann auch auf einem weiteren, nicht leitenden Träger aufgebracht sein. Es ist auch der Zweikomponenten-Spritzguss oder die Laser-Direkt-Strukturierung vorgesehen. Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Antennenfläche mit der ersten Antennenfläche ausschließlich über ein elektromagnetisches Feld gekoppelt ist. Der dritte Abstand, also der Ab- stand zwischen den beiden Antennenflächen, die grundsätzlich auch im Sinne der Erfindung mit Antennenelementen bezeichnet werden können, beeinflusst das Sende-Empfangs- Verhalten. Ein kleiner Abstand zwischen den Antennen- elementen führt zu einer starken Kopplung der Antennenelemente. Bei einem großen Abstand ist diese Kopplung schwächer. Eine starke Kopplung führt zu einer Aufspaltung der Resonanzfrequenz in eine untere Resonanzfrequenz und in eine obere Resonanzfrequenz. Um den Abstand zwischen den Antennenflä- chen möglichst gering zu halten, was der angestrebten flachen Bauform der Ge- samtvorrichtung förderlich ist, wird erfindungsgemäß eine der Antennenfläche mit Unterbrechungsstrukturen unterbrochen. Bei den Unterbrechungs _S trukturen handelt es sich um metallisierungsfreie Zonen der ansonsten geschlossenen An- tennenfläche, bspw. können die Unterbrechungsstrukturen inselförmige Frei- räume in einer ansonsten vollständig metallisierten Fläche sein. Es ist aber auch möglich, mit den Unterbrechungsstrukturen die Antennenflächen in mehrere galvanisch voneinander getrennte Teilflächen zu unterteilen. Es ist besonders bevorzugt, dass lediglich eine Antennenfläche Unterbrechungs _S trukturen auf- weist und die jeweils andere Antennenfläche unterbrechungsstrukturenfrei ist, also einen einheitlichen Rand besitzt, der eine durchgehend metallisierte Fläche umgibt. Bevorzugt weist die zweite Antennenfläche die Unterbrechungsstruktu- ren auf. Sie besitzt insbesondere ein oder mehrere inselförmige nicht leitende Freiflächen oder wird durch nicht leitende Schlitze in mehrere galvanisch von- einander getrennte Teilflächen unterteilt. Die Aufteilung der Antennenfläche mittels der Unterbrechungsstrukturen erfolgt bevorzugt rotationssymmetrisch oder mit einer vierzähligen Symmetrie. In gleicher Weise besitzen die Antennen- flächen bevorzugt eine rotationssymmetrische oder vierzählig symmetrische Umrisskontur. Auch die Einspeisestellen sind bevorzugt in einer vierzählig symmetrischen Anordnung angeordnet. Ferner ist es möglich, die Antennenflä- chen seitlich zu versetzen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die lateralen Abmessungen der zweiten Antennenfläche größer sind als die lateralen Abmes- sungen der ersten Antennenfläche. Insbesondere kann die Gesamtfläche der zweiten Antennenfläche größer sein als die Gesamtfläche der ersten Antennen- fläche. Auch die charakteristischen Längen der beiden Antennenflächen, also bspw. ein Durchmesser oder eine Kantenlänge eines Quadrates sind derart von- einander verschieden, dass die charakteristische Länge der zweiten Antennenflä- che größer ist als die charakteristische Länge der ersten Antennenfläche. Besitzen die beiden Antennenflächen eine von der Rotationssymmetrie abweichende Flä- chengestalt, so ist insbesondere vorgesehen, dass die Antennenflächen um einen Winkel um die Flächennormalen versetzt zueinander angeordnet sind, bspw. um einen Winkel von 45°. Die beiden Antennenflächen können somit bspw. jeweils von quadratischen Flächen ausgebildet sein, die mit ihren Mittelpunkten über- einanderliegen, aber um 45° zueinander verdreht sind. Die Einspeisestellen sind - bezogen auf den Mittelpunkt der ersten Antennenfläche - symmetrisch ange- ordnet. Die Abmessungen bzw. die charakteristische Länge des ersten Antennen- elementes, also der ersten Antennenfläche, beträgt bevorzugt die halbe geführte Wellenlänge der bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz. Auch das zweite An- tennenelement ist so ausgelegt, dass seine Abmessungen, insbesondere seine charakteristische Länge der halben Wellenlänge der bestimmungsgemäßen Be- triebsfrequenz entspricht. Die Einspeisestellen des Speisenetzwerkes sind bevor- zugt derart ausgelegt, dass die die Einspeisepunkte miteinander verbindenden Mikrostreifen eine Länge haben, die dem Phasenversatz entspricht, so dass nahe- zu eine ideale zirkulare Polarisation der gesamten Antennenstruktur erreicht wird. Das Achsverhältnis der erfindungsgemäßen planaren Antenne liegt bei einer bestimmungsgemäßen Betriebsfrequenz zwischen 840 MHz und 960 MHz unter 1 dB. In einem besonders interessanten Frequenzbereich zwischen

900 MHz und 930 MHz kann das Achsverhältnis sogar unterhalb von 14 dB lie- gen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0009] Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbei- spiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Draufsicht auf eine erste Antennenfläche 1, die einen quadratischen Grundriss aufweist und strichpunktiert das unterhalb der ersten Antenne 1 angeordnete Speisenetz- werk 7,

Fig. 2 die Draufsicht auf eine Leiterplatte 10, die eine zweite Anten- ne 11, die mittels kreuzförmig angeordneter Schlitze 16, 17 in vier galvanisch voneinander getrennte Einzelfelder aufgeteilt ist,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linien III-III in den Figuren 1 und 2 ei- ner erfindungsgemäßen Antennenanordnung eines ersten Aus- führungsbeispiels,

Fig. 4 vergrößert den Bereich IV in Figur 3, Fig. 5 das Speisenetzwerk,

Fig. 6a

bis 6d vier verschiedene Varianten zur Gestaltung des Grundrisses ei- ner ersten Antennenfläche 1, es sind weitere, nicht dargestellte Varianten vorgesehen, bei denen die erste Antennenfläche 1 ei- nen quadratischen, einen kreisförmigen Grundriss aufweist,

Fig. 7a

bis 7h acht verschiedene Varianten zur Gestaltung einer zweiten An- tennenfläche 11 mit inselförmigen Unterbrechungsstrukturen 18,

Fig. 8a

bis 8c drei verschiedene Gestaltungsvarianten einer zweiten Antennen- fläche 11 mit schlitzförmigen Unterbrechungsstrukturen 16, 17, die in sich kreuzender Anordnung die Antennenfläche 11 in ins- gesamt vier gleiche Teilflächen unterteilt,

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Explo- sions dar _S tellung,

Fig. 10 schematisch einen Schnitt durch das in der Figur 9 dargestellte

Ausführungsbeispiel,

Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte als Trägerin der Antennenfläche 1 und der Reflektionsfläche 5.

Beschreibung der Ausführungsformen

[0010] Die Figuren 1 bis 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungs gemäßen Vorrichtung, bei der es sich um eine Antennenanordnung zur Kommunikation mit einem RFID-Tag im 900 MHz Band handelt. Eine Leiter- platte 4 trägt auf ihrer Frontseite eine erste Beschichtung, die zu einem Quadrat strukturiert ist. Die quadratische Metallfläche 3 bildet eine erste Antennenflä- che 1, deren Eckpunkte Einspeisestellen 2 ausbilden. Die mit der Kantenlänge a voneinander beabstandeten Einspeisestellen 2 dienen dem Einspeisen von pha- senverschobenen Wechselspannungssignalen mit einer Frequenz, die mit der Kantenlänge a den folgenden Zusammenhang besitzt: Die Kantenlänge a ent- spricht etwa der Hälfte der geführten Wellenlänge, also der durch die die Elek- trizitätskonstante der Leiterplatte reduzierten Wellenlänge.

[0011] Eine rückwärtige, der Metallfläche 4 gegenüberliegende Metallisierung der Leiterplatte 4 bildet eine Reflektionsfläche 5, die sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Leiterplatte 4 erstreckt. Bezogen auf die in der Figur 3 mit W bezeichnete Wirkrichtung befindet sich oberhalb der Reflektionsfläche 5, also oberhalb des dielektrischen Körpers 4, der die erste Antennenfläche 1 von der Reflektionsfläche 5 trennt, ein weiterer dielektrischer Körper 6, ebenfalls in Form einer Leiterplatte mit einer weiteren Metallisierung. Diese Metallisierung ist mit Mikrostrukturen als Speisenetzwerk 7 strukturiert. Die einzelnen Mikrostrei- fen 9, 14 des Speisenetzwerkes 7 zeigt die Figur 5. Die Mikrostreifen 9, 14 besit- zen eine derartige Länge, dass ein an einem Anschluss 12 oder 13 eingespeistes Wechselspannungssignal an den Einspeisestellen 2 jeweils gegenüber der be- nachbarten Einspeisestelle 2 eine um 90° verschobene Phase aufweist. Das Ein- speisen eines Wechselspannungssignals in den Anschluss 12 führt zu einer linksdrehenden Welle. Das Einspeisen eines Wechselspannungssignals in den Anschluss 13 zu einer rechts drehenden Welle. Das gleichzeitige Einspeisen von zwei gleich großen Wechselspannungssignalen in beide Anschlüsse 12 und 13 führt zu einer linear polarisierten Welle. Die Polarisationsrichtung wird durch den elektrischen Phasenunterschied der beiden gleich großen Wechselspan- nungssignale bestimmt und kann so eingestellt werden, dass, zu einer definier- ten Bezugsebene, eine horizontal und eine vertikal polarisierte Welle entsteht. [0012] Der Figur 4 ist zu entnehmen, dass die erste Antennenfläche 1 an den Einspeisestellen 2 galvanisch mittels Kontaktelementen 8 mit dem Speisenetz- werk 7 verbunden ist. Die Kontaktelemente 8 bilden Einspeiseelemente, die durch Öffnungen der Metallisierung der Reflektionsfläche 5 hindurchtreten. Sie sind insbesondere durchkontaktiert.

[0013] Die Figur 2 zeigt eine zweite Leiterplatte 10, die mit einer zweiten An- tennenfläche 11 strukturiert ist. Die zweite Antennenfläche 11 besitzt ebenfalls einen quadratischen Grundriss, allerdings mit einer Kantenlänge b, die größer ist, als die Kantenlänge a. Die Kantenlänge b steht aber im selben Zusammen hang mit der Betriebsfrequenz der Antennenanordnung, jedoch bezogen auf die Dielektrizitätskonstante des Abstandsraumes A zwischen erster Antennen- fläche 1 und zweiter Antennenfläche 11. Die Kantenlänge b entspricht in etwa der Hälfte der Freiraumwellenlänge. Zur Beabstandung der ersten Antennen- fläche 1 von der zweiten Antennenfläche 11 sind optionale Abstandshalter 15 vorgesehen, die die Leiterplatte 10 mit der Leiterplatte 4 verbinden. Die Ab- standshalter 15 können aus Metall oder einem dielektrischen Werkstoff gefer- tigt sein. Ihre Länge definiert die Größe des Abstandsfreiraumes A.

[0014] Mittels zweier sich kreuzender Schlitze 16, 17 ist die zweite Antennenflä- che 11 in vier Rechteckflächen unterteilt, die gleich groß sind. Die Schlitze 16, 17 kreuzen sich im Mittelpunkt des Grundrisses der zweiten Antennenfläche 11.

[0015] Während der Abstand von der ersten Antennenfläche 1 zur Reflektions- fläche 5 etwa 0,5 bis 3 mm, bevorzugt 1,5 mm beträgt, beträgt der Abstand zwi- schen erster Antennenfläche 1 und zweiter Antennenfläche 11 etwa 0,5 bis 2 cm. Der Abstand A (Figur 3) ist kleiner als ein Viertel der Vakuumwellenlänge der Betriebsfrequenz, bspw. der mittleren Frequenz des 900 MHz Bandes. Um die gesamte Antennenanordnung möglichst flach zu bauen, ist in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Abstand A zwischen erster Antennenfläche 1 und zweiter Antennenfläche 1 kleiner ist, als ein Zehntel der Luftwellenlänge der Betriebsfrequenz, welche Luftwellenlänge etwa 30 cm beträgt. Die Platinenanordnung 4, 6, 10 kann von einer Dreilagen- platine ausgebildet sein, die eine Materialstärke von etwa 2 mm besitzt, so dass die die Mikrostreifen 9, 14 des Speisenetzwerks 7 mit 2 mm von der ersten An- tennenfläche 1 beabstandet sind und die Reflektionsfläche 5 zwischen Mikrost- reifenanordnung 9, 14 und erster Antennenfläche 1 verläuft.

[0016] Die Liguren 6a bis 6d zeigen kreuzförmige Anordnungen der ersten Antennenfläche. In einem nicht bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgese- hen, dass auch die zweite Antennenfläche 11 derartige Umrisskonturen auf- weist. Die Umrisskonturlinie der in den Liguren 6a bis 6d dargestellten Anten- nenflächen umgeben eine unterbrechungsfrei durchgehend metallisierte Lläche. Die Umrisskontur der Antennenfläche kann aber auch quadratisch oder kreis- förmig sein.

[0017] Die Liguren 7a bis 7h zeigen voneinander verschiedene Antennenflä- chen, wie sie bevorzugt von der zweiten Antennenfläche 11 ausgebildet werden können. Die Grundrisse der Antennenflächen umgeben eine metallisierte Lläche, die nicht metallisierte Inseln 18 ausbildet. Die Inseln 18 können im Bereich der Mitte der quadratischen oder runden Antennenflächen 11 angeordnet sein. Die Grundrisse der Inseln 18 können quadratisch oder rund sein. Es können auch mehrere voneinander getrennte Inseln 18 mit einem runden oder quadratischen Grundriss in vierzähliger Symmetrie um den Mittelpunkt der Antennenfläche 11 angeordnet sein.

[0018] Die Liguren 8a bis 8c zeigen Antennenflächen 11, die mittels sich kreu- zender Schlitze 16, 17 in galvanischen, nicht miteinander verbundenen Metallflä- chen getrennt sind. Die Figuren 8a, 8b zeigen quadratische Antennenflächen 11, die jeweils in vier gleich große Flächenabschnitte geteilt sind, wobei die Schlit- ze 16, 17 durch den Mittelpunkt der Antennenfläche 11 hindurchtreten. Während bei der Figur 8a die Schlitze 16, 17 parallel zu den Kanten des Quadrates verlau- fen, verlaufen die Schlitze 16, 17 bei dem in der Figur 8b dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel durch die Ecken der quadratischen Antennenfläche 11.

[0019] Die Figur 8c zeigt eine runde Antennenfläche 11, die mittels der Schlit- ze 16, 17 in vier Viertelkreisflächen unterteilt sind.

[0020] Die Figur 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. In einem aus einem Gehäusebodenteil 19 und einem Gehäusedeckel teil 20 beste- henden Gehäuse ist die Antennenanordnung angeordnet. Das Gehäuseboden- teil 19 kann aus Metall bestehen. Der Gehäusedeckel 20 besteht hingegen aus einem dielektrischen Material, insbesondere einem Kunststoff.

[0021] In dem Gehäuse 19, 20 ist eine dreilagige Platine 4, 6 angeordnet. Die beiden dielektrischen Schichten der Platine 4, 6 trennen drei Metallisierungsla- gen. Eine zuoberst liegende Metallisierung bildet mit einer quadratischen Me tallfläche 3 eine erste Antennenfläche 1, die mittels Einspeiseelementen 8 galva- nisch mit einem Speisenetzwerk 7 verbunden ist. Das Speisenetzwerk 7 wird von einer unteren Metallisierung der Mehrlagenplatine ausgebildet, die zu Mikrostreifen 9, 14 strukturiert ist und an der Anschlüsse 12, 13 befestigt sind.

[0022] Die zweite Antennenfläche 11 besitzt einen kreisförmigen Grundriss mit einem zentralen Fenster 18, welches nicht metallisiert ist. Die zweite Anten- nenfläche 11 ist an der nach innen weisenden Unterseite der Deckelfläche des Gehäusedeckels 20 befestigt. Die Befestigung kann durch Kleben, Klipsen oder anderweitige Mittel erfolgen. Die zweite Antennenfläche 11 ist galvanisch von der ersten Antennenfläche 1 getrennt.

[0023] In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Platinen- anordnung 4, 6 von einer Dreilagenplatine ausgebildet. Die Leiterplatten 4, 6 können deutlich unterschiedliche Dicken aufweisen. Beispielsweise kann die Leiterplatte 4 eine Dicke von 1,5 mm und die Leiterplatte 6 eine Dicke von 0,36 mm aufweisen. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität dieser Platinen- anordnung ist bei dem in der Figur 11 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vierlagenplatine vorgesehen. Zwischen der Antennenfläche 1 und der Reflek- tionsfläche 5 befindet sich eine weitere Metallisierung 21 in Form einer im We sentlichen ganzflächigen Metallschicht aus beispielsweise Kupfer. Diese Metal- lisierung 21 ist durch einen dielektrischen Körper 4 elektrisch gegenüber der Reflektionsfläche 5 und mit einem dielektrischen Körper 22 elektrisch gegen- über der Antennenfläche 1 isoliert. Die Einspeiseelemente 8, mit denen elektri- sche Signale von dem Speisenetzwerk 7, das mittels eines dielektrischen Kör- pers 6 von der Reflektionsfläche 5 beabstandet ist, durchdringen dabei isolie- rend sowohl die Reflektionsfläche 5 als auch die weitere Metallisierung 21.

[0024] Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die weitere Metallisierung 21 keine elektrische Funktion besitzen. Es handelt sich um eine„Dummy"- Metallisierung, die die gesamte Anordnung mechanisch stabilisiert.

[0025] Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Dicke des dielektrischen Kör- pers 4 bei etwa 0,36 mm liegt. Die Dicke des Weiteren dielektrischen Körpers 22 kann bei etwa 1,19 mm liegen. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Dicke des Weiteren dielektrischen Körpers 22 bei etwa 0,36 mm liegt und die des dielek- trischen Körpers 4 bei etwa 1,19 mm liegt. [0026] In der Figur 11 sind mit den Bezugsziffern 23, 24 weitere Metallisierun- gen bezeichnet, die sich auf der Oberseite beziehungsweise auf der Unterseite der mehrlagigen Platine erstrecken. Sie überdecken gewissermaßen die freien Flächen der Antennenfläche 1 und des Speisenetzwerks 7. Diese Metallisierun- gen 23, 24 sind durch nicht dargestellte Isolationsschichten von der Antennen- fläche 1 beziehungsweise dem Speisenetzwerk 7 getrennt.

[0027] Bei dem in der Figur 11 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich somit, technisch gesehen, um eine symmetrische Vierlagenplatine mit ei- nem 1,19 mm dicken Kern und auf jeder Seite einem 0,36 mm dicken sogenann- ten Prepreg. Die Gesamtmaterialstärke dieses Laminatkörpers liegt etwa bei 2 mm.

[0028] Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zu- mindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenstän- dig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinatio- nen auch kombiniert sein können, nämlich:

Eine Vorrichtung, zum Datenaustausch mit einem und zur Energieübertragung an einen Transponder mit einer ersten Antennenfläche 1 zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen mit einer Frequenz größer als 500 MHz, insbesondere mit einer Frequenz im 900 MHz Band (900 +/- 60 MHz) in bzw. aus einer Wirkrichtung W,

mit einer parallel zur und bezogen auf die Wirkrichtung W rückwärtig der ersten Antennenfläche 1 sich erstreckenden Reflektionsfläche 5, die gegenüber der ersten Antennenfläche 1 einen ersten Abstand besitzt, der der Materialstärke eines zwischen erster Antennenfläche 1 und

Reflektionsfläche 5 angeordneten Körpers 6 entspricht, mit einem Speisenetzwerk 7, das bezogen auf die Wirkrichtung W rückwärtig der Reflektionsfläche 5 mit einem zweiten Abstand von der Reflektionsfläche 5 angeordnete Mikrostreifenstrukturen 9 aufweist, zur Bereitstellung phasen verschobener Wechselspannungssignale, die an mehreren voneinander verschiedenen Einspeisestellen 2 mittels die Reflektionsfläche 5 isoliert durchdringender Einspeiseelemente 8 derart in die erste Antennenfläche 1 eingekoppelt werden, dass die von der ersten Antennenfläche 1 gesendeten elektromagnetischen Wellen zirkular polarisiert sind,

mit einer zweiten Antennenfläche 11, die in Wirkrichtung W mit einem dritten Abstand von der ersten Antennenfläche 1 beabstandet ist, der geringer ist als ein Viertel der sich mit der Dielektrizitätskonstanten im Abstandsraum zwischen erster und zweiter Antennenfläche ergebenden Wellenlänge und größer ist als der erste Abstand,

wobei zumindest eine der beiden Antennenflächen 1, 11 von einer durch Unterbrechungsstrukturen 16, 17, 18 unterbrochenen Metallfläche gebildet ist.

[0029] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass nur eine der bei- den Antennenflächen 1, 11 Unterbrechungsstrukturen 16, 17, 18 aufweist und die jeweils andere Antennenflächen 1, 11 von einer durchgehenden Metallfläche gebildet ist.

[0030] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anten- nenfläche 11 die Unterbrechungsstrukturen 16, 17, 18 aufweist und die erste Antennenfläche 1 eine geschlossene Metallfläche ist. [0031] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass der Abstands- raum A zwischen der ersten Antennenfläche 1 und der zweiten Antennenflä- che 11 im Wesentlichen ein Luftraum ist.

[0032] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass der Grundriss der ersten Antenne 1 und/ oder der zweiten Antenne 11 ein Kreis oder ein regelmä- ßiges Mehreck, insbesondere mit einer vierzähligen Symmetrie ist.

[0033] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbre- chungsstrukturen rotationssymmetrisch sind oder eine vierzählige Symmetrie aufweisen und insbesondere von einer Kreisfläche oder sich kreuzenden Schlit- zen 16, 17 gebildet sind.

[0034] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisestel- len 2 in einer vierzähligen Symmetrie angeordnet sind.

[0035] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abstand kleiner als 3 mm und größer als 0,5 mm ist und/ oder dass der zweite Abstand kleiner als 3 mm und größer als 0,1 mm ist und/ oder dass der dritte Abstand größer als 0,5 cm und kleiner als 2 cm ist.

[0036] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anten- nenfläche 1, die Reflektionsfläche 5 und/ oder die Mikrostreifen 9 jeweils von einer Metallschicht einer mehrlagigen Leiterplatte 4, 6, 10 ausgebildet ist. [0037] Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine mittels dielektri- scher Körper 4, 22 isoliert zwischen der Antennenfläche 1 und der Reflektions- fläche 5 angeordnete zusätzliche Metallschicht 21. [0038] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass die in Wirkrich- tung W gemessene Gesamterstreckungslänge der Vorrichtung kleiner ist, als 1/10 der Wellenlänge bezogen auf das Vakuum und eine Frequenz von 900 +/- 60 MHz ist.

[0039] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einem insbesondere aus einem Gehäusebodenteil 19 und einem Gehäusedeckel- teil 20 bestehenden Gehäuse angeordnet ist, wobei die zweite Antennenflä- che 11 als eine Metallisierung des insbesondere dielektrischen Gehäusedeckel- teils 20 ausgebildet ist.

[0040] Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsgehalt der zugehörigen/ beigefügten Prioritäts- Unterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender An- meldung mit aufzunehmen. Die Unter ansprüche charakterisieren mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf der Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Be- zugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkma- le aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzel- ne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirk- licht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungs- zweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel er- setzt werden können. Liste der Bezugszeichen

1 Antennenfläche a Kantenlänge

2 Einspeisestelle b Kantenlänge

3 Metallfläche

4 Leiterplatte, dielektrischer Körper,

Platinenanordnung

5 Reflektionsfläche A Abstandsraum

6 Leiterplatte, dielektrischer Körper, W Wirkrichtung

Platinenanordnung

7 Speisenetzwerk

8 Einspeiseelement

9 Mikrostreifenanordnung

10 Leiterplatte, Platinenanordnung

11 Antennenfläche

12 Anschluss

13 Anschluss

14 Mikrostreifenanordnung

15 Abstandshalter

16 Unterbrechungs _S truktur

17 Unterbrechungs _S truktur

18 Unterbrechungs _S truktur

19 Gehäusebodenteil

20 Gehäusedeckelteil