Konzept zur Positions- oder Lagebestimmung eines Transponders in einem RFID-System

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zur Bestimmung von Position, Ausrichtung und/oder Bewegung eines Transponders durch induktive Kopplung in einem Funksystem, insbesondere in einem RFID-System (RFID = Radio Frequency Idendification) .

Im Bereich der automatischen Identifizierung von Waren, Personen, Gütern und Tieren kommt unter anderem seit geraumer Zeit die sogenannte RFID-Technologie zum Einsatz. Bei der RFID-Technologie handelt es sich um ein funkbasiertes, kontaktloses Identifikationsverfahren, welches ursprünglich Funkfrequenzen im Radiofrequenzbereich (100 kHz bis einige 10 MHz) verwendete, wobei inzwischen aber Frequenzen bis in den Mikrowellenbereich Anwendung finden. Vorteile dieser Systeme z.B. gegenüber Barcodesystemen sind unter anderem eine deutlich höhere Kapazität, Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen und Verschmutzung, deutlich höhere Reich- weiten und die Möglichkeit viele Transponder (zusammengesetzt aus Transmitter und Responder) gleichzeitig auszulesen.

Ein Transponder ist dabei das eigentliche Etikett, welches Informationen, z.B. einer Ware, trägt und mit einem stationären oder mobilen Lesegerät bzw. einer Sende- /Empfangsvorrichtung kommuniziert. Diese Kommunikation erlaubt je nach Systemaufbau das Lesen und Beschreiben des Transponders, wodurch eine zusätzliche Flexibilität des Systems gegeben ist. Eine nachträgliche änderung von Produktdaten ist somit einfach möglich. Ein weiterer Vorteil von RFID-Systemen ist die Möglichkeit, passive Transponder

einzusetzen, die ohne eigene Energieversorgung auskommen und daher entsprechend kompakt aufgebaut werden können.

Fig. 18 zeigt einen typischen Aufbau eines RFID-Systems . Solch ein System besteht typischerweise aus einem oder mehreren Lesegeräten bzw. Sende-/Empfangsvorrichtungen 10 und einer Vielzahl von Transpondern 11. Sowohl das Lesegerät 10 als auch der Transponder 11 besitzen jeweils eine Antenne 12, 13, die maßgeblich eine Reichweite der Kommunikation zwischen Lesegerät 10 und Transponder 11 beeinflusst. Gelangt der Transponder 11 in die Nähe der Antenne 12 des Lesegeräts 10, so tauschen beide (Transponder und Lesegerät) Daten aus. Das Lesegerät 10 überträgt neben den Daten auch Energie zum Transponder 11. Im Innern des Transponders 11 befindet sich dafür eine Antennenspule, die beispielsweise als Rahmen- oder Ferritantenne ausgeführt ist. Zum Betrieb des Transponders 11 erzeugt das Lesegerät 10 zunächst mittels seiner Antenne 12 ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld. Die Antenne 12 umfasst ebenfalls eine großflä- chige Spule mit mehreren Windungen. Hält man nun den Transponder 11 in die Nähe der Lesegerätantenne 12, so erzeugt das Feld des Lesegeräts eine Induktionsspannung in der Spule des Transponders 11. Diese Induktionsspannung wird gleich gerichtet und dient zur Spannungsversorgung des Transponders 11. Parallel zu einer Induktivität der Transponderspule ist im Allgemeinen eine Kapazität geschaltet. So entsteht ein Parallelschwingkreis. Die Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises entspricht der Sendefrequenz des RFID-Systems. Gleichzeitig wird auch die Antennenspule des Lesegeräts 10 durch einen zusätzlichen Kondensator in Reihen- oder Parallelschaltung in eine Resonanz gebracht.

Aus der, in dem Transponder 11 induzierten Wechselspannung wird zusätzlich eine Taktfrequenz abgeleitet, welche einen Speicherchip oder einen Mikroprozessor des Transponders 11 dann als Systemtakt zur Verfügung steht. Die Datenübertragung vom Lesegerät 10 zum Transponder 11 erfolgt im einfachsten Fall durch eine sog. Amplitudentastung (ASK = Amp-

litude Shift Keying) , bei der das hochfrequente magnetische Wechselfeld ein- und ausgeschaltet wird. Die umgekehrte Datenübertragung vom Transponder 11 zum Lesegerät 10, nutzt die Eigenschaften der transformatorischen Kopplung zwischen der Lesegerätantenne 12 und der Transponderantenne 13 aus. Dabei stellt die Lesegerätantenne 12 eine primäre Spule und die Transponderantenne 13 eine sekundäre Spule eines aus Lesegerätantenne und Transponderantenne gebildeten Transformators.

Aufgrund der oft sehr geringen elektromagnetischen Kopplung zwischen der Lesegerätantenne 12 und der Transponderantenne 13 ist mit sehr kleinen Modulationssignalen an der Antenne 12 des Lesegeräts 10 zu rechnen. Die Kopplung ist meist kleiner als 10%, gelegentlich liegt sie sogar unter 1%. Die Lastmodulationssignale sind in etwa 60 dB bis 80 dB schwächer als das Trägersignal.

Auf dem Gebiet der Nahbereichslokalisierung von Objekten sind beispielsweise Systeme für Anwendungen im Bereich der Logistik bekannt. In der Logistik ist eine binäre Lokalisierung (Transponder präsent/nicht präsent) sehr verbreitet, also eine Registrierung von Objekten an einem bzw. mehreren vorher bekannten Orten.

Dagegen wird für eine Eingabe einer Position eines Punktes in einen Computer beispielsweise eine Rasterlokalisierung verwendet. Mehrere Leiter, die im Bereich der Positionsmessung nebeneinander angeordnet sind, werden nacheinander ak- tiviert. Dabei wird die Position bei der Anregung des bestimmten Leiters aus zwei Komponenten berechnet.

Dazu beschreibt die Patentschrift DE 4400946 Cl beispielsweise eine Positionserfassungseinrichtung mit einem Positi- onserfassungsbereich, in dem mehrere Leiter vorgesehen sind, die in Richtung der Positionsmessung nebeneinander angeordnet sind, eine Wahlschaltung zum Auswählen einzelner Leiter, eine Sendeschaltung, die ein Sendesignal einem aus-

gewählten Leiter bereitstellt, einem Positionszeiger mit einem Schwingkreis, der durch das Sendesignal zum Schwingen angeregt wird und ein Empfangssignal abstrahlt, eine Empfangsschaltung zur Detektion des Empfangssignals in einem ausgewählten Leiter, eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung der durch den Positionszeiger angezeigten Position durch Verarbeitung der mit der Empfangsschaltung detektier- ten Empfangssignale, wobei dem Schwingkreis kontinuierlich Energie übertragen wird.

Ein weiteres Prinzip der Funklokalisierung ist die Lokalisierung durch elektromagnetische Wellenausbreitung. Dabei wird ein Empfänger in ein Objekt integriert, der bei Anfrage seine Daten an einen Sender schickt. Die Position des Objekts wird danach aus Laufzeiten bzw. der Differenz zwischen zwei ankommenden Signalen berechnet.

Schließlich besteht eine weitere Möglichkeit zur Positionsbestimmung in der Ausnutzung des bekannten Radarprinzips beispielsweise mittels des sog. Backscatter-Verfahrens.

Bestehende Systeme zur binären Lokalisierung bieten nur eine geringe Flexibilität, da sich bei Ihnen die Identifizierung eines Transponders auf einen reine Anwesenheitsprüfung beschränkt. Typischerweise sind solche Systeme sehr ungenau und daher für viele Anwendungen unbrauchbar. Für eine Nahbereichslokalisierung, d.h. zur Positionsbestimmung von Objekten innerhalb eines kleinen Bereichs, sind Systeme, die eine Funklokalisierung mittels einer Laufzeitmessung nut- zen, nicht geeignet, da sich Funkwellen im Antennennahfeld typischerweise noch nicht von der Antenne gelöst haben. Laufzeitverfahren basieren aber auf der Wellencharakteristik, wie sie im erst im Antennenfernfeld vorliegt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein verbessertes Konzept zur Nahbereichslokalisierung von Objekten zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 20 und/oder einen Transpon- der gemäß Anspruch 35 gelöst.

Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, dass Position, Richtung und/oder Bewegung eines im Nahfeld der Sende-/Empfangsvorrichtung befindlichen und mit der Sende-/Empfangsvorrichtung induktiv gekoppelten Transponders bestimmt werden kann, indem eine transformato- rische Kopplung des Transponders mit der Sende- /Empfangsvorrichtung ausgenutzt wird. Zunächst wird mittels einer Antenneneinrichtung eines Sende-/Empfangsgeräts, d.h. mittels eines Lesegeräts, ein elektromagnetisches bzw. magnetisches Wechselfeld erzeugt bzw. von der dem Lesegerät zugeordneten Antenneneinrichtung abgestrahlt. Im Antennen- nahfeld kann von einem reinen magnetischen Wechselfeld gesprochen werden, da sich die Funkwellen hier noch nicht von der Antenne gelöst haben, wohingegen im Antennenfernfeld eine elektromagnetische Wellenausbreitung vorherrscht. Er- findungsgemäß wird dann in der Sende-/Empfangsvorrichtung und/oder in dem Transponder eine elektrische Größe in Form eines Zuordnungssignals ermittelt, die ein Maß für die induktive Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung der Sen- de-/Empfangsvorrichtung und dem Transponder darstellt. Die- se elektrische Größe bzw. das Zuordnungssignal resultiert beispielsweise aus der änsprechfeldstärke oder der Lesefeldstärke des Transponders oder deren änderungen, aus einer Feldstärkemessung des magnetischen Wechselfeldes am Transponder, oder aus einer Auswertung einer durch den Transponder hervorgerufenen Lastmodulation. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ausgenutzt, dass ein Zusammenhang zwischen der induktiven Kopplung zwischen Transponder und Sende-/Empfangsvorrichtung und einer Entfernung zwischen dem Transponder und der Sende-/Empfangsvorrichtung vorliegt. Somit lässt sich erfindungsgemäß der ermittelten elektrischen Größe, d.h. dem Zuordnungssignal, die Entfernung zwischen dem Transponder und der Sende- /Empfangsvorrichtung zuordnen.

Diese Zuordnung von Zuordnungssignal und Entfernung wird nun bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass eine Ansprechmindestfeldstärke und/oder Lesemindestfeldstärke des Transponders als Indikator zur Bestimmung des Abstandes des Transponders zur Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung herangezogen wird. Die Ansprechfeldstärke bzw. Ansprechmindestfeidstärke ist diejenige Feldstärke, bei der der Transponder gerade noch ordnungsgemäß arbeitet, d.h. die Feldstärke ausreichend für eine Spannungsversorgung des Transponders ist. Die Lesefeldstärke bzw. Lesemindestfeldstärke ist diejenige Feldstärke, die für eine Kommunikation zwischen dem Transponder und der Sende-/Empfangsvorrichtung mindestens erforderlich ist. D.h. die Lesemindestfeldstärke ist größer oder gleich der Ansprechmindestfeldstärke. Wird beispielsweise ein Antennenspeisestrom der Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung schrittweise oder kontinuierlich geändert, so ändert sich entsprechend der Betrag des von der Antenneneinrichtung erzeugten Magnetfeldes an einem bestimmten Ort. Wird nun der Antennenspeisestrom und damit der Betrag des erzeugten Magnetfeldes von einem geringen Anfangswert bis zu einem Maximalwert, oder umgekehrt, durchfahren und befindet sich ein Transponder in Reichweite der Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung, so antwortet der Transponder, sobald seine benötigte Ansprechmindestfeldstärke bzw. Lesemindestfeldstärke erreicht ist. Somit kann jedem Antennenspeisestrom an der Sende- /Empfangsvorrichtung eine Entfernung des Transponders von der Antenneneinrichtung zugeordnet werden.

Ein Vorteil dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass herkömmliche Transponder eingesetzt werden können und lediglich eine Sende-/Empfangsvorrichtung, d.h. das Lesegerät, erfindungsgemäß anzupassen ist, um einen Strom durch eine Antenneneinrichtung einer Sende- /Empfangsvorrichtung zu variieren und einer bestimmten Höhe dieses Stroms basierend auf der ermittelten Ansprech- bzw.

Lesefeldstärke eine Transponderentfernung zuordnen zu können.

Die Zuordnung von Zuordnungssignal und Entfernung kann nun bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht werden, dass an einem Schwingkreis einer Antenneneinrichtung des Transponders eine durch das von der Sende-/Empfangsvorrichtung erzeugte Magnetfeld induzierte, analoge Spannung im Transponder erfasst wird, und bei- spielsweise gleichgerichtet und geglättet wird, um einen zur induzierten Spannung entsprechenden Gleichspannungswert zu erhalten. Dieser .Gleichspannungswert kann durch einen Analog-Digital-Wandler in einen entsprechenden digitalen Wert gewandelt und dann als Daten in ein entsprechendes Da- tenübertragungsprotokoll zwischen dem Transponder und der Sende-/Empfangsvorrichtung eingebunden und übertragen werden. Optional könnte die durch das von dem Magnetfeld induzierte Spannung im Transponder auch direkt, d.h. ohne Gleichrichtung und Glättung, digitalisiert und weiterverar- beitet werden. Die Sende-/Empfangsvorrichtung kann dann die in das übertragungsprotokoll integrierten, digitalen Feldstärkedaten aus den eigentlichen Nutzdaten der Kommunikation herausfiltern, so dass sie für eine Auswertung, beispielsweise mittels eines PC's, zur Verfügung stehen. Die so übertragenen digitalen Daten sind dabei vorzugsweise proportional zu der Feldstärke des am Transponder anliegenden magnetischen Wechselfeldes, die wiederum ein Maß für die Entfernung von dem Transponder zu der Sende- /Empfangsvorrichtung ist.

Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil auf, dass die Messung der magnetischen Kopplung direkt am Transponder stattfindet und somit eine ausgesprochen genaue Entfernungsmessung ermöglicht wird.

Die Zuordnung von Zuordnungssignal und Entfernung kann nun bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht werden, dass an der Sende-

/Empfangsvorrichtung das Zuordnungssignal in Form eines ersten und/oder zweiten Zuordnungssignals und insbesondere einer sog. Mittelspannung und/oder eines Spannungshubs ermittelt wird, die in einem Eingangskreis der Antennenein- richtung der Sende-/Empfangsvorrichtung durch eine Lastmodulation des Transponders erzeugt werden. Die an der Sende- /Empfangsvorrichtung ermittelten Spannungen entstehen dabei durch eine transformatorische Rückwirkung des Transponders auf die Sende-/Empfangsvorrichtung, die proportional zu der Entfernung von dem Transponder zu der Sende- /Empfangsvorrichtung ist. Die Mittelspannung entspricht dabei einem Gleichspannungsanteil, der nach einer Demodulati- on dem Empfangssignal überlagert ist, wobei der Spannungshub beispielsweise dadurch entsteht, dass das Trägersignal am Primärschwingkreis im Rhythmus der Daten belastet wird.

Vorteile dieses Aspekts gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass herkömmliche Transponder eingesetzt werden können. Eine erfindungsgemäße Sende- /Empfangsvorrichtung benötigt lediglich eine Verarbeitungseinrichtung, um zumindest einer der beiden durch die transformatorische Rückwirkung entstehenden Signale, d.h. der Mittelspannung oder den Spannungshub, eine Entfernung des Transponders von der Sende-/Empfangsvorrichtung zuzuordnen.

Die Antenneneinrichtung einer erfindungsgemäßen Sende- /Empfangsvorrichtung kann dabei eine oder eine Mehrzahl von Antennen umfassen. Die Anzahl der Antennen bestimmt, in wie vielen Dimensionen eine Position, Richtung und/oder Bewe- gung eines mit der Sende-/Empfangsvorrichtung induktiv gekoppelten Transponders bestimmt werden kann.

Damit besteht mit dem erfindungsgemäßen Konzept neben der Möglichkeit der reinen Identifizierung eines mit einer Sen- de-/Empfangsvorrichtung induktiv gekoppelten Transponders zusätzlich erfindungsgemäß die Möglichkeit zur Positionsbestimmung des Transponders, zur Bestimmung einer Orientierung des Transponders und die Möglichkeit zur Bestimmung

einer Bewegung des .Transponders. Dabei ist es möglich, lediglich die Sende-/Empfangsvorrichtung entsprechend zu modifizieren, so dass zur Lokalisierung herkömmliche Transponder verwendet werden können.

Weiterhin bietet das erfindungsgemäße Konzept die Möglichkeit für neue Serviceleistungen und dadurch eine Grundlage für die Entstehung neuer Anwendungsbereiche.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemä- ßen RFID-Systems zur Erläuterung der induktiven

Kopplung zwischen einer Sende- /Empfangsvorrichtung und einem Transponder;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sende- /Empfangsvorrichtung mit einer Antenneneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Widerstandsnetzwerk zur Steuerung eines Ante- nennstroms einer Antenneneinrichtung der Sende-

/Empfangseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Verarbei- tungseinrichtung einer Sende-/Empfangseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die eine Lese- oder Ansprechmindestfeldstärke eines Transponders als Indikator zur Bestimmung des Abstandes des Transponders nutzt;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Verarbeitungseinrichtung einer Sende-/Empfangsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden

Erfindung, die eine an der Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung anliegende Spannung als Indikator zur Bestimmung des Abstandes des Transponders nutzt;

Fig. 6a eine schematische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einem ersten und zweiten Zuordnungssignal, insbesondere einer Mittelspannung und einem Spannungshub gemessen an einer Antenne einer Sen- de-/Empfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden

Erfindung;

Fig. 6b eine beispielhafte Darstellung einer Messung einer Mittelspannung an einer Sende- /Empfangsvorrichtung aufgetragen über einen Abstand eines Transponders zu einer Sende- /Empfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6c einen schematischen Verlauf einer Mittelspannung an einer Sende-/Empfangsvorrichtung aufgetragen über einem magnetischen Kopplungsfaktor eines Transponders zu einer Sende-/Empfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6d eine beispielhafte Darstellung einer Messung eines Spannungshubs an einer Sende- /Empfangsvorrichtung aufgetragen über einen Abstand eines Transponders zu einer Sende- /Empfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6e einen schematischen Verlauf eines Spannungshubs an einer Sende-/Empfangsvorrichtung aufgetragen über einem magnetischen Kopplungsfaktor eines

Transponders zu einer Sende-/Empfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Transponders mit einer Antenneneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines passiven Transponders gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine beispielhafte Darstellung einer Messung ei- ner Induktionsspannung an einem AD-Wandler in einem Transponder gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgetragen über einen Abstand des Transponders zu einer Sende- /EmpfangsVorrichtung;

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer modifizierten Sende- /Empfangsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Transponders im 3-dimensionalen Raum;

Fig. 12a eine schematische Darstellung von orthogonal angeordneten Spulen als Antennen gemäß der vorlie- genden Erfindung;

Fig. 12b eine schematische Darstellung von in einem beliebigen Winkel angeordneten Spulen als Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12c eine schematische Darstellung einer Antenneneinrichtung bestehend aus sechs orthogonal angeordneten Spulen als Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12d eine Antennenanordnung bestehend aus zwei orthogonal zueinander angeordneten Helmholzspulenpaa-

ren und einer Diagonalspule gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13a eine Antennenanordnung bestehend aus vier recht- eckig angeordneten Spulen zur Erzeugung einer

Magnetfeldorientierung von 0° gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13b eine Antennenanordnung bestehend aus vier recht- eckig angeordneten Spulen zur Erzeugung einer

Magnetfeldorientierung von 90° gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13c eine Antennenanordnung bestehend aus vier recht- eckig angeordneten Spulen zur Erzeugung einer

Magnetfeldorientierung von 135° gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13d eine Antennenanordnung bestehend aus vier recht- eckig angeordneten Spulen zur Erzeugung einer

Magnetfeldorientierung von 45° gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 eine Antennenanordnung bestehend aus zwei ortho- gonal zueinander angeordneten Helmholzspulenpaa- ren und einer Diagonalspule und zwei Transpondern gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine Antennenanordnung bestehend aus vier recht- eckig angeordneten Antennen und einen Transpondern mit zwei möglichen Positionen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 ein Blockschaltbild einer Sende- /Empfangseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gekoppelt mit einer Antenneneinrichtung mit sechs orthogonal

angeordneten Spulen als Antennen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 ein Blockschaltbild einer Sende- /Empfangseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gekoppelt mit einer Antenneneinrichtung mit zwei Antennenelementen gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 18 einen typischen Aufbau eines konventionellen RFID-Systems.

Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispie- len gleich oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibungen dieser Funktionselemente in den verschiedenen, in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.

Im Nachfolgenden wird der Begriff „Signal" für Ströme oder Spannungen gleichermaßen verwendet, es sei denn, es ist explizit etwas anderes angegeben.

Fig. 1 zeigt einen exemplarischen Aufbau eines RFID- Systems. Solch ein System besteht wenigstens aus einem Lesegerät bzw. einer Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und einem Transponder 110. Sowohl das Lesegerät 100 als auch der Transponder 110 weisen jeweils eine Antenneneinrichtung 102 bzw. 112 auf, die sich in einem Abstand d voneinander befinden. Die Antenneneinrichtung 102 der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 weist eine Spule mit einer Induktivität Li auf und die Antenneneinrichtung 112 des Transponders 110 weist eine Spule mit einer Induktivität L ₂ auf.

Eine Datenübertragung von dem Transponder 110 zur Sende- /Empfangsvorrichtung 100, nutzt die Eigenschaften einer

transformatorischen Kopplung zwischen der Spule Li der Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und der Spule L ₂ der Antenneneinrichtung 112 des Transpon- ders 110 aus, wobei die Spule der Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 als eine primäre Spule und die Spule der Antenneneinrichtung 112 des Transponders 110 als eine sekundäre Spule eines aus der Antenneneinrichtung 102 und der Antenneneinrichtung 112 gebildeten Transformators angesehen werden kann.

Aufgrund der Gegeninduktivität M, die von einer magnetischen Kopplung der Spulen Li, L _{2 .} abhängt, bewirkt eine änderung eines Stroms I ₂ durch die sekundäre Spule L ₂ auf der Seite des Transponders 110 auch eine änderung eines Stroms Ii bzw. der Spannung Ui an der primären Spule Li auf der Seite der Sende-/Empfangsvorrichtung 100, entsprechend dem Prinzip eines Transformators. Die magnetische Kopplung der Spulen hängt wiederum von dem Abstand d zwischen der Spule Li der Antenneneinrichtung 102 der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 und der Spule L ₂ der Antenneneinrichtung 112 des Transponders 110 ab. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Erläuterungen wird diesbezüglich im Nachfolgenden häufig auch von einem Abstand zwischen Sende- /Empfangsvorrichtung und Transponder bzw. deren Antennen- einrichtungen gesprochen, wobei der Antennenabstand gemeint ist .

Eine änderung des Stroms in der sekundären Spule L ₂ auf der Seite des Transponders 110 bewirkt auch eine änderung des Stroms bzw. der Spannung an der primären Spule Li auf der Seite des Lesegeräts 100, wie bei einem Transformator. Diese Spannungsänderung an der Lesegerätantenne 102 entspricht in der Wirkung einer Amplitudenmodulation, jedoch mit einem in der Regel sehr kleinen Modulationsgrad. Durch das Ein- und Ausschalten eines zusätzlichen Lastwiderstands im Transponder 110 im Takt der zu übertragenen Daten, können so Daten an das Lesegerät 100 gesendet werden. Dieser Vorgang wird als Lastmodulation (Load Modulation) bezeichnet.

Der Abstand d ist nun vorzugsweise derart vorzusehen, dass sich der Transponder 110 im Nahfeld der Antenne der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 befindet, um eine Kommunikation zwischen der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und dem Transponder 110 durch induktive Kopplung zu ermöglichen.

Gemäß vorliegender Erfindung wird der Zusammenhang zwischen der magnetischen Kopplung der Spulen Li, L ₂ und deren Abstand d voneinander für die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Positionsbestimmung des Transponders 110 durch induktive Kopplung ausgenutzt, indem ein magnetischen Wechselfeld, das beispielsweise eine Frequenz von 125 kHz oder 13.56 MHz oder auch eine andere für RFID-Systeme geeignete Frequenz aufweisen kann, mittels der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und der Antenneneinrichtung 102 erzeugt wird und in der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und/oder dem Transponder 110 eine elektrische Größe als ein Zuordnungssignal ermittelt wird, wobei die elektrische Größe ein Maß für die induktive Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung 102 der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 und dem Transponder 110 darstellt, und wobei der induktiven Kopplung die Entfernung d des Transponders 110 zu der Antenneneinrichtung 102 zuordenbar ist. Diese elektrische Größe bzw. das Zuordnungssignal resultiert beispielsweise aus der Ansprechfeldstärke oder der Lesefeldstärke des Transponders oder deren änderungen, aus einer Feldstärkemessung des elektrischen Wechselfeldes am Transponder, oder aus einer Auswertung einer durch den Transponder hervorgerufenen Lastmodulation.

Im Folgenden wird nun detailliert auf verschiedene spezifische Aspekte der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Bestimmung von Position, Richtung oder Bewegung eines Transponders in einem Funksystem (RFID-System) mittels induktiver Kopplung eingegangen, wobei weitere spezifische Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung nachfolgend Bezug nehmend auf die Fig. 2 - 17 beschrieben werden.

Wie die nachfolgenden Ausführungen noch deutlich machen werden, kann bei der vorliegenden Erfindung eine elektrische Größe als ein Zuordnungssignal, das ein Maß für eine induktive Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung und dem Transponder darstellt, entweder auf der Seite der Sende-/Empfangsvorrichtung oder der Seite des Transponders ermittelt werden. Der elektrischen Größe und damit auch der induktiven Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung und der Antenneneinrichtung des Transponders ist eine Entfernung des Transponders zu der Antenneneinrichtung der Sende- /Empfangsvorrichtung und damit des Tranponder zu der Sende- /Empfangsvorrichtung zuordenbar.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Sende- /Empfangsvorrichtung 100, die mit einer Antenneneinrichtung 102 gekoppelt ist. Die Sende-/Empfangsvorrichtung weist eine Einrichtung 104 zum Erzeugen eines Ansteuersignals S _st zum Ansteuern der Antenneneinrichtung 102 über eine Leitung 106 auf. Ferner weist die Sende-/Empfangsvorrichtung 100 eine über eine Leitung 107 mit der Antenneneinrichtung 102 gekoppelten Verarbeitungseinrichtung 108 zum Verarbeiten eines von der Antenneneinrichtung 102 herrührenden Signals S _RX auf. Ferner ist optional das Ansteuersignal S _st oder ein äquivalenter Wert davon in die Verarbeitungseinrichtung 108 zum Verarbeiten von S _st einkoppelbar, was durch die gestrichelte Leitung in Fig. 2 angedeutet ist.

Die Einrichtung 104 zum Erzeugen des Ansteuersignals S _st zum Ansteuern der Antenneneinrichtung 102 kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass das Ansteuersignal S _st variiert werden kann, oder aber dass die Einrichtung 104 ein konstantes Ansteuersignal S _st für die Antenneneinrichtung 102 liefert. Das Ansteuersignal S _st könnte beispiels- weise ein Strom zum Speisen der Antenneneinrichtung 102 sein.

In vorliegendem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Sende-/Empfangsvorrichtung 100 über zwei Leitungen 106 und 107 mit der Antenneneinrichtung 102 verbunden, wobei die Leitung 106 das Ansteuersignals S _st zum Ansteuern der Anten- neneinrichtung 102 und Leitung 107 ein von der Antenneneinrichtung 102 herrührendes Signals S _Rx führt. Eine Trennung zwischen Sende- und Empfangspfad findet hier also beispielsweise in der Antenneneinrichtung 102 statt. Diese Trennung zwischen Sende- und Empfangspfad könnte gemäß der vorliegenden Erfindung genauso auch in der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 stattfinden, wobei es dann ausreichend wäre, die Sende-/Empfangsvorrichtung 100 über nur eine Leitung mit der Antenneneinrichtung 102 zu verbinden.

Die Verarbeitungseinrichtung 108 zum Ermitteln des Zuordnungssignals als Maß für die induktive Kopplung zwischen Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und einem Transponder ermittelt aus dem Zuordnungssignal, welches beispielsweise einer an der Antenneneinrichtung 102 anliegenden Spannung S _RX , einem Antennenspeisestrom S _st oder in einem übertragungsprotokoll von einem Transponder an die Sende- /Empfangsvorrichtung 100 übertragenen digitalen Daten entsprechen kann, eine Entfernung des Transponders zu der Sen- de-/Empfangsvorrichtung 100. Beispielsweise könnte ein Mik- rocontroller die Funktion der Einrichtung 104 und/oder 108 übernehmen.

Im Folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei dem das Zuordnungssignal auf der Seite der Sende-/Empfangsvorrichtung ermittelt wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Ansprechfeldstärke bzw. eine Lesefeldstärke eines Transpon- ders 110 als Indikator zur Bestimmung des Abstandes des Transponders zur Antenneneinrichtung 102 der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 herangezogen werden. Die Ansprechfeldstärke bzw. Ansprechmindestfeldstärke ist diejenige

Feldstärke, bei der der Transponder gerade noch ordnungsgemäß arbeitet, d.h. die Feldstärke ausreichend für eine Spannungsversorgung des Transponders ist. Die Lesefeldstärke bzw. Lesemindestfeldstärke ist diejenige Feldstärke, die für eine Kommunikation zwischen dem Transponder und der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 mindestens erforderlich ist. Die Lesemindestfeldstärke ist somit in der Regel größer als die Ansprechmindestfeldstärke.

Wird beispielsweise ein Strom durch die Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 durch die Einrichtung 104 schrittweise oder kontinuierlich geändert, so ändert sich entsprechend der Betrag des von der Antenneneinrichtung erzeugten Magnetfeldes bzw. magnetischen Wechsel- feld an einem bestimmten Ort bzgl. der Antenneneinrichtung 102.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der Strom durch die Antenneneinrichtung 102 beispiels- weise mittels eines Widerstandsnetzwerks, wie es in Fig. 3 beispielhaft gezeigt ist, gesteuert werden.

Fig. 3 zeigt ein Widerstandsnetzwerk, welches beispielsweise die anhand von Fig. 2 beschriebene Einrichtung 104 zum Erzeugen des Ansteuersignals S _st zum Ansteuern der Antenneneinrichtung 102 realisieren kann, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das Ansteuersignal S _st ein Antennenspeisestrom ist. Das Widerstandsnetzwerk 104 besteht aus mehreren parallel geschalte- ten Widerständen, von denen der übersichtlichkeit halber nur zwei mit Bezugszeichen 202a, 202b versehen sind. Die Widerstände 202a und 202b können über zugeordnete Schalter 204a, 204b jeweils in einen Stromlauf von einem Eingang 104a zu einem Ausgang 104b des Widerstandsnetzwerks 104 zu- geschaltet werden. Die Schalterstellungen der Schalter 204a und 204b werden beispielsweise durch einen MikroController 210 gesteuert.

Genau wie die Spule Li der Antenneneinrichtung 102 der Sen- de-/Empfangsvorrichtung 100, besitzt eine Spule L ₂ einer Antenneneinrichtung 112 eines Transponders 110 mehrere wichtige Eigenschaften. Eine davon ist die Transformation eines magnetisches Wechselfeld mit einer bestimmten Feldstärke in einen Strom und eine Spannung zur Versorgung des Transponders 110 mit Energie. Erfindungsgemäß kann nun der Antennenspeisestrom S _st und damit der Betrag des erzeugten magnetischen Wechselfeldes von einem niedrigen Anfangswert bis zu einem Maximalwert, oder umgekehrt, durchfahren werden. Wenn sich ein Transponder 110 in Reichweite der Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 befindet, so „antwortet" der Transponder 110, sobald seine benötigte Ansprechmindestfeldstärke bzw. Lesemindestfeld- stärke erreicht ist. Somit kann man verschiedenen Antennen- speiseströmen S _st der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 eine Entfernung des Transponders 110 von der Antenneneinrichtung 102 zuordnen.

Steigt der Antennenspeisestrom S _st und damit der Betrag des erzeugten magnetischen Wechselfeldes von einem niedrigen Anfangswert an, so wird ab einem ersten Antennenspeisestrom S _st zuerst die Ansprechmindestfeldstärke des Transponders erreicht, was die Sende-/Empfangsvorrichtung aufgrund einer plötzlichen änderung des Stroms Antennenspeisestroms S _st bzw. der Spannung an der primären Spule Li auf der Seite der Sende-/Empfangsvorrichtung 100, aufgrund der Gegeninduktivität M, die von der magnetischen Kopplung der Spulen Li und L ₂ auf der Seite des Transponders 110 „bemerkt". Er- höht man den Antennenspeisestrom S _st und damit den Betrag des erzeugten magnetischen Wechselfeldes weiter, so wird ab einem zweiten Antennenspeisestrom S _st die Lesemindestfeldstärke des Transponders 110 erreicht, was daran zu erkennen ist, dass ab dieser Lesemindestfeldstärke eine ordnungsge- mäße Datenkommunikation zwischen Transponder 110 und Sende- /Empfangsvorrichtung 100 möglich ist.

Die Ansprechmindestfeldstärke kann beispielsweise dann als Indikator zur Bestimmung des Abstandes des Transponders 110 zur Antenneneinrichtung 102 herangezogen werden, wenn sich nur ein einziger Transponder in Reichweite der Antennenein- richtung 102 befindet. Befindet sich hingegen eine Mehrzahl von Tranpondern in Reichweite, so ist vorzugsweise die Lesemindestfeldstärke als Indikator zur Bestimmung des Abstandes des Transponders 110 zur Antenneneinrichtung 102 zu wählen, da hier eine Kommunikation zwischen Sende- /Empfangsvorrichtung 100 und Transponder 110 und damit eine gezielte Auswahl des Transponders 110 durch Antikollisions- verfahren zur Unterscheidung der einzelnen Transponder möglich ist.

Fig. 4 zeigt nun eine schematische Darstellung einer Verarbeitungseinrichtung 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die die Ansprechmindestfeldstärke eines Transponders als Indikator zur Bestimmung des Abstandes des Transponders zur Antenneneinrichtung der Sende- /Empfangsvorrichtung nutzt.

Die Verarbeitungseinrichtung 108 weist einen Eingang 108a und einen Ausgang 108b auf. Dem Eingang 108a wird ein variabler Antennenspeisestrom S _st (oder ein dazu äquivalentes Signal) zugeführt. Innerhalb der Verarbeitungseinrichtung 108 wird demjenigen Antennenspeisestrom S _s t eine Entfernung d des Transponders zu der Sende-/Empfangsvorrichtung gemäß einer Vorschrift d=f(S _st ) zugeordnet, bei dem das von der Sende-/Empfangsvorrichtung erzeugte magnetische Wechselfeld groß genug ist, um am Ort des Transponders gerade die vom Transponder benötigte Ansprechmindestfeldstärke zu erzeugen, so dass eine Kommunikation zwischen Transponder und der Sende-/Empfangsvorrichtung möglich ist. Die so ermittelte Entfernung d wird an dem Ausgang 108b der Verarbei- tungseinrichtung 108 zu einer Weiterverarbeitung bereitgestellt. Der Antennenstrom S _st stellt also ein Zuordnungssignal dar, das ein Maß für die induktive Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung und

dem Transponder darstellt, wobei der induktiven Kopplung die Entfernung d des Transponders zu der Antenneneinrichtung zuordenbar ist.

Umfasst die Antenneneinrichtung der Sende- /Empfangsvorrichtung lediglich eine einzige Spule (1- dimensionaler Fall), so kann über den Antennenstrom S _st durch die Antenneneinrichtung lediglich die Entfernung d eines Transponders zu der Antenneneinrichtung bestimmt wer- den. Ist dazu beispielsweise eine Bewegungsrichtung des Transponders bekannt bzw. vorgegeben, so ist damit die Position des Transponders erfassbar.

Soll eine Position des Transponders in einem mehrdimensio- nalen Raum bestimmt werden, so kann das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren auf mehrere Antennenelemente erweitert werden, worauf Bezug nehmend auf die Fig. 12a - 12d, 13,14 und 15 im Nachfolgenden noch eingegangen wird.

Im Folgenden wird nun anhand der Fig. 5, 6a-e eine weitere Vorgehensweise zur Nahbereichslokalisierung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erläutert, bei der das Zuordnungssignal auf Seiten der Sende- /Empfangsvorrichtung ermittelt wird.

Gemäß diesem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Lokalisierung eines Transponders an der Sende- /Empfangsvorrichtung zumindest eines von zwei Auswertesignalen ermittelt, die in einem Eingangskreis bzw. Empfangs- pfad der Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung durch eine Lastmodulation des Transponders erzeugt werden. Die an der Sende-/Empfangsvorrichtung ermittelten Auswertesignalen entstehen dabei durch eine transformatorische Rückwirkung des Transponders auf die Sende- /Empfangsvorrichtung, die abhängig von der Entfernung von dem Transponder zu der Sende-/Empfangsvorrichtung ist.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Verarbeitungseinrichtung 108 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die ein erstes Auswertesignal S= und/oder ein zweites Auswertesignal S~ eines Emp- fangsignals S _RX , das in einem Eingangskreis der Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung durch eine Lastmodulation des Transponders erzeugt wird, als Indikator zur Bestimmung des Abstandes des Transponders zur Antenneneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung nutzt. Die Verar- beitungseinrichtung 108 weist einen Eingang 108a und einen Ausgang 108b auf.

Am Eingang 108a der Verarbeitungseinrichtung 108 liegt ein Empfangssignal S _RX , beispielsweise eine Spannung, des Ein- gangskreises der Antenneneinrichtung der Sende- /Empfangsvorrichtung an. Das Signal S _RX kann in ein erstes Auswertesignal S= oder ein zweites Auswertesignal S- aufgeteilt werden (siehe Fig. 6a) .

Dazu zeigt Fig. 6a qualitativ und beispielhaft eine schematische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einem ersten Auswertesignal S= und einem zweiten Auswertesignal S~ gemessen an einer Antenne einer Sende-/Empfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise kann der Begriff „Auswertesignal" für Strom- oder Spannungswerte verwendet werden.

Das erste Auswertesignal S= kann beispielsweise einer sog. Mittelspannung entsprechen. Die Mittelspannung S= ent- spricht dabei einem Gleichspannungsanteil, der nach einer Demodulation dem Empfangssignal S _RX überlagert ist und bei einer erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsvorrichtung 100 beispielsweise nicht durch einen Koppelkondensator abgetrennt, sondern explizit ausgewertet wird. Wie vorhergehend bereits erläutert wurde, sind die Spule Li der Lesegerätantenne 102 und die Spule L ₂ der Transponderantenne 112 transformatorisch miteinander gekoppelt. Dabei stellt die Spule Li des Lesegeräts 100 die Primärspule und die Spule L ₂ des

Transponders 110 die Sekundärspule eines Transformators dar. Wird ein Transformator sekundärseitig belastet, so bewirkt ein Sekundärstrom (am Transponder 110) ein zusätzliches magnetisches Wechselfeld. Nach dem Gesetz von Lenz ist die durch den Sekundärstrom verursachte Magnetfeldänderung derjenigen, die durch den Primärstrom (an der Sende- /Empfangsvorrichtung 100) verursacht wird, entgegengerichtet. Die effektive Magnetfeldänderung ist bei Belastung somit in der Primärspule Li der Lesegerätantenne 102 geringer als im unbelasteten Fall, d.h. wenn kein Transponder 110 zugegen ist. Dadurch ist die an der Primärspule Li des Lesegeräts 100 induzierte Spannung kleiner. Da die Mittelspannung S ₌ derjenigen Spannung entspricht, die durch Gleichrichtung der an der Primärspule Li anliegenden Span- nung S _RX entsteht, wird bei sekundärseitiger Belastung durch einen Transponder 110 auch die Mittelspannung S ₌ kleiner.

Falls ein induktiver Kopplungsfaktor K der Primär- und der Sekundärspule verkleinert wird, d.h. die Entfernung zwischen Transponder 110 und Lesegerät 100 vergrößert wird, steigt entsprechend die Mittelspannung S= an, da die Rückwirkung des Transponders 110 auf die Sende- /Empfangsvorrichtung 100 geringer wird. Ist der Kopplungs- faktor K Null, so ist der Transponder 110 außerhalb des Ansprechbereichs des Lesegeräts 100 und man bekommt dadurch die maximale Spannungshöhe der Mittelspannung S ₌ . Dieser Zusammenhang ist schematisch in Fig. 6b dargestellt.

Fig. 6b zeigt in halb-logarithmischer Darstellung einen gemessenen Verlauf der Mittelspannung S= aufgetragen über einem logarithmisch aufgetragenen Abstand d des Transponders 110 vom Lesegerät 100.

Entsprechend zeigt Fig. 6c einen schematischen Verlauf der Mittelspannung S= aufgetragen über dem Kopplungsfaktor K des Transponders 110 zu dem Lesegerät 100.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Verarbeitungseinrichtung 108 wird beispielsweise die Mittelspannung S= ermittelt und dann gemäß einer zu der in Fig. 6b gezeigten reziproken Vorschrift d=gi(S=) die Entfernung d des Transponders zu der Sende-/Empfangsvorrichtung bestimmt. Die Mittelspannung S ₌ stellt demnach ein Zuordnungssignal dar, das ein Maß für eine induktive Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und dem Transponder 110 darstellt, wobei der induktiven Kopplung eine Entfer- nung d des Transponders 110 zu der Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 zuordenbar ist.

Diese Vorgehensweise zur Nahbereichslokalisierung funktioniert auch ohne, dass Daten vom Transponder übertragen wer- den. Jedoch sollte beachtet werden, dass bei einer Mehrzahl von Transpondern in dem magnetischen Wechselfeld des Lesegeräts 100 die gemessene Mittelspannung S= am Lesegerät 100 als eine Kopplung der Mehrzahl von Transpondern interpretiert werden kann. Durch den Einsatz von geeigneten Anti- kollisionsverfahren kann jedoch eine induktive Kopplung von mehr Transpondern als dem zu lokalisierenden Transponder vermieden werden, indem beispielsweise die Antennenschwingkreise der nicht zu lokalisierenden Transponder für einen bestimmten Zeitraum aufgetrennt, d.h. im Leerlauf betrieben werden, um gezielt eine induktive Kopplung und damit eine Entfernung des zu lokalisierenden Transponders bestimmen zu können. Des Weiteren ist beispielsweise eine Unterscheidung der Mehrzahl von Transpondern durch unterschiedliche Resonanzfrequenzen der Transponderantennen denkbar.

Weiterhin kann beispielsweise durch eine Kombination aus der Mittelspannung S= mit dem zweiten Auswertesignal S- eine Verbesserung erzielt werden.

Das zweite Auswertesignal S- kann beispielsweise einem sog. Spannungshub entsprechen. Die Ermittlung des Spannungshubs S~ ist eine weitere Möglichkeit zur Positionsbestimmung eines Transponders 110, die wiederum beispielsweise zur Bewe-

gungsermittlung herangezogen werden kann. Der Spannungshub S~ entsteht dadurch, dass ein Trägersignal der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 am Antennenschwingkreis der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 vom Transponder 110 im Rhythmus der Daten belastet wird und dadurch eine Art Amplitudenmodulation des Trägers verursacht. Eine erfindungsgemäße Sen- de-/Empfangsvorrichtung 100 kann nun die Höhe dieses Spannungshubs auswerten, um daraus eine Entfernung d zu gewinnen. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Positions- bestimmung wird in der Verarbeitungseinrichtung 108 die Höhe des Spannungshubs S~ gemessen. Der Spannungshub S-. ist über die Lastmodulation des Transponders 110 mit dem Eingangskreis des Lesegeräts 100 verknüpft, und steht somit auch durch den induktiven Kopplungsfaktor K mit der Entfer- nung d des Transponders 110 zum Lesegerät 100 in Beziehung. Die Abhängigkeit ist jedoch umgekehrt im Vergleich zu der Mittelspannung S=. Je näher ein Transponder 110 am Lesegerät 100 ist, desto stärker wirkt sich die Lastmodulation aus und dadurch steigt der Spannungshub S~.

Fig. 6d zeigt in halblogarithmischer Darstellung einen gemessenen Verlauf eines Spannungshubs S, aufgetragen über einem logarithmisch dargestellten Abstand d des Transponders 110 vom Lesegerät 100. Entsprechend zeigt Fig. 6e ei- nen schematischen Verlauf des Spannungshubs S~ aufgetragen über dem Kopplungsfaktor K des Transponders 110 zu dem Lesegerät 100. Aus dem Verlauf der in Fig. 6d und Fig. 6e dargestellten Kurven wird der vorhergehend erwähnte Zusammenhang zwischen dem Spannungshub S~, dem Abstand d und dem Kopplungsfaktor K deutlich.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Verarbeitungseinrichtung 108 wird beispielsweise die Höhe des Spannungshubs S- ermittelt und dadurch mittels einer zu der in Fig. 6d gezeigten re- ziproken Vorschrift d=g ₂ (S-) die Entfernung d des Transponders 110 zu der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 bestimmt. Der Spannungshub S~ stellt somit ein Zuordnungssignal dar, das ein Maß für eine induktive Kopplung zwischen der Anten-

neneinrichtung der Sende-/Empfangsvorrichtung und dem Transponder darstellt, wobei der induktiven Kopplung eine Entfernung des Transponders zu der Antenneneinrichtung zu- ordenbar ist.

Der durch die Mittelspannung und/oder den Spannungshub bestimmte Abstand d wird an dem Ausgang 108b der Verarbeitungseinrichtung 108 zu einer Weiterverarbeitung bereitgestellt.

Führt man die Messung nur für eine Antenne durch, so kann, wie auch bei der vorher beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Nahbereichspositionsbestimmung nur eine eindimensionale Entfernungsermittlung durchgeführt werden. Für den Fall, dass beispielsweise eine mehr-dimensionale Erfassung benötigt wird, und sich die Transponder beispielsweise in verschiedenen Winkelbeziehungen zur Leseantenne befinden oder sich bewegen, werden im Folgenden Prinzipien mit mehreren Antennen erläutert.

Im Folgenden wird nun anhand der Fig. 7 - 9 beispielhaft eine weitere erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Nahbereichspositionsbestimmung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel nun das Zuordnungssignal auf Seiten des Transponders ermittelt wird.

Gemäß diesem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Lokalisierung bzw. Nahbereichspositionsbestimmung eines Transponders dadurch erreicht werden, dass an einem Schwingkreis einer Antenneneinrichtung 112 eines Transponders 110 eine durch das von der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 erzeugte Magnetfeld induzierte Spannung im Transponder 110 erfasst und beispielsweise gleichgerichtet und geglät- tet wird, so dass ein zur induzierten Spannung entsprechender Gleichspannungswert entsteht. Dieser Gleichspannungswert wird beispielsweise durch einen Analog-Digital-Wandler in einen entsprechenden digitalen Wert gewandelt und dann

als Daten in ein entsprechendes Datenübertragungsprotokoll zwischen dem Transponder und der Sende-/Empfangsvorrichtung eingebunden und übertragen. Die durch das Magnetfeld induzierte Spannung könnte in einem Transponder, der eine ent- sprechend leistungsfähige Signalverarbeitung aufweist, beispielsweise auch direkt, d.h. ohne Gleichrichtung und Glättung, digitalisiert und weiterverarbeitet werden. Die Sen- de-/Empfangsvorrichtung kann dann vorzugsweise die in das übertragungsprotokoll integrierten, digitalen Feldstärkeda- ten aus den eigentlichen Nutzdaten der Kommunikation herausfiltern, so dass sie für eine Auswertung, beispielsweise mittels eines PC's zur Verfügung stehen. Die so übertragenen digitalen Daten sind dabei vorzugsweise proportional zu der Feldstärke des am Transponder anliegenden magnetischen Feldes, die wiederum ein Maß für die Entfernung von dem Transponder zu der Sende-/Empfangsvorrichtung ist.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Transponders 110, der mit einer Antennenein- richtung 112 gekoppelt ist. Der Transponder 110 weist eine Einrichtung 250 zum Bereitstellen eines Zuordnungssignals Sτ _ra n _s ,τ _x auf, das ein Maß für eine induktive Kopplung darstellt, wobei die Einrichtung 250 über eine Leitung 252 mit der Antenneneinrichtung 112 gekoppelt ist. Ferner ist der Transponder 110 über eine weitere Leitung 254, die ein von der Antenneneinrichtung 112 herrührendes Signal S _Trans , _R χ führt, mit der Antenneneinrichtung 112 gekoppelt.

Die Einrichtung 250 zum Bereitstellen eines Zuordnungssig- nals S _Trans ,τ _x kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass an einem Schwingkreis der Antenneneinrichtung 112 des Transponders 110 eine durch das von einer Sende- /Empfangsvorrichtung 100 erzeugte Magnetfeld (magnetische Wechselfeld) induzierte Spannung in der Einrichtung 250 gleichgerichtet und geglättet wird, so dass ein zu der induzierten Spannung entsprechender Gleichspannungswert vorliegt. Dieser Gleichspannungswert wird beispielsweise durch einen Analog-Digital-Wandler in einen entsprechenden digi-

talen Wert gewandelt und dann als Daten für ein entsprechendes Datenübertragungsprotokoll für eine Kommunikation zwischen dem Transponder 110 und der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 (in Fig. 7 nicht gezeigt) bereit- gestellt.

In vorliegendem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Transponder 110 über zwei Leitungen 252 und 254 mit der Antenneneinrichtung 112 verbunden, wobei die Leitung 252 das Zuordnungssignal S _Trans ,τ _x und Leitung 254 ein von der Antenneneinrichtung 112 herrührendes Signals S _Tr an _s ,Rχ führt. Eine Trennung zwischen Sende- und Empfangspfad findet hier somit beispielsweise in der Antenneneinrichtung 112 statt. Diese Trennung zwischen Sende- und Empfangspfad könnte aber gemäß der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auch in dem Transponder 110 stattfinden, wobei es dann ausreichend wäre, den Transponder 110 über nur eine Leitung mit der Antenneneinrichtung 112 zu verbinden.

Fig. 8 zeigt in Form eins Blockschaltbilds eine mögliche technische Realisierung eines passiven Transponders 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der die Antenneneinrichtung 112 aufweist. Ferner weist der Transponder 110 die Einrichtung 250 zum Bereitstellen des Zuordnungssignals S _TranS/Tx auf, die einen Gleichrichter 302, eine Einrichtung zur analogen Messwerterfassung 304, einen A/D-Wandler 306, eine Einrichtung 308 zur Einbindung der durch den A/D-Wandler 306 erzeugten digitalen Daten in ein Datenprotokoll und eine Einrichtung 310 zum Codieren der für die Sende-/Empfangsvorrichtung bestimmten Daten um- fasst. Der Transponder 110 weist zudem eine Verarbeitungseinrichtung 312 auf, die sowohl eine Einrichtung 314 zum Verarbeiten von Daten, gesendet von einer Sende- /Empfangsvorrichtung 100, als auch eine Einrichtung 316 zum übermitteln von Daten zu einer Sende-/Empfangsvorrichtung 100 beispielsweise mittels Lastmodulation umfasst.

Die Antenneneinrichtung 112 des Transponders 110 besteht üblicherweise aus einem Parallelschwingkreis, bestehend aus einer Spule und einem Kondensator. Dabei kann die Spule beispielsweise als Rahmen- oder Ferritstabantenne ausge- führt sein. Das von einer Sende-/Empfangsvorrichtung erzeugte magnetische Wechselfeld induziert in der Transpon- derspule eine Spannung. Da die von der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 erzeugte magnetische Feldstärke eine Funktion des Abstands des Transponders 110 von der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 ist, kann durch das Messen der Induktionsspannung mittels der Einrichtung zur Messwerterfassung 304 im Transponder 110 auf den Abstand des Transponders 110 von der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 zurückgerechnet werden.

Unter Verwendung des in Fig. 8 dargestellten Transponders 110 wird die Ermittlung des Zuordnungssignals S _T r _a n _s ,τχ beispielsweise nach folgendem Prinzip durchgeführt: Die an der Antenneneinrichtung 112 induzierte, analoge Spannung S _T r _ans , _Rx wird durch den Gleichrichter 302 gleichgerichtet und geglättet, so dass ein der induzierten Spannung entsprechender Gleichspannungswert vorliegt, der beispielsweise auch für eine Spannungsversorgung des Transponders 110 verwendet werden kann. Dieser Gleichspannungswert wird durch eine Messwerterfassungseinrichtung 304 gemessen und durch einen A/D-Wandler 306 digitalisiert. Diese dem Gleichspannungswert entsprechenden digitalen Daten können dann durch die Einrichtung 308 zur Einbindung der digitalen Daten in ein Datenübertragungsprotokoll zwischen Transpon- der 110 und Sende-/Empfangsvorrichtung 100 eingebunden und vom Transponder 110 an die Sende-/Empfangsvorrichtung 100 übertragen werden.

Die Sende-/Empfangsvorrichtung bzw. das Lesegerät 100 kann ausgebildet sein, um nach der übertragung die im Datenprotokoll integrierten, digitalen Gleichspannungswerte als Maß für die am Transponder 110 herrschende Feldstärke des magnetische Wechselfelds aus den eigentlichen Nutzdaten her-

ausfiltern, so dass sie für eine Auswertung, beispielsweise in einem PC zur Verfügung stehen. Die auf diese Weise übertragenen digitalen Daten sind dabei abhängig von der am Transponder 110 anliegenden Feldstärke des magnetischen Wechselfelds. Vergleicht man diese Daten beispielsweise mit Kalibierdaten eines zuvor ermittelten Initialfeldes, bei dem in jedem Punkt die Feldstärke bekannt ist, so kann auch hier der Abstand des Transponders 110 zur Lesegerätantenne 102 bestimmt werden. Ggf. können noch Korrekturwerte bzw. Korrekturfaktoren mit berücksichtigt werden. Ein Korrekturwert berücksichtigt beispielsweise die Beeinflussung des magnetischen Wechselfeldes durch das Einbringen eines Tran- ponders und/oder eines Gegenstandes, an dem der Transponder befestigt ist, in das magnetische Wechselfeld (Messfeld) , wodurch beispielsweise die Feldstärke am Ort des Transponders verändert wird. Korrekturwerte bzw. Korrekturfaktoren können also zur Berücksichtigung jeglicher Einflüsse auf das magnetische Wechselfeld verwendet werden. Die im Transponder 110 ermittelten Gleichspannungswerte stellen also ein Zuordnungssignal dar, das ein Maß für die induktive Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung der Sende- /Empfangsvorrichtung und dem Transponder darstellt, wobei der induktiven Kopplung eine Entfernung des Transponders zu der Antenneneinrichtung zuordenbar ist.

Optional könnte die an der Antenneneinrichtung 112 durch das magnetische Wechselfeld induzierte Spannung S _TranS/Rx auch ohne Gleichrichtung direkt digitalisiert werden und mittels Lastmodulation vom Transponder 110 zu der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 übertragen werden. Jedoch würde so eine wesentlich größere vom Transponder 110 zu der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 zu übertragende Datenmenge entstehen und zu bewältigen sein.

Weiterhin ist es optional auch denkbar, dass die dem Gleichspannungswert entsprechenden digitalen Daten nicht in ein Datenübertragungsprotokoll zwischen Transponder 110 und Sende-/Empfangsvorrichtung 100 integriert werden, sondern

beispielsweise direkt uncodiert oder codiert mittels Lastmodulation vom Transponder 110 an die Sende- /Empfangsvorrichtung 100 übertragen werden, wie es durch die gestrichelten Signalpfade 318 und 320 in Fig. 8 ange- deutet ist.

Eine Datenverarbeitung zur Bestimmung der Position des Transponders könnte bei entsprechender Leistungsfähigkeit auch im Transponder selbst stattfinden, wobei dann bei- spielsweise der vom Transponder bestimmte Ort vom Transponder an die Sende-/Empfangsvorrichtung übermittelt werden könnte.

Fig. 9 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Messung einer Induktionsspannung S _Tra ns,Rχ an einem AD-Wandler in einem Transponder gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgetragen über einen im logarithmischen Maßstab dargestellten Abstand d des Transponders zu einer Sende-/Empfangsvorrichtung.

Die an einer Transponderspule 112 induzierte Spannung Sτrans,Rx ist ein Maß für die Feldstärke des am Ort des Transponders 110 herrschenden magnetischen Wechselfeldes. Die Feldstärke des magnetischen Wechselfelds ist wiederum zu der Entfernung des Transponders 110 zu der Sende- /Empfangsvorrichtung zuordenbar. Wie Fig. 9 zu entnehmen ist, sinkt mit zunehmender Entfernung des Transponders vom Lesegerät die Feldstärke des am Ort des Transponders 110 herrschenden magnetischen Wechselfeldes und damit auch die dadurch induzierte Induktionsspannung S _Tra n _s , _Rx - Da aber jeder Spannungswert der induzierten Spannung S _Tra ns,R _x genau einem Abstandswert d zuordenbar ist, lässt sich aus einem Spannungswert unmittelbar der entsprechende Abstandswert d bestimmen. Die im Transponder 110 ermittelten Gleichspan- nungswerte stellen also ein Zuordnungssignal dar, das ein Maß für die induktive Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und dem Transponder 110 darstellt, wobei der induktiven Kopplung

eine Entfernung d des Transponders 110 zu der Antenneneinrichtung 102 zuordenbar ist.

Fig. 10 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer bei- spielhaften technischen Realisierung einer Sende- /Empfangsvorrichtung für die im Vorhergehenden beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweisen zur Nahbereichslokalisierung eines Transponders durch induktive Kopplung. Fig. 10 stellt dabei nur Signalpfade dar, wohingegen Steuersig- nale unberücksichtigt bleiben.

Fig. 10 zeigt eine Schleifenantenne 102, die mit einer RF- Frontendschaltung 402 einen Antenneneingangs- bzw. Antennenausgangsschwingkreis bildet. Der Schwingkreis bestehend aus der Antenne 102 und der Frontendschaltung 402, die im einfachsten Fall durch einen Kondensator realisiert ist, ist mit einem Bandpassfilter 404 verschaltet. Der Ausgang des Bandpassfilters 404 ist mit einem Demodulator 406 verbunden an dessen Ausgang ein Tiefpassfilter 408 gekoppelt sein kann. Am Ausgang des Demodulators 406 bzw. des optionalen Tiefpassfilters 408 befindet sich eine Schalteinrichtung 410, um zwischen verschiedenen optionalen Signalzweigen A, B und C umschalten zu können, die jeweils einem der im Vorhergehenden beschriebenen erfindungsgemäßen Vorge- hensweisen zur Nahbereichslokalisierung induktiv gekoppelter Transponder entsprechen. Bzgl. Fig. 10 sollte aber deutlich werden, dass natürlich bei der Realisierung einer erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsvorrichtung optional auch nur einer der Signalpfade A-C, zwei der Signalpfade A-C o- der alle der Signalpfade A-C vorgesehen sein können.

Der erste Signalzweig A weist einen optionalen Impedanzwandler 412a und ein damit verschalteten Tiefpassfilter 414 bzw. nur das Tiefpassfilter 414 auf. Der zweiter Signalpfad B weist einen optionalen Impedanzwandler 412b, einen Tiefpassfilter 416, einen danach geschalteten Verstärker 418 und eine mit dem Verstärker verbundenen Schaltung 420 zur Gleichspannungserzeugung (sog. Mittelspannung) auf. Der

dritte Signalpfad C weist einen optionalen Impedanzwandler 412c, einen Tiefpassfilter 422, gefolgt von einer Schaltung zur Gleichspannungsunterdrückung 424 und einen Verstärker 426 auf.

Zum Senden von Daten umfasst ein Sendesignalpfad D zur Antenne 102 beispielsweise einen regelbaren Phasenschieber 428, einen Modulator 430 und einen steuerbaren Verstärker 432.

Der erste Signalzweig A mit dem optionalen Impedanzwandler 412a und dem damit verschalteten Tiefpassfilter 414 dient beispielsweise zur Auswertung von Daten eines Transponders, wobei die Daten im Transponder 110 ermittelte Gleichspan- nungswerte als Zuordnungssignal beinhalten können, das ein Maß für die induktive Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung und dem Transponder 110 darstellt, wobei der induktiven Kopplung eine Entfernung des Transponders 110 zu der Antennenein- richtung 102 zuordenbar ist. Gleichermaßen können über diesen ersten Signalweg A auch Daten eines Transponders 110 ausgewertet werden, der antwortet, sobald seine benötigte Ansprechmindestfeidstärke bzw. Lesemindestfeidstärke erreicht ist. Wie vorgehend bereits beschrieben, dient die Ansprechmindestfeldstärke bzw. Lesemindestfeidstärke des Transponders 110 als Indikator zur Bestimmung des Abstandes zur Antenne 102 des Lesegeräts.

Der zweite Signalpfad B mit dem optionalen Impedanzwandler 412b, dem Tiefpassfilter 416, dem danach geschalteten Verstärker 418 und der mit dem Verstärker 418 verbundenen Schaltung 420 zur Gleichspannungserzeugung dient beispielsweise zur Auswertung der vorangehend beschriebenen Mittelspannung S= als Zuordnungssignal, das ein Maß für die in- duktive Kopplung zwischen der Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und dem Transponder 110 darstellt, wobei der induktiven Kopplung eine Entfernung des

Transponders 110 zu der Antenneneinrichtung 102 zuordenbar ist.

Der dritte Signalpfad C weist den optionalen Impedanzwand- ler 412c, den Tiefpassfilter 422, gefolgt von der Schaltung zur Gleichspannungsunterdrückung 424 und dem Verstärker 426 auf. Er dient beispielsweise zur Auswertung des weiter oben beschriebenen Spannungshubs S~ als Zuordnungssignal, das ein Maß für die induktive Kopplung zwischen der Antennen- einrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und dem Transponder 110 darstellt, wobei der induktiven Kopplung eine Entfernung des Transponders 110 zu der Antenneneinrichtung 102 zuordenbar ist.

Der Sendesignalpfad D umfasst den regelbaren Phasenschieber 428, mit dem eine Phase eines Hochfrequenzträgersignals variiert werden kann. Der Phasenschieber 428 ist mit dem Modulator 430 verschaltet, um die zu sendenden Daten auf den Hochfrequenzträger aufzumodulieren. Schließlich ist zwi- sehen den Antennenschwingkreis 400, 402 und dem Modulator 430 ein steuerbarer Verstärker 432 geschaltet, um beispielsweise einen Strom als Ansteuersignal Ss _t für die Antenne 102 variieren zu können.

Die in Fig. 10 dargestellte Schaltungsanordnung für eine Sende-/Empfangsvorrichtung 100 kann somit für sämtliche im Vorhergehenden beschriebene Vorgehensweisen zur Positionsbestimmung eines induktiv gekoppelten Transponders eingesetzt werden.

Bei der bisherigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen zur Positionsbestimmung induktiv gekoppelter Transponder wurde jeweils allgemein auf eine Antenneneinrichtung 102 auf Seiten der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 eingegangen. In einem einfachsten Fall umfasst die Antenneneinrichtung 102 nur eine einzelne Antenne. Mit einer einzelnen Lesegerätantenne lässt sich, wie vorhergehend beschrieben, nur eine eindimensionale Po-

sitionsbestimmung bzw. Abstandsbestimmung von der Antenne durchführen, d.h. es lässt sich lediglich eine Entfernung des Transponders zu der Lesegerätantenne feststellen. Falls beispielsweise eine Bewegungsrichtung des Transpon- ders bekannt ist, lässt sich trotzdem eine Position in einem mehr-dimensionalen Raum ermitteln. Ist die Bewegungsrichtung nicht bekannt, oder bewegt sich der Transponder nicht, so werden wenigstens zwei Antennen benötigt, um eine Positionsbestimmung im 2-dimensionalen Raum durchzuführen. Wenigstens drei Antennen werden entsprechend benötigt, um eine Position des Transponders im 3-dimensionalen Raum zu ermitteln, falls die Bewegungsrichtung des Transponder nicht vorgegeben bzw. bekannt ist.

Im Folgenden wird nun anhand der Fig. 11 - 16 auf mögliche Realisierungen und Ausgestaltungen von Antennen bzw. Antennenstrukturen eingegangen, die erfindungsgemäß zur Nahbereichslokalisierung induktiv gekoppelter Transponder eingesetzt werden können, um die Antenneneinrichtung 102 zu rea- lisieren.

Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Transponders 110 im 3-dimensionalen Raum, der durch Achsen x, y und z aufgespannt wird. Dabei weist der Transponder eine durch Winkel θ und φ definierte Orientierung im 3-dimensionalen Raum auf, wobei θ den Winkel zur x-z-Ebene und φ den Winkel zur x-y-Ebene bedeuten.

Grundsätzlich lässt sich die Position eines Objekts im Raum mit Hilfe von drei Raumkoordinaten (x,y,z) beschreiben. Soll zusätzlich eine Aussage über eine Orientierung des Objekts getroffen werden, sollten im allgemeinen außerdem drei Raumwinkel bekannt sein. Im Falle eines RFID- Transponders reduziert sich die Anzahl der zu bestimmenden Raumwinkel auf zwei, wenn davon ausgegangen werden kann, dass die Drehung des Transponders um die eigene Achse aufgrund der Rotationssymmetrie keinen Beitrag liefert. Aufgrund einer Richtcharakteristik einer Transponderantenne

ist eine Beschreibung der Position des Transponders ohne Kenntnis der Raumwinkel θ und φ nicht möglich.

Die Betrachtungen bezüglich einer Kommunikationsreichweite zwischen Lesegerät und Transponder fanden in vorangehenden Beschreibungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweisen zur Nahbereichslokalisierung induktiv gekoppelter Transponder unter der Voraussetzung statt, dass die Transponderantenne und die Antenne des Lesegeräts vorzugsweise so zueinander ausgerichtet sind, dass die maximal mögliche induktive Kopplung zwischen den Antennen gewährleistet ist. Dieser für die induktive Kopplung ideale Fall liegt jedoch nur dann genau vor, wenn beide Antennenspulen bzw. Spulenöffnungsflächen parallel zueinander angeordnet sind, d.h. die Mittelachsen der Spulen im Wesentlichen identisch sind bzw. aufeinander fallen. Die Spulenmittelachse bildet eine Normale zu den Spulenöffnungsflächen, die von dem magnetischen Wechselfeld durchflutet werden.

Stehen dagegen die Spulen bzw. die Spulenöffnungsflächen von Transponder und Sende-/Empfangsvorrichtung hingegen senkrecht zueinander, verschwindet die induktive Kopplung und eine Kommunikation zwischen Sende-/Empfangsvorrichtung und Transponder ist nicht möglich. Im allgemeinen Fall e- xistiert zum Einen ein Winkel größer 0° zwischen den Spulenmittelachsen von Transponder und Sende- /Empfangsvorrichtung, zum Anderen befinden sich die Spulen nicht auf derselben Achse, sondern sind zueinander verschoben. Es kommt somit aufgrund der Inhomogenität des Spulen- feldes zu anderen Winkelkonstellationen für minimale und maximale induktive Kopplung.

Die Abhängigkeit des induktiven Kopplungsfaktors von der Transponderorientierung sollte vorzugsweise somit bei der Orientierung der Lesegerätantennen für die Anwendung der Positionsbestimmung berücksichtigt werden. Für den Fall, dass die Transponderorientierung konstant ist, kann der induktive Kopplungsfaktor entsprechend der Feldorientierung

des Lesefeldes angepasst werden. Bei unbekannter Transpon- derorientierung kommen im zweidimensionalen Fall mit den beiden Raumwinkeln θ und φ zwei unbekannte zu den ebenfalls unbekannten Koordinaten des Transponders hinzu.

Bezugnehmend auf die Fig. 12a bis 12d sollen im Folgenden erfindungsgemäße Vorgehensweisen und Antennenkonstellationen beschrieben werden, um beispielsweise sowohl eine Orientierungsbestimmung als auch eine mehrdimensionale Positi- onsbestimmung eines induktiv gekoppelten Transponders zu ermöglichen.

Zur Bestimmung der Koordinaten eines Transponders im karte- sischen Koordinatensystem kann vorzugsweise eine zumindest näherungsweise orthogonale Anordnung der Lesegerätantennen vorgesehen werden, wie sie in der Fig. 12a dargestellt ist.

Fig. 12a zeigt zwei Draufsichten einer Antenneneinrichtung 102 mit zwei zumindest näherungsweise orthogonal zueinander angeordneten Spulen 500a und 500b, deren Mittelachsen 502a und 502b senkrecht zueinander verlaufen. D.h. die zwei Spulenöffnungsflächen sind in einem Winkel in einem Bereich von 90° angeordnet. Ferner zeigt Fig. 12a eine Draufsicht einer Transponderspule 510 mit einer Spulenachse 512, die mit den beiden Spulenmittelachsen 502a und 502b jeweils einen festen Winkel bildet.

Bevorzugte Werte für Winkel zwischen zwei Spulenöffnungsflächen einer Antenneneinrichtung liegen dabei beispiels- weise in einem Bereich von 90°± 15°.

Bei der in Fig. 12a dargestellten zumindest näherungsweise orthogonalen Anordnung der beiden Lesegerätantennen 500a und 500b müsste die Spulenachse 512 der Transponderspule 510 um je 45° zu den zwei orthogonalen Spulenmittelachsen 502a und 502b verdreht sein, um für beide Antennen 500a und 500b gleiche Empfangseigenschaften zu besitzen (siehe linker Teil von Fig. 12a) .

Durch die vorhergehend beschriebene Abhängigkeit des induktiven Kopplungsfaktors von der Transponderorientierung zu den Antennen einer Sende-/Empfangsvorrichtung können sich Anordnungen ergeben, bei denen eine Positionsbestimmung des Transponders nicht möglich ist. Zum Beispiel ist dies der Fall, wenn die Transponderspule 510 parallel zu einer Antennenspule 500a und somit orthogonal zu der zweiten Antennenspule 500b der Sende-/Empfangsvorrichtung steht (siehe rechter Teil von Fig. 12a) . Somit ist die induktive Kopplung der Transponderspule 510 zur ersten Antennenspule 500a maximal und gleichzeitig zur zweiten Antennenspule 500b minimal bzw. die Kopplung verschwindet. Abhängig von Position und Winkel der Transponderspule 510 ändert sich diese Kons- tellation zwischen den Antennenspulen 500a, b.

Zur Lösung dieses Problems kann man eine oder mehrere zusätzliche Antennen in einem Winkel von z.B. 45° zu dem bestehenden orthogonalen Antennensystem der Sende- /Empfangsvorrichtung anbringen (Diagonalantenne) . Dadurch kann gewährleistet werden, dass unabhängig von Winkel und Position genügend Antennen zur Abstands- und somit Positionsbestimmung des Transponders zur Verfügung stehen.

Fig. 12b zeigt eine Draufsicht einer Antenneneinrichtung 102 mit zwei Spulen 500a und 500b, deren Spulenöffnungsflächen in einem Winkel α in einem Bereich von 60° angeordnet sind. Ferner zeigt Fig. 12b eine Draufsicht einer Transponderspule 510.

Bevorzugte Werte für Winkel zwischen zwei Spulenöffnungsflächen einer Antenneneinrichtung liegen dabei beispielsweise in einem Bereich von 60°± 15°.

Das dabei entstehende Dreieck gewährleistet ebenfalls eine Positionsbestimmung, auch bei ungünstigen Transponderanord- nungen. Die beiden Antennenspulen 500a und 500b werden also gemäß dieser möglichen Ausgestaltung in Fig. 12b nicht im

90°-Winkel sondern beispielsweise im 60°-Winkel zueinander angeordnet. Die Transponderspule 510 ist somit nur noch um 30° zu den Antennenspulen 500a, b verkippt. Dadurch wird zwar zum Einen ein Gebiet kleiner, indem eine Position der Transponderspule 510 und damit des Transponders bestimmt werden kann, zum Anderen ist aber durch die geringere Verkippung eine induzierte Spannung am Transponder größer und somit die Reichweite eines RFID-Systems mit dieser Antennenanordnung größer.

Erweitert man nun die in Fig. 12a dargestellte zumindest näherungsweise orthogonale Anordnung der Antennen der Sen- de-/Empfangsvorrichtung auf drei Dimensionen, so werden beispielsweise drei oder mehr Antennenspulen benötigt, die beispielsweise drei Seiten eines Würfels aufspannen. Eine Antennenkonstellation, bei der alle sechs Seiten eines Würfels zur Platzierung der Antennen genutzt werden, ist in Fig. 12c dargestellt.

Fig. 12c zeigt schematisch eine Antenneneinrichtung 102 mit sechs Antennenspulen 500a-f, die jeweils eine Seite eines (imaginären) Würfels bilden. Neben einer zeitlich sequentiellen Antennenansteuerung der einzelnen Antennen 500a-f, um eine Position eines Transponders innerhalb des von den Spulen 500a-f umschlossenen Raumes zu bestimmen, lassen sich beispielsweise durch gegenüberliegende Spulen (z.B. 500c und 50Od) auch Helmholtzspulenpaare bilden. Des Weiteren könnte man auch alle Antennen 500a-f gleichzeitig durch Ansteuersignale mit bestimmten Phasenbeziehungen zueinander ansteuern und damit u.a. die im Nachfolgenden beschriebenen Vorgehensweisen zur Orientierungsbestimmung und zum Aus- schluss von Mehrdeutigkeiten bei der Positionsbestimmung realisieren.

Zusätzlich zu den drei bzw. sechs Antennen 500a-f kann die Antenneneinrichtung 102 noch beispielsweise durch eine zusätzliche Diagonalantenne ergänzt werden, wobei auf solche

Konstellationen im Nachfolgenden noch detaillierter eingegangen wird.

Bei einer einfachen dreidimensionalen, zeitlich sequentiel- len Ansteuerung der Antennen 500a-f durch eine Steuereinrichtung könnten die drei nicht benötigten Antennen beispielsweise auch zu Differenz- bzw. Kontrollmessungen (Plausibilitätsüberprüfungen) benutzt werden.

Für die Bezug nehmend auf Fig. 12a bis 12c beschriebenen Antennenanordnungen lassen sich Kurven gleicher Messwerte, d.h. Entfernungen eines Transponders zu den einzelnen Antennen konstruieren und aus Schnittpunkten der Kurven der einzelnen Antennen die Position eines Transponders im mehr- dimensionalen Raum bestimmen (Triangulation) . Die Verfahren, die zur Auswertung der gemessenen Daten benötigt werden, entsprechen den im Vorhergehenden anhand der Fig. 1 bis 10 beschriebenen Verfahren, die hier entsprechend auf mehrere Dimensionen erweitert sind. Die dabei gemessenen bzw. bestimmten Zuordnungssignale werden beispielsweise mit Initialmessungen verglichen, die durch Korrekturfaktoren entsprechend angepasst werden können. Ein Korrekturfaktor berücksichtigt beispielsweise die Beeinflussung des Antennenfeldes durch das Einbringen eines Transponders in das Feld, wodurch die Feldstärke am Ort des Transponders verändert wird. Weiterhin können Korrekturfaktoren dazu dienen, eine nichtlineare Charakteristik des Antennenfeldes zu korrigieren. Insbesondere bei Verfahren, welche die Leistung der Antennen durchsteuern, ändert sich die Richtung der Feldlinien abhängig von dem Antennenstrom. Ebenfalls kann eine Richtcharakteristik des Transponders korrigiert werden, die von einer idealen Beschreibung üblicherweise abweicht. Die Ermittlung der Korrekturdaten bzw. Korrekturfaktoren kann dabei auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden, beispielsweise durch Messungen, Simulationen usw. Die Genauigkeit aller Verfahren hängt dabei u.a. von einer Granularität (räumlichen Auflösung) der Initialmessungen für die gemessenen Punkte (Ortskoordinaten), den Korrekturfaktoren und ggf. von der

faktoren und ggf. von der Anzahl der zulässigen Orientierungen eines Transponders (Winkelbeziehungen) ab. Führt man die Messungen der Zuordnungssignale für jede Antenne nicht nur einmal durch, sondern wiederholt diese Messungen bzw. übertragungen kontinuierlich, so kann damit beispielsweise auch eine Bewegung eines Transponders innerhalb des von den Antennen aufgespannten Volumens beschrieben werden. Entstehen durch das Auswerten von unterschiedlichen Antennen Mehrdeutigkeiten, so können nachfolgend beschriebene Vorge- hensweisen zur Reduzierung oder zum Ausschluss dieser Mehrdeutigkeiten beitragen.

Die Hinzunahme des Transponderwinkels, d.h. die Stellung der Spulenmittelachse des Transponders, lässt sich nicht einfach mittels weiterer Antennen realisieren. Bedingt durch die starke Richtcharakteristik der Transponderspule bedarf es einer zusätzlichen Betrachtung der sich daraus ergebenden Probleme für die Bestimmung des Winkels der Spulenmittelachse. Ein erfindungsgemäßer Ansatz ist die Ver- wendung von speziellen Antennenkonstellationen, z.B. HeIm- holtzspulen, zur Abschätzung des Transponderwinkels.

Fig. 12d zeigt eine Draufsicht von einer beispielhaften Antenneneinrichtung 102 mit fünf Antennenspulen 500a-e, von denen vier Antennenspulen 500a-d rechteckig bzw. quadratisch angeordnet sind. Eine Antennenspule 50Oe bildet eine Diagonalspule, die diagonal in dem von den Antennenspulen 500a-d gebildeten Quadrat verläuft.

Neben einer zeitlich sequentiellen Antennenansteuerung der einzelnen Antennen 500a-e, um eine Position eines Transponders innerhalb der von den Spulen 500a-e umschlossenen Ebene zu bestimmen, kann mit der in Fig. 12d gezeigten Antennenanordnung auch ein Transponderwinkel bestimmt werden. Durch gegenüberliegende Spulen 500a, c und 500b, d werden Helmholtzspulenpaare gebildet. Eine Helmholtzspule besteht aus zwei in einem definierten Abstand (beispielsweise ist der Abstand kleiner als der Radius der Spulen) parallel zu-

einander angeordneten Spulen (500a, c bzw. 500b, d). Dabei ist der Abstand der Spulen 500a, c bzw. 500b, d so zu wählen, dass ein magnetisches Feld zwischen den beiden Spulen 500a, c bzw. 500b, d möglichst homogen ist. Der Wicklungssinn der Spulen 500a, c bzw. 500b, d ist üblicherweise der Gleiche, wobei diese Festlegung bezüglich des Wicklungssinns im Falle eines Wechselfeldes nur bei gleichphasiger Ansteuerung der Antennenspulen gilt. Werden die Spulen 500a, c bzw. 500b, d als Helmholtzspulen angesteuert, so ist es aufgrund der Homogenität des Feldes zwischen den Spulen 500a, c bzw. 500b, d nicht mehr möglich, mit den, bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 10 im Vorhergehenden beschriebenen Vorgehensweisen eine Entfernung des Transponders von einer der beiden Spulen 500a, c bzw. 500b, d der Helmholtzspulen zu bestimmen. Jedoch kann das Prinzip zur Winkelabschätzung des Transponders eingesetzt werden. Sobald sich der Transponder aus der idealen, parallel zu den Lesegerätspulen 500a, c bzw. 500b, d orientierten Position herausdreht, kann je nach Verfahren zur Nahbereichslokalisierung eine Reaktion darauf ausgewer- tet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem eine Ansprechmindestfeldstärke des Transponders 110 als Indikator zur Bestimmung des Abstandes des Transponders 110 zur Antennen- einrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 herangezogen wird, steht dem Transponder 110 bei einer Drehung weniger Energie zur Verfügung, da sich die Induktionsspannung aufgrund der geringen magnetischen Durchflutung der Spulenöffnungsfläche der Transponderspule verringert. Die FeId- stärke, die er zum Antworten benötigt, wird dabei ab einer bestimmten Schwelle bzw. einem bestimmten Winkel unterschritten. Diese änderung kann mit Hilfe der Steuerung des Antennenstroms durch die Helmholtzspule der Antenneneinrichtung 102 gemessen werden. Bis zu einer Verdrehung von etwa 45° lässt sich somit der Transponderwinkel abschätzen. Ab 45° ist kein Empfang mehr möglich, da der Transponder zu weit aus der Feldorientierung der Helmholtzspule bestehend aus den Spulen 500a, c bzw. 500b, d herausgedreht ist. Nutzt

man allerdings eine zweite Helmholtzspule bestehend aus 500b, d bzw. 500a, c, die um zumindest näherungsweise 90° gegen die erste Helmholtzspule bestehend aus 500a, c bzw. 500b, d verdreht ist, kann der fehlende Winkelbereich eben- falls abgedeckt werden. Es kann erfindungsgemäß also ein rechteckiges System mit zwei Helmholtzanordnungen realisiert werden, um so eine optimale Ausnutzung der Antennenreichweiten zu gewährleisten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem an einem Eingangskreis einer Antenneneinrichtung 112 des Transponders 110 eine durch das von der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 erzeugte Magnetfeld induzierte, analoge Spannung beispielsweise gleichgerichtet und geglättet wird, so dass ein zur induzierten Spannung entsprechender Gleichspannungsanteil entsteht, werden aufgrund der Drehung des Transponders 110 reduzierte Feldstärken im Transponder 110 gemessen und an das Lesegerät 100 übermittelt. Somit ist auch hier bei einer zeitlich sequentiellen Auswertung von zwei im zumindest näherungsweise 90°-Winkel angeordneten Helmholtzanordnungen der Antenneneinrichtung 102 der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 eine Richtungsbestimmung möglich.

Mit den eingesetzten Antennen 500a-e, wie in Fig. 12d dar- gestellt, wird eine definierte Maximalreichweite für eine Kommunikation zwischen der Sende-/Empfangsvorrichtung 100 und dem Transponder 110 erreicht. Aufgrund dieser begrenzten Reichweite und Richtcharakteristik der Transponderspule erhält man im Normalfall nur Signale von einem Teil der An- tennen 500a-e. Aus diesem Grund sollte vorzugsweise eine Fallunterscheidung durchgeführt werden, je nachdem welche Antennen der Antenneneinrichtung 102 der Sende- /Empfangsvorrichtung 100 Signale liefern, um dann einen Algorithmus zur Bestimmung von Position und Winkel des Transponders 110 entsprechend anzupassen. In nachstehender Tabelle sind beispielhaft verschiedene Konstellationen dargestellt, wobei davon ausgegangen wird, dass pro Richtung entsprechend mindestens eine der Antennen 500a-e (Einzelan-

tennen + Helmholtzverschaltung) ein Signal liefert. Die in Fig. 12d gezeigten Antennen 500a und 500c bilden jeweils Horizontalantennen und zusammen eine vertikale Helmholtz- spule. Die Antennen 500b und 50Od bilden jeweils Vertikalantennen und zusammen eine horizontale Helmholtzspule. Die Antenne 50Oe bildet die Diagonalantenne.

Der Fall 1 tritt dann ein, wenn sich kein Transponder im Feld der Antennen 500a-e befindet bzw. kein funktionierender Transponder. Fall 2 liefert aufgrund der Spiegelsymmetrie der Diagonalantenne 50Oe im Wesentlichen keine verwertbare Information, selbst dann nicht, wenn eine vorherige Transponderposition zur Verfügung steht. Dieser vorher ermittelte Messwert kann hingegen in den Fällen 3 und 5 verwendet werden. Unter der Annahme, dass die anderen Parameter konstant geblieben sind, wird der durch das Zuordnungssignal gegebene Messwert in die Positionsänderung mit einbezogen. Zwangsläufig ergibt sich daraus eine Ungenauig- keit, da sich leichte änderungen der als konstant angenommenen Größen zu einem beträchtlichen Fehler aufaddieren können. Die wünschenswerten Fälle sind die Fälle 4, 6, 7 und 8, weil hier mindestens zwei Antennensignale zur Verfügung stehen, so dass eine 2-dimensionale Position errechnet werden kann. Die Winkelstellung des Transponders 110 wird mittels der Ergebnisse der Helmholtzspulen 500a, c bzw.

500b, d und der Diagonalantenne 50Oe abgeschätzt. Da eine Drehung des Transponders 110 um 180° keinen Einfluss auf das Messergebnis hat, sollte die Winkelabschätzung vorzugsweise lediglich in Bereich von 0° bis 180° stattfinden. Im Bereich 0° bis 90° liegt der Transponder 110 im Empfangsbereich der Diagonalantenne 50Oe, bei Winkeln größer 90° ist dies nicht mehr der Fall. Auf diese Weise kann eine erste Abschätzung stattfinden. Mittels der beiden Helmholtzspulen 500a, c bzw. 500b, d kann nur eine Präzisierung des Winkels auf bis ±5° durchgeführt werden.

Im Vergleich zu der vorher beschriebenen Möglichkeit, Antennen oder Antennenpaare sequentiell anzusteuern, ist es durch die Benutzung mehrerer Antennen, die beispielsweise rechteckig angeordnet sind, möglich, die Orientierung der Feldlinien im Inneren des von den Antennen aufgespannten Raums gezielt zu beeinflussen. Es kann dadurch unter Umständen auf Diagonalantennen verzichtet werden. Dieser Zusammenhang ist in den Fig. 13a-d schematisch dargestellt.

Die Fig. 13a-d zeigen jeweils eine Draufsicht von einer Antenneneinrichtung 102 mit vier Antennenspulen 500a-d, die rechteckig bzw. quadratisch angeordnet sind.

In Fig. 13a werden die Spulen 500b, d phasengleich angesteuert während die anderen Spulen nicht angesteuert sind, so dass ein dadurch resultierendes Gesamtmagnetfeld entsteht, dessen Orientierung der Feldlinien einen Winkel von 0° einnimmt.

In Fig. 13b werden die Spulen 500a, c phasengleich angesteuert während die anderen Spulen nicht angesteuert sind, so dass ein dadurch resultierendes Gesamtmagnetfeld entsteht, wobei die Orientierung der Feldlinien einen Winkel von 90° einnimmt.

In Fig. 13c werden sämtliche Spulen 500a-d mit unterschiedlichen Phasenlagen derart angesteuert, dass ein dadurch re-

sultierendes Gesamtmagnetfeld entsteht, dessen Orientierung der Feldlinien einen Winkel von 135° einnimmt.

In Fig. 13d werden sämtliche Spulen 500a-d mit unterschied- liehen Phasenlagen derart angesteuert, dass ein dadurch resultierendes Gesamtmagnetfeld entsteht, dessen Orientierung der Feldlinien einen Winkel von 45° einnimmt.

Verändert man die Richtung der Feldlinien nach einem be- stimmten Muster, so kann die Orientierung der Transponder durch Auswerten der Transponderreaktionen, d.h. der induktiven Kopplung des Transponders ermittelt werden.

Im Fall des Verfahrens zur Messung der Ansprechmindestfeld- stärke bzw. der Lesemindestfeldstärke eines Transponders wird zunächst mittels der Ansteuersignale der Antennen 500a-d ein erstes Phasenmuster erzeugt (z. B. 0°) und dabei durch Variation der Ansteuersignale (z.B. Strom) für die Antenneneinrichtung 102 des Lesegeräts 100 das Ansprechen des Transponders 110 gemessen. Anschließend werden die Messungen für andere Phasenmuster wiederholt. Durch Auswerten der unterschiedlichen Ansprechmindestfeldstärken auf die verschiedenen Phasenmuster kann eine Orientierung des Transponders 110 ermittelt werden.

Im Falle des Verfahrens zur Feldstärkemessung im Transponder 110, wird durch die Veränderung der Orientierung des magnetischen Feldes durch eine Variation der Phasenlagen der eingespeisten Antennenströme in den verschiedenen An- tennen 500a-e folgendes erreicht. Die durch das erzeugte Gesamtfeld im Transponderschwingkreis induzierte Spannung wird gemessen und in der vorher beschriebenen Art und Weise zur Auswertung an das Lesegerät 100 übermittelt. Anschließend wird eine andere Phasenbeziehung der eingespeisten An- tennenströme erstellt und die im Transponderschwingkreis induzierte Spannung ebenfalls gemessen und übertragen. Erzeugt man auf diese Art und Weise ausreichend viele Konstellationen von Orientierungen von Feldlinien, so kann

durch eine Auswertung der gemessenen Daten auch hier die Orientierung des Transponders 110 in dem von den Antennen 500a-d aufgespannten Raum ermittelt werden.

Im Fall des Verfahrens zur Messung der Mittelspannung bzw. des Spannungshubs kann ebenfalls zunächst ein erstes Phasenmuster der eingespeisten Antennenströme erzeugt und dabei die Mittelspannung bzw. der Spannungshub am Lesegerät 100 ausgewertet werden. Sind die Orientierung der Feldli- nien des durch die unterschiedlichen Phasenbeziehungen der Antennenströme erzeugten magnetischen Wechselfelds und die Orientierung der Transponderspulenmittelachse senkrecht zueinander, wird der Spannungshub am Lesegerät 100 maximal bzw. die Mittelspannung minimal. Sind Transponderspulenmit- telachse und die erzeugten Feldlinien parallel zueinander, so wird der Spannungshub minimal und die Mittelspannung maximal. Für andere Phasenbeziehung ergeben sich Werte dazwischen.

Wurde durch eine der im Vorhergehenden beschriebenen Vorgehensweisen die Richtung bzw. Orientierung des Transponders ermittelt, so kann die entsprechende Phasenbeziehung der Antennenspeiseströme beispielsweise auch dazu benutzt werden, um den Transponder immer mit bestimmten vorgegebenen bzw. den maximal möglichen Feldstärken zu versorgen. Maximale Feldstärken sind dann möglich, wenn dass Messfeld die Transponderspule näherungsweise senkrecht, d.h. in einem Winkel in einem Bereich von 90° ± 30°, durchdringt. Der Transponder selbst kann dabei natürlich beliebig im Raum orientiert sein.

Für die Fälle 4 und 6 der vorhergehend gezeigten Tabelle liegt lediglich ein Signal, entweder einer Horizontalantenne oder einer Vertikalantenne vor, und zusätzlich das Sig- nal der Diagonalantenne. Aufgrund der Struktur der in Fig. 12d dargestellten Antennenanordnung kann nicht in allen Fällen eine Positionsbestimmung eines Transponders durchgeführt werden, ohne die vorherige Position des Transponders

mit einzubeziehen. Diese Problematik ist in Fig. 14 verdeutlicht.

Wie Fig. 12d zeigt auch Fig. 14 eine Draufsicht einer An- tenneneinrichtung 102 mit fünf Antennenspulen 500a-e, von denen vier Antennenspulen 500a-d rechteckig bzw. quadratisch angeordnet sind. Eine Antennenspule 50Oe bildet eine Diagonalspule, die diagonal in dem von den Antennenspulen 500a-d gebildeten Quadrat verläuft. Ferner zeigt Fig. 14 einen ersten Transponder 110a und einen zweiten Transponder 110b, wobei die beiden Transponder 110a und 110b einen gleichen Abstand a zu der Diagonalantenne 50Oe aufweisen.

Fig. 14 zeigt zwei unterschiedliche Transponderpositionen, an denen identische Messwerte eines Zuordnungssignals zu erwarten sind. Dies führt zu einer Uneindeutigkeit der Messung, die sich nur mittels Berücksichtigung der vorherigen Transponderpositionen auflösen lässt. Es ist dabei sinnvoll, die Abweichung zu einem vorherigen Messwert zu bestimmen und ggf. zusätzliche Messungen abzuwarten, bevor eine neue Position angezeigt wird.

Bei den im Vorhergehenden beschriebenen Verfahren zur Ausnutzung mehrerer zeitlich sequentieller Antenneninformatio- nen lassen sich zusätzlich zur Orientierungsbestimmung auch Mehrdeutigkeiten von Transponderaufenthaltsorten ausschließen. Wurden beispielsweise für einen Transponder aufgrund von Feld- oder Symmetrieeigenschaften, mehrere Aufenthaltsorte ermittelt, so kann auf folgende Weise unter Be- zugnahme auf Fig. 15 eine Mehrdeutigkeit verringert oder ganz ausgeschlossen werden.

Fig. 15 zeigt dazu eine Draufsicht einer Antenneneinrichtung 102 mit vier Antennenspulen 500a-e, die rechteckig bzw. quadratisch angeordnet sind. Ferner zeigt Fig. 15 einen Transponder 110 mit einem ersten möglichen Aufenthaltsort (xi,yi) und einem zweiten möglichen Aufenthaltsort (*2,yi) •

Da es mit den weiter oben beschriebenen Verfahren möglich ist, eine Orientierung des Transponders 110 zu ermitteln und somit die Transponderorientierung für eine weitere Vor- gehensweise bekannt ist, kann man durch Variation der Phasenbeziehungen der Ansteuersignale für die Antennen 500a-e der Antenneneinrichtung 102 einer Sende- /Empfangsvorrichtung 100 Bereiche mit unterschiedlicher Feldausprägung erzeugen, d.h. man erzeugt zunächst eine erste Feldkonstellation und bestimmt die möglichen Aufenthaltsorte des Transponders 110. Im Regelfall werden hier die Mehrdeutigkeiten entstehen. Wiederholt man anschließend die Messung mit einem beispielsweise nach links orientierten Feld, beispielsweise durch Ansteuerung der Spulen 500a, d, so steht der Transponderposition (xi,yi) eine wesentlich höhere Feldstärke zur Verfügung, als der Transponderposition (X2,yi), d.h. falls der Transponder 110 sich nicht auf der Position (xi,yi) befindet, wird man trotz ausreichender Energieversorgung keine Reaktion des Transponders 110 bekommen. Der Transponder 110 befindet sich also auf Position (X2,yi) von der er nicht antworten kann, weil er nicht genügend Energie zum Antworten bekommt. Zur Sicherheit kann man diese Messung auch noch umdrehen, d.h. beispielsweise durch Ansteuerung der Spulen 500a, b, und damit das Ergebnis überprüfen. Auch dieser Vorteil der im Vorhergehenden beschriebenen Vorgehensweise ist erfindungsgemäß auf alle Verfahren bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 10 anwendbar.

Soll eine Bewegung eines Transponders innerhalb des von den Antennen aufgespannten Raumes ermittelt werden, so kann dies im Allgemeinen durch wiederholte Positionsbestimmung gemäß einer der im Vorhergehend beschriebenen Vorgehensweisen geschehen. Wurde beispielsweise durch eine der im Vor- hergehenden beschriebenen Vorgehensweisen die Richtung bzw. Orientierung des Transponders ermittelt, so können, basierend auf der ermittelten Orientierung, die entsprechenden Phasenbeziehungen der Antennenspeiseströme beispielsweise

dazu benutzt werden, um den Transponder mit bestimmten vorgegebenen bzw. den maximal möglichen Feldstärken des Messfeldes zu versorgen und dadurch eine Nachvollziehbarkeit der Messergebnisse verbessern zu können. Im Anschluss daran kann eine Bewegung des Transponders innerhalb des von den Antennen aufgespannten Raumes durch wiederholte Positionsbestimmung gemäß einer der im Vorhergehend beschriebenen Vorgehensweisen ermittelt werden. Aus einer Kombination zweier aufeinanderfolgender Positionsmessungen kann exakt auf eine momentane Bewegungsrichtung des Transponders geschlossen werden.

Abschließend sollen Bezug nehmend auf Fig. 16 und Fig. 17 weitere optionale Sende-/Empfangseinrichtungen gemäß weite- ren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung für ein RFID-System zur Positionsbestimmung eines Transponders durch induktive Kopplung beschrieben werden.

Fig. 16 zeigt eine erfindungsgemäße Realisierung einer Sen- de-/Empfangseinrichtung 100, die ein Steuermodul 610, eine Schreib-Leseeinheit 10 und eine Antennenauswahleinrichtung 620 zur Antennenauswahl umfasst. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Sende-/Empfangseinrichtung 100 mit einem Personal Computer 630 gekoppelt. Ferner ist die Sende- /Empfangseinrichtung 100 zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes mit einer Antenneneinrichtung 102 gekoppelt. In vorliegendem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Antenneneinrichtung 102 aus sechs Antennenspulen 500a- f, die jeweils eine Seite eines Würfels bilden.

Zur Positions-, Orientierungs- und Bewegungsermittlung, werden je nach Anzahl der zu bestimmenden Koordinaten eine oder mehrere Antennen der Antennen 500a-f benötigt. Mittels dieser Antennen lassen sich der Abstand und die Orientie- rung eines Transponders von den Antennen 500a-f bestimmen. Die erfindungsgemäß modifizierte Schreib-/Leseeinheit 100 kann dabei einen oder mehreren Sende- und Empfangspfade umfassen. über das Antennenauswahlmodul 620, welches vom

Steuermodul 610 gesteuert wird, können entweder einzelne Antennen der Antenneneinrichtung 102 nacheinander (sequentiell) oder auch mehrere bzw. alle Antennen 500a-f gleichzeitig mit unterschiedlichen Phasenbeziehungen von Anten- nenspeiseströmen über die Sendepfade angesteuert werden. Um eine Orientierung eines Transponders innerhalb des von den Antennen 500a-f umschlossenen Raumes zu bestimmen, lassen sich beispielsweise durch gegenüberliegende Spulen (z.B. 500c und 50Od) Helmholtzspulenpaare bilden und entsprechend ansteuern. Auch für die Auswertung der Signale stehen ein oder mehrere Empfangspfade zur Verfügung.

Fig. 17 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Realisierung einer Sende-/Empfangsvorrichtung 100, die eine Steuerein- richtung 710 bestehend aus einem Mikrocontroller 210, einem steuerbaren Schalter 720 und einem steuerbaren Verstärker 730 aufweist. Ferner umfasst die Sende-/Empfangsvorrichtung 100 ein herkömmliches RFID-Schreib-Lese-Gerät 10 und einem Personal Computer 630. Außerdem ist die Sende- /Empfangsvorrichtung 100 mit einer Antenneneinrichtung 102 bestehend aus zwei Antennen 740 und 750 gekoppelt, wobei die Antennen 740 und 750 jeweils eine Spule 740a bzw. 750a, einen Kondensator 740b bzw. 750b und einen Widerstand 740c bzw. 750c aufweisen.

Das RFID-Schreib-Lese-Gerät 10 (beispielsweise ein herkömmliches Lesegerät) liefert einen Antennenstrom, der über den Mikrocontroller 210 und den steuerbaren Verstärker 730 der Steuereinrichtung 710 variiert werden kann. Zusätzlich ist der Mikrocontroller 210 ausgebildet, um mit dem steuerbaren Schalter 720 die Antennen 740 und 750 anzuwählen. Mittels des oben beschriebenen Verfahrens und dem PC 630 kann nun für jede der beiden Antennen 740 und 750 eine Entfernung zu einem Transponder (nicht gezeigt) bestimmt werden und damit schließlich eine Position des Transponders im 2- dimensionalen Raum errechnet werden, wie es Bezug nehmend auf die Fig. 12a bis 12d vorhergehend bereits beschrieben wurde.

Mit den beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen lassen sich Transponder in einem vorgegebenen Volumen, beispielsweise in der Größenordnung von einem oder mehreren Kubikmetern (m ³ ), orten. Anwendungsgebiete sind beispielsweise Tieridentifizierung und -ortung, wie z.B. das Orten von Tieren im Erdreich oder eine Ortung und Identifizierung von Objekten in nicht bzw. schwer zugänglichen Bereichen, wie z.B. chemischen Reaktionsbereichen. Die Ver- wendung passiver Transponder ermöglicht kleinste Bauformen der Transponder.

Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten das erfindungsgemäße Schema auch in Software implementiert sein kann. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem und/oder MikroController zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Pro- grammcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner und/oder MikroController abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer und/oder Mikrocontroller abläuft.