DE69326780T2

DE69326780T2 - Sende- und empfangsantenne mit gewinkelten überkreuzungselementen

Info

Publication number: DE69326780T2
Application number: DE69326780T
Authority: DE
Inventors: John Bowers; Philip Lizzi
Original assignee: Checkpoint Systems Inc
Current assignee: Checkpoint Systems Inc
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2013-11-17
Also published as: AU5610294A; AU678419B2; DE69326780D1; EP0677210A4; EP0677210B1; IE931015A1; DK0677210T3; EP0677210A1; CA2153041C; ES2140523T3; CA2153041A1; US5373301A; NZ250238A; JP3441729B2; WO1994016471A1; ATE185653T1; IE70081B1; JPH08507660A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Antennen und, mehr insbesondere, auf Antennen, die elektromagnetische Energie gleichzeitig senden und empfangen.

Hintergrund der Erfindung

Üblicherweise haben Antennen separate Komponenten zum Senden und Empfangen von elektromagnetischer Energie wie z. B. eine erste Antenne zum Senden von elektromagnetischer Energie und eine separate und unterschiedliche zweite Antenne zum Empfangen von elektromagnetischer Energie. Es dürfte klar sein, daß solche üblichen Antennenbaugruppen für Verwendungszwecke nicht gut geeignet sind, wo es hauptsächlich auf den Raum ankommt oder wo eine maximale Kopplung verlangt wird zwischen einer Antenne und einem Transponder zum gleichzeitigen Senden und Empfangen. Zu Systemen, die diese Leistungsanforderungen haben, gehören, beispielsweise, Systeme zur elektronischen Warenüberwachung (electronic article surveillance oder EAS) und andere Systeme, bei denen gleichzeitig eine bidirektionale Kommunikation verlangt wird.
Andere herkömmliche Antennen, die eine einzelne Komponente sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von elektromagnetischer Energie aufweisen, haben typisch einen Mechanismus zum Umschalten einer Antenne zwischen einem Signalgenerator und einem Empfangsmechanismus, so daß zu irgendeiner besonderen Zeit die Antenne elektromagnetische Energie entweder sendet oder empfängt. Mit anderen Worten, diese herkömmlichen Antennen können elektromagnetische Energie nicht gleichzeitig senden und empfangen. Es dürfte klar sein, daß solche herkömmlichen Antennen zur Verwendung in Fällen nicht sehr geeignet sind, in denen das gleichzeitige Senden und Empfangen von elektromagnetischer Energie durch eine einzelne Antenne verlangt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist, kurz gesagt, auf eine Antenne zum gleichzeitigen Senden und Empfangen von elektromagnetischer Energie gerichtet. Die Antenne hat ein erstes und ein zweites Sendeelement und ist an einer Einrichtung befestigt zum Liefern eines ersten Stroms an das erste Sendeelement und eines zweiten Stroms an das zweite Sendeelement, so daß das erste und das zweite Sendeelement elektromagnetische Felder abstrahlen. Vorzugsweise sind der gelieferte erste und zweite Strom im wesentlichen gleich. Die Antenne ist an einer Einrichtung befestigt zum Erfassen von Differenzen zwischen Strömen, welche durch das erste und das zweite Sendeelement fließen. Die Stromdifferenzen, die durch die externen elektromagnetischen Felder verursacht werden, werden durch die Stromdifferenzerfassungseinrichtung in ein empfangenes Signal umgewandelt. Auf diese Weise empfängt die Antenne die externen elektromagnetischen Felder.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorstehende Zusammenfassung sowie die folgende ausführliche Beschreibung werden besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung sind Ausführungsformen, die gegenwärtig bevorzugt werden, in den Zeichnungen gezeigt. Es ist jedoch klar, daß sich die Erfindung nicht auf die gezeigten genauen Anordnungen und Instrumentalitäten beschränkt.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild einer Antenne gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Antenne gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Antenne gerichtet zum gleichzeitigen Senden und Empfangen von elektromagnetischer Energie mit einer oder mehreren Frequenzen innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches sowie auf eine Antenne, bei der die Antennengröße kleiner sein kann als die Wellenlänge der zu sendenden und zu empfangenden elektromagnetischen Energie. Der vorbestimmte Frequenzbereich umfaßt vorzugsweise Hochfrequenzen (definiert hier als 1000 Hz und darüber) wie beispielsweise 8,2 MHz. Es ist jedoch klar, daß der vorbestimmte Frequenzbereich andere Frequenzen umfassen kann, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Die Antenne nach der vorliegenden Erfindung ist gut geeignet zur Verwendung in Systemen, wo es erwünscht ist, elektromagnetische Felder in unmittelbarer Nähe (d. h. in weniger als einer halben Wellenlänge) der Antenne gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Ein Beispiel eines solchen Systems ist ein System zur elektronischen Warenüberwachung oder EAS-System, wo die Antenne verwendet wird, um eine Überwachungszone aufzubauen. Eine Etikettschaltung innerhalb der Überwachungszone wird durch das emittierte elektromagnetische Feld mit Strom versorgt, so daß das Etikett elektromagnetische Energie abstrahlt. Die Antenne erfaßt das Vorhandensein des Etiketts in der Überwachungszone durch Empfangen der elektromagnetischen Energie, die durch das Etikett abgestrahlt wird. Auf diese Weise wird das unbefugte Entfernen von geschützten Waren, an denen das Etikett befestigt ist, aus der Überwachungszone verhindert.
Die Antenne nach der vorliegenden Erfindung wird hier unter Bezugnahme auf EAS-Systeme beschrieben. Diese Bezugnahme erfolgt jedoch nur zu Veranschaulichungszwecken und ist nicht einschränkend zu verstehen. Die Antenne nach der vorliegenden Erfindung ist gut geeignet zur Verwendung in vielen anderen Arten von Anwendungsfällen und findet, mehr insbesondere, Verwendung in jeglichem Bereich, in welchem die durch die Antenne abgestrahlte elektromagnetische Energie verwendet wird, um eine Kommunikations- oder Identifikationsfunktion zu erfüllen. Zum Beispiel kann die Antenne nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Sensor verwendet werden (der durch die durch die Antenne gesendete elektromagnetische Energie mit Strom versorgt wird) in einer Umgebung, wo es schwierig ist, über Drähte, die mit dem Sensor verbunden sind, den Sensor mit Strom zu versorgen oder anderweitig mit ihm zu kommunizieren. In dieser Umgebung könnte die Antenne verwendet werden, um den Sensor aus der Ferne mit Strom zu versorgen und Information aus dem Sensor zu empfangen. Die Antenne nach der vorliegenden Erfindung könnte zum Beispiel in Verbindung mit einem Sensor verwendet werden, der den Blutzuckerwert eines Patienten mißt, wobei der Blutzuckerwertsensor subkutan in das Gewebe des Patienten implantiert ist. Es ist klar, daß es äußerst erwünscht ist, daß die Haut des Patienten nicht von Drähten zum Verbinden mit dem Sensor durchbohr wird. Es ist außerdem äußerst erwünscht, Batterien aus dem Sensor zu eliminieren. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die elektromagnetische Energie, die durch die Antenne erzeugt wird, zu verwenden, um den Sensor mit Strom zu versorgen, der unter der Haut des Patienten angeordnet ist, und um gleichzeitig die Antenne zu verwenden, um die elektromagnetische Energie zu empfangen, welche durch den Sensor gesendet wird, wobei die elektromagnetische Energie, die durch den Sensor gesendet wird, in Beziehung zu dem Blutzuckerwert des Patienten steht. Ein weiterer Verwendungszweck steht in Beziehung zu dem Kommunizieren mit einem passiven Transponder, der seinen Besitzer zur Zugangssteuerung identifiziert. Andere nützliche Verwendungszwecke der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann auf der Hand liegen.
Es wird nun im einzelnen auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszahlen überall gleiche Elemente bezeichnen und in denen in Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild einer Antenne 102 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die Antenne 102 hat ein erstes Sendeelement, das vorzugsweise eine erste Antennenschleife 104 aufweist, und ein zweites Sendeelement, das vorzugsweise eine zweite Antennenschleife 106 aufweist. Alternativ können das erste und/oder das zweite Sendeelement andere Typen von Antennen wie beispielsweise Wickelantennen aufweisen. In der bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 insgesamt koplanar, wobei sich die erste Antennenschleife 104 über der zweiten Antennenschleife 106 befindet, so daß die erste Antennenschleife 104 eine obere oder oberste Schleife und die zweite Antennenschleife 106 eine untere oder unterste Schleife bildet. Dem Fachmann ist jedoch klar, daß die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 in irgendeiner anderen, vorzugsweise planaren Orientierung angeordnet sein können, beispielsweise Seite an Seite, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 bestehen jeweils vorzugsweise aus einer oder mehreren Windungen eines Leiters oder Drahtes irgendeines geeigneten Typs. Dem Fachmann ist jedoch klar, daß andere leitende Elemente bei Bedarf verwendet werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann es erwünscht sein, mechanisch funktionale Konstruktionselemente zu verwenden, um die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 aufzubauen. Alternativ können elektrisch leitfähige dekorative Elemente verwendet werden.
In der bevorzugten Ausführungsform weisen die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 eine gemeinsame Achse 114 auf. Die erste Antennenschleife 104 hat insgesamt die Form eines Vierecks und weist eine erste und eine zweite Seite 104a, 104b auf, die zu der Achse 114 jeweils insgesamt parallel sind, eine dritte Seite 104c, die zu der ersten und der zweiten Seite 104a, 104b insgesamt rechtwinkelig ist und sich zwischen denselben erstreckt, und eine vierte Seite 104d, die sich zwischen der ersten und der zweiten Seite 104a, 104b unter einem ersten vorbestimmten Winkel 116 relativ zu der Achse 114 erstreckt. Die erste, die zweite und die dritte Seite 104a, 104b, 104c der ersten Antennenschleife 104 können alternativ mit unterschiedlichen Formen ausgebildet sein, beispielsweise halbkreisförmig oder halboval, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die zweite Antennenschleife 106 hat ebenfalls insgesamt die Form eines Vierecks und weist eine erste und eine zweite Seite 106a, 106b auf, die zu der Achse 114 jeweils insgesamt parallel sind, eine dritte Seite 106c, die zu der ersten und der zweiten Seite 106a, 106b insgesamt rechtwinkelig ist und sich zwischen denselben erstreckt, und eine vierte Seite 106d, die sich zwischen der ersten und der zweiten Seite 106a, 106b unter einem zweiten vorbestimmten Win kel 118 relativ zu der Achsel 114 erstreckt. Die erste, die zweite und die dritte Seite 106a, 106b und 106c der zweiten Antennenschleife 106 können alternativ mit unterschiedlichen Formen ausgebildet sein, wie beispielsweise halbkreisförmig oder halboval, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Vorzugsweise ist der erste vorbestimmte Winkel 116, der der ersten Antennenschleife 104 zugeordnet ist, im wesentlichen gleich dem zweiten vorbestimmten Winkel 118, der der zweiten Antennenschleife 106 zugeordnet ist, so daß die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 insgesamt parallel zueinander sind. Sie sind längs ihrer vierten Seiten 104d, 106d vorzugsweise geringfügig voneinander beabstandet, können aber relativ zueinander auf irgendeine Art und Weise positioniert sein, die die gewünschte Leistungsfähigkeit ergibt. Vorzugsweise ist die erste Antennenschleife 104 im Flächeninhalt und im Umfang im wesentlichen gleich der zweiten Antennenschleife 106 (d. h. die Flächen, die durch die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 umschlossen sind, sind gleich), so daß, wenn die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 gemäß der Darstellung in Fig. 1 ausgerichtet sind, wobei sich die erste Antennenschleife 104 oben und die zweite Antennenschleife 106 unten befindet und wobei die vierten Seiten 104d, 106d zueinander benachbart sind, die Gesamtform der ersten und der zweiten Antennenschleife 104, 106, wenn diese miteinander vereinigt sind, insgesamt rechteckig ist.
Die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106, sind, wie oben erwähnt, insgesamt parallel zueinander und vorzugsweise längs ihrer vierten Seiten 104d, 106d geringfügig voneinander beabstandet. Alternativ können die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 längs der vierten Seiten 104d, 106d direkt zueinander benachbart sein oder sich geringfügig überlappen, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Die vierte Seite 104d der ersten Antennenschleife 104 hat ein erstes Ende 160 und ein zweites Ende 162. Ebenso hat die vierte Seite 106d der zweiten Antennenschleife 106 ein erstes Ende 164 und ein zweites Ende 166. Die ersten Enden 160, 164 sind mit einer Stromdifferenzerfassungseinrichtung (unten beschrieben) verbunden, und in der bevorzugten Ausführungsform sind sie mit entgegengesetzten Enden 126a bzw. 126c einer Primärwicklung 126 eines in der Mitte angezapften Transformators 120 verbunden. Die zweiten Enden 162, 166 sind vorzugsweise durch einen Leiter 156 miteinander verbunden, der mit einer ersten Anpaßschaltung oder einem ersten Anpaßnetzwerk 122 (unten beschrieben) verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Mittelanzapfung 126b der Transformatorprimärwicklung 126 außerdem mit der ersten Anpaßschaltung 122 verbunden, obgleich klar ist, daß dieser Aufbau bei Ausführungsformen unterschiedlich sein kann, wo die Erfassungseinrichtung keinen Transformator aufweist.
Die Antenne 102 ist an einer Einrichtung wie z. B. einem Sender 108 befestigt zum Liefern eines ersten Stroms an die erste Antennenschleife 104 und eines zweiten Stroms an die zweite Antennenschleife 106, so daß die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 elektromagnetische Felder abstrahlen. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Strom im wesentlichen gleich (in der Größe und in der Phase). Der Sender 108 ist ein herkömmlicher Sender, der einen Signaloszillator und eine geeignete Verstärker/Filter-Schaltung eines Typs aufweist, der in der Lage ist, die Lastimpedanz zu speisen, welche durch die Kombination aus der Anpaßschaltung 122 und den Antennenschleifen 104, 106 dargestellt wird. Es ist klar, daß die Frequenz, mit der die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 elektromagnetische Felder abstrahlen, wesentlich von der Oszillationsgeschwindigkeit des Senders 108 abhängt. Die Frequenz kann somit eingestellt und justiert werden, indem der Sender 108 auf bekannte Art und Weise geeignet justiert wird.
Der Sender 108 ist mit der ersten Anpaßschaltung 122 verbunden und liefert ein verstärktes, vorzugsweise HF (Hochfrequenz)-Signal an die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 über die erste Anpaßschaltung 122. Die erste Anpaßschaltung 122 stellt eine geeignete Impedanzanpaßschaltung dar, so daß, wenn sie mit der Impedanz verknüpft ist, die durch die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 dargestellt werden, vorzugsweise eine ohmsche Impedanz dem Sender 108 dargeboten wird. Wenn dem Sender 108 eine ohmsche Impedanz dargeboten wird, erlaubt das einen größeren Bereich von Senderschaltungen zum Ansteuern der Antenne, weil die meisten Senderschaltungen dafür ausgelegt sind, optional eine ohmsche Last zu speisen. Die erste Anpaßschaltung 122 weist vorzugsweise ein Paar Widerstände (nicht gezeigt) auf, die mit einem Paar Kondensatoren (nicht gezeigt) in Reihe geschaltet sind. Es können jedoch andere Anpaßschaltungen verwendet werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die erste Anpaßschaltung 122 ist, wie oben erwähnt, mit dem Leiter 156 und mit der Mittelanzapfung 126b der Transformatorprimärwicklung 126 verbunden. Auf diese Art und Weise liefert der Sender 108 den ersten Strom in einer ersten Winkelrichtung an die erste Antennenschleife 104 und liefert den zweiten Strom in einer zweiten Winkelrichtung, die zu der ersten Winkelrichtung entgegengesetzt ist, an die zweite Antennenschleife 106. Die erste und die zweite Winkelrichtung sind durch Flußpfeile 110 bzw. 112 angegeben. Der erste und der zweite Strom, die an die erste bzw. zweite Antennenschleife 104, 106 geliefert werden, sind, wie oben erwähnt, im wesentlichen gleich. Da die Ströme, die durch die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 fließen, insgesamt gleich, aber in der Richtung entgegengesetzt sind und da die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 im Flächeninhalt insgesamt gleich sind, sind die magnetischen Felder, die durch die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 abgestrahlt werden, in der Größe insgesamt gleich (bekanntlich ent spricht die Größe des durch eine Antennenschleife abgestrahlten Magnetfeldes dem Strom, der durch die Antennenschleife fließt, multipliziert mit der Fläche der Antennenschleife), ist aber in der Richtung entgegengesetzt (d. h. sie sind 180º phasenverschoben). Infolgedessen heben sich die elektromagnetischen Felder, die durch die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 erzeugt werden, im Fernfeld im wesentlichen auf. (Das Fernfeld einer Antenne ist ein Bereich, der mehrere Wellenlängen von der Antenne entfernt ist. Wenn die Antenne mehrere Wellenlängen groß ist, dann ist das Fernfeld der Antenne ein Bereich, der mehrere Antennenlängen von der Antenne entfernt ist. Für eine Antenne, die mit 8,2 MHz arbeitet, definiert die Bundeskommunikationskommission (Federal Communication Commission) das Fernfeld als einen Bereich, der dreißig Meter von der Antenne entfernt ist.) Mit anderen Worten, die Antenne 102 nach der vorliegenden Erfindung erzielt im wesentlichen eine Fernfeldauslöschung der elektromagnetischen Felder, die durch die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 erzeugt werden.
Alternativ kann die Antenne 102 nach der vorliegenden Erfindung so konfiguriert sein, daß die elektromagnetischen Felder, die durch die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 erzeugt werden, in derselben Richtung sind und sich daher in dem Fernfeld nicht aufheben. Das kann beispielsweise erreicht werden, indem der Sender 108 die Sekundärwicklung 128 des Transformators 120 so speist, daß die Ströme, die an die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 geliefert werden, in derselben Richtung fließen.
Die vierte Seite 104d der ersten Antennenschleife 104 erstreckt sich, wie oben erwähnt, zwischen der ersten und der zweiten Seite 104a, 104b der ersten Antennenschleife 104 unter einem ersten vorbestimmten Winkel 116 relativ zu der Achse 114. Die vierte Seite 106d der zweiten Antennenschleife 106 erstreckt sich zwischen der ersten und der zweiten Seite 106a, 106b der zweiten Antennenschleife 106 unter einem zweiten vorbestimmten Winkel 118 relativ zu der Achse 114. Vorzugsweise sind der erste vorbestimmte Winkel 116 und der zweite vorbestimmte Winkel 118 beide im wesentlichen gleich einem vorbestimmten Wert, der von 90º verschieden ist, so daß die vierten Seiten 104d, 106d abgewinkelte Überkreuzungselemente oder ein abgewinkeltes Überkreuzungsgebiet zwischen den ersten Seiten 104a, 106a und den zweiten Seiten 104b, 106b der ersten und der zweiten Antennenschleife 104, 106 darstellen. Der erste und der zweite vorbestimmte Winkel 116, 118 sind gegenwärtig vorzugsweise gleich 60º, es könnte aber irgendein anderer geeigneter Winkel alternativ verwendet werden.
Die Antenne 102 hat, wie hier beschrieben, sowohl eine Sendeantennenkomponente als auch eine Empfangsantennenkomponente. Dem Fachmann ist klar, daß ein erster Kopplungseffizient zwischen der Sendeantennenkomponente und einem Transponder (z. B. einem Etikett in einem EAS-System) existiert und daß ein zweiter Kopplungskoeffizient zwischen der Empfangsantennenkomponente und dem Transponder existiert. Damit die Empfangsantennenkomponente den Transponder erfassen kann, wenn der Transponder durch die Sendeantennenkomponente bestrahlt wird, müssen sowohl der erste Kopplungskoeffizient als auch der zweite Kopplungskoeffizient von null verschieden sein. Um das Überkreuzungsgebiet in den Antennen, die gemäß der obigen Beschreibung konfiguriert sind, sind jedoch der erste oder zweite Kopplungskoeffizient im wesentlichen gleich null. Deshalb repräsentiert das Überkreuzungsgebiet eine Nullzone, weil ein Transponder in der Nähe des Überkreuzungsgebietes durch die Empfangsantennenkomponente der Antenne nicht erfaßt werden kann.
Wenn der erste und der zweite vorbestimmte Winkel 116, 118 gleich 90º wären, so daß das Überkreuzungsgebiet zu dem Boden parallel wäre, dann wäre es (in bezug auf EAS- Systeme) relativ einfach für eine Person (z. B. einen Ladendieb), eine geschützte Ware zu stehlen, da der Ladendieb unerkannt die Überwachungszone passieren könnte, indem er die geschützte Ware (und das daran befestigte Etikett) in einer konstanten Höhe über dem Boden hält (koinzident mit dem Nullgebiet), während er durch die Überwachungszone hindurchgeht.
Im Gegensatz dazu ist es viel schwieriger, einen Transponder unerkannt an der Antenne 102 nach der vorliegenden Erfindung vorbeizutragen, da das Nullgebiet der Diagonale des abgewinkelten Überkreuzungsgebietes folgt. In bezug auf EAS-Systeme müßte ein Ladendieb die Höhe der geschützten Ware einstellen, um sie dem Winkel des Überkreuzungsgebietes anzupassen und die Überwachungszone unerkannt passieren zu können. Deshalb macht es die Verwendung des abgewinkelten Überkreuzungsgebietes in der Antenne 102 nach der vorliegenden Erfindung für einen Ladendieb schwierig, geschützte Waren zu stehlen. Die obige Beschreibung konzentriert sich zwar auf EAS-Systeme, dem Fachmann ist jedoch klar, daß die Vorteile der Verwendung eines abgewinkelten Überkreuzungsgebietes sich bei anderen Verwendungszwecken der Antenne 102 ergeben, beispielsweise bei Zugangssteuersystemen und bei Systemen, wo ein subkutan implantierter Transponder durch die Antenne mit Strom versorgt und erfaßt wird.
Die Antenne 102 sendet und empfängt, wie oben dargelegt, gleichzeitig elektromagnetische Felder mit einer vorbestimmten Frequenz. Die Art und Weise, auf welche die Antenne 102 elektromagnetische Felder sendet, wurde oben beschrieben. Die Art und Weise, auf welche die Antenne 102 elektromagnetische Felder empfängt, soll nun beschrieben werden.
Um externe elektromagnetische Felder zu empfangen, ist die Antenne 102 an einer Einrichtung befestigt zum Erfassen von Differenzen (sowohl in der Größe als auch in der Phase) zwischen Strömen, die durch die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 fließen. Die Stromdifferenzen werden durch ein elektromagnetisches Feld außerhalb der Antenne 102 verursacht, so daß die Antenne 102 effektiv das externe elektromagnetische Feld durch Erfassen der Stromdifferenzen empfängt. In dem Fall, in welchem die Antenne 102 in einem EAS-System verwendet wird, kann das externe elektromagnetische Feld durch eine Etikettschaltung verursacht werden, die nahe der Antenne 102 vorbeibewegt wird (mehr insbesondere, innerhalb der Überwachungszone vorbeibewegt wird). In diesem Fall würden die erfaßten Stromdifferenzen bestätigen, daß die Etikettschaltung in der Überwachungszone war.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform weist die Erfassungseinrichtung einen Transformator 120 auf, eine zweite Anpaßschaltung oder ein zweites Anpaßnetzwerk 124 und einen Empfänger 130. Eine Sekundärwicklung 128 des Transformators 120 ist mit der zweiten Anpaßschaltung 124 verbunden. Der Empfänger 130 ist ebenfalls mit der zweiten Anpaßschaltung 124 verbunden. Die zweite Anpaßschaltung 124 gleicht in ihrer Arbeitsweise der ersten Anpaßschaltung 122 insoweit, als die zweite Anpaßschaltung 124 in Kombination mit anderen Komponenten der Antenne 102 eine ohmsche Last für den Empfänger 130 darstellt. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform hat die zweite Anpaßschaltung 124 einen Kondensator (nicht dargestellt), aber irgendeine andere Anpaßschaltung könnte verwendet werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die entgegengesetzten Enden 126a, 126c der Transformatorprimärwicklung 126 mit dem ersten Ende 160 der vierten Seite 104d der ersten Antennenschleife 104 bzw. mit dem ersten Ende 164 der vierten Seite 106d der zweiten Antennenschleife 106 verbunden. Auf diese Art und Weise fließt der Strom, der in der ersten Antennenschleife 104 fließt, in einer ersten Richtung (bezeichnet mit einem Pfeil 110) durch die Transformatorprimärwicklung 126, und der Strom, der in der zweiten Antennenschleife 106 fließt, fließt durch die Transformatorprimärwicklung 126 in einer zweiten Richtung (durch einen Pfeil 112 dargestellt), welche zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, so daß der elektromagnetische Fluß, der durch die Ströme erzeugt wird, welche durch die Transformatorprimärwicklung 126 fließen, null ist, wenn die Ströme, die durch die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 fließen, gleich sind. Im Gegensatz dazu führt jede Differenz in den Strömen, die durch die Transformatorprimärwicklung 126 fließen, insgesamt zu einem magnetischen Fluß in der Transformatorprimärwicklung 126. Der magnetische Gesamtfluß in der Transformatorprimärwicklung 126 bewirkt, daß eine Spannung an der Transformatorsekundärwicklung 128 im Verhältnis zu der Stromdifferenz erzeugt wird. Dem Fachmann ist klar, daß die Funktion des Erfassens von Differenzen zwischen den Strömen, die in der er sten und in der zweiten Antennenschleife 104, 106 fließen, auch auf andere Art und Weise ausgeführt werden kann, als es vorstehend beschrieben worden ist, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel könnte ein Richtkoppler (nicht dargestellt) verwendet werden, um Stromdifferenzen zu erfassen. Alternativ könnte eine Brückenschaltung (nicht dargestellt) verwendet werden, wobei die erste und die zweite Antennenschleife 104, 106 die beiden Elemente der Brückenschaltung bilden würden.
Die Spannung, die an der Transformatorsekundärwicklung 128 erzeugt wird, wird an den Empfänger 130 über die zweite Anpaßschaltung 124 angelegt. Der Empfänger 130 spricht auf die Spannung auf eine Art und Weise an, die von dem Verwendungszweck der Antenne 102 abhängig ist. Wenn zum Beispiel die Antenne 102 in einem EAS-System verwendet wird, dann kann der Empfänger 130 einen Alarm erzeugen (wie z. B. einen hörbaren, lautlosen, sichtbaren usw. Alarm) bei dem Empfang der Spannung aus der Transformatorsekundärwicklung 128, um dadurch geeignetes Personal darauf aufmerksam zu machen, daß ein Etikett in der Überwachungszone ist.
Fig. 2 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Antenne 202 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Antenne 202 weist eine Primärantenne 206 auf, die mehrere Sendeelemente wie die in Fig. 1 gezeigte haben kann, so daß die elektromagnetischen Felder, welche durch die Primärantenne 206 erzeugt werden, sich in dem Fernfeld im wesentlichen aufheben. Die Primärantenne 206 kann jedoch alternativ ein einzelnes Sendeelement oder irgendeine andere geeignete Konfiguration aufweisen, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Antenne 202 weist auch eine nichtabstrahlende Lastschaltung 208 auf, die eine Impedanz hat, welche im wesentlichen gleich einer Impedanz der Primärantenne 206 ist. Die nichtabstrahlende Lastschaltung 208 kann aus einer Drosselspule bestehen, die so konfiguriert ist, daß sie nichtabstrahlend ist. Solche Drosselspulen sind bekannt und werden häufig in Rundfunkempfängerschaltungen und/oder als Teil von LC-Filterschaltungen verwendet.
Die Antenne 202 ist ebenfalls an einer Einrichtung wie einem Sender 204 befestigt zum Liefern eines ersten Stroms an die Primärantenne 206, so daß die Primärantenne 206 elektromagnetische Felder abstrahlt. Der Sender 204 liefert auch einen zweiten Strom an die nicht- abstrahlende Lastschaltung 208, wobei der gelieferte zweite Strom vorzugsweise im wesentlichen gleich dem ersten Strom ist, der an die Primärantenne 206 geliefert wird. Der Sender 204 gleicht dem in Fig. 1 gezeigten Sender 108 und soll deshalb nicht weiter beschrieben werden. Die Antenne 202 kann auch an eine Anpaßschaltung ähnlich der ersten Anpaß schaltung 122 angeschlossen sein, die in Fig. 1 dargestellt ist, um dem Sender 204 eine ohmsche Last darzubieten.
Die Antenne 202 ist auch an eine Einrichtung wie eine Erfassungsschaltung 210 zum Erfassen von Differenzen zwischen Strömen, die durch die Primärantenne 206 und durch die nichtabstrahlende Lastschaltung 208 fließen, angeschlossen. Die Stromdifferenzen werden durch ein elektromagnetisches Feld außerhalb der Antenne 202 verursacht, so daß die Antenne 202 effektiv das externe elektromagnetische Feld durch Erfassen der Stromdifferenzen empfängt. Das externe elektromagnetische Feld könnte, wie oben dargelegt, durch eine Etikettschaltung innerhalb der Überwachungszone hervorgerufen werden (wenn die Antenne 202 in einem EAS-System verwendet wird). Die Erfassungsschaltung 210 ist vorzugsweise aufbaumäßig und betriebsmäßig der Erfassungseinrichtung der Antenne 102 ähnlich, die in Fig. 1 gezeigt ist (d. h., der Transformator 120, die zweite Anpaßschaltung 124 und der Empfänger 130), obgleich andere Typen von Stromerfassungsvorrichtungen alternativ verwendet werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Dem Fachmann dürfte im Lichte der hierin enthaltenen Lehren klar sein, daß die Konfigurationen der Sende- und Empfangskomponenten der Primärantenne 206 im wesentlichen dieselben sind, da die Primärantenne 206 mit der nicht abstrahlenden Lastschaltung 208 in einer brückenartigen Schaltung verbunden ist. Da die Konfigurationen der Sende- und Empfangskomponenten der Primärantenne 206 dieselben sind, sind die Flußorientierungen der Sende- und Empfangskomponenten der Primärantenne 206 im wesentlichen identisch. Deshalb erzeugt, anders als die Antenne 102, die in Fig. 1 gezeigt ist, die Antenne 202, welche in Fig. 2 gezeigt ist, nicht eine Nullzone. Infolgedessen erfaßt die Antenne 202 Transponder, die durch die Sendekomponente der Primärantenne 206 bestrahlt werden, ungeachtet der Orientierungen der Transponder in bezug auf die Antenne 202.

Claims

1. Antenne zum gleichzeitigen Senden und Empfangen von elektromagnetischer Energie, mit:

einem ersten und einem zweiten Sendeelement (104, 106);

einer Einrichtung (108) Zum Liefern eines ersten Stroms an das erste Sendeelement (104) und eines zweiten Stroms an das zweite Sendeelement (106), so daß das erste und das zweite Sendeelement elektromagnetische Felder abstrahlen, wobei der gelieferte erste und zweite Strom im wesentlichen gleich sind; und

einer Einrichtung (120, 124, 130) zum Erfassen von Differenzen zwischen den Strömen, die durch das erste und das zweite Sendeelement fließen, wobei die Differenzen durch ein elektromagnetisches Feld außerhalb der Antenne verursacht werden, so daß die Antenne effektiv das externe elektromagnetische Feld durch Erfassen der Stromdifferenzen empfängt.

2. Antenne nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Sendeelement (104, 106) jeweils eine Antennenschleife aufweisen, die eine Achse hat, einen ersten Abschnitt, der ein erstes und ein zweites Ende hat, und einen zweiten Abschnitt (104d, 106d), der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des ersten Abschnittes unter einem vorbestimmten Winkel relativ zu der Achse erstreckt, wobei das ersten und das zweite Sendeelement (104, 106) insgesamt parallel zu einander sind und längs der zweiten Abschnitte etwas voneinander beabstandet sind und wobei der vorbestimmte Winkel des ersten Sendeelements und der vorbestimmte Winkel des zweiten Sendeelements im wesentlichen gleich einem von 90º verschiedenen Wert sind, so daß eine abgewinkelte Nullzone erzielt wird.

3. Antenne nach Anspruch 2, wobei der erste Abschnitt eine erste und eine zweite Seite (104a, 106a, 104b, 106b) aufweist, die jeweils insgesamt parallel zu der Achse sind, und eine dritte Seite (104c, 106c), die insgesamt rechtwinkelig zu der ersten und der zweiten Seite ist und sich zwischen denselben erstreckt.

4. Antenne nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Sendeelement jeweils eine Antennenschleife aufweisen, die eine Achse hat, eine erste und eine Zweite Seite (104a, 106a, 104b, 106b), die jeweils zu der Achse insgesamt parallel sind, eine dritte Seite (104c, 106c), die zu der ersten und der zweiten Seite insgesamt rechtwinkelig ist und sich zwischen denselben erstreckt, und eine vierte Seite (104d, 106d), die sich zwischen der ersten und der zweiten Seite unter einem vorbestimmten Winkel relativ zu der Achse erstreckt, wobei das erste und das zweite Sendeelement insgesamt parallel zueinander und längs der vierten Seiten geringfügig voneinander beabstandet sind und wobei der vorbestimmte Winkel des ersten Sendeelements und der vorbestimmte Winkel des zweiten Sendeelements im wesentlichen gleich einem von 90º verschiedenen Wert sind, so daß eine abgewinkelte Nullzone erzielt wird.

5. Antenne nach Anspruch 1, wobei das erste Sendeelement (104) eine Antennenschleife aufweist.

6. Antenne nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Sendeelement (104, 106) eine erste bzw. eine zweite Antennenschleife aufweisen.

7. Antenne nach Anspruch 6, wobei die erste und die zweite Antennenschleife (104, 106) einen einzelnen leitfähigen Draht aufweisen.

8. Antenne nach Anspruch 1, wobei das erste Sendeelement (104) im Flächeninhalt im wesentlichen gleich dem zweiten Sendeelement (106) ist und wobei die Einrichtung (108) zum Liefern des ersten und des zweiten Stroms eine Einrichtung aufweist zum Liefern des ersten Stroms in einer ersten Winkelrichtung an das erste Sendeelement und zum Liefern des zweiten Stroms in einer zweiten Winkelrichtung, die zu der ersten Winkelrichtung entgegengesetzt ist, an das zweite Sendeelement, so daß eine Fernfeldauslöschung der elektromagnetischen Felder, die durch die Antenne erzeugt werden, im wesentlichen erreicht wird.

9. Antenne nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung (120, 124, 130) einen Transformator (120) aufweist, der eine Primärwicklung hat, wobei der Transformator mit dem ersten und dem zweiten Sendeelement so verbunden ist, daß ein Strom in dem ersten Sendeelement durch die Transformatorprimärwicklung in einer ersten Richtung fließt und ein Strom in dem zweiten Sendeelement durch die Transformatorprimärwickfung in einer zweiten Richtung fließt, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, so daß der elektromagnetische Fluß, der durch den Transformator erzeugt wird, null ist, wenn die Ströme, die durch das erste und das zweite Sendeelement fließen, gleich sind, und von null verschieden ist, wenn die Ströme, die durch das erste und das zweite Sendeelement fließen, nicht gleich sind.

10. Antenne zum gleichzeitigen Senden und Empfangen von elektromagnetischer Energie, mit:

einer Primärantenne (206);

einer nichtabstrahlenden Lastschaltung (208), die eine Impedanz hat, welche im wesentlichen gleich einer Impedanz der Primärantenne ist;

einer Einrichtung (204) zum Liefern eines ersten Stroms an die Primärantenne, so daß die Primärantenne elektromagnetische Felder abstrahlt;

einer Einrichtung (204) zum Liefern eines zweiten Stroms an die nichtabstrahlende Lastschaltung, wobei der gelieferte zweite Strom im wesentlichen gleich dem der Primärantenne gelieferten ersten Strom ist; und

einer Einrichtung (210) zum Erfassen von Differenzen zwischen den Strömen, die durch die Primärantenne und durch die nichtabstrahlende Lastschaltung fließen, wobei die Differenzen durch ein elektromagnetisches Feld außerhalb der Antenne verursacht werden, so daß die Antenne effektiv das externe elektromagnetische Feld durch Erfassen der Stromdifferenzen empfängt.