专利名称：磁感应天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于使用磁耦合的无接触信息传输系统的磁感应天线装置。本发明还涉及使用该磁感应天线装置的相应的数据传输方法。磁感应天线装置以及其所耦合的并且包含信息的通常被称为标签(tag)的设备在该磁感应天线位于该标签附近时构成空气变压器。这样的系统例如用于在旅行期间读取路边标签的交通工具。在铁路交通工具的情况下，使用上述标签来从轨道旁向经过的列车发送信息。一种标准化的方法是参照具有法语词应答器(balise)的标签的欧洲铁路交通管理系统。在列车的天线装置在其上方经过时，应答器链路被建立。该链路是双向的并且所使用的频率是射频短波。下行链路用于向应答器发射功率。上行链路用于向列车发送数据。通过其在标签和沿着其经过的磁感应天线之间进行无接触信息传输的体积符合指定的·条件，例如关于所发送的激活功率被称为接触体积(contact volume)。本发明要解决的问题在于设计具有最大化接触体积的小磁感应天线。这允许读取磁感应天线以较高的速度经过的标签。
背景技术：
在标签远离时，当其被充分供电时，增加激活功率(即增加通过磁感应天线装置的电流)增加了接触体积的外部形状。当高速地经过标签时，通过重复该信息，能够在允许传输更多的数据或者增加可靠性的更长的时间期间读取该标签这。然而，当磁感线天线接近标签时，增加功率受最大允许功率的限制。如果超出该功率，则可能会破坏标签。提高接触体积的另一方式是增加天线装置的尺寸，但是例如对于铁路应用，关于多大的天线装置能够被安装在列车的下方存在限制。而且由于实际的原因，天线装置局限于安装在应答器上方的某些高度处，最佳的高度和横向偏移并不总是必须考虑在内。已知方案涉及简单的导电环形式，典型地关于矩形，如在US2007/0100517A1中所示出的。读取特性要求较大的磁感线天线来读取高速的应答器。
发明内容
根据本发明，所述磁感线天线装置包括形成第一天线的导电环，所述第一天线用于通过产生第一电磁场来对在所述第一天线和标签之间的距离从高到低的整个范围上的标签供电。所述导电环或者至少一个第二导电环形成至少一个第二天线，所述至少一个第二天线以使得由所述第二天线产生的第二电磁场部分地抵消由所述第一天线产生的第一电磁场的方式来设置。因而，第一天线中的电场方向与抵消天线的电场相反。这能够通过反转绕组的方向来实现。具体地说，上述至少一个第二天线部分地抵消由第一天线产生的电磁场的磁通量，其中该磁通量是最大的，以使得与由第一天线产生的磁通量相比，根据在行进方向上的位置的总磁通量更接近恒定磁通量。具体地说,在形成第一天线的环内的至少一个凹口(recess)能够形成至少一个抵消天线(即第二天线)。所述抵消天线也可以是单独的环(即绕组)，这样本发明涉及包括一个或者几个环的天线装置。在包括第 一天线和至少一个第二天线的单个环的情况下，提出下列描述一种用于产生电磁场从而通过磁感应来对标签供电以及用于经由无线传输反过来从所述标签接收信息的磁感应天线装置，其中-所述天线装置包括导电环并且-所述环通过在区域的轮廓处延展而包围所述区域并且-所述轮廓包括由所述环形成的凸起部分和至少一个凹入部分。所述凹入部分和凸起部分可以是导电环的锐利边缘和/或弯曲部。例如，具有四个边缘的标准矩形环仅包括四个凸起部分(即边缘)。利用通过插入至少一个凹入部分来形成由所述环所包围的区域的至少一个凹口，可以修改仅具有凸起部分(除了与天线控制单元的连接)的这种标准的矩形环或者任何其它环。在凹入部分是锐利边缘的情况下，每一个凹口具有至少两个凹入部分。然而，可选地，可以通过在所述环的凸起部分分别开始和结束的单个凹入的弯曲来形成凹口。用于形成凹口的凸起部分和凹入部分的混合也是可能的。优选地，单个环包括两个凹口，这两个凹口关于将所述环切割为两半的对称直线彼此对称地设置。本发明改善了接触体积以使得小的磁感应天线装置能够沿着延展的距离来激活标签，因而可以以较高的速度经过标签并且数据传输的持续时间足以确保可靠性。这适合于具有在交通工具上读取路边应答器的天线装置或者具有车载标签和路边天线装置的铁路应用。本发明对于车载接收机的设计具有积极影响。由于在天线接近标签时磁耦合已被部分抵消，这意味着由列车接收的信号的强度的动态范围变得更小。减小的信号强度的动态范围意味着可以将车载接收机制造得更加精确。而且，以类似的方式影响了天线与可能会放置在轨道附近的任何电缆之间的磁耦合，这使得列车不太可能获得不想要的信号。
图I示出了包括具有两个凹口的单个导电环的磁感应天线装置，并且还示出了包括矩形环的路边标签。图2示出了根据纵向位移位于在某一高度处的两个不同的天线下方的参考环(reference loop)中的磁通量。图3示出了当两个天线位于高于所述参考环的上方时根据纵向位移的磁通量。
具体实施例方式优选的实施例是磁感应天线用作针对欧洲铁路交通管理系统的位于铁路交通工具下方的应答器天线。天线的下行链路性能通过其在预定义的参考环中产生磁通量的能力来判断，该预定义的参考环位于天线下方的各种位置中。由于不要求该应答器在特定的时间间隔外操作，因此磁通量的量应该保持在该时间间隔内。如果该磁通量等级太低，则将没有足够的能量来对应答器电路供电，并且如果该磁通量等级太高，则应答器可能会遭遇永久损坏。当列车在维持所需的磁通量的同时经过应答器时，由气隙以及该列车行进的距离来确定接触体积。如果列车非常快速地行进并且接触体积太小，则将没有足够的时间供应答器上电并且向列车可靠地发送数据。本发明改善了接触体积以使得在列车速度非常高时能够成功执行数据传输。可以将根据优选实施例的环的形状认为是多个叠置的天线，例如普通的矩形天线和在天线装置接近标签或者参考环时以负面方式作用的一些另外的天线。图I示出了根据本发明的磁感应天线装置的鸟瞰图，该磁感应天线可以被安装在铁路交通工具的下方。所述天线系统由单个导电环I组成。形成了外部第一天线2以及两个内部天线3，外部第一天线2具有矩形形状，两个内部天线3部分地抵消第一天线2在标签与天线2、3之间的距离较低处的场。这些天线3在导电环I中形成具有凹入部分的凹口，即内角中的一些为优角，即> 180°。除了导电环，磁感应天线还包括控制单元4。环I向安装在铁路轨道的两个铁轨6之间的被称为“应答器”的路边标签5供电。
如所提及的，由环I所包围的区域包括两个凹口。在该示例中，凹口的凹入部分8a、8b、8c、8d是环的导电材料的锐利边缘。利用7a_7h来表示环I的凸起部分,在该示例中上述凸起部分也是锐利边缘。凸起部分中的四个，即凸起部分7c、7d、7g、7h是第一天线2和各第二天线3之间的过渡部分。两个天线3彼此对称。图2示出了根据纵向位移位于在某一高度处的两个不同的天线的下方的参考环中的磁通量。当参考环在天线装置的正下方(centred below)时,该磁通量最大。虚曲线示出了来自具有矩形天线的现有技术的磁感应天线装置的磁通量。实曲线示出了来自根据本发明(特别是根据图I)的磁感应天线装置的磁通量。由于该磁通量取决于天线装置和参考环的几何形状以及天线装置中的电流，因此有可能标准化上述曲线以使得它们的最大磁通量等级相一致。这一点在图中示出了。本发明的磁通量梯度低得多。这是人们所期望的，并且这允许在不超出最大传输功率的情况下沿着更长的距离读取标签。图3示出了当两个天线位于高于所述参考环的上方时根据纵向位移的磁通量。梯度方面的差异不是那么显著，但是其不太重要，因为当天线装置和参考环更加接近时，对于所有的位移值针对根据本发明的天线装置的磁通量现在都更高，但是其从不超出最大等级。这意味着，无论该天线装置的安装高度如何，与现有技术的天线装置相比较，针对根据本发明的天线装置的接触体积总是更大。附图中参考数字的列表I导电环2对在距离从高到低的整个范围上的标签供电的天线3部分地抵消第一天线在与标签的距离较低(low distance)处的场的天线4发射机/接收机5路边标签“应答器” 6铁路轨道的铁轨7凸起边缘8凹入边缘
权利要求
1.一种磁感应天线装置，包括形成第一天线(2)的导电环(I)，所述第一天线(2)用于通过产生第一电磁场来对在所述第一天线(2)与标签之间的距离从高到低的整个范围上的标签供电，其特征在于， 所述导电环(I)或者第二导电环形成至少一个第二天线(3)，所述至少一个第二天线(3)以使得由所述第二天线(3)产生的第二电磁场部分地抵消由所述第一天线(2)产生的第一电磁场的方式来设置。
2.根据权利要求I所述的磁感应天线装置，其特征在于， 所述至少一个第二天线(3)在所述导电环(I)中形成凹入的凹口。
3.一种用于产生电磁场从而通过磁感应来对标签供电以及用于经由无线传输反过来从所述标签接收信息的磁感应天线装置，其中 -所述天线装置包括导电环(I)并且 -所述环(I)通过在区域的轮廓处延展而包围所述区域， 其特征在于， -所述轮廓包括由所述环(I)形成的凸起部分和至少一个凹入部分。
4.一种使用根据前述权利要求中的一项的磁感应天线装置的数据传输方法，其中 -安装在交通工具处的所述磁感应天线装置通过在所述交通工具经过标签时产生电磁场来对所述标签供电， -所述标签通过使用所述供电来经由无线数据传输向所述交通工具返回信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于， 所述磁感应天线系统安装在铁路交通工具的下方，并且所述交通工具所经过的所述标签是应答器。
6.一种使用根据权利要求1-3中的一项的磁感应天线装置的数据传输方法，其中 -所述磁感应天线装置由所述交通工具经过并且通过产生电磁场来对安装在所述交通工具处的标签供电， -所述标签通过无线数据传输返回信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于， 所述标签安装在铁路交通工具的下方，并且所述磁感应天线系统安装在轨道处。
8.根据权利要求4-7中的一项所述的方法，其中所述磁感应天线装置的导电环(I)用于产生电磁场，并且 -所述环(I)通过在区域的轮廓处延展而包围所述区域， -所述轮廓包括由所述环(I)形成的凸起部分和至少一个凹入部分。
全文摘要
本发明涉及一种磁感应天线装置，包括形成第一天线(2)的导电环(1)，所述第一天线(2)用于通过产生第一电磁场对在所述第一天线(2)和标签之间的距离从高到低的整个范围上的标签供电。所述导电环(1)或者第二导电环形成至少一个第二天线(3)，所述至少一个第二天线(3)以使得由所述第二天线(3)产生的第二电磁场部分地抵消由所述第一天线(2)产生的第一电磁场的方式来设置。
文档编号H04B1/59GK102800925SQ20111018156
公开日2012年11月28日 申请日期2011年6月23日 优先权日2011年5月25日
发明者T·埃里克松, A·雷恩 申请人:邦巴尔迪尔运输有限公司