射頻應答器系統的製作方法
2023-06-10 22:46:21 1
專利名稱：射頻應答器系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及射頻應答器、射頻應答器系統以及由這種系統所執行的處理。特別是， 這種應答器是無源的，且這種系統可以被用於識別並跟蹤多種物件，其中這些應答器在這些物件附近，比如當這些應答器被貼到圖書館的書籍上的時候。
背景技術：
射頻標識(RFID)系統基於RFID標籤的應用，RFID標籤是一種射頻應答器，被貼到物體上且被用於存儲該物體的唯一的標識代碼。系統的RFID讀取器從這種標籤中讀取該代碼。圖書館中所使用的大多數RFID系統使用一種含天線和微控制器半導體晶片的RFID 標籤，微控制器半導體晶片存儲了該標籤的唯一的標識代碼。在澳大利亞，目前大約只有 6%的圖書館使用了 RFID系統來標識它們所擁有的物件。考慮到，在圖書館中採用RFID系統相對較少的原因之一是這些標籤的成本。與含微控制器的標籤相關聯的主要成本是微控制器自身。「無晶片的」RFID標籤使用了一種無源的應答器，它不包括任何有源的處理電路 (比如微控制器)。沒有微控制器就顯著地降低了成本。為了與光學條形碼競爭，無晶片 RFID系統應該具有合理的讀取範圍(比如大於等於30cm)並且使用尺寸小、柔軟且可列印的標籤從而減小成本。表面聲波RFID標籤已被採用，但是這種標籤太硬且體積很大，所以對於許多應用而言並不合適，特別是在圖書館中，帶有標籤的多個物件或資產會被疊放著從而使這些標籤靠得很近。已有人提出一種無晶片RFID標籤，它包括一組諧振偶極子且在被詢問時能夠提供用於代表RF條形碼的信號。這種標籤只依賴於一系列列印的、終止於可變電容器中的偶極子，這些偶極子在被詢問時產生一系列可被讀取器檢測到的諧振峰值。有人提出的另一種無晶片標籤包括一系列分形結構，其中每一個分形結構在不同的頻率處諧振且在被詢問時可以按相似的方式產生用於代表唯一的代碼的後向散射信號。然而，檢測過程是基於後向散射振幅，對於許多應用而言，這種後向散射振幅是不可靠的，特別是在圖書館中。在列印這種已提出的標籤時，也會有許多困難，比如當這種標籤包括間隙-耦合到這種標籤的微帶線的結構時候。與已提出的無晶片可列印RFID標籤相關聯的其它局限就是它們有限的信息攜帶能力(只有8比特用於時域響應以及34比特用於頻域響應)以及與這些標籤一同使用的 RFID讀取器的效率和準確度。讀取器系統應該能夠(i)補償可從無晶片RFID標籤中提取出的有限的信息容量；(ii)讀取靠得很近的多個無晶片標籤；以及(iii)迅速且有效地區分開貼有標籤的多個物件。相應地，希望解決以上問題或者至少提供一種有用的替換方案。
發明內容
根據一個方面，本發明提供了一種射頻應答器，包括基片；以及在所述基片上的至少一個平面天線，所述天線所具有的形狀確定了所述天線的相應的諧振頻率；其中，所述天線引起了後向散射信號之間的相位差，所述後向散射信號是響應於所述諧振頻率處的正交極化詢問信號對所述天線的激勵而產生的，並且所述相位差代表所述天線的代碼。本發明也提供了一種射頻應答器系統，包括應答器；以及讀取器，用於產生詢問信號並且讀取後向散射信號以提取所述代碼。本發明也提供了一種用於詢問射頻應答器的射頻讀取器，包括頻率接口單元，用於發送極化詢問信號並且接收作為響應來自於應答器的後向散射信號；以及信號處理單元，用於從所述後向散射信號的相位差確定出應答器的代碼。本發明也提供了一種射頻處理方法，包括發送極化的詢問信號；接收作為響應來自於應答器的後向散射信號；以及從所述後向散射信號的相位差確定出應答器的代碼。
在下文中將參考附圖僅藉助示例描述本發明的優選實施例，其中圖1是根據本發明的射頻應答器系統的實施例的框圖；圖2是用於標籤的短截線加載型微帶接線天線的圖；圖3是圖2的天線的「返回信號損耗對頻率」的圖；圖4是圖2的天線的「後向散射信號的相對相位對天線的短截線長度」的圖；圖5是根據本發明的射頻應答器的實施例的圖；圖6是對於不同的諧振頻率而言「兩個正交極化中的後向散射信號之間的相位差對圖5的應答器的天線上有短截線或無短截線」的圖；圖7是用於標籤的雙極化短截線加載型微帶接線天線的圖；圖8是圖7的天線的「返回與插入損耗對頻率」的圖；圖9是圖7的天線的輻射圖案；圖10是圖7的天線在不同的短截線長度的情況下的「後向散射信號的相位對頻率」的圖；圖11是圖7的接線天線的2乘2陣列的圖；圖12是在Corners布局中的「輻射特徵(視軸增益和旁瓣)對圖11的陣列的元件分離」的圖；圖13是圖11的陣列的輻射圖案；圖14是「輻射特徵(視軸增益和旁瓣)對陣列中的天線的位置的元件平移距離」 的圖；圖15是在NSEW布局中的「輻射特徵(視軸增益和旁瓣)對圖11的陣列的元件分離」的圖；圖16是相對於短截線長度的「來自陣列的後向散射信號的相位對頻率」的圖；圖17是圖7的天線和圖11的陣列的「後向散射相位差對短截線長度」的圖；圖18是根據本發明具有六個2乘2接線天線陣列的無晶片應答器的實施例的圖；圖19是射頻應答器系統的實施例的圖；圖20是射頻應答器系統的讀取器的框圖；圖21是讀取器的天線的圖22是用於讀取許多標籤的讀取器的框圖；以及圖23是「頻率對時間」的圖，示出了頻率調製連續波信號分析，適用於讀取器的發送與接收的信號。
具體實施例方式圖1所示的射頻應答器系統100被用於射頻標識(RFID)應用。該系統100包括 RFID標籤102 ；至少一個RFID讀取器系統104，用於利用射頻詢問或激勵信號來詢問或讀取這些標籤；以及應用系統106。應用系統106是一種計算機系統，比如由IBM公司或蘋果公司生產的計算機系統，這種計算機系統具有微處理器電路、計算機可讀存儲器以及與讀取器104相連的數據通信連接。應用系統106存儲並運行應用程式和資料庫軟體，以處理由讀取器104提供的數據並且記錄與放置這些標籤102的物件或資產相關聯的數據。RFID 標籤系統100的標籤102都是無源且無晶片的(即沒有微控制器或微處理器)射頻應答器，用於存儲每個標籤102的唯一的標識代碼。這種代碼是從讀取器104所產生的射頻詢問信號激勵了應答器時在兩個正交極化平面內來自於該應答器的後向散射信號的相位數據中獲得的。標籤102包括用導電墨水在電介質基片上列印的短截線加載型微帶接線天線的陣列。標籤102的短截線加載型微帶接線天線(SLMPA)是基於圖2所示的微帶接線天線 202。天線202具有在基片204上列印的四邊形，其長度是L，寬度是W，且天線202還具有被用於加載天線的短截線206。相對於所述天線的尺寸而言，短截線206通常相對較細。根據 Y. P. Zhang 白勺論文"Design and Experiment on Differentially-Driven Microstrip Antennas」 (Trans, on AP, 55卷，10號，2007年，第2701-8頁)，在基片厚度為h、諧振自由空間波長為λ。且相對介電常數為、的情況下，天線202受下列方程控制，這使得長度與寬度都可以基於、(即材料的選擇)、h和λ。的選定值來進行選擇。
權利要求
1.一種射頻應答器，包括 基片；以及在所述基片上的至少一個平面天線，所述天線所具有的形狀確定了所述天線的相應的諧振頻率；其中，所述天線引起了後向散射信號之間的相位差，所述後向散射信號是響應於所述諧振頻率處的正交極化詢問信號對所述天線的激勵而產生的，並且所述相位差代表所述天線的代碼。
2.如權利要求1所述的射頻應答器，其特徵在於 所述天線的形狀確定了所述相位差。
3.如權利要求2所述的射頻應答器，其特徵在於所述天線包括負載元件，用於控制所述代碼所代表的數值。
4.如權利要求3所述的射頻應答器，其特徵在於 所述形狀是等邊多邊形。
5.如權利要求4所述的射頻應答器，其特徵在於 所述形狀是方形。
6.如權利要求5所述的射頻應答器，其特徵在於所述負載元件是所述天線的短截線，所述短截線所具有的長度確定了所述代碼的數值。
7.如權利要求6所述的射頻應答器，還包括導電接地平面，並且，所述基片是在所述接地平面之上。
8.如權利要求1至7中的任一項所述的射頻應答器，其特徵在於 使用導電墨水在所述基片上列印所述天線，所述基片是電介質。
9.如權利要求1至8中的任一項所述的射頻應答器，還包括 多個所述天線，這些天線具有各自不同的諧振頻率，並且其中，在每個諧振頻率處從後向散射信號之間的相位差中確定的代碼被用於產生該應答器的唯一的代碼。
10.如權利要求9所述的射頻應答器，還包括具有相同的諧振頻率的天線的陣列，且這些陣列具有對稱的布局。
11.如權利要求10所述的射頻應答器，其特徵在於每個陣列代表一個頻率籤名，該頻率籤名具有在該陣列的諧振頻率處從後向散射信號的相位差中確定出的多個相位籤名之一，並且所述相位籤名代表所述代碼的數值。
12.如權利要求11所述的射頻應答器，其特徵在於這些陣列的布局是對稱的，以抵消非輻射天線的相互耦合影響並且在每個諧振頻率處提供對稱的響應。
13.如權利要求12所述的射頻應答器，還包括所述布局的第一層，與圍繞著該第一層的所述布局的第二層的陣列相比，該第一層的陣列的諧振頻率更高。
14.一種射頻標識應答器，包括 電介質基片；在所述基片上的天線，針對不同的極化所述天線在諧振頻率處產生後向散射輻射；以及所述天線的負載元件，所述負載元件確定了所述後向散射輻射的不同極化的相位差， 所述相位差代表了所述應答器的代碼的數值。
15.如權利要求1至14中的任一項所述的射頻應答器，其特徵在於 所述應答器是無源的且是無晶片的。
16.一種射頻應答器系統，包括如權利要求1到15中的任一項所述的應答器；以及讀取器，用於產生詢問信號並且讀取後向散射信號以提取所述代碼。
17.一種用於詢問射頻應答器的射頻讀取器，包括頻率接口單元，用於發送極化的詢問信號並且接收作為響應來自於應答器的後向散射信號；以及信號處理單元，用於從所述後向散射信號的相位差中確定出應答器的代碼。
18.如權利要求17所述的射頻讀取器，其特徵在於所述頻率接口單元包括相控陣列天線，所述相控陣列天線使用頻率和極化分集來發送和接收經頻率調製的連續波信號以讀取多個應答器；以及所述信號處理單元使用到達方向和相位差檢測處理來處理接收到的信號。
19.如權利要求17或18所述的射頻應答器，其特徵在於所述詢問信號是正交極化的，並且所述相位差是後向散射信號的正交分量的相位差。
20.一種射頻處理方法，包括 發送極化的詢問信號；接收作為響應來自於應答器的後向散射信號，所述後向散射信號包括正交的分量；以及從所述後向散射信號的正交的分量之間的相位差中確定出應答器的代碼。
全文摘要
一種射頻應答器，包括基片；以及在所述基片上的至少一個平面天線，所述天線所具有的形狀確定了所述天線的相應的諧振頻率；其中，所述天線引起了後向散射信號之間的相位差，所述後向散射信號是響應於所述諧振頻率處的正交極化詢問信號對所述天線的激勵而產生的，並且所述相位差代表所述天線的代碼。
文檔編號H01Q21/24GK102317810SQ200980155302
公開日2012年1月11日 申請日期2009年11月20日 優先權日2008年11月20日
發明者I·巴爾賓, N·C·卡馬卡爾 申請人:莫拿什大學