用於電子識別系統的寬帶寬高阻抗收發信機的製作方法
2023-12-02 16:18:01
專利名稱：用於電子識別系統的寬帶寬高阻抗收發信機的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括讀取器和多個收發信機的電子射頻(RF)識別系統。本發明具體涉及這種系統的收發信機形成部分。
上述種類的已知電子系統包括詢問器或讀取器，詢問器或讀取器包括用於將激勵或詢問信號發送到收發信機的發射機和用於從收發信機接收響應信號的接收機。讀取器中的微處理器利用響應信號中的數據流識別一個特定收發信機。每個收發信機包括一個連接到一個集成電路式電子電路的天線，用於接收和收集來自詢問信號的能量以在一個電壓存儲電容器上給出足夠高的電壓，給電路加電以進而產生上述數據流。收發信機使用該數據流調製激勵信號並將激勵信號中的一部分能量反射回讀取器，這稱為反向散射調製(backscatter modulation)。在申請人的美國專利6,054,925中，公開了一種具有高輸入阻抗的收發信機，申請人相信該專利方案在現有技術系統的有限有效距離上有所改進。集成電路的輸入阻抗和天線饋電點阻抗越高，從激勵信號恢復的並存儲在電容器中的電壓就越高。
還已知，上述阻抗越高，電路的品質因數(Q)就越高，並且因此使收發信機的帶寬變得越窄。已知的具有相對高阻抗的收發信機具有1％-2％級別的帶寬。申請人已經認識到需要一個用於覆蓋860MHz到930MHz範圍並因此要求大約7％到10％帶寬的實用系統。
在Everett的美國專利5,317,330中，公開了一種雙向通信系統，其中使用一串聯或諧振電路和一併聯或反諧振電路來將帶寬劃分為一個發射部分和一個分離的接收部分。結果是兩個離散的窄帶，用於在不同頻率發射和接收編碼信息。這種系統不能充分地覆蓋上述範圍。
因此，本發明的目的是提供一種電子識別系統和一種收發信機，申請人相信它們至少可以減輕上述缺點。
根據本發明提供一種用於電子識別系統的收發信機，包括-天線，在其饋電點具有一天線阻抗；-電子電路，在其輸入端具有一輸入阻抗，該輸入端連接到上述饋電點；-上述天線阻抗具有取決於頻率的阻抗特性，用於分別在第一和第二頻率在上述輸入端上產生第一和第二電壓最大值，從而為收發信機提供包括第一和第二頻率的連續操作頻帶。
該電路可以具有包括一實際分量(real component)和一容抗分量的輸入阻抗。
可以在天線和電路之間與輸入阻抗並聯連接一個感應元件，該感應元件可操作地與輸入阻抗的電容分量諧振。
輸入阻抗的實際部分可以至少是400歐姆，典型的是1000歐姆，優選大於1500歐姆。
第一頻率可以在850MHz和900MHz之間，第二頻率可以在900MHz和1GHz之間。
天線可以包括以下任何一種同時連接到饋電點的一個接線天線(patch antenna)和一個傳輸線的組合；同時連接到饋電點的一個短環接線天線和一個傳輸線的組合；一個環路和一個該環路的附件的組合。該附件可以包括一個第二環路。
第一和第二頻率可以與天線的第一和第二尺寸相關聯，第一和第二頻率可以通過對第一和第二尺寸的適當選擇來選定。
本發明的範圍內還包括，一個在其饋電點具有天線阻抗的天線，該天線阻抗具有取決於頻率的阻抗特性，用於分別在第一和第二頻率在一個收發信機的輸入阻抗上產生第一和第二電壓最大值，從而為收發信機提供寬廣的連續操作頻帶。
天線可以包括以下任何一種同時連接到饋電點的一個接線天線和一個傳輸線的組合；同時連接到饋電點的一個短環接線天線和一個傳輸線的組合；一個環路和一個該環路的附件的組合。在後一種情況中，該環路或附件的至少一部分可以具有鋸齒形結構。
本發明還擴展到一種包括讀取器或詢問器和這裡定義和/或描述的至少一個收發信機的電子射頻識別系統。
將參照附圖僅以舉例方式進一步說明本發明，其中
圖1是電子射頻(RF)識別系統的方框圖；圖2是根據本發明的收發信機的最基本方框圖；圖3是圖2中根據本發明的收發信機的點C處的電壓/頻率基本曲線圖；圖4是根據本發明的收發信機的天線形成部分的第一實施例的示意圖；圖5是包括圖4中天線的圖2中收發信機的點C處的電壓/頻率曲線圖；圖6是根據本發明的收發信機的天線形成部分的第二實施例的示意圖；圖7是包括圖6中天線的圖2中收發信機的點C處的電壓/頻率曲線圖；圖8是根據本發明的收發信機的天線形成部分的第三實施例的示意圖；圖9是包括圖8中天線的圖2中收發信機的點C處的電壓/頻率曲線圖；圖10是根據本發明的包括根據本發明天線的第四實施例的收發信機的示意圖；圖11是在圖10中收發信機的收發信機電路形成部分的輸入端處電壓/頻率的曲線圖；圖12是用於天線和收發信機電路之間的並聯電感器的不同值的包括圖4中天線的圖2中收發信機的點C處的電壓/頻率曲線圖。
在圖1中用標號10表示根據本發明的電子射頻識別(RFID)系統。
該系統包括讀取器12和收發信機群14，收發信機群14包括收發信機14.1到14.n。在使用中，收發信機可以被安裝或以其它方式連接到所要計數或識別的對象或物品(未示出)上。收發信機優選是無源收發信機，從由讀取器發射的激勵信號16獲取能量來操作。多個收發信機的結構相同，因此將僅對收發信機14.1進行進一步說明。收發信機14.1包括天線18，連接到天線並包括調製器20、控制器22和存儲器裝置24的集成電路19。
在使用中，讀取器將具有頻率fc的激勵信號16發射到收發信機群14。收發信機如本領域已知的那樣從該信號中獲得它們的能量，並通過利用存儲器裝置24中預存儲的數據以已知方式反向散射調製該信號來發射各個響應信號26.1到26.n。如後面將要說明的，讀取器順序地鎖定到響應信號中的一個，並讀取數據。一旦已經讀取了收發信機群，就對上述對象進行了識別和/或計數。
圖2中顯示了收發信機14.1的方框圖。收發信機14.1包括天線18，天線18在其一個電流最小值區域中具有饋電點30，使得其具有相對高的饋電點阻抗ZA。天線饋電點30連接到具有輸入阻抗Zc的上述集成電路(IC)19的輸入端C。IC19的典型輸入阻抗包括與阻抗23並聯的大約1.95pF電容器21的電容21，阻抗23大於400歐姆，通常大於1000歐姆，優選大於1600歐姆。並聯調諧電感器34連接在天線18和IC19之間。
在圖3中，顯示了在IC的輸入阻抗Zc上產生的電壓與入射的激勵信號16的頻率之間的曲線圖。可以看出，分別在第一和第二頻率fL和fH產生第一和第二電壓最大值36和38。在第一頻率fL在850MHz和900MHz之間(最好是860MHz)，第二頻率fH在900MHz和1GHz之間(最好是930MHz)的情況下，收發信機14.1提供優於現有技術收發信機的寬帶特性。
圖4中顯示了用於收發信機14.1的根據本發明的天線的第一實施例118。如圖所示，天線118是一個接線天線，包括在厚度約10mm的電介質層122的一面上的導電接地平面120和在另一面上的並連接到接地平面120的柵極或導電層124。由位於電流最小值區域中的饋電點130驅動天線118。具有長度l1的導線或傳輸線132與接線天線集成為一體，並且還連接到饋電點130和層124。得到的收發信機14.1在圖2的點C具有圖5所示的電壓/頻率曲線，清楚地顯示出雙電壓最大值和由此得到的寬帶特性。可以通過調整尺寸l1和l2來調整頻率fL和fH。可以相信，取決於頻率的天線阻抗實質上在頻率fL和fH與輸入阻抗Zc匹配，導致在這些頻率時在C的輸入阻抗上產生電壓最大值。
圖6中顯示了用於收發信機14.1的根據本發明的天線的第二實施例218。如圖所示，天線218是一個短環接線天線，包括在空氣絕緣層222的一面上的接地平面220和在另一面上的並連接到接地平面220的導電柵極或層224。天線218具有位於電流最小值區域中的饋電點230。具有長度l1的傳輸線232與接線天線集成為一體並連接到饋電點230。得到的收發信機14.1在圖2的C具有圖7所示的電壓/頻率曲線。該曲線清楚地顯示出雙電壓最大值和由此得到的寬帶特性。
圖8中顯示用於收發信機14.1的根據本發明的天線的第三實施例318。天線318是一個鋸齒形混合環路。顯示了三個典型饋電點330.1，330.2和330.3。在饋電點330.1，天線具有圖9中320所示的單個電壓最大值。但是，在饋電點330.2或饋電點330.3，表現出雙電壓最大值特性。由環繞環路322的不同路徑長度l1和l2(順時針和逆時針)造成雙模式操作。如圖9中324所示，在優選饋電點330.2處第一和第二頻率靠的較近，如圖9中326所示，在饋電點330.3處第一和第二頻率間隔較遠。
圖10中顯示用於收發信機14.1的根據本發明的天線的第四實施例418。該天線包括第一和第二連結的環路420和422，並具有饋電點430，IC19在該饋電點連接到天線。34處顯示並聯調諧電感器。圖11中432處顯示在IC19的輸入端的電壓/頻率曲線。圖中清楚地顯示出雙電壓最大值和由此得到的覆蓋840MHz到950MHz頻帶的寬帶特性。
已經發現不能使用天線18和IC19之間的並聯電感器34來增加再一個電壓最大值，但是可以將其有利地用於相對於一個現有最大值調整或加重另一個現有最大值。圖12中的曲線表示對圖4中接線天線的曲線的影響，如果對電感器34進行選擇使得電感器34和IC電容在fL和fH的區域中的三個不同頻率(860MHz；900MHz和940MHz)中的任何一個上諧振。圖12中的500，502和504顯示了得到的電壓/頻率曲線。圖中顯示出沒有額外的電壓最大值，但是可以使用LC網絡的適當調諧頻率來調整電壓峰值。還可以使用該方法來獲得更平坦的響應曲線。
應該理解，在不偏離所附權利要求的範圍和精神的情況下，可以對根據本發明的收發信機，天線，電子識別系統和方法進行多種細節上的變化。
權利要求
1.一種用於電子射頻識別系統的收發信機，包括-天線，在其饋電點具有一天線阻抗；-電子電路，在其輸入端具有一輸入阻抗，該輸入端連接到所述饋電點；-所述天線阻抗具有分別在第一和第二頻率在所述輸入端上產生第一和第二電壓最大值的阻抗特性，從而為收發信機提供包括第一和第二頻率的連續操作頻帶。
2.根據權利要求1的收發信機，其中輸入阻抗包括一實際分量和一容抗分量。
3.根據權利要求2的收發信機，其中在天線和電路之間與輸入阻抗並聯連接一感應元件，該感應元件可操作地與輸入阻抗的電容分量諧振。
4.根據權利要求2或3的收發信機，其中輸入阻抗的實際分量至少是400歐姆。
5.根據權利要求1到4中任何一個的收發信機，其中第一頻率在850MHz和900MHz之間，第二頻率在900MHz和1GHz之間。
6.根據上述權利要求中任何一個的收發信機，其中天線包括以下任何一種同時連接到饋電點的一個接線天線和一個傳輸線的組合；同時連接到饋電點的一個短環接線天線和一個傳輸線的組合；一個環路和一個該環路的附件的組合。
7.根據權利要求1到6中任何一個的收發信機，其中第一和第二頻率與天線的第一和第二尺寸相關聯，第一和第二頻率可通過對第一和第二尺寸的選擇來選定。
8.一種用於電子識別系統的收發信機的天線，天線在其饋電點具有一天線阻抗，所述天線阻抗具有分別在第一和第二頻率在收發信機的輸入阻抗上產生第一和第二電壓最大值的阻抗特性。
9.根據權利要求8的天線，包括以下任何一種同時連接到饋電點的一個接線天線和一個傳輸線的組合；同時連接到饋電點的一個短環接線天線和一個傳輸線的組合；一個環路和一個該環路的附件的組合。
10.根據權利要求9的天線，其中天線包括一個第一環路和該第一環路的一個附件的組合，並且該附件包括連結到該第一環路的一個第二環路。
11.一種電子射頻識別系統，包括一個讀取器和至少一個權利要求1到7中任何一個所述的收發信機。
全文摘要
用於電子射頻識別系統的收發信機14.1包括天線18,天線18在其饋電點具有天線阻抗。收發信機進一步包括電子電路19,電子電路19具有連接到天線的輸入端。天線阻抗具有分別在第一和第二頻率(f
文檔編號G01R29/08GK1329398SQ0112927
公開日2002年1月2日 申請日期2001年6月19日 優先權日2000年6月19日
發明者克里斯多福·戈登·傑維斯·特納, 戴維·埃德溫·普羅克特, 安德裡斯·彼得勒斯·克龍傑·福裡 申請人:休普傳感器控股有限責任公司