專利名稱：用于電子識別系統(tǒng)的寬帶寬高阻抗收發(fā)信機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括讀取器和多個收發(fā)信機的電子射頻(RF)識別系統(tǒng)。本發(fā)明具體涉及這種系統(tǒng)的收發(fā)信機形成部分。
上述種類的已知電子系統(tǒng)包括詢問器或讀取器，詢問器或讀取器包括用于將激勵或詢問信號發(fā)送到收發(fā)信機的發(fā)射機和用于從收發(fā)信機接收響應(yīng)信號的接收機。讀取器中的微處理器利用響應(yīng)信號中的數(shù)據(jù)流識別一個特定收發(fā)信機。每個收發(fā)信機包括一個連接到一個集成電路式電子電路的天線，用于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(chǎn)生上述數(shù)據(jù)流。收發(fā)信機使用該數(shù)據(jù)流調(diào)制激勵信號并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(diào)制(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(fā)信機，申請人相信該專利方案在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)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(fù)的并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(zhì)因數(shù)(Q)就越高，并且因此使收發(fā)信機的帶寬變得越窄。已知的具有相對高阻抗的收發(fā)信機具有1％-2％級別的帶寬。申請人已經(jīng)認識到需要一個用于覆蓋860MHz到930MHz范圍并因此要求大約7％到10％帶寬的實用系統(tǒng)。
在Everett的美國專利5,317,330中，公開了一種雙向通信系統(tǒng)，其中使用一串聯(lián)或諧振電路和一并聯(lián)或反諧振電路來將帶寬劃分為一個發(fā)射部分和一個分離的接收部分。結(jié)果是兩個離散的窄帶，用于在不同頻率發(fā)射和接收編碼信息。這種系統(tǒng)不能充分地覆蓋上述范圍。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種電子識別系統(tǒng)和一種收發(fā)信機，申請人相信它們至少可以減輕上述缺點。
根據(jù)本發(fā)明提供一種用于電子識別系統(tǒng)的收發(fā)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于頻率的阻抗特性，用于分別在第一和第二頻率在上述輸入端上產(chǎn)生第一和第二電壓最大值，從而為收發(fā)信機提供包括第一和第二頻率的連續(xù)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并聯(lián)連接一個感應(yīng)元件，該感應(yīng)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(yōu)選大于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(huán)接線天線和一個傳輸線的組合；一個環(huán)路和一個該環(huán)路的附件的組合。該附件可以包括一個第二環(huán)路。
第一和第二頻率可以與天線的第一和第二尺寸相關(guān)聯(lián)，第一和第二頻率可以通過對第一和第二尺寸的適當(dāng)選擇來選定。
本發(fā)明的范圍內(nèi)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于頻率的阻抗特性，用于分別在第一和第二頻率在一個收發(fā)信機的輸入阻抗上產(chǎn)生第一和第二電壓最大值，從而為收發(fā)信機提供寬廣的連續(xù)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(huán)接線天線和一個傳輸線的組合；一個環(huán)路和一個該環(huán)路的附件的組合。在后一種情況中，該環(huán)路或附件的至少一部分可以具有鋸齒形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還擴展到一種包括讀取器或詢問器和這里定義和/或描述的至少一個收發(fā)信機的電子射頻識別系統(tǒng)。
將參照附圖僅以舉例方式進一步說明本發(fā)明，其中

圖1是電子射頻(RF)識別系統(tǒng)的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)信機的最基本方框圖；圖3是圖2中根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)信機的點C處的電壓/頻率基本曲線圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)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(fā)信機的點C處的電壓/頻率曲線圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)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(fā)信機的點C處的電壓/頻率曲線圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)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(fā)信機的點C處的電壓/頻率曲線圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的包括根據(jù)本發(fā)明天線的第四實施例的收發(fā)信機的示意圖；圖11是在圖10中收發(fā)信機的收發(fā)信機電路形成部分的輸入端處電壓/頻率的曲線圖；圖12是用于天線和收發(fā)信機電路之間的并聯(lián)電感器的不同值的包括圖4中天線的圖2中收發(fā)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(jù)本發(fā)明的電子射頻識別(RFID)系統(tǒng)。
該系統(tǒng)包括讀取器12和收發(fā)信機群14，收發(fā)信機群14包括收發(fā)信機14.1到14.n。在使用中，收發(fā)信機可以被安裝或以其它方式連接到所要計數(shù)或識別的對象或物品(未示出)上。收發(fā)信機優(yōu)選是無源收發(fā)信機，從由讀取器發(fā)射的激勵信號16獲取能量來操作。多個收發(fā)信機的結(jié)構(gòu)相同，因此將僅對收發(fā)信機14.1進行進一步說明。收發(fā)信機14.1包括天線18，連接到天線并包括調(diào)制器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(fā)射到收發(fā)信機群14。收發(fā)信機如本領(lǐng)域已知的那樣從該信號中獲得它們的能量，并通過利用存儲器裝置24中預(yù)存儲的數(shù)據(jù)以已知方式反向散射調(diào)制該信號來發(fā)射各個響應(yīng)信號26.1到26.n。如后面將要說明的，讀取器順序地鎖定到響應(yīng)信號中的一個，并讀取數(shù)據(jù)。一旦已經(jīng)讀取了收發(fā)信機群，就對上述對象進行了識別和/或計數(shù)。
圖2中顯示了收發(fā)信機14.1的方框圖。收發(fā)信機14.1包括天線18，天線18在其一個電流最小值區(qū)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并聯(lián)的大約1.95pF電容器21的電容21，阻抗23大于400歐姆，通常大于1000歐姆，優(yōu)選大于1600歐姆。并聯(lián)調(diào)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(chǎn)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(chǎn)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(fā)信機14.1提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)收發(fā)信機的寬帶特性。
圖4中顯示了用于收發(fā)信機14.1的根據(jù)本發(fā)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(zhì)層122的一面上的導(dǎo)電接地平面120和在另一面上的并連接到接地平面120的柵極或?qū)щ妼?24。由位于電流最小值區(qū)域中的饋電點130驅(qū)動天線118。具有長度l1的導(dǎo)線或傳輸線132與接線天線集成為一體，并且還連接到饋電點130和層124。得到的收發(fā)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?？梢酝ㄟ^調(diào)整尺寸l1和l2來調(diào)整頻率fL和fH?？梢韵嘈牛Q于頻率的天線阻抗實質(zhì)上在頻率fL和fH與輸入阻抗Zc匹配，導(dǎo)致在這些頻率時在C的輸入阻抗上產(chǎn)生電壓最大值。
圖6中顯示了用于收發(fā)信機14.1的根據(jù)本發(fā)明的天線的第二實施例218。如圖所示，天線218是一個短環(huán)接線天線，包括在空氣絕緣層222的一面上的接地平面220和在另一面上的并連接到接地平面220的導(dǎo)電柵極或?qū)?24。天線218具有位于電流最小值區(qū)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并連接到饋電點230。得到的收發(fā)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中顯示用于收發(fā)信機14.1的根據(jù)本發(fā)明的天線的第三實施例318。天線318是一個鋸齒形混合環(huán)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(xiàn)出雙電壓最大值特性。由環(huán)繞環(huán)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(yōu)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中顯示用于收發(fā)信機14.1的根據(jù)本發(fā)明的天線的第四實施例418。該天線包括第一和第二鏈接的環(huán)路420和422，并具有饋電點430，IC19在該饋電點連接到天線。34處顯示并聯(lián)調(diào)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(jīng)發(fā)現(xiàn)不能使用天線18和IC19之間的并聯(lián)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于相對于一個現(xiàn)有最大值調(diào)整或加重另一個現(xiàn)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(qū)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(wǎng)絡(luò)的適當(dāng)調(diào)諧頻率來調(diào)整電壓峰值。還可以使用該方法來獲得更平坦的響應(yīng)曲線。
應(yīng)該理解，在不偏離所附權(quán)利要求的范圍和精神的情況下，可以對根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)信機，天線，電子識別系統(tǒng)和方法進行多種細節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種用于電子射頻識別系統(tǒng)的收發(fā)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(chǎn)生第一和第二電壓最大值的阻抗特性，從而為收發(fā)信機提供包括第一和第二頻率的連續(xù)操作頻帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的收發(fā)信機，其中輸入阻抗包括一實際分量和一容抗分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的收發(fā)信機，其中在天線和電路之間與輸入阻抗并聯(lián)連接一感應(yīng)元件，該感應(yīng)元件可操作地與輸入阻抗的電容分量諧振。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的收發(fā)信機，其中輸入阻抗的實際分量至少是400歐姆。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任何一個的收發(fā)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(jù)上述權(quán)利要求中任何一個的收發(fā)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(huán)接線天線和一個傳輸線的組合；一個環(huán)路和一個該環(huán)路的附件的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一個的收發(fā)信機，其中第一和第二頻率與天線的第一和第二尺寸相關(guān)聯(lián)，第一和第二頻率可通過對第一和第二尺寸的選擇來選定。
8.一種用于電子識別系統(tǒng)的收發(fā)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(fā)信機的輸入阻抗上產(chǎn)生第一和第二電壓最大值的阻抗特性。
9.根據(jù)權(quán)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(huán)接線天線和一個傳輸線的組合；一個環(huán)路和一個該環(huán)路的附件的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的天線，其中天線包括一個第一環(huán)路和該第一環(huán)路的一個附件的組合，并且該附件包括鏈接到該第一環(huán)路的一個第二環(huán)路。
11.一種電子射頻識別系統(tǒng)，包括一個讀取器和至少一個權(quán)利要求1到7中任何一個所述的收發(fā)信機。
全文摘要
用于電子射頻識別系統(tǒng)的收發(fā)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(fā)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(yōu)先權(quán)日2000年6月19日
發(fā)明者克里斯托弗·戈登·杰維斯·特納, 戴維·埃德溫·普羅克特, 安德里斯·彼得勒斯·克龍杰·福里 申請人:休普傳感器控股有限責(zé)任公司