專利名稱：Rfid讀取裝置和方法
RFID讀取裝置和方法本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前敘部分的RFID讀取裝置。 本發(fā)明還涉及RFID讀取方法。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在無線發(fā)射機-接收機中，無論是在頻率水平還是在時間水 平上，發(fā)射機和接收機之間的發(fā)射和接收一般都是彼此分開的。換句話說，如 果至少或多或少地出現(xiàn)同時發(fā)射和接收，則相對于發(fā)射而言接收是在不同的頻 率上實現(xiàn)的，或者發(fā)射和接收在時間上彼此分離地交疊著。在RFID方法中，無源RFID元件(RFID標簽)在許多應(yīng)用中都作為接收 元件來使用。這些接收元件從讀取裝置的發(fā)射功率獲取其工作能量，同時返回 信號基于該標簽的后向散射的調(diào)制。關(guān)于電能供給，上述發(fā)射應(yīng)該是連續(xù)的。 在RFID裝置中，發(fā)射機和接收機都工作在相同的頻率上，使得無論在頻率水 平還是在時間水平上上述發(fā)射和接收都無法相互分離。到達發(fā)射機的有效信號 是已被上述標簽調(diào)制過的發(fā)射信號的反射。關(guān)于讀取裝置的內(nèi)部電路，發(fā)射信 號在某種程度上不合時宜地連接到接收信號，同時除此之外，還出現(xiàn)了來自讀 取裝置的環(huán)境的不期望的后向散射，并且內(nèi)部和外部后向散射增大了到達接收 機的信號。由環(huán)境后向散射和讀取器的內(nèi)部電路所引起的這種額外的信號(所 謂的直接耦合)載入了該接收機的RF前端并且常常使其偏離線性范圍，在最 糟糕的情況下這可能使有效信號的放大過程從根本上變?nèi)酢Ｔ趯嵺`中，這一技 術(shù)問題表現(xiàn)為讀取事件不確定，還表現(xiàn)為讀取距離減小。本發(fā)明意圖消除上文所揭示的現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，且其目的還在于創(chuàng)建一種 全新類型的RFID讀取裝置和讀取方法。本發(fā)明基于在所設(shè)置或測得的參數(shù)的幫助下，與標簽和讀取裝置之間的 正常無線電信道并行地形成一補償信道，由此有可能使接收信號內(nèi)所含的不期 望有的直接耦合的信號衰減。更具體地講，根據(jù)本發(fā)明的裝置的特征在于權(quán)利要求1的特征部分所聲明的內(nèi)容。 '根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于權(quán)利要求9的特征部分所聲明的內(nèi)容。 在本發(fā)明的幫助下，獲得了相當多的優(yōu)點。本發(fā)明還具有較佳實施方式，通過這些實施方式，該裝置的內(nèi)部電路和外 部后向散射都可以得到有效地衰減。在本發(fā)明的幫助下，讀取事件變得更可靠， 同時讀取距離也可以增大。特別'是，在有許多表面(比如金屬表面)反射上述 發(fā)射功率的環(huán)境中，在本發(fā)明各實施方式的幫助下獲得了良好的結(jié)果。在下文中，在示例的幫助下且參照附圖，來査看本發(fā)明。

圖1示出了可應(yīng)用于本發(fā)明的方法的一種測量環(huán)境。圖2示出了本發(fā)明的一種通用解決方案的框圖。圖3示出了圖2所示本發(fā)明的特定解決方案的方框圖。 圖4示出了圖2所示本發(fā)明的第二特定解決方案的方框圖。 圖5示出了圖2所示本發(fā)明的第三特定解決方案的方框圖。 圖6示出了圖2所示本發(fā)明的特定解決方案的方框圖。 在下面的描述中，將使用下列術(shù)語 RFID讀取裝置1 RFID標簽2RFID讀取裝置的發(fā)射機3RFID讀取裝置的接收機4發(fā)射天線5接收天線6轉(zhuǎn)移通道7接收機的RF前端8第一加法器9低噪聲前置放大器(LNA) 10 檢測器11 調(diào)節(jié)器12 補償/參考信道13 調(diào)節(jié)元件14發(fā)射機的功率放大器(PA)15調(diào)制器16 合成器17 第二加法器19 雙端口 2090-度功率分配器21 混頻器22根據(jù)圖1所示的解決方案，在遠程檢測器技術(shù)(RFID)中，來自標簽2(RFID 檢測器)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移基于標簽2的后向散射的調(diào)制。由此，該標簽將發(fā)射機裝 置l所發(fā)送的信號作為經(jīng)調(diào)制的信號進行反射。通常，在讀取事件中，從標簽 2處會接收到涉及標簽2的身份的細節(jié)(產(chǎn)品類型、包裝日期、目標等)，或 者有可能接收到與該標簽集成到一起的傳感器的數(shù)據(jù)(濕度、壓力、溫度等)。 在讀取裝置l中，因通信的方式，發(fā)射機3和接收機4同時打開，因為讀取裝 置應(yīng)該同時向標簽2提供電能以"叫醒它"從而進行工作。另外，發(fā)射機3和 接收機4工作在相同的頻率上，在這種情況下到接收機4的直接耦合是很難避 免的。相對于從標簽處反射的有效信號，從發(fā)射機到接收機的信號耦合是相當大的。這種直接耦合是因讀取器的內(nèi)部電路和來自環(huán)境的后向散射所導(dǎo)致的。在 正常的環(huán)境中，該耦合的幅值可以上升到-20dBc，而本來意圖檢測的有效信號 可能只具有-80 dBc甚至更小的幅值。較大的直接耦合可能使接收機4的敏感的 前端飽和，在這種情況下將檢測不到上述有效信號。圖2以方框圖的形式示出了用于消除后向散射的本發(fā)明的通用解決方案。 RFID發(fā)射機3通常包括功率放大器15、調(diào)制器16和合成器17。在讀取器的 內(nèi)部且通過環(huán)境后向散射，發(fā)射機3的信號耦合到接收機4。除了這種耦合以 外，圖2的無線電通道7包含來自標簽2的有效信號。在補償信道中所產(chǎn)生的 參考或校正信號的幫助下，從轉(zhuǎn)移到檢測器的信號中除去了由直接耦合所導(dǎo)致 的RF信號。該補償信號要么由PA15的輸出信號構(gòu)成，要么來自其它的rf信 號。這種除去操作是在第一加法器9和非對稱前置放大器或差分放大器(它包 括加法器元件)的幫助下進行的。低頻信號取自檢測器11或調(diào)節(jié)器12。在調(diào)節(jié)器12中，接著被用于控制補償信道13的調(diào)節(jié)元件14，以便補償耦合自發(fā)射器3的不期望的信號，由此分離了從標簽處返回的輸出信號的不期望的信號。 圖3示出了一種針對直接耦合問題的簡單解決方案。按其最簡單的形式， 該解決方案是無源橋式耦合，其中相同的信號被饋入TX/RX天線和仿真負載(即參考阻抗)。在本圖中，阻抗Zi描繪了天線，Z2描繪了參考阻抗(即仿真 負載)。電阻Z3和Z4描繪了真實的電阻或轉(zhuǎn)移通道的特定阻抗。在橋式耦合中，差分放大器被用作前置放大器10，它放大了到達其輸入處的信號的分離。 由此，通過仿真負載Z2到達前置放大器10的參考信號的振幅應(yīng)該等于來自天 線的不期望的信號并且兩者同相，使得直接耦合將被取消。通過使用這種解決 方案，有可能除去上述耦合中的恒定成分，比如該裝置的內(nèi)部耦合。因為該環(huán)境是動態(tài)的，所以直接耦合也發(fā)生變化。為此，有利的做法是調(diào) 節(jié)參考信號。圖4示出了使用橋式耦合來消除不斷變化的耦合。這種不斷變化的不期望 的耦合是在大體上移動表面(比如金屬表面)、反射射頻傳輸能量這種讀取情 況下引起的。在本圖中，阻抗Z1描繪了天線，阻抗Z2描繪了仿真負載，根據(jù) 兩者的聯(lián)合體可以使用兩個(正交的)參數(shù)來調(diào)節(jié)上述阻抗。例如，調(diào)節(jié)元件 14可以是PIN二極管(該阻抗的實部)和變?nèi)荻O管(該阻抗的虛部)。這些 元件并行地連接到接地。元件14的調(diào)節(jié)是利用調(diào)節(jié)器12進行的，而調(diào)節(jié)器12 轉(zhuǎn)而接收來自檢測器11的控制信號，檢測器11則連接在放大器10的后面。 檢測器11例如可以是一個常規(guī)的正交檢波器，它包括卯度功率分配器21和 混頻器22，分配器21用于使放大器10的輸出信號中的零相位成分與相對于此 的正交信號(代表了該信號的虛部)分離，借助于混頻器22通過使信號乘以 本機振蕩器的頻率便使上述射頻信號下降到載波頻率。在圖3和圖4的橋式耦合中，信號的檢測和耦合的消除都基于將天線的阻抗與阻抗Z2進行比較。如果阻抗Z!和Z2具有不同的幅值，則差分放大器的輸入中的信號將也是不同的。如果參考阻抗Z2被調(diào)節(jié)，則差分放大器的輸入可以 被保持到相同調(diào)節(jié)頻帶中的相同數(shù)值，在這種情況下，在該調(diào)節(jié)頻帶內(nèi)rf前端 的輸入信號將保持很小。作為橋式耦合的替代，根據(jù)圖5通過有源地產(chǎn)生校正信號，也可以消除上 述直接耦合。在圖5中，這是在非對稱前置放大器的幫助下實現(xiàn)的。在這種情況下，通過第二加法器元件19將用于補償后向散射的信號引至前置放大器的輸入。現(xiàn)在，校正信號的振幅的幅值與來自天線的不期望的信號相同，但相位相反。以這樣一種方式來設(shè)計雙端口 A20，使得在前置放大器IO之前耦合的 補償信號消除了通過直接耦合所引起的信號，進而使得轉(zhuǎn)移到前置放大器的輸 入處的信號將保持很小。根據(jù)圖6，通過在兩個(正交的)階段有源地調(diào)節(jié)上述校正信號，便再一 次實現(xiàn)了更佳的結(jié)果。在這種電路中，根據(jù)檢測到的耦合，有源地調(diào)節(jié)上述校 正信號。這種調(diào)節(jié)確保了，當上述耦合根據(jù)環(huán)境變化而變化時被轉(zhuǎn)移到前置放 大器IO的信號將保持足夠小。圖3、 5和6的檢測器11像上文結(jié)合圖4所描 述的那樣起作用。在本發(fā)明的范圍中，也會設(shè)想出下面的變體在本發(fā)明的范圍中，也可以在沒有前置放大器的情況下實現(xiàn)RF前端。在 這種情況下，從天線到達接收機的信號被直接地或通過衰減器耦合到(差分或 非對稱的)檢測器。橋式方法(圖3和4):-仗乂/丁乂天線可以直接地或通過循環(huán)器耦合到該電橋。-為了減小功率損 耗，可以向橋式耦合添加變壓器，這將減小仿真負載支路的電流，同時沒有改 變該電路的功能。-調(diào)節(jié)器的頻帶可以在信息頻帶之下或者在整個信息頻帶之上。-作為差分前置放大器的替代，可以使用加法器元件和非對稱前置放大器。 然后，參考信號的相位應(yīng)該被顛倒。校正信號方法(圖5和6)-通過使用單個天線且有循環(huán)器的幫助，或者通過使用單獨的RX和TX 天線，都可以實現(xiàn)讀取裝置。-其它有源元件(比如混頻器，例如PIN二極管)都可以用作校正信號的 調(diào)節(jié)元件，在這種情況下可能必須在不止兩個階段中調(diào)節(jié)上述校正信號-調(diào)節(jié)器的頻帶可以在信息頻帶之下或者在整個信息頻帶之上。-通過使用差分放大器也可以實現(xiàn)上述校正信號方法，在這種情況下校正 信號是在沒有加法器的情況下被饋入差分放大器的第二輸入的。在這種情況 下，補償信號的階段必須被顛倒。-發(fā)射機、發(fā)射機的合成器、或其它rf源中的任一輸出都可以被用作校正 信號的rf源(rf比較)。
權(quán)利要求
1.RFID讀取裝置(1)，它包括-發(fā)射機(3)，它被安排成將電能饋入所述RFID讀取裝置(1)附近的至少一個RFID標簽(2)，以及-按所述發(fā)射機(3)的頻率工作的接收機(4)，使得所述發(fā)射機(3)和所述接收機(4)通常同時工作，并且所述接收機(4)被安排成通過無線電信道(7)來接收所述讀取裝置附近的至少一個RFID標簽(2)的反射信號，其特征在于，所述RFID讀取裝置(1)還包括-用于使來自所述RFID標簽(2)的有效信號與除來自所述RFID標簽(2)的信號以外的信號分離的裝置(Z2，12，13，14，20)。
2. 如權(quán)利要求l所述的RFID讀取裝置(l)，其特征在于，它包括仿真負載 或參考阻抗(14，Z2)，用于使來自所述RFID標簽(2)的有效信號與除來自所述 RFID標簽(2)的信號以外的信號相互分離。
3. 如權(quán)利要求2所述的RFID讀取裝置(1),其特征在于，所述仿真負載或 參考阻抗(14，Z2)是可調(diào)節(jié)的。
4. 如權(quán)利要求3所述的RFID讀取裝置(1)，其特征在于，所述裝置包括用 于在工作期間調(diào)節(jié)所述仿真負載或參考阻抗(14, Z2)的裝置(12)。
5. 如權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的RFID讀取裝置(1)，其特征在于，所述 仿真負載或參考阻抗(14, Z2)被定位成橋式耦合的一部分。
6. 如權(quán)利要求l所述的RFID讀取裝置(l)，其特征在于，耦合所述接收機 以便使來自所述RFID標簽(2)的有效信號與除來自所述RFID標簽(2)的信號以 外的信號相互分離。 . '
7. 如權(quán)利要求6所述的RFID讀取裝置(1)，其特征在于，校正信號是可調(diào) 節(jié)的。
8. 如權(quán)利要求6所述的RFID讀取裝置(1)，其特征在于，所述裝置包括用 于調(diào)節(jié)所述校正信號的裝置(12)。
9. RFID讀取方法，在所述方法中-通過無線電鏈路(7)向RFID標簽(2)饋入電能，以便產(chǎn)生供所述RFID標 簽(2)用的工作能量并且創(chuàng)建用于返回反射信號的接收，-由所述RFID標簽(2)所反射的信號被接收和檢測到， 其特征在于-定義除所述RFID標簽(2)所反射的信號以外的信號并且使它們衰減，以 便使來自所述RFID標簽(2)的返回有效信號與其它信號相互分離。
10. 如權(quán)利要求9所述的RFID讀取方法，其特征在于，使用仿真負載或 參考阻抗(14, Z2)，以便使來自所述RFID標簽(2)的有效信號與除來自所述RFID 標簽(2)的信號以外的信號相互分離。
11. 如權(quán)利要求IO所述的RFID讀取方法，其特征在于，在工作期間調(diào)節(jié) 所述仿真負載或參考阻抗(14, Z2)。
12. 如權(quán)利要求9、 10或ll所述的RFID讀取方法，其特征在于，所述仿 真負載或參考阻抗(14， Z2)被設(shè)置成橋式耦合的一部分。
13. 如權(quán)利要求9所述的RFID讀取方法，其特征在于，在所述接收機中 使用校正信號，以便使來自所述RFID標簽(2)的有效信號與除來自所述RFID 標簽(2)的信號以外的信號相互分離。
14. 如權(quán)利要求13所述的RFID讀取方法，其特征在于，在工作期間調(diào)節(jié) 所述校正信號。
全文摘要
本公報揭示了RFID讀取裝置(1)以及用于該讀取裝置的方法。該RFID讀取裝置包括發(fā)射機(3)，它被安排成將電能饋入所述RFID讀取裝置(1)附近的至少一個RFID標簽(2)；以及按所述發(fā)射機(3)的頻率工作的接收機(4)，使得所述發(fā)射機(3)和所述接收機(4)同時工作，并且所述接收機(4)被安排成通過無線電信道(7)來接收所述讀取裝置附近的至少一個RFID標簽(2)的反射信號。根據(jù)本發(fā)明，所述RFID讀取裝置(1)還包括用于使來自所述RFID標簽(2)的有效信號與除來自所述RFID標簽(2)的信號以外的信號相互分離的裝置(Z₂，12，13，14，20)。
文檔編號G06K7/00GK101218752SQ200680024876
公開日2008年7月9日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者H·瑟帕, M·科維蘭塔, P·普蘇拉, T·萬普拉 申請人:芬蘭國立技術(shù)研究中心