CN1211939C - Rf转发器的输入阻抗分配 - Google Patents

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Abstract

一种射频(RF)识别***用的转发器14.1包括天线22.1，其天线阻抗(ZA)具有实部(RA)，此天线与转发器电路相连接，该转发器电路呈现的负载阻抗(ZL)具有实部(RL)，当转发器不发送数据时，负载阻抗的实部(RL)与天线阻抗的实部(RA)之比(RL/RA)具有大于1的第一值。在发送数据时，所述比在第一值和较小的第二值之间切换。

Description

RF转发器的输入阻抗分配
技术领域
本发明涉及电子射频(RF)识别***。尤其涉及这种***的转发器形成部分，读转发器及调制询问信号的***和相关的方法。
背景技术
电子RF识别***是本领域众所周知的。这种***包括询问器或读出器，和多个转发器。在使用中，读出器向转发器发送RF询问信号。在某些***中，转发器从询问或激励信号取得激励负载电路的能量。然后这些转发器通过用各自的识别码数据对激励信号进行相应的反向散射调制(backscatter modulating)，分别产生包含有各个转发器唯一的识别码数据的各自的响应信号。读出器按顺序方式读出该响应信号，由此在使用中识别和/或计算转发器和/或与它们相关的项目。
每个转发器包括转发器电路，此转发器电路对带有天线阻抗的天线呈现(present)一定的负载阻抗。在已知的***中，该负载阻抗和天线阻抗是按已知的方式匹配的，以产生最佳的功率发送给转发器电路。本申请人发现，尤其是在多个转发器的天线孔径重叠的应用中，这些转发器需要共享可用的能量，因此这种转发器和***往往不能很好的工作。
在Gemplus S.C.A的专利WO98/29760中，公开了一种不对询问信号使用反向散射调制的***和转发器，其中在激励场中的某些转发器被选择性地或有意地去调谐以消除前述的问题。在其他实施例中，天线的阻抗和转发器电路呈现的负载阻抗有意地不匹配。在这些实施例的优选形式中，当所述转发器未被选择和不发射时，其负载阻抗被短路。读出这些转发器的方法包括选择和不选择转发器中的至少某些的额外步骤。此外，在某些应用中，不被选择的转发器的电压恢复可能是不充分的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种申请人相信至少可减轻前述缺陷的转发器识别***和方法。
根据本发明提供一种射频RF识别***的转发器，它包括天线阻抗实部为RA的天线，此天线与转发器电路相连接，该转发器电路呈现的负载阻抗其实部为RL，当转发器不发送数据时，该负载阻抗的实部RL与天线阻抗的实部RA之比 具有大于1的第一值；以及当该转发器发送数据时，该比值在所述第一值和一较低的第二值之间切换，由此将所述数据反向散射调制在冲击式询问信号上。
所述第一值的典型值至少可为2，但最好至少为10。
在利用反向散射调制并在发送数据时的应用中，该数值在第一值和较小的第二值之间切换。在某些实施例中，第二值可能大于1，但在其他的实施例中可能小于1。
使用期间天线阻抗的实部最好是个恒量，并且可为40Ω的数量级。然而，典型地是，天线阻抗的实部为几百欧姆的数量级，例如至少400Ω，最好为至少600Ω。当转发器不发送数据时，负载阻抗的实部典型地为几千欧姆量级，最好约为6000Ω量级。
本发明还包括在发明范围内的含有如前所定义和/或所描述的转发器的电子识别***。
此外在本发明的范围内还包括读出多个射频转发器的方法，其中每个转发器都包括天线阻抗具有实部的天线，和与天线相连接的负载，此负载的负载阻抗也具有实部，所述方法包括如下步骤：
—向转发器发送射频询问信号；
—在每个转发器中，当转发器不发送数据时，使负载阻抗的实部与天线阻抗的实部之比具有大于1的第一值；并且
—当发送数据时，使所述比在所述第一值和较小的第二值之间切换。
在本发明的范围内还包括一种调制冲击式(impinging)射频信号的方法，该方法包括如下步骤：
—通过具有带实部的天线阻抗的天线接收信号；
—调整与天线相连接的负载阻抗的实部，使负载阻抗的实部与天线阻抗的实部之间的比在大于1的第一值和较小的第二值之间轮流变化，并由此反向散射调制该冲击式射频信号。
附图说明
参见相关的附图将只以举例的方式进一步说明本发明，其中：
图1是电子射频识别***的方框图；
图2是形成识别***的一部分的现有技术中转发器的基本方框图；
图3是用于说明本发明的基本原理的转发器的等效方框图；
图4是根据本发明形成识别***中的一部分的根据本发明的转发器的基本方框图；
图5是根据本发明的转发器、***和方法的第一实施例中
Figure C0114543900051
与时间的关系图；以及
图6是本发明第二实施例的类似的关系图。
具体实施方式
已知的电子射频(RF)识别***通常以图1中附图标记10指定。
***10包括一读出器或询问器12用于向包括转发器14.1至14.n的转发器组14发送RF询问或激励信号16。这些转发器由激励信号获取能量，以驱动转发器的本地电路(local circuit)。在使用中，这些转发器分别配上标记18.1至18.n或与标记18.1至18.n相关联以被识别或被计数。
当每个转发器被按前述方式激励时，调制被发送的信号(例如通过激励信号的反向散射调制)以产生包含各个转发器的识别码数据特征的各个响应信号20.1至21.n。读出器12以顺序的方式读出这些响应信号以识别转发器和标记，或仅仅对标记计数。
参见图2，已知的转发器114.1包括一天线122.1，其天线阻抗ZA具有实部RA和电感性虚部XA。此天线与转发器电路相连接，转发器电路以已知的方式集成在集成芯片124.1上。转发器电路呈现的负载阻抗ZL，它具有实部RL和电容性虚部XL。在已知的***中，虚部XA和XL被选择为在***的工作频率f0下可互相抵消。而且，RL被选择为与RA相等。以这种分配的最佳功率，其中入射功率的50％被转发器电路所吸收，而另50％再次辐射出去。
已经发现互相之间离得很近的多个转发器14.1至14.n，它们各自的天线孔径重叠，因此激励信号中有很大一部分不必要的能量被某些转发器所吸收，从而减少了可用的能量，可能会减少至低于其他转发器中的至少某些的阈值。可以相信，不通过转发器电路对能量吸收实行最优化，而是增加通过负载阻抗的激励信号恢复的电压，那么在使用中也能够得到更好的效果。如果能够减少一个转发器所吸收的能量，那么就可有更多的能量被其他的转发器所使用。
通过有意地使转发器电路阻抗的实部RL不匹配，则芯片的工作电压就会增加并且能量吸收可减少。更准确地说，通过选择转发器电路阻抗的实部RL比天线阻抗的实部RA高，特别是至少高两倍，并且最好是至少高十倍，就可实现上述目的。
这可参见以下的例子和图3来说明。在图3中示出了在天线和负载阻抗的虚部被调整从而在工作频率f0＝900MHz，λ＝0.33m下互相抵消的情况下转发器14.1的等效电路。假设读出器12的有效辐射功率(ERP)是Pt＝4W，则天线阻抗的实部RA是600Ω且天线增益(g)＝1.5。
功率密度Pd距离读出器距离d为2米时由以下公式给出
上述半波偶极天线的天线孔径Ae可由以下公式给出
A e = g λ 2 4 Π = 0.0133 m
天线电动势Voc可由以下公式给出
V oc = 4 A e P d R A = 1.6 V
电路中的电流i可由以下公式给出
i = V OC R A + R L
负载或转发器电路24.1的电压Vdd可由以下公式给出
Vdd＝iRL
由以下表中可看出，与传统的匹配值600Ω不同，当RL＝6000Ω时，较少的功率Pa被转发器吸收且恢复电压Vdd较高。
                          RL＝600Ω                                   RL＝6000Ω
i  1.3mA  0.242mA
 Pa＝i2RL  1060μW  353μW
 Vdd  0.78V  1.455V
可以看出当RL＝6000Ω时，吸收的功率Pa减少66％且恢复的电压高出87％。因此对其他的转发器将有更多的可用能量。
在图4中示出了根据本发明的转发器14.1更详细的方框图。此转发器包括一天线22.1，它的天线阻抗的实部RA为600Ω。此转发器还包括本地转发器电路24.1，它包括检测器26、包括控制器的逻辑电路28和调制器30。转发器电路呈现出负载阻抗ZL。天线阻抗和负载阻抗的虚部被选择为在工作频率f0下可互相抵消。负载阻抗RL的实部被选择为6000Ω量级。
由逻辑电路28产生的数据信号32包括转发器的识别码数据特征。在使用中，转发器由入射能量信号16得到能量并驱动转发器电路。数据信号通过切换晶体管30的“关”和“开”状态来驱动调制器，晶体管为开路且RL＝6000Ω时在“关”状态，晶体管形成短路且RL＜＜100Ω时在“开”状态。在这两种状态下大多数输入功率被再辐射出去，从而可为附近的其他转发器所用。
由于对调制器30的切换，数据信号32被反向散射调制在激励信号16上以形成携带有数据信号的响应信号20.1。
在图5和6中，示出了根据本发明的两个转发器实施例中的
Figure C0114543900071
随时间变化的关系图。在图5中当转发器不发送时， 的比具有至少为十(10)的第一值40。在数据发送时， 之比在上述第一值和比其大于一(1)的第二值42之间切换，此第二值大于一(1)。在图6中，当转发器不发送时， 的比具有至少为十(10)的第一值，在调制或数据发送时，
Figure C0114543900075
之比在第一值和第二值44之间切换，此第二值小于一(1)。
显然，在不脱离本发明相应权利要求的主旨和保护范围的条件下，根据本发明的转发器、识别***和方法在具体细节上可以有多种变化。

Claims (8)

1.一种射频RF识别***用的转发器，它包括天线阻抗实部为RA的天线，此天线与转发器电路相连接，该转发器电路呈现的负载阻抗其实部为RL，当转发器不发送数据时，该负载阻抗的实部RL与天线阻抗的实部RA之比
Figure C011454390002C1
具有大于1的第一值：以及
当该转发器发送数据时，该比值在所述第一值和一较低的第二值之间切换，由此将所述数据反向散射调制在冲击式询问信号上。
2.如权利要求1所述的转发器，其特征在于该比值的第一值至少为10。
3.如权利要求1所述的转发器，其特征在于该第二值也大于1。
4.如权利要求1所述的转发器，其特征在于该第二值小于1。
5.如权利要求1所述的转发器，其特征在于当转发器不发送数据时，天线阻抗的实部为几百欧姆量级，且负载阻抗的实部为几千欧姆量级。
6.一种电子识别***，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一权利要求所述的转发器。
7.一种读出多个射频转发器的方法，其中每个转发器都包括一天线阻抗具有实部的天线，和与该天线相连接的负载，此负载的负载阻抗也具有实部，所述方法包括如下步骤：
—向转发器发送一射频询问信号：
—在每个转发器中，当转发器不发送数据时，使负载阻抗的实部与天线阻抗的实部之比具有大于1的第一值；并且
—当发送数据时，使所述比在所述第一值和一较小的第二值之间切换。
8.一种调制冲击式射频信号的方法，包括如下步骤：
—通过一天线阻抗具有实部的天线接收所述信号；
—调整与天线相连接的负载阻抗的实部，使负载阻抗的实部与天线阻抗的实部之比在大于1的第一值和较小的第二值之间轮流变化，并由此反向散射调制所述冲击式射频信号。
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