CN1227823C - 用于电子识别***的宽带宽高阻抗收发信机 - Google Patents

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Abstract

用于电子射频识别***的收发信机14.1包括天线18，天线18在其馈电点具有天线阻抗。收发信机进一步包括电子电路19，电子电路19具有连接到天线的输入端。天线阻抗具有分别在第一和第二频率(fL和fH)在输入端上产生第一和第二电压最大值(36，38)的阻抗特性，从而为收发信机提供包括第一和第二频率的连续操作频带。

Description

用于电子识别***的宽带宽高阻抗收发信机
技术领域
本发明涉及包括读取器和多个收发信机的电子射频(RF)识别***。本发明具体涉及这种***的收发信机形成部分。
背景技术
上述种类的已知电子***包括询问器或读取器，询问器或读取器包括用于将激励或询问信号发送到收发信机的发射机和用于从收发信机接收响应信号的接收机。读取器中的微处理器利用响应信号中的数据流识别一个特定收发信机。每个收发信机包括一个连接到一个集成电路式电子电路的天线，用于接收和收集来自询问信号的能量以在一个电压存储电容器上给出足够高的电压，给电路加电以进而产生上述数据流。收发信机使用该数据流调制激励信号并将激励信号中的一部分能量反射回读取器，这称为反向散射调制(backscatter modulation)。在申请人的美国专利6,054,925中，公开了一种具有高输入阻抗的收发信机，申请人相信该专利方案在现有技术***的有限有效距离上有所改进。集成电路的输入阻抗和天线馈电点阻抗越高，从激励信号恢复的并存储在电容器中的电压就越高。
还已知，上述阻抗越高，电路的品质因数(Q)就越高，并且因此使收发信机的带宽变得越窄。已知的具有相对高阻抗的收发信机具有1％-2％级别的带宽。申请人已经认识到需要一个用于覆盖860MHz到930MHz范围并因此要求大约7％到10％带宽的实用***。
在Everett的美国专利5,317,330中，公开了一种双向通信***，其中使用一串联或谐振电路和一并联或反谐振电路来将带宽划分为一个发射部分和一个分离的接收部分。结果是两个离散的窄带，用于在不同频率发射和接收编码信息。这种***不能充分地覆盖上述范围。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电子识别***和一种收发信机，申请人相信它们至少可以减轻上述缺点。
根据本发明提供一种用于电子识别***的收发信机，包括：
-天线，在其馈电点具有一天线阻抗；
-电子电路，在其输入端具有一输入阻抗，该输入端连接到上述馈电点；
-上述天线阻抗具有取决于频率的阻抗特性，用于分别在第一和第二频率在上述输入端上产生第一和第二电压最大值，从而为收发信机提供包括第一和第二频率的连续操作频带。
该电路可以具有包括一实部分量(real component)和一容抗分量的输入阻抗。
可以在天线和电路之间与输入阻抗并联连接一个感应元件，该感应元件可操作地与输入阻抗的电容分量谐振。
输入阻抗的实际部分可以至少是400欧姆，典型的是1000欧姆，优选大于1500欧姆。
第一频率可以在850MHz和900MHz之间，第二频率可以在900MHz和1GHz之间。
天线可以包括以下任何一种：同时连接到馈电点的一个接线天线(patch antenna)和一个传输线的组合；同时连接到馈电点的一个短环接线天线和一个传输线的组合；一个环路和一个该环路的附件的组合。该附件可以包括一个第二环路。
第一和第二频率可以与天线的第一和第二尺寸相关联，第一和第二频率可以通过对第一和第二尺寸的适当选择来选定。
本发明的范围内还包括，一个在其馈电点具有天线阻抗的天线，该天线阻抗具有取决于频率的阻抗特性，用于分别在第一和第二频率在一个收发信机的输入阻抗上产生第一和第二电压最大值，从而为收发信机提供宽广的连续操作频带。
天线可以包括以下任何一种：同时连接到馈电点的一个接线天线和一个传输线的组合；同时连接到馈电点的一个短环接线天线和一个传输线的组合；一个环路和一个该环路的附件的组合。在后一种情况中，该环路或附件的至少一部分可以具有锯齿形结构。
本发明还扩展到一种包括读取器或询问器和这里定义和/或描述的至少一个收发信机的电子射频识别***。
附图说明
将参照附图仅以举例方式进一步说明本发明，其中：
图1是电子射频(RF)识别***的方框图；
图2是根据本发明的收发信机的最基本方框图；
图3是图2中根据本发明的收发信机的点 C处的电压/频率基本曲线图；
图4是根据本发明的收发信机的天线形成部分的第一实施例的示意图；
图5是包括图4中天线的图2中收发信机的点 C处的电压/频率曲线图；
图6是根据本发明的收发信机的天线形成部分的第二实施例的示意图；
图7是包括图6中天线的图2中收发信机的点 C处的电压/频率曲线图；
图8是根据本发明的收发信机的天线形成部分的第三实施例的示意图；
图9是包括图8中天线的图2中收发信机的点 C处的电压/频率曲线图；
图10是根据本发明的包括根据本发明天线的第四实施例的收发信机的示意图；
图11是在图10中收发信机的收发信机电路形成部分的输入端处电压/频率的曲线图；
图12是用于天线和收发信机电路之间的并联电感器的不同值的包括图4中天线的图2中收发信机的点 C处的电压/频率曲线图。
具体实施方式
在图1中用标号10表示根据本发明的电子射频识别(RFID)***。
该***包括读取器12和收发信机群14，收发信机群14包括收发信机14.1到14.n。在使用中，收发信机可以被安装或以其它方式连接到所要计数或识别的对象或物品(未示出)上。收发信机优选是无源收发信机，从由读取器发射的激励信号16获取能量来操作。多个收发信机的结构相同，因此将仅对收发信机14.1进行进一步说明。收发信机14.1包括天线18，连接到天线并包括调制器20、控制器22和存储器装置24的集成电路19。
在使用中，读取器将具有频率fc的激励信号16发射到收发信机群14。收发信机如本领域已知的那样从该信号中获得它们的能量，并通过利用存储器装置24中预存储的数据以已知方式反向散射调制该信号来发射各个响应信号26.1到26.n。如后面将要说明的，读取器顺序地锁定到响应信号中的一个，并读取数据。一旦已经读取了收发信机群，就对上述对象进行了识别和/或计数。
图2中显示了收发信机14.1的方框图。收发信机14.1包括天线18，天线18在其一个电流最小值区域中具有馈电点30，使得其具有相对高的馈电点阻抗ZA。天线馈电点30连接到具有输入阻抗Zc的上述集成电路(IC)19的输入端 C。IC 19的典型输入阻抗包括与阻抗23并联的大约1.95pF电容器21的电容21，阻抗23大于400欧姆，通常大于1000欧姆，优选大于1600欧姆。并联调谐电感器34连接在天线18和IC 19之间。
在图3中，显示了在IC的输入阻抗Zc上产生的电压与入射的激励信号16的频率之间的曲线图。可以看出，分别在第一和第二频率fL和fH产生第一和第二电压最大值36和38。在第一频率fL在850MHz和900MHz之间(最好是860MHz)，第二频率fH在900MHz和1GHz之间(最好是930MHz)的情况下，收发信机14.1提供优于现有技术收发信机的宽带特性。
图4中显示了用于收发信机14.1的根据本发明的天线的第一实施例118。如图所示，天线118是一个接线天线，包括在厚度约10mm的电介质层122的一面上的导电接地平面120和在另一面上的并连接到接地平面120的栅极或导电层124。由位于电流最小值区域中的馈电点130驱动天线118。具有长度l1的导线或传输线132与接线天线集成为一体，并且还连接到馈电点130和层124。天线的栅极或导电层124的宽度是l2。得到的收发信机14.1在图2的点 C具有图5所示的电压/频率曲线，清楚地显示出双电压最大值和由此得到的宽带特性。可以通过调整尺寸l1和l2来调整频率fL和fH。可以相信，取决于频率的天线阻抗实质上在频率fL和fH与输入阻抗Zc匹配，导致在这些频率时在 C的输入阻抗上产生电压最大值。
图6中显示了用于收发信机14.1的根据本发明的天线的第二实施例218。如图所示，天线218是一个短环接线天线，包括在空气绝缘层222的一面上的接地平面220和在另一面上的并连接到接地平面220的导电栅极或层224。天线218具有位于电流最小值区域中的馈电点230。具有长度l1的传输线232与接线天线集成为一体并连接到馈电点230。导电栅极或层224的宽度是l2。得到的收发信机14.1在图2的 C具有图7所示的电压/频率曲线。该曲线清楚地显示出双电压最大值和由此得到的宽带特性。
图8中显示用于收发信机14.1的根据本发明的天线的第三实施例318。天线318是一个锯齿形混合环路。显示了三个典型馈电点330.1，330.2和330.3。在馈电点330.1，天线具有图9中320所示的单个电压最大值。但是，在馈电点330.2或馈电点330.3，表现出双电压最大值特性。由环绕环路322的不同路径长度l1和l2(顺时针和逆时针)造成双模式操作。如图9中324所示，在优选馈电点330.2处第一和第二频率靠的较近，如图9中326所示，在馈电点330.3处第一和第二频率间隔较远。
图10中显示用于收发信机14.1的根据本发明的天线的第四实施例418。该天线包括第一和第二链接的环路420和422，并具有馈电点430，IC 19在该馈电点连接到天线。34处显示并联调谐电感器。图11中432处显示在IC 19的输入端的电压/频率曲线。图中清楚地显示出双电压最大值和由此得到的覆盖840MHz到950MHz频带的宽带特性。
已经发现不能使用天线18和IC 19之间的并联电感器34来增加再一个电压最大值，但是可以将其有利地用于相对于一个现有最大值调整或加重另一个现有最大值。图12中的曲线表示对图4中接线天线的曲线的影响，如果对电感器34进行选择使得电感器34和IC电容在fL和fH的区域中的三个不同频率(860MHz；900MHz和940MHz)中的任何一个上谐振。图12中的500，502和504显示了得到的电压/频率曲线。图中显示出没有额外的电压最大值，但是可以使用LC网络的适当调谐频率来调整电压峰值。还可以使用该方法来获得更平坦的响应曲线。
应该理解，在不偏离所附权利要求的范围和精神的情况下，可以对根据本发明的收发信机，天线，电子识别***和方法进行多种细节上的变化。

Claims (11)

1.一种用于电子射频识别***的收发信机，包括：
-天线，在其馈电点具有一天线阻抗；
-电子电路，在其输入端具有一输入阻抗，该输入端连接到所述馈电点；
-所述天线阻抗具有分别在第一和第二频率在所述输入端上产生第一和第二电压最大值的阻抗特性，从而为收发信机提供包括第一和第二频率的连续操作频带。
2.根据权利要求1的收发信机，其中输入阻抗包括一实部分量和一容抗分量。
3.根据权利要求2的收发信机，其中在天线和电路之间与输入阻抗并联连接一感应元件，该感应元件可操作地与输入阻抗的电容分量谐振。
4.根据权利要求2或3的收发信机，其中输入阻抗的实部分量至少是400欧姆。
5.根据权利要求1的收发信机，其中第一频率在850MHz和900MHz之间，第二频率在900MHz和1GHz之间。
6.根据权利要求1的收发信机，其中天线包括以下任何一种：同时连接到馈电点的一个接线天线和一个传输线的组合；同时连接到馈电点的一个短环接线天线和一个传输线的组合；一个环路和一个该环路的附件的组合。
7.根据权利要求1的收发信机，其中第一和第二频率与天线的第一和第二尺寸相关联，第一和第二频率可通过对第一和第二尺寸的选择来选定。
8.一种用于电子识别***的收发信机的天线，天线在其馈电点具有一天线阻抗，所述天线阻抗具有分别在第一和第二频率在收发信机的输入阻抗上产生第一和第二电压最大值的阻抗特性。
9.根据权利要求8的天线，包括以下任何一种：同时连接到馈电点的一个接线天线和一个传输线的组合；同时连接到馈电点的一个短环接线天线和一个传输线的组合；一个环路和一个该环路的附件的组合。
10.根据权利要求9的天线，其中，所说的一个环路和一个该环路的附件的组合中的该附件包括链接到该环路的一个第二环路。
11.一种电子射频识别***，包括一个读取器和至少一个权利要求1到7中任何一个所述的收发信机。
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