CN1831842A - Rfid辐射消除器 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，提供了一种与RFID标签通信的系统，其包括：配置为靠近RFID标签放置的容性编码器，并适用于将第一工作信号发送给该RFID标签来与该RFID标签通信；其中容性编码器进一步用于向该RFID标签发送第二工作信号，第二工作信号配置为激励RFID标签，使得从该RFID标签至邻近的RFID标签的RF辐射被消除。

Description

RFID辐射消除器

相关申请

本申请与美国专利申请“Capacitive RFID Tag Encoder”(律师档案号M-15616US)以及“RFID Tag Imager”(律师档案号M-15754US)有关，这两申请也同时提交，参考其全文并将这两项申请的内容合并于此。

技术领域

本发明涉及RFID应用。更具体地，本发明涉及由RFID标签发射出的辐射。

背景技术

射频识别(RFID)系统代表着由熟悉的条形码方案开始的自动识别技术的下一阶段。虽然条形码系统需要扫描仪和待识别的条形码之间的视线(LOS：line-of-sight)接触，但RFID技术不需要LOS接触。这是重要的差别，因为条形码系统通常需要手动干预来确保条形码标签和条形码扫描仪之间的LOS接触。鲜明地对比是，RFID系统不需要RFID标签和RFID读取器或询问器之间的手动对齐，借此将劳动力成本控制到最低。另外，条形码标签可能在搬运中被污损，致使它们无法被读取。由于RFID标签通过RF传输而非光学传输来读取，因此这样的污损不会使RFID标签无法被读取。另外，RFID标签可用一次写或者多次写的方式来写入，而一旦条形码标签被打印，就不可能进一步修改。RFID系统的这些优点导致了该技术的迅速发展，尽管与打印的条形码标签相比，RFID标签的成本更高。

虽然RFID系统相对传统的条形码方案提供了一些优点，但它们的使用也不是没有问题的。一类这样的问题是在运行时由RFID标签发射出的诸如电信号这样的辐射。一般而言，在RFID系统中，RFID标签包括转发器和标签天线，并与诸如询问或编码信号之类的信号的接收相符的RFID收发机通信。该信号使RFID转发器通过标签天线发射诸如识别或编码验证信号之类的信号，该信号由RFID收发机接收。在无源RFID系统中，RFID标签自身没有电源，因此来自RFID收发机的询问信号还向RFID标签提供负载功率。

在上述方法中的一个问题是在数个RFID标签在互相的范围之内而信号从一个收发机传送到这些RFID标签中的一个的时候，这种问题在RFID标签的初始编码中变得特别强烈，通常大量的RFID标签在制造过程中以组装线的方式并排放置。在这种设置下，一个收发机传至预期接收转发器的编码信号会使预期转发器产生诸如双极场之类的电场，接着它又会激励预期RFID标签中的标签天线向邻近的RFID标签发射编码和工作辐射。邻近的RFID标签接着又用预期用于接收转发器的信息来工作和编码，因而不利地用之前的编码来覆写邻近的标签。这导致一个或多个邻近的RFID标签与预期RFID标签具有相同的识别信息，因而在今后的使用中变得无法互相区分。另外，在预期接收转发器上的编码信息也会以同样方式在开始对下一个邻近RFID标签编码时被覆写。

由于本领域中技术的进步使得RFID标签的大小不断减小，所以组装线上在预期RFID标签范围之内的邻近RFID标签的数量增加了，这进一步加剧了上述问题。另外，编码RFID标签所需的负载功率也降低了，如从110微瓦降低至10微瓦，这使每个RFID标签更易受到从相邻RFID标签接收到的工作辐射的影响，因而用预期用于邻近RFID标签的信息来编码。

因此，本领域中存在一种需要，能消除从预期RFID标签发射至邻近RFID标签的不必要的工作辐射。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于与RFID标签通信的系统，该系统包括：容性编码器，其适合靠近RFID标签放置并用于发送第一工作信号给该RFID标签来与该RFID标签通信；其中容性编码器进一步用于向该RFID标签发送第二工作信号，该第二工作信号适用于激励RFID标签，使得从该RFID标签至邻近的RFID标签的RF辐射被消除。

根据本发明的另一方面，提供了一种与RFID标签通信的方法，该方法包括以下动作：靠近RFID标签放置容性编码器；从该容性编码器发送第一工作信号给该RFID标签来与该RFID标签通信；以及在第一工作信号发送期间，从容性编码器向该RFID标签发送第二工作信号，使得从该RFID标签至邻近的RFID标签的RF辐射被消除。

附图说明

图1根据本发明的实施例显示了示例性的系统，该系统包括用于与RFID标签通信的成像器和容性编码器。

图2A-B根据本发明的实施例显示了图1的容性编码器对RFID标签进行编码。

图3是RFID标签天线的简化电磁模型的电路示意图，其中天线同时由编码信号A和消除信号B来激励。

图4A是图2A和2B的容性编码器的透视图。

图4B是图4A的容性编码器的一部分的截面图。

图5是在图4A-B的容性编码器内支持的驱动网络的示意图。

图6是根据本发明的实施例的RFID标签成像器的电路示意图。

图7是根据本发明的实施例的成像RFID标签的方法的流程图。

具体实施方式

参照图1，显示了示例性的系统1，其包括RFID标签成像器子系统50和电容式编码器11。如本领域中所知的，诸如RFID标签2之类的RFID标签通常被装备在滚动带3上。滚动带3包括诸如纸或塑料的衬背，在衬背上用带子或类似装置临时固定着RFID标签。系统1可集成一个条形码打印机(未示出)使得当货物被处理时，系统1从滚动带上对RFID标签2进行编码，将RFID标签2固定在包装上，并且还为包装打印一个相应的条形码标签。当其它的包装或货物被处理时，系统1可在方向80上从滚动带上提取其它的RFID标签(未示出)。

RFID标签2包括转发器12和诸如接线天线和双极天线之类的标签天线14。在图1所示的示例性实施例中，标签天线14是具有天线翼14a和14b的双极天线。如下面将结合图2A和图2B来进一步描述的，容性编码器11包括多个诸如容性金属片70这样的元件，该容性金属片可被选择性地激励以对RFID标签2进行编码。在图2A中，RFID标签2(以虚线表示)被移动到靠近容性编码器11使得如果金属片70a和70b用RFID标签2的工作带宽内的信号来激励，则RFID标签2可被编码(或者，可被读取)。然而，在阵列中对编码RFID标签2的金属片70的选择取决于标签天线14的拓扑结构。有利的是，系统1不需要预先知道天线拓扑结构。在这点上，系统1的操作者不需要关心响应于正被编码的特定RFID标签来配置系统1。

为了确定哪些金属片70应被选择用于激励，系统1可首先使用成像器子系统50对标签天线14成像。例如，成像器子系统50可在如图1中所示的宽度为d₂的连续部分60中对标签天线14进行成像。在这点上，装配着RFID标签2的滚动带3可以恒速或变速移动通过系统1。当RFID标签2经过成像器子系统50时，从连续部分成像的数据由图2A中的微处理器29捕捉并处理。微处理器29处理结果数据来形成标签天线14的完整图像。根据这一图像，微处理器29接着可运行一个诸如力矩的有限元件分析/方法算法这样的电磁建模算法来确定天线14内响应激励的最大表面电流的区域。例如，对于双极翼14a和14b，最大电流激励区域会相似地分布在双极的各半边。容性编码器11接着会根据最大电流激流的每个区域来激励至少一个容性金属片70。例如，对于双极半边14b，容性金属片70b可认为是最接近于最大电流激流的区域。类似地，容性金属片70a可被认为是最接近于双极半边14a内的最大电流激励区域。对何时激励金属片70a和70b的判断取决于RFID标签2相对系统1前进的速度以及成像器50和容性编码器11间的距离d₃。可以理解的是，为每个双极半边选择单个金属片仅仅是为了解释的目的，根据天线的拓扑结构，最大电流激励的每个区域可能需要不止一个金属片70。

考虑系统1的优点：系统1可对标签天线14成像、根据成像建模它的电磁属性来确定最大电流激励区域、以及相应地选择金属片70来对RFID标签2进行恰当地编码，而无需考虑标签天线14的方向和拓扑结构。因此，如果RFID标签不同定向如图2B所示的旋转约90度，容性编码器11还是可以合适地选择金属片70的子集来对RFID标签2进行编码。因此，根据来自成像器子系统50的数据，微处理器29会选择如参照图2A所讨论的金属片70a和70b。然而，如图2B中所示，金属片70a和70b根据标签天线14的新方向而作出了改变。

在本发明的另一实施例中，成像器子系统50可包括光学子系统(未示出)，该光学子系统包括诸如灯之类的光源，用于通过在诸如可见光之类的可见频谱内的照明辐射来照亮RFID标签2，以及包括光学透镜，用于接收从RFID标签2反射的可见光。

由于微处理器29所执行的电磁建模，容性编码器11可对RFID标签2执行除编码或询问以外的其它操作。例如，根据对标签天线14激励的电流进行的建模，微处理器29可确定从会由驱动至金属片70a和70b的编码或询问信号所激励的标签天线14而来的辐射场。因为RFID标签会如前面所讨论地被固定至滚动带3上，来自一个RFID标签的辐射可能会影响邻近的RFID标签。当RFID标签的灵敏度增大，邻近标签中所接收的辐射可能使得这些标签也被容性编码器11所编码。为了避免这类邻近RFID标签的杂散辐射和非期望编码，微处理器29可通过一个可消除任何来自已编码的RFID标签2的任何辐射的信号来选择待激励的金属片70的子集92。例如，对于双极半边14a，可选择仅由一个金属片组成的子集92来由消除信号驱动。或者，根据期望的消除效果可选择子集92g和92h。相似地，对于双极半边14b，子集92b、92e和92f代表了示例性的用于消除信号激励的金属片选择。

在容性编码器11不仅编码或询问，还消除来自激励的RFID标签2的电磁辐射的实施例中，总共有4个信号应该能够驱动任何给定的金属片70。例如，假设金属片70被选择用于编码信号。根据被选择的金属片70对应于双极的哪半边，金属片可由RFID标签2的工作带宽之内的信号来驱动。例如，对于图2B，金属片70a可以由该信号驱动而金属片70b可由同一信号相移180度来驱动。这两个信号可表示为A和A^*。

一般而言，信号A和A^*仅需要相位相差达一定的量。例如，可容易地看到如果信号A和A^*完全同相，则没有任何RFID标签2的激励会发生。当A^*与A相位有差异，则越来越大程度的激励会发生。例如，如果A^*与A相差135度，则激励功率会是最大可获得功率(对应于180度的相位差)的大约百分之七十。

不管信号A和A^*之间的相位关系，微处理器29可计算与信号A有一定相位和功率关系的消除信号。这一消除信号可表示为信号B。例如，假设在RFID标签天线14的成像和电磁建模之后，如图3所示微处理器29简化了最后的电磁模型。在这个模型中，标签天线14的电属性用有损传输线部分T4、T5和T6来表示。这些传输线会具有取决于标签天线14的电属性的某些特性阻抗。T4的输入可以是来自转发器12(图1)的激励点。T6的输出表示在标签天线半边14a的“末端”处的场。T6末端的实际位置取决于RFID标签在滚动带3上的方向。例如，如图2A所示，RFID标签可以是侧对侧方向的，而如图2B所示RFID标签可以是端对端方向的。可以理解的是，邻近的RFID标签间的场是最重要的场。因此，T6的末端代表着该场的位置。

不管RFID标签2的方向是侧对侧、端对端、还是其它分布，图3中所示的电模型可用来表示邻近RFID标签间的辐射。在这个模型中，容性金属片70也被建模。金属片70a用电阻器R6和电容器C3来表示。类似地，金属片92a用电阻器R5和电容器C2来表示。根据这个电磁模型，可得到消除信号B和编码信号A之间的关系使得在区域45中(传输线T6的末端)没有场被激励。可用类似的算法来得到对于编码信号A^*的消除信号B^*。下面将讨论总线结构来支持至每个容性金属片的信号A、A^*、B和B^*的馈电和选择。

下面转到图4A和图4B，显示了容性编码器11来说明支持对于特定容性金属片的信号A到B^*的选择的一个示例性的实施例。每个导电/容性金属片70形成于电介质层71上。为了屏蔽金属片70使其不受驱动网络影响(将结合附图5进一步讨论)，电介质层71覆盖在接地屏蔽72上。接地屏蔽72与支持驱动网络的馈电板78相隔开。例如，该网络可使用平面波导来形成。为了说明清楚，只显示了一个波导76。如图4A所示的行/列式分布的金属片70，每一行和/或列可与一个相应的行或列波导76相关联。在一个实施例中，行和列的波导可交叉从而分布在同一平面。为了携带这4个信号A到B^*，分离的馈电平面会携带另一行和列波导的形成。或者，每一个信号可用不同的馈电平面层78。邻近波导间的耦合可通过在馈电平面78中合并接地屏蔽74来最小化，接地屏蔽74由电介质层75和73支撑。为了将波导76中的信号耦合至平面70，可在中间的层中形成通孔馈电接点77(以虚线表示)。

下面转到图5，图示说明了驱动网络的其它方面。如前所述，每个金属片70可由四个可用信号之一来驱动。为了生成这些信号，容性编码器11可包括可编程的相移子系统60，如每个相移编码器子系统包括分别耦合至可编程衰减器61a、62a和63a的5位移相器61、62和63，并配置为接收工作信号65。工作信号65由衰减器65a可编程地衰减来形成如前所述的驱动信号A。为了生成与信号A相位相差180度的驱动信号A^*，工作信号65可由移相器63移相并由衰减器63a可编程地衰减。类似地，工作信号65可在移相器62和61中可编程的移相并接着在衰减器62a和61a中可编程地衰减来形成消除信号B和B^*。信号A、A^*、B和B^*可通过诸如波导76之类的导体耦合至选定金属片70的通孔馈电接点77。例如，为了选择金属片70，可将相应的诸如二极管74之类的开关驱动在导通状态。

还如图5所示，工作信号65由移相器62移相为与衰减的工作信号A相位相差180度的信号B，如上所述，使得在编码和通信期间最大化信号吞吐量。另外，工作信号65还被输入到移相器61和63用于相移一定相角来分别形成信号B^*和A^*。在另一个示例性的实施例中，可编程栅格天线子系统适用于接收输入的相位，如由用户输入的预定相位。

如之前所讨论的，信号B和B^*与相应的编码信号A和A^*的相位和幅度关系取决于电磁建模，电磁建模又取决于由成像器子系统50所提供的成像。成像器子系统50既可用光学传感器也可用电感式传感器来构成。图6中显示了一个成像器子系统50的电感式的实施例。如图6所示，电感阵列子系统51包括示例性的128个电感器的阵列，如以线性形式并列的电感器1000-1128。在这点上，每个电感器对应于参照图1所讨论的被成像的部分60的一个像素。因此可以理解电感器128的大小决定了像素大小，因此决定了最终图像的分辨率。所需分辨率又取决于导体宽度和标签天线14的布线复杂度。在一实施例中，像素大小为大约0.3mm。电感器1000-1128的每一个用于生成相应的感应场，如分别对应于电感器1000-1128的感应场1000a-1128a。为了简单，图6中只显示了电感器1000-1128和它们相应的感应场1000a-1128a的一个子集。如图6所示，RFID标签2(以虚线表示)靠近成像器子系统50放置，如放置在成像器子系统50下面。接着每个电感器通过在受影响的电感器上的频率变化来“感应”RFID标签2中的每个金属元件的存在，如电感器1000，其感应场1000a受天线翼14b的金属元件的影响。反映受影响的电感器(如电感器1000)的频率变化的信号接着通过分别对应于电感器1000-1128的传输线1000b-1128b(如通过对应于电感器1000的传输线1000b)从受影响的电感器被发送。

在本发明的示例性的实施例中，为了降低邻近电感器的感应场的不利重叠，如相邻电感器1031和1032的感应场1031a和1032a的重叠，电感器1000-1128被设置为可通过预定的开/关模式来工作，使得邻近的电感器不会同时工作。在图6的示例性实施例中，电感器1000-1128中的每第32个电感器被设置为在给定时间工作，例如先使电感器1000、1032、1064和1096工作，接着在移至另一组不同电感器(如电感器1031、1063、1095和1128)前切断电源，并重复该过程直到所以的电感器1000-1128在一点上都按上述模式工作过。通过快速连续地将上述模式应用到电感器1000-1128中的每一组电感器，可在最小化邻近电感器的感应场的不利重叠的风险的同时获得受影响电感器的虚拟线扫描。

如图6所示，在上述模式的示例性的实施例中，一组锁存器300-307被用于调整施加于电感器1000-1128上的工作功率。在如图6所示的示例性的实施例中，锁存器300-307是16位锁存器，每个锁存器控制一个子集16个电感器。还使用了一组用于接收传输线1000b-1128b中一个子集16条传输线的多路复用器300a-307a来减少激励电感器阵列子系统11的传输线的总数量，因为在任何给定时间只有电感器1000-1128的一个子集被设置为工作，从而只有传输线1000b-1128b的一个相应子集在使用。还是如图6所示，每个锁存器300-307通过相应的一条控制线300b-307b分别与多路复用器300a-307a中的一个配对，使得例如当锁存器300由控制线300b指示向电感器1000提供工作功率时，多路复用器300a也由控制线300b指示以选择传输线1000b来输出从电感器1000接收的信号。

参照图7的流程图可更好地理解成像器子系统50的操作。如图7所示，过程开始于方框210，其中电感器阵列子系统51靠近RFID标签2放置，如放置在RFID标签2上方一段距离。接着，在方框212，感应到被RFID标签2内的金属所影响的感应场。接着，在方框214，微处理器29根据从成像器11接收到的数据来确定转发器12的位置和标签天线14相对于转发器12的方向15，所述接收到的数据如多路复用器300a-307a的各个输出300c-307c，包含反映受影响的电感器1000-1128的频率变化的信号的。在本发明的示例性的实施例中，标签天线14相对于转发器12的方向根据一组预定的轴来确定，如对于预先确定的组装线用直角坐标系中的x轴和y轴表示。接着，在方框216，标签天线14的形状根据如之前在方框214中确定的转发器12的位置和标签天线14相对于转发器12的方向来确定。

接着流程前进至方框218，其中根据在方框216中确定的RFID标签2的形状，用电磁建模来确定诸如对应于图2A和2B中的金属片70a和70b之类的电流最大值的位置。另外，消除信号B和B^*的相位和幅度关系以及消除信号应到施加的相应位置92也在方框218被确定。可以理解的是微处理器29可储存期望的RFID标签的电磁模型。根据成像器子系统50所提供的成像数据，则微处理器29仅需要为识别的RFID标签2恢复电磁数据来执行方框218中所述的操作。流程接着前进至方框220，整个过程结束。

可以理解的是系统1也可用接线天线而不是双极来对RFID标签进行成像和编码。需要注意的是上述实施例的各种特征仅仅是为了说明的清楚而讨论的，并且它们可以整体或部分的合并在具有这些特征的全部或部分的本发明的单个实施例中。

Claims (14)

1.一种用于与RFID标签通信的系统，该系统包括：

容性编码器，配置为靠近RFID标签放置，并用于发送第一工作信号给该RFID标签来与该RFID标签通信；

其中容性编码器进一步用于向该RFID标签发送第二工作信号，所述第二工作信号配置为激励RFID标签，使得从该RFID标签至邻近的RFID标签的RF辐射被消除。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述RFID标签包括标签天线，并且由该标签天线发射第一辐射发散。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述RFID标签进一步包括转发器，并且所述第一工作信号激励该转发器。

4.如权利要求1所述的系统，进一步包括：

第一导电元件；以及

第二导电元件，其中第一工作信号包括在第一导电元件上驱动的第一RF信号和在第二导电元件上驱动的第二RF信号，其中第二RF信号与第一RF信号在相位上相差一个预定相位。

5.如权利要求4所述的系统，进一步包括：

第三导电元件；以及

第四导电元件，其中第二工作信号包括在第三导电元件上驱动的第三RF信号和在第四导电元件上驱动的第四RF信号。

6.如权利要求5所述的系统，进一步包括：

第一可编程衰减器；

第二可编程衰减器；

第一可编程移相器；

第二可编程移相器，其中容性编码器控制第一可编程衰减器和移相器来对RF源进行衰减和移相，以提供第三RF信号，并且容性编码器控制第二可编程衰减器和移相器来对RF源进行衰减和移相，以提供第四RF信号。

7.如权利要求6所述的系统，进一步包括：

第三可编程移相器，其中容性编码器控制第三可编程移相器来将RF源移相预定相位，以提供第二RF信号。

8.如权利要求6所述的系统，进一步包括：

电介质基板，其中第一、第二、第三和第四导电元件在电介质基板的表面各包含一个金属接线；以及

在电介质基板内形成的总线结构，并配置为将所述第一、第二、第三和第四导电元件加载到每个金属接线。

9.如权利要求8所述的系统，进一步包括：

在所述电介质基板上形成的多个金属接线，其中容性编码器适用于从多个金属接线中选择第一、第二、第三和第四金属接线。

10.一种用于与RFID标签通信的方法，该方法包括：

靠近RFID标签放置容性编码器；

从容性编码器发送第一工作信号给该RFID标签来与该RFID标签通信；以及

在第一工作信号发送期间，从容性编码器向该RFID标签发送第二工作信号，使得从该RFID标签至邻近的RFID标签的RF辐射被消除。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述RFID标签包括标签天线，并且由该标签天线发射第一辐射发散。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述RFID标签进一步包括转发器，并且所述第一工作信号激励该转发器。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述从容性编码器发送第一工作信号给该RFID标签包括：从第一导电元件发送第一RF信号以及从第二导电元件发送第二RF信号，其中第二RF信号与第一RF信号在相位上相差一个预定相位。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：

建模RFID标签的天线来确定至少一个消除相位偏移和至少一个消除衰减；

根据至少一个消除相位偏移和衰减对RF源进行移相和衰减来提供第三和第四RF信号，其中向该RFID标签发送第二工作信号包括：从第三导电元件发送该第三RF信号以及从第四导电元件发送该第四RF信号。

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