Антиколлизионная система радиочастотной идентификации

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации и охраны различных объектов. Антиколлизионная система радиочастотной идентификации состоит из приемопередатчика (считывателя) с первой антенной, формирующей опросные радиоимпульсы на несущей частоте f₀, и СВЧ радиочастотных идентификационных меток (РИМ), каждая из которых содержит антенну, полевой транзистор и выпрямитель. Введение в систему второй антенны, последовательно соединенной через антенный переключатель и полосовой или режекторный фильтр (Ф) с входом с приемной частью считывателя, а также формирование импульсов на частотах f₀i, где i=1, 2, 3...N, а N - число идентифицируемых объектов, находящихся одновременно в поле излучения считывателя, и запускание их с помощью первой антенны, подсоединенной к передающей части считывателя, а также использование пассивных РИМ (ПРИМ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), которые содержат полосовой фильтр (ПФ), вход и выход которого электрически соединены с антенной и с входом выпрямителя соответственно, а выход выпрямителя гальванически соединен с затвором полевого транзистора с индуцированным каналом (ПТсИК), исток (сток) которого электрически соединен с антенной, а сток (исток) ПТсИК электрически соединен с ПРИМ, позволяет проводить одновременно опрос нескольких систем идентификации, исключая наложения кодовых последовательностей от меток. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации различных объектов.

Известна система радиочастотной идентификации, содержащая приемопередатчик с антенной и, по крайней мере, одну радиочастотную метку на поверхностных акустических волнах (ПАВ), представляющую собой линию задержки (ЛЗ) на ПАВ, имеющую приемо-передающий встречно-штыревой преобразователь (ППВШП), антенну, соединенные с антенной, и отражатели ПАВ [1]. В данной системе опрашивающий сигнал, излученный антенной приемопередатчика, принимается антенной, подсоединенной к ППВШП, далее преобразуется в ПАВ, которые затем отражаются от отражателей, формируя кодовую последовательность, которая с помощью ППВШП преобразуется в электромагнитный сигнал и излучается через антенну на приемопередатчик. Расстояние идентификации также может быть увеличено надлежащим подбором рабочих частот и антенны. Недостатком данной конструкции является невозможность одновременного опроса нескольких устройств идентификации. В противном случае, при одновременном опросе нескольких таких устройств идентификации ответные сигналы от них придут одновременно и кодовые последовательности наложатся друг на друга, делая невозможным независимое считывание кода каждого устройства.

Устранить указанный недостаток позволяет антиколлизионная система идентификации, содержащая приемопередатчик (считыватель) и СВЧ радиочастотные идентификационные метки, которые содержат микросхему, позволяющую производить модуляцию отраженного от антенны опросного сигнала в различные моменты времени за счет изменения в процессе замыкания и размыкания антенны [2]. В этом случае можно организовать прием отраженных от различных меток сигналов в различные моменты времени. При этом кодовые последовательности от меток не наложатся друг на друга и будет считан код каждой метки, находящейся в поле излучения считывателя (фиг.3).

Но поскольку микросхема модулирует отраженный сигнал менее чем на 100%, при большом числе меток отраженные от них сигналы начнут интерферировать друг с другом, делая невозможным правильное считывание идентификационного кода. Поэтому, несмотря на то, что число кодовых комбинаций может превышать 10⁹ при одновременном нахождении в зоне считывателя нескольких десятков или сотен меток, их невозможно все проконтролировать.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании системы радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах (ПАВ), лишенной указанного недостатка.

Технический результат, который дает осуществление изобретения, заключается в использовании полосовых фильтров, настроенных на различные частоты.

Это достигается тем, что приемопередатчик дополнительно формирует запускающие радиоимпульсы на частотах f_0i (i=1, 2, 3...N, где N - число идентифицируемых объектов, находящихся одновременно в поле излучения считывателя), отличных от несущей f₀, а в качестве каждой СВЧ РИМ используется СВЧ пассивная РИМ (ПРИМ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), а также содержит полосовой фильтр (ПФ), вход и выход которого электрически соединены с антенной и с входом выпрямителя соответственно, а выход выпрямителя гальванически соединен с затвором полевого транзистора с индуцированным каналом (ПТсИК), исток (сток) которого электрически соединен с антенной, а сток (исток) ПТсИК электрически соединен с ПРИМ.

При этом электрические соединения ПТсИК с ПРИМ на ПАВ, а также ПФ и ПТсИК с антенной могут быть выполнены разъемными. А в качестве полосового фильтра радиочастотной метки могут быть использованы фильтры на акустических волнах с малым вносимым затуханием, либо в виде диэлектрического СВЧ фильтра с малым вносимым затуханием.

Фиг.1 иллюстрирует предлагаемую систему, принцип ее работы.

Система содержит считыватель 1, к которому подсоединена антенна 2, и вторую антенну 3, последовательно соединенную с полосовым или режекторным фильтром 3 со входом приемной части считывателя через антенный переключатель 4. Радиочастотная идентификационная метка на ПАВ 10 через разъем 11 подсоединена к истоку полевого транзистора с индуцированным каналом 7, сток которого подсоединен к антенне 9 через разъем 12, а затвор соединен с выпрямителем 8, который соединен с фильтром 6, соединенным с антенной 9 через разъем 12.

Система работает следующим образом. Считыватель 1 посылает через антенну 2 одновременно опросный радиоимпульс с несущей f₀ и запускающий радиоимпульс с несущей f_0i. Эти импульсы, принятые антенной 9 радиочастотной идентификационной метки, поступают на ПФ 6 и на сток (исток) ПТсИК 7. Так как транзистор 7 с индуцированным каналом, то без открывающего напряжения, подаваемого на затвор, он остается закрытым, и опросный импульс не проходит на ПРИМ на ПАВ. ПФ 6 всех меток настроены на частоты запускающих импульсов. Поэтому в метке, где ПФ настроен f_0i, запускающий импульс проходит на выпрямитель 8, где формируется отпирающий транзистор 7 импульс. Он открывается, и опросный импульс может пройти на ПРИМ 10 на ПАВ. Длительность запускающего импульса выбирается такой, чтобы сформированная опросным импульсом кодовая последовательность в ПРИМ 10 на ПАВ успела бы передаться полностью на считыватель.

Приемник считывателя подключается к антенне 3 антенным переключателем 4 через полосовой или режекторный фильтр 5 после излучения опросного импульса через время Δt, равное времени прохождения начала кодовой последовательности от отражателей до радиочастотной идентификационной метки на ПАВ 10. В этом случае сигналы, отраженные от антенны 9 и ближайших металлических поверхностей, не попадают в приемник и не могут искажать уникальную кодовую последовательность метки, а полосовой или режекторный фильтр не пропустит в приемник считывателя запускающий импульс. После принятия кодовой последовательности и ее опознания считыватель отключает антенну 3 переключателем 4 и вновь излучает через антенну 2 запускающий на частоте f_0i+1 и опросный на частоте f₀ импульсы. В этом случае открывается транзистор в другой метке, так как запускающий импульс проходит именно на эту метку, в которой находится полосовой фильтр, настроенный на частоту f_0i+1. Далее все происходит как в предыдущем случае, и так до тех пор, пока не будут считаны все метки, находящиеся в поле излучения считывателя.

Так как частоты запускающих импульсов должны находиться друг от друга как можно ближе, чтобы устройство не занимало широкую полосу частот, то фильтры ПФ должны быть узкополосными. Поэтому они могут быть выполнены в виде фильтров с малыми потерями на ПАВ либо в виде фильтров на высокодобротных резонаторах объемных акустических волн. Полевой транзистор, полосовой фильтр и выпрямитель могут быть подсоединены к антенне и РИМ через разъемы. В этом случае можно сочетать различные ПФ и РИМ. Фильтр ПРФ может быть выполнен как на ПАВ, так как он должен не пропускать полосу частот, в которой излучаются все запускающие импульсы, и имеет полосу пропускания в несколько процентов.

В качестве этого фильтра может быть также использован и диэлектрический фильтр, поскольку фильтр не очень узкополосный.

Пример выполнения. Блок-схема приемопередатчика показана на фиг.2. Управляющее устройство 14 формирует опросный и запускающий радиоимпульсы с помощью синтезатора частот 15 и генератора импульсов 16. Далее эти импульсы усиливаются в усилителе 17 и излучаются через первую антенну 2 на метки. После передачи этих импульсов через время Δt антенный переключатель 4 подключает вторую антенну 3 к приемнику 13 по команде управляющего устройства 14 на время Δt. Происходит прием кодовой последовательности в приемнике 13 и детектирование импульсов. При этом фильтр 5 не пропускает запускающие импульсы в приемник 13. Далее продетектированные импульсы поступают на решающее устройство 18, которое формирует прямоугольные видеоимпульсы, а затем на устройство счета импульсов 19, которое определяет, оцифровывает код, превращая его в последовательность нулей и единиц, а затем передает на компьютер 20. Приняв код, компьютер 20 дает команду управляющему устройству 14 и оно формирует опросный и следующий запускающий импульсы.

Радиочастотные идентификационные метки были выполнены на центральную частоту f₀=860 МГц с длительностью импульса в 128-разрядной кодовой последовательности 50 нс. Длительность кодовой последовательности равнялась при этом 12,8 мкс, Δt=2 мкс. Несущие частоты запускающих импульсов выбраны равными в диапазоне 810-850 МГц, через 0,2 МГц, а его длительность равняется при этом 12,8 мкс, т.е. занимает полосу 72 кГц. В выпрямителе использованы диоды Шоттки с низким пороговым напряжением. Полосовые фильтры выполнены на ПАВ. Они имели полосу пропускания 100 кГц. Режекторный фильтр также выполнен на ПАВ с полосой пропускания 20 МГц на центральную частоту 860 МГц.

Источники информации

1. Патент ФРГ №1279785 А.

2. Alien Technology Corporation, http://www.alientechnology.com/rfid/ J.Sanford,

"Antenna Polarization Considerations in Wireless;

Communications Systems", Cushcraft Corporation, http://www.cushcraft.com;

Symbol Technologies Inc., "Two RF inputs makes a better RFID tag", http://www.symbol.com/products/rfid.

1. Антиколлизионная система радиочастотной идентификации, состоящая из приемопередатчика (считывателя) с антенной, формирующего опросные радиоимпульсы на несущей частоте f₀, и СВЧ радиочастотных идентификационных меток (РИМ), каждая из которых содержит антенну, полевой транзистор и выпрямитель, отличающаяся тем, что приемопередатчик содержит вторую антенну, последовательно соединенную, через антенный переключатель и полосовой или режекторный фильтр (Ф), с входом приемной части считывателя, при этом приемопередатчик формирует радиоимпульсы на частотах f₀i (где i=1, 2, 3...N, а N - число идентифицируемых объектов, находящихся одновременно в поле излучения считывателя), и запускает их с помощью первой антенны, подсоединенной к передающей части считывателя, а в качестве каждой СВЧ РИМ используется СВЧ пассивная РИМ (ПРИМ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), которая содержит полосовой фильтр (ПФ), вход и выход которого электрически соединены с антенной и с входом выпрямителя, соответственно, а выход выпрямителя гальванически соединен с затвором полевого транзистора с индуцированным каналом (ПТсИК), исток (сток) которого электрически соединен с антенной, а сток (исток) ПТсИК электрически соединен с ПРИМ.

2. Антиколлизионная система радиочастотной идентификации по п.1, отличающаяся тем, что ПФ выполнен в виде фильтра с малым вносимым затуханием на акустических волнах.

3. Антиколлизионная система радиочастотной идентификации по п.1, отличающаяся тем, что ПФ выполнен в виде диэлектрического СВЧ фильтра.

4. Антиколлизионная система радиочастотной идентификации по п.1, отличающаяся тем, что электрическое соединение ПТсИК с ПРИМ на ПАВ выполнено разъемным.

5. Антиколлизионная система радиочастотной идентификации по п.1, отличающаяся тем, что электрические соединения ПФ и ПТсИК с антенной выполнены разъемными.

6. Антиколлизионная система радиочастотной идентификации по п.1, отличающаяся тем, что Ф выполнен в виде полосового фильтра на акустических волнах с малым вносимым затуханием.

7. Антиколлизионная система радиочастотной идентификации по п.1, отличающаяся тем, что Ф выполнен в виде режекторного фильтра на акустических волнах.