ES2263559T3 - Transpondedor de gran impedancia y banda ancha para sistema electronico de identificacion. - Google Patents
Transpondedor de gran impedancia y banda ancha para sistema electronico de identificacion.Info
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Abstract
Transpondedor (14) para un sistema electrónico de identificación por radio frecuencia que comprende: - una antena (18, 118, 218, 318, 418) que tiene una impedancia de antena en un punto (30) de alimentación de la misma; - un circuito (19) electrónico que tiene una impedancia de entrada en una entrada (C) del mismo; estando conectada la entrada al punto (30) de alimentación; y - teniendo la impedancia de la antena características de impedancia para desarrollar valores máximos de voltaje primero y segundo a través de la entrada (C) en las frecuencias primera y segunda respectivamente, proporcionando con ello una banda (14) de frecuencias continua operativa al transpondedor que incluye las frecuencias primera y segunda.
Description
Transpondedor de gran impedancia y banda ancha
para sistema electrónico de identificación.
Esta invención se refiere a sistemas
electrónicos de identificación por radio frecuencia que comprenden
un lector y una pluralidad de transpondedores. La invención se
refiere más particularmente a transpondedores que forman parte de
un sistema de este tipo.
Los sistemas electrónicos conocidos del tipo
anteriormente mencionado comprenden un interrogador o lector que
comprende un transmisor para transmitir una señal de interrogación
o excitación hacia los transpondedores y un receptor para recibir
una señal de respuesta de los transpondedores. Un microprocesador
en el lector identifica un transpondedor particular mediante un
flujo de datos en la señal de respuesta. Cada transpondedor
comprende una antena conectada a un circuito integrado que aloja
circuitos electrónicos para recibir y recoger energía de la señal
de interrogación para presentar un voltaje alto suficiente en un
condensador de almacenamiento de voltaje para excitar el circuito
que, a su vez, genera el flujo de datos anteriormente mencionado. El
flujo de datos es utilizado por el transpondedor para modular la
señal excitadora y para reflejar nuevamente hacia el lector una
parte de la energía en la señal excitadora, mediante lo que se
conoce como "modulación de retrodifusión". En la patente US
6.054.925 del solicitante se da a conocer un transpondedor con una
alta impedancia de entrada, que el solicitante cree que mejorará la
distancia efectiva limitada de los sistemas de la técnica anterior.
Mientras mayor sea la impedancia de entrada del circuito integrado
y la impedancia del punto de alimentación de la antena, mayor es el
voltaje recuperado de la señal de excitación y almacenado en el
condensador.
Se sabe también que cuanto más altas sean las
impedancias, más alto es el factor (Q) de calidad del circuito y,
en consecuencia, el ancho de banda del transpondedor se hará más
estrecho. Los transpondedores conocidos con impedancias
relativamente altas tienen un ancho de banda del orden del 1% al
2%. El solicitante ha reconocido una necesidad de un sistema
práctico que cubra el intervalo de 860 MHz a 930 MHz y que, por
tanto, requiere un ancho de banda de aproximadamente 7% a 10%.
En el documento US 5.317.330 concedido a
Everett, se da a conocer un sistema de comunicaciones bidireccional
en el que una serie o circuito resonante y un circuito paralelo o
antiresonante se utilizan para dividir un ancho de banda en una
parte transmisora y una parte receptora separada. El resultado son
dos bandas estrechas discretas que van a emplearse en la
transmisión y recepción de información codificada en diferentes
frecuencias. Un sistema de este tipo no sería capaz de cubrir de
manera adecuada el intervalo anteriormente mencionado.
En consecuencia, un objeto de la presente
invención es proporcionar un sistema electrónico de identificación
y un transpondedor con los cuales el solicitante cree que las
desventajas anteriormente mencionadas pueden al menos
aliviarse.
Según la invención, se proporciona un
transpondedor para un sistema electrónico de identificación que
comprende:
- -
- una antena que tiene una impedancia de antena en un punto de alimentación de la misma;
- -
- un circuito electrónico que tiene una impedancia de entrada en una entrada del mismo, estando conectada la entrada al punto de alimentación; y
- -
- la impedancia de la antena que tiene características de impedancia dependientes de la frecuencia para desarrollar primeros y segundos máximos de voltaje a través de la entrada en las frecuencias primera y segunda respectivamente, proporcionando con ello una banda de frecuencia operativa continua para el transpondedor que incluye las frecuencias primera y segunda.
El circuito puede tener una impedancia de
entrada que comprende una componente real y una componente reactiva
capacitiva.
Puede estar conectado un elemento inductivo
entre la antena y el circuito en paralelo con la impedancia de
entrada y que está operativo para resonar con la componente
capacitiva de la impedancia de entrada.
La parte real de la impedancia de entrada puede
ser al menos 400 ohmios, normalmente 1000 ohmios y preferiblemente
más de 1500 ohmios.
La primera frecuencia puede estar entre 850 Mhz
y 900 Mhz y la segunda frecuencia puede estar entre 900 Mhz y 1
Ghz.
La antena puede comprender cualquiera de una
combinación de una antena Patch y una línea de transmisión, ambas
conectadas al punto de alimentación; una combinación de una antena
Patch en anillo cortocircuitada y una línea de transmisión, ambas
conectadas al punto de alimentación; y una combinación de un bucle
y un apéndice al bucle. El apéndice puede comprender un segundo
bucle.
Las frecuencias primera y segunda pueden
asociarse con las dimensiones primera y segunda de la antena y las
frecuencias primera y segunda pueden seleccionarse mediante la
elección de las dimensiones primera y segunda.
La invención se amplia además a un sistema
electrónico de identificación por radio frecuencia que comprende un
lector o un interrogador y al menos un transpondedor como se define
y/o describe en el presente documento.
La invención de describirá adicionalmente tan
sólo a modo de ejemplo con referencia a los diagramas adjuntos en
los que:
la figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema electrónico de identificación por radio frecuencia
(RF);
la figura 2 es un diagrama de bloques muy básico
de un transpondedor según la invención;
la figura 3 es un diagrama básico del voltaje
frente a la frecuencia en el punto C del transpondedor
según la invención en la figura 2;
la figura 4 es un diagrama de una primera
realización de una antena que forma parte del transpondedor según
la invención;
la figura 5 es un diagrama del voltaje frente a
la frecuencia en el punto C del transpondedor en la figura
2, que comprende la antena en la figura 4;
la figura 6 es un diagrama de una segunda
realización de una antena que forma parte del transpondedor según
la invención;
la figura 7 es un diagrama del voltaje frente a
la frecuencia en el punto C del transpondedor en la figura
2, que comprende la antena en la figura 6;
la figura 8 es un diagrama de una tercera
realización de una antena que forma parte del transpondedor según
la invención;
la figura 9 es un diagrama del voltaje frente a
la frecuencia en el punto C del transpondedor en la figura 2, que
comprende la antena en la figura 8;
la figura 10 es un diagrama de un transpondedor
según la invención que comprende una cuarta realización de la
antena;
la figura 11 es un diagrama del voltaje frente a
la frecuencia en una entrada de los circuitos del transpondedor que
forma parte del transpondedor en la figura 10; y
la figura 12 es un diagrama de voltaje frente a
la frecuencia en el punto C del transpondedor en la figura 2, que
comprende la antena en la figura 4, para diferentes valores de un
inductor paralelo entre la antena y los circuitos del
transpondedor.
Un sistema de identificación electrónica por
radio frecuencia (RFID, Radio Frequency Identification) según la
invención se designa en general con el numeral de referencia 10 en
la figura 1.
El sistema comprende un lector 12 y una
población 14 de transpondedores que comprende los transpondedores
14.1 a 14.n. En la práctica, los transpondedores pueden estar
montados o asociados de otra manera con elementos o artículos (no
mostrados) que van a contarse o identificarse. Los transpondedores
son de manera preferida transpondedores pasivos ya que éstos
obtienen la energía para funcionar a partir de una señal 16 de
excitación transmitida por el lector. Los transpondedores son
similares en lo referente a la configuración y, por consiguiente,
sólo se describirá adicionalmente el transpondedor 14.1. El
transpondedor 14.1 comprende una antena 18, un circuito 19
integrado conectado a la antena y que comprende un modulador 20, un
controlador 22 y una disposición 24 de memoria.
En la práctica, el lector transmite una señal 16
de excitación que tiene una frecuencia f_{c} a través de la
población 14 de transpondedores. Los transpondedores obtienen su
energía a partir de esta señal de forma conocida en la técnica y
transmiten señales 26.1 a 26.n de respuesta correspondientes
modulando por retrodifusión la señal de manera conocida con datos
almacenados anteriormente en la disposición 24 de memoria. El
lector se inmoviliza de manera secuencial sobre una de las señales
de respuesta y lee los datos como se describirá posteriormente. Una
vez que la población ha sido leída, se identifican y/o cuentan los
elementos anteriormente mencionados.
Un diagrama en bloque del transpondedor 14.1 se
muestra en la figura 2. El transpondedor 14.1 comprende una antena
18 que tiene un punto 30 de alimentación en una zona de ésta en la
que existe una corriente mínima, de manera que tiene una impedancia
Z_{A} del punto de alimentación relativamente alta. El punto 30
de alimentación de la antena está conectado a la entrada C
del circuito (CI) 19 integrado anteriormente mencionado, que tiene
una impedancia Z_{c} de entrada. Una impedancia típica de entrada
del IC 19 comprende una capacitancia 21 de un condensador 21 de
aproximadamente 1.95 pF en paralelo con una resistencia 23 mayor de
400 ohmios, típicamente mayor de 1000 ohmios y preferiblemente de
1600 ohmios. Un inductor 34 de sintonización paralelo está
conectado entre la antena 18 y el circuito 19 CI.
En la figura 3 se muestra un diagrama de voltaje
desarrollado a través de la impedancia Z_{c} de entrada del CI
frente a la frecuencia de una señal 16 de excitación incidente. Se
verá que los voltajes máximos primero 36 y segundo 38 se
desarrollan en las frecuencias primera f_{L} y segunda f_{H}
respectivamente. Con la primera frecuencia f_{L} entre 850 Mhz y
900 Mhz, preferiblemente 860 Mhz, y la segunda frecuencia f_{H}
entre 900 Mhz y 1 Ghz, preferiblemente 930 Mhz, el transpondedor
14.1 proporciona características de banda ancha superiores a las de
los transpondedores de la técnica anterior.
Una primera realización 118 de una antena según
la invención para uso con un transpondedor 14.1 se muestra en la
figura 4. La antena 118 es una antena Patch que comprende un plano
120 base conductivo, en una cara de una capa 122 dieléctrica de
aproximadamente 10 mm de espesor y una rejilla o capa 124
conductiva en la otra cara y conectado al plano 120 base, como se
muestra. La antena 118 se excita en el punto 130 de alimentación
situado en una zona en la que existe un mínimo de corriente. Un
conductor o una línea 132 de transmisión que tiene una longitud
\ell_{1} se integra con la antena Patch y también está conectada
con el punto 130 de alimentación y la capa 124. El transpondedor
14.1 resultante tiene una curva de voltaje frente a la frecuencia
en C en la figura 2, como se muestra en la figura 5, que
muestra claramente un voltaje máximo dual y, consecuentemente,
características de banda ancha. Las frecuencias f_{L} y f_{H}
pueden manipularse mediante la manipulación de las dimensiones
\ell_{1} y \ell_{2}. Se cree que la impedancia de la antena
dependiente de la frecuencia se corresponde de manera substancial
en las frecuencias f_{L} y f_{H} con la impedancia Z_{c} de
entrada, dando como resultado los valores máximos de voltaje
desarrollados a través de la impedancia de entrada en C en
estas frecuencias.
Una segunda realización 218 de una antena según
la invención para uso con un transpondedor 14.1 se muestra en la
figura 6. La antena 218 es una antena Patch en anillo
cortocircuitada que comprende un plano 120 base en una cara de una
capa 222 de aislamiento de aire y una capa 224 o rejilla conductiva
en la otra cara y conectada al plano 120 base como se muestra. La
antena 218 tiene un punto 230 de alimentación situado en una zona
en la que existe una corriente mínima. Una línea 232 de transmisión
que tiene una longitud \ell_{1} se integra con la antena Patch y
también está conectada con el punto 230 de alimentación. El
transpondedor 14.1 resultante tiene una curva de voltaje frente a
la frecuencia en C en la figura 2 como se muestra en la figura 7.
La curva muestra claramente valores máximos de voltaje dual y,
consecuentemente, características de banda ancha.
Una tercera realización 318 de una antena según
la invención para uso con un transpondedor 14.1 se muestra en la
figura 8. La antena 318 es un bucle híbrido en forma de
zig-zag. Se muestran tres típicos puntos 330.1,
330.2 y 330.3 de alimentación. En el punto 330.1 de alimentación, la
antena tiene un único voltaje máximo, como se muestra en 320 en la
figura 9. Sin embargo, en el punto 330.2 de alimentación o el punto
330.3 de alimentación ésta exhibe características de voltaje máximo
dual. El funcionamiento de modo dual se origina por las longitudes
\ell_{1} y \ell_{2} de trayectoria diferentes (en sentido
horario y anti-horario). En el punto 330.2 preferido
de alimentación, las frecuencias primera y segunda se encuentran
más cercanas entre sí, como se muestra en 324 en la figura 9 y, en
el punto 330.3 de alimentación, las frecuencias primera y segunda
se alejan adicionalmente, como se muestra en 326 en la figura
9.
Una cuarta realización 418 de una antena según
la invención para uso con un transpondedor 14.1 se muestra en la
figura 10. La antena comprende bucles 420 y 422 primero y segundo
unidos y tiene un punto 430 de alimentación en el que el circuito
19 CI está conectado a la antena. El inductor de sintonización
paralelo se muestra en 34. Una curva de voltaje en la entrada del
circuito 19 CI frente a la frecuencia se muestra en 432 en la
figura 11. Los valores máximos de voltaje dual y las
características de banda ancha consecuentes que cubren la banda de
840 Mhz a 950 Mhz son claramente visibles.
Se ha encontrado que el inductor 34 paralelo
entre la antena 18 y el circuito 19 CI no puede emplearse para
añadir un voltaje máximo adicional, pero puede emplearse de manera
ventajosa para ajustar o enfatizar un máximo existente respecto a
otro. El diagrama de la figura 12 ilustra el efecto en la curva de
la antena Patch en la figura 4 si un inductor 34 se elige de tal
manera que el inductor 34 y la capacitancia del circuito CI
resuenan en cualquiera de tres frecuencias diferentes (860 Mhz, 900
Mhz y 940 Mhz) en la zona de f_{L} y f_{H}. Las curvas
resultantes del voltaje frente a la frecuencia se muestran en 500,
502 y 504 en la figura 12. Se muestra que no existe ningún voltaje
máximo adicional pero que los picos de voltaje pueden ajustarse
utilizando una frecuencia sintonizada apropiadamente para el
circuito LC. El mismo método puede emplearse para obtener una
respuesta más uniforme.
Claims (8)
1. Transpondedor (14) para un sistema
electrónico de identificación por radio frecuencia que
comprende:
- -
- una antena (18, 118, 218, 318, 418) que tiene una impedancia de antena en un punto (30) de alimentación de la misma;
- -
- un circuito (19) electrónico que tiene una impedancia de entrada en una entrada (C) del mismo; estando conectada la entrada al punto (30) de alimentación; y
- -
- teniendo la impedancia de la antena características de impedancia para desarrollar valores máximos de voltaje primero y segundo a través de la entrada (C) en las frecuencias primera y segunda respectivamente, proporcionando con ello una banda (14) de frecuencias continua operativa al transpondedor que incluye las frecuencias primera y segunda.
2. Transpondedor (14) según se reivindica en la
reivindicación 1, en el que la impedancia de entrada comprende un
componente (23) real y un componente (21) reactivo capacitivo.
3. Transpondedor (14) según se reivindica en la
reivindicación 2, en el que un elemento (34) inductivo se conecta
entre la antena (18, 118, 218, 318, 418) y el circuito (19) en
paralelo con la impedancia de entrada y el cual es capaz de resonar
con el componente (21) capacitivo de la impedancia de entrada.
4. Transpondedor (14) según se reivindica en la
reivindicación 2 ó 3, en el que el componente (23) real de la
impedancia de entrada es al menos 400 ohmios.
5. Transpondedor (14) según se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la primera
frecuencia se encuentra entre 850 Mhz y 900 Mhz y la segunda
frecuencia se encuentra entre 900 Mhz y 1 Ghz.
6. Transpondedor (14) según se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la antena
(18, 118, 218, 318, 418) comprende una de una combinación de una
antena Patch y una línea (132) de transmisión, ambas conectadas al
punto (130) de alimentación, una combinación de una antena Patch en
anillo cortocircuitada y una línea (232) de transmisión, ambas
conectadas al punto (230) de alimentación, y una combinación de un
bucle (322) y un apéndice a este bucle.
7. Transpondedor (14) según se reivindica en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las frecuencias
primera y segunda se asocian con las dimensiones primera y segunda
de la antena (18, 118, 218, 318, 418) y en el que las frecuencias
primera y segunda pueden seleccionarse mediante la elección de las
dimensiones primera y segunda.
8. Sistema (10) electrónico de identificación
por radio frecuencia que comprende un lector (12) y al menos un
transpondedor (14) como se reivindica en cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7.
Applications Claiming Priority (2)
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