US 6456841 B1

[KO] No Translated Representative Claim

####FIELD####

본 발명은 무선 주파수 식별 (RFID) 및 그 장치 및 방법에 관한 것이다.

####BACKGROUND####

RFID는 원격 배치 된 태그에서 인코딩 된 데이터를 추출하기 위해 무선 주파수 (RF) 파를 사용하는 무선 데이터 캡처 기술입니다. RFID 시스템은 데이터가 인코딩되는 RFID 태그와 태그에서 인코딩 된 데이터를 추출하는 데 사용되는 RFID 리더의 두 가지 주요 요소를 가지고 있습니다. 태그는 데이터가 인코딩되고 장치의 물리적 크기와 모양에 제한이없는 장치를 나타냅니다.

능동적 인RFID 태그는 배터리를 통합하지만 수동형RFID 태그는 질문 신호로부터 에너지를 얻습니다.

바코드와 같은 RFID 태그는 태그가 부착 된 항목을 식별하고 특성을 설명하는 데 사용할 수 있습니다. 적어도 바람직한 형태의 RFID는 긴 판독 거리, 비 - 시준 판독 및 자동 식별 및 추적을 포함하여 바코드에 비해 많은 이점을 갖는다.

RFID 태그는 바코드에 비해 가격이 비싸기 때문에 저가형 애플리케이션에 적합하지 않은 것으로 간주됩니다. 널리 사용되는 패시브 태그의 가격은 대부분 ASIC (Application Specific Integrated Circuit)에 기인합니다. 인쇄 가능한 칩없는 RFID 태그는 저렴한 옵션입니다. 칩리스 (Chipless) RFID 태그는 집적 회로 (칩)가없고 기본적으로 전자기 복사의 수동 반사기 또는 흡수체입니다. 그러나 태그에서 칩을 제거하면 작은 태그 내에서 더 많은 수의 비트를 인코딩 할 때 유연성이 없습니다. 주어진 크기의 RFID 태그에 의해 전달 될 수있는 정보의 양을 최대화하고 그것이 판독 될 수있는 범위를 최대화하는 것이 바람직하다.

주파수 서명 기본 태그는 미리 결정된 주파수 세트에서 선택된 주파수에서 식별 가능한 기능을 포함하는 반송 신호를 판독기에 반영합니다. 예상되는 주파수에서 특징의 존재는 약간의 정보를 전달함으로써 태그는 주파수의 선택에 의해 인코딩 된 정보를 운반한다. 반대로 시간 영역 반사 계 (time domain reflectometry (TDR))기반 태그는 식별 가능한 특징을 갖는 리턴 신호를 시간 간격으로 생성합니다. 예상되는 시간에 기능이있는 것은 약간의 정보를 전달합니다.

주파수 서명 기반 태그는 TDR 태그보다 많은 정보를 저장할 수 있지만 더 긴 판독 범위에서 주파수 서명 기반 태그를 작동하려면 클러 터 및 안테나 커플 링으로 인한 간섭 영향을 제거하기 위해 적절한 방향 및 보정 태그가 필요합니다. TDR 기반 태그는 이러한 제약 사항에 직면하지 않으며 더 긴 범위에서 작동합니다.

본 발명의 목적은 RFID에 대한 개선을 제공하거나, 적어도 RFID와 관련된 사람들을위한 대안을 제공하는 것이다.

이 특허 명세서의 정보 중 어느 것도 일반적인 일반 지식이 아니거나 해당 기술 분야의 당업자가이를 확인하거나 이해하거나, 우선 순위 날짜에 어떤 식 으로든 관련성이 있다고 생각하거나 합리적으로 기대할 수 있음을 인정하지 않습니다. .

####SUMMARY####

본 발명자들은 칩리스 (chipless) RFID 태그로부터의 리턴 신호가 2 개의 주요 구성 요소로 구성된다는 것을인지 하였다. 첫 번째 요소는 심문 신호에 의해 태그 안테나의 표면에 유도되는 표면 전류에 의해 야기되는 구조 모드입니다. 구조 모드는 RF 신호를 포착하거나 전송하는 능력에 관계없이 태그 안테나의 모양, 크기 및 재료 특성에 따라 달라집니다. 두 번째 요소는 태그에 포착 된 방사선으로 인한 안테나 모드입니다.

본 발명자는 태그 상에 인코딩 된 정보가 안테나 모드에 의해 운반된다는 것을 인식 하였다. 따라서, 본 발명은 구조적 모드에 우선하여 안테나 모드를 분석하고 구조 모드와보다 쉽게 구별 될 수 있도록 안테나 모드를 지연시키는 것에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태는 구조적 모드 및 안테나 모드를 포함하는 신호를 태그로부터 수신하는 단계; 및 상기 안테나 모드에 대응하는 상기 수신 된 신호의 시간주기를 선택적으로 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 방법.

선택적으로 분석하는 것은 미리 결정된 주파수 세트의 선택된 주파수에서 수신 신호 특징 내에서 식별하는 것을 포함한다.

상기 방법은 상기 수신 된 신호의 일부로부터 상기 수신 된 신호의 다른 부분까지 미리 결정된 지연을 식별하여 상기 시간주기를 식별하는 단계를 포함 할 수있다. 예로서, 상기 부분은 수신 된 신호의 구조적 모드 일 수 있고 다른 부분은 안테나 모드 일 수있다.

본 발명의 바람직한 형태는 수신 신호를 식별하기 위해 불필요한 신호 내용의 추정치를 감산하는 것을 포함한다. 견적은 태그가없는 경우 신호에 해당 할 수 있습니다.

선택적으로 분석하는 것은 푸리에 분석을 포함 할 수있다.

태그로부터 신호를 생성하기 위해 심문 신호가 태그로 전송 될 수있다. 심문 신호는 바람직하게는 광대역의 주파수를 포함하는 펄스이다. 가장 바람직하게는, 심문 신호는 지속 시간이 나노초 미만이다.

태그는 chipless가 좋습니다.

본 발명의 RFID 태그 판독 장치는,

구조 모드 및 안테나 모드를 포함하는 신호를 태그로부터 수신하기위한 안테나; 과

수신 신호의 안테나 모드에 대응하는 수신 신호의 시간주기를 선택적으로 분석하도록 구성된 논리 장치.

본 발명의 다른 측면은,

리턴 신호의 안테나 모드에서 선택된 주파수들에서 피쳐들을 생성하기 위해 질의 신호에 응답하는 하나 이상의 구조들; 과

상기 리턴 신호의 구조적 모드로부터 상기 안테나 모드를 지연시키기 위해 상기 구조물과 상호 작용하는 적어도 하나의 길다란 도전성 경로를 포함하는 것을 특징으로하는 안테나 시스템.

바람직하게는, 태그는 미리 결정된 주파수 세트로부터 주파수의 선택에 의해 인코딩 된 정보를 운반한다. 바람직하게는, 미리 결정된 주파수는 각각 적어도 약 200 MHz만큼 떨어져있다.

경로는 안테나 모드와 구조 모드 사이의 지연이 적어도 약 0.6ns, 또는보다 바람직하게는 적어도 약 3ns가되도록 구조 모드로부터 안테나 모드를 지연 시키도록 치수가 정해진 것이 바람직하다.

하나 이상의 구조물이 통로를 따라 위치 될 수있다.

태그의 일부 변형 예는 하나 이상의 구조를 포함하는 주파수 선택성 안테나를 가질 수있다.

하나 이상의 구조가 수동 필터 일 수 있습니다 (예 : 나선형 필터).

선택적으로 또는 안테나는 질문 신호를 수신하고 리턴 신호를 전송하며, 경로의 단부는 안테나로부터 에너지를 수신하도록 배치되고 경로의 다른 단부는 안테나를 향해 에너지를 반사 시키도록 배열된다.

바람직하게는, 경로는 경로의 일부가 경로의 다른 부분과 나란히 실행되도록 형성된다.

####BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS####

도면들은 다양한 예시적인 특징을 도시한다.

FIG. 1 a RFID 시스템을 개략적으로 설명합니다.

FIG. 1 b는 전송선로와 나선형 필터의 사시도이다.

FIG. 2는 RFID 태그의 사시도이다.

FIG. 3는 FIG. 2의 RFID 태그의 동작을 개략적으로 설명한다.

FIG. 4는 대체 RFID 태그의 작동을 개략적으로 설명합니다.

FIG. 5 a는 RFID 태그로부터 수신 된 신호를 나타내는 차트입니다.

FIG. 5 b는 FIG. 5 a로부터 부분 5b를 확대 한 것이다.

FIG. 6는 나선형 필터의 확대도입니다.

FIG. 7는 선택된 나선형 필터를 포함함으로써 인코딩 된 정보를 운반하는 전송선의 일부를 보여줍니다.

FIG. 8는 패시브 필터의 리턴 손실 및 순방향 전송 파라미터의 진폭 및 위상을 차트 화합니다.

FIG. 9는 수신 된 신호의 스펙트럼 내용을 차트로 나타냅니다.

FIG. 10는 RFID 시스템을 개략적으로 설명합니다.

FIG. 11는 UWB 심문 펄스와 그 주파수 스펙트럼을 도표화한다;

FIG. 12a는 RFID 태그와 그 패치에 대해 자세히 설명합니다.

FIG. 12 b는 FIG. 12의 각 패치의 반사 손실 프로파일을 차트로 나타냅니다.

FIG. 13는 수신 된 신호를 차트로 표시합니다.

FIG. 13 b는 FIG. 13의 부분을 확대 한 것이다.

FIG. 14는 FIG. 13 b의 신호의 정규화 된 진폭 스펙트럼의 차트입니다.

FIG. 15 a는 구조 모드의 정규화 된 진폭 스펙트럼입니다.

FIG. 15 b는 안테나 모드의 정규화 된 진폭 스펙트럼 차트입니다.

FIG. 16 a는 송수신 안테나의 정면도입니다.

FIG. 16 b는 RFID 태그의 정면도이다.

FIG. 17는 FIG. 16 a의 안테나의 정규화 된 측정 된 전계 방사 패턴의 차트입니다.

FIG. 17 b는 FIG. 16 a의 안테나 반사 손실을 측정 한 차트입니다.

FIG. 18는 판독기 안테나 앞 30cm에 위치한 서로 다른 RFID 태그의 주파수 스펙트럼 차트입니다.

{i}는 판독기 안테나로부터의 다양한 거리에서 RFID 태그의 주파수 스펙트럼 차트이다. 과

FIG. 20는 RFID 태그의 주파수 스펙트럼이며, 리더에 대한 다양한 방향으로 나타냅니다.

FIG. 21는 raised cosine 윈도우를 차트로 나타냅니다.

####DESCRIPTION OF EMBODIMENTS####

RFID 시스템 (10)은 판독기 (20) 및 RFID 태그 (30)를 포함한다. 판독기 (20)는 안테나 (22,24) 및 로직 장치 (26)를 포함한다. 안테나 (22)는 로직 장치 (26)에 의해 제어되어 질문 신호 (40)를 송신한다. 로직 장치 (26)에 수신 된 신호 (50)를 전달한다.

논리 배열은 본 명세서에서 데이터를 처리 할 수있는 임의의 메커니즘을 지칭하는데 사용된다. 이 용어는 집적 회로와 컴퓨터를 사용합니다. 논리 배열은 하드 배선 또는 소프트웨어를 통해 구성 될 수 있습니다.

태그 안테나 (32)는 질의 신호 (40)를 수신하고, 그 신호를 필터 (34) 및 전송선로 (36)로 전달하고, 필터 (34)로부터의 반사 된 신호 및 전송 신호를 수신한다 라인 (36)을 수신하고, 구조 모드 (54) 및 안테나 모드 (56)를 포함하는 리턴 신호를 송신한다. 태그 안테나는 UWB 모노폴 안테나이다. 필터 (34)는 질문 신호의 스펙트럼을 변환하여 정보를 그 신호로 인코딩하기위한 수동형 마이크로파 필터이다. 수신 된 신호 (50)는 3 개의 주성분,                안테나 커플 링 (즉, 안테나 (22)로부터 안테나 (24)로 직접 이동하는 신호)에 기인 한 간섭 (52);구조 모드 54; 과안테나 모드 (56). {/ s} (63) / s}

간섭 (52)과 달리, 구조 모드 (54) 및 안테나 모드 (56)는 태그 (30)로부터 후방 산란 된 리턴 신호의 일부이다.

수신 된 신호 (50)는 FIGS. 5 a 및 b에서 시간 영역에서 플로팅된다. 복귀 신호 (54, 56)의 진폭은 간섭 (52)의 진폭보다 약 2 차수 작은 크기이다.

예시적인 태그 (30)는 주파수 도메인에서 인코딩 된 정보를 운반하지만, 개시된 방법의 변형이 주파수 도메인 이외의 방식으로 정보를 전달하는 RFID 태그에 적용될 수 있다고 생각된다. 필터 (34)는 소정의 주파수에서 공진하도록 구성된다. 이 공명은 심문 신호로부터 에너지를 흡수하여, 안테나 모드 (56)는 주파수 도메인에서 플롯 될 때 그 주파수에서 로컬 미니 마를 포함한다. 이러한 국소 최소치는 안테나 모드 (56)의 검출 가능한 특성이다. 소정의 주파수 세트 중 각각의 주파수에 대응하는 공진을 갖는 수동 필터를 선택적으로 포함하는 태그를 형성함으로써, 정보가 태그 내에 인코딩 될 수있다.

{1}은 필터 (34)를 포함하는 전송 라인 (36)의 일부의 확대도이다. 전송 라인은 약 2.9 mm 폭 (치수 A)이고 각각의 0.3 mm 폭만큼 접지 평면 (치수 B) 슬롯을 포함한다. 필터 (34)는 전송 라인 (36)에 형성된 나선형 슬롯으로 구성된다. 슬롯 (34)은 0.4㎜ 폭 (치수 C)이다. 슬롯의 인접한 컨볼 루션은 0.3mm 폭 (치수 D)의 도전성 재료의 일부분에 의해 분리된다. 필터 (34)는 2.5㎜ 폭 (치수 W) × L㎜ 길이의 전송선로상의 직사각형 공간을 차지한다. 필터 (34)의 공진 주파수는 길이 L에 의해 제어된다.

필터 (34)는 리턴 신호 (54, 56)로부터 그들의 공진 주파수의 필터링, 즉 : 검출 강도를 감소시키는 역할을한다. 따라서, 필터의 포함은 로컬 미니 마의 형태로 리턴 신호 (54, 56)의 검출 가능한 특성을 생성한다 강도 대 주파수의 플롯에서. 이러한 피처에는 0의 이진 값이 할당 될 수 있으며, 그에 따라 태그는 선택된 필터를 포함함으로써 인코딩 될 수있다. 예로써,                 FIG. 7는 메시지 000으로 인코딩 된 태그의 필터 (34)를 도시한다.FIG. 7 b는 메시지 010로 인코딩 된 태그의 필터 (34)를 도시한다. 과{i}는 메시지 100으로 인코딩 된 태그의 필터 (34)를 도시한다. {/ s} {68} / s}

사행 전송선 (36)은 안테나 모드 (56)를 구조 모드 (54)로부터 소정 지연만큼 지연시키는 기능을한다. 이 실시 예에서, 로직 장치 (26)는 안테나 모드 (56)를 식별하기 위해 시간 도메인 기반의 기술을 적용한다. 로직 장치 (26)는 수신 된 신호 (50)를 수신하여 기록한다. 간섭 (52)은 태그가없는수신 신호에 상응하므로 미리 결정될 수있다 . 수신 된 신호로부터이 소정 값을 감산함으로써, 복귀 신호 (54, 56)는 분리 될 수있다. 이어서, 복귀 신호 (54, 56)는 강도의 피크를 식별하기 위해 분석된다. 강도의 2 개의 피크가 소정의 간격으로 시간에서 식별 될 때, 후자의 강렬한 부분은 안테나 모드로 식별된다.

일단 안테나 모드가 식별되면, 그것은 간섭 (52) 및 구조적 모드 (54)로부터 분리되어 분석 될 수있다. 따라서 RFID 태그 (30)의 바람직한 형태는 기존의 주파수 도메인 RFID 태그보다 긴 판독 범위에 걸쳐 판독 될 수있다. 분석은 주파수 영역에서 완료되는 것이 바람직합니다.

예시적인 RFID 태그의 구조 및 동작은 FIG. 1 b 내지 FIG. 4 에보다 상세히 도시된다. 태그 (30)는 적절한 비활성 기판 (38b)의 상부에 도전성 잉크 (38a)로 형성된다. 편리하게는, 기판 (38b)은 단순히 태그 될 품목 일 수있다; 즉, 잉크 (38a)는 물품 (또는 포장재) 상에 직접 인쇄 될 수있다.

기판 (38b)은 60mm × 128mm의 직사각형 형상을 갖는다. 태그 안테나 (32)는 기판 (38b)의 긴 중심선상에서 기판 (38b)의 일단 부쪽으로 위치 된 직경 50 mm의 디스크이다.

사행 전송선 (36)은 태그 안테나 (32)로부터 전도성 잉크의 직사각형 패치 내의 사형 경로를 따라 연장되는 전도성 경로이다.

사행 전송선 (36)은 전도성 잉크의 직사각형 패치의 다른 부분들로부터 정의되고 그 측면을 따라 흐르는 좁은 갭에 의해 분리된다. 라인 (36)의 일부분이 라인 (36)의 다른 부분 (예를 들어, 부분 (36a)이 부분 (36b)과 나란히 뻗어 있음)과 나란한 구불 구불 한 경로는 작고 편리한 크기의 칩 상에 긴 전도성 경로가 형성 될 수있는 컴팩트 한 배치이다.

질문 신호 (40)는 태그 안테나 (32)에 의해 수신된다. 시스템 (10)의 변형 예에서, 심문 신호는 서브 - 나노초 지속 기간의 초 광대역 펄스이다. 펄스의 강도는 주파수의 넓은 대역에 걸쳐 적어도 대략 균일하다. 안테나 (32)는 수신 된 에너지를 전송선로 (36)의 단부 (36c)로 전달한다. 여기로부터 에너지는 {B}로 표시된 바와 같이 나선형 필터 (34)를 통해 사행 전송선에 의해 전달된다. 나선형 필터 (34)는 전송선 (36)을 따라 장착되어 각각의 미리 결정된 주파수에서 에너지를 선택적으로 흡수한다. 나선형 필터 (34)로부터, 이제 필터 (34)에 의해 필터링되고 정보로 인코딩 된 수신 된 에너지는 라인 (36)의 말단 (36d)에 도달 할 때까지 전송 라인 (36)을 따라 계속된다. 말단 (36d)에서 신호는 되돌아 간다 반영). 반사 된 에너지는 전송 라인 (36)을 따라 되돌아 가며, 복귀 신호 (54, 56)의 안테나 모드 (56) 부분을 송신하기 위해 태그 안테나 (32)로 되돌아 와서 통전하기 전에 나선형 필터 (34)를 통해 다시 필터링된다.

수신 된 에너지는 전송 라인 (36)의 포함이 사행 전송 라인 (36)의 길이에 비례하는 양만큼 안테나 모드 (32)를 지연 시키도록 전송 라인 (36)을 따라 유한 속도로 이동한다. 모드 (54) 및 약 3 나노초의 안테나 모드 (56)는 태그 크기와 안테나 모드 (56)의 즉시 식별을 허용하기에 충분한 지연 사이의 편리한 절충 인 것으로 밝혀졌다.

제어 된 지연을 도입하는 다른 접근법도 가능하다. 예로서, 상이한 안테나와 조합 된 수동 마이크로파 필터는 전송 라인의 사용없이 제어 된 지연을 생성 할 수있다.

나선형 공진기는 리턴 신호의 안테나 모드에서 선택 주파수에서 피쳐를 생성하기 위해 심문 신호에 응답하는 구조의 한 예일뿐입니다. 예로서, 나선형 공진기 (34)는 생략 될 수 있고 안테나 (32)는 (FIG. 4에서 제안 된 바와 같이) 응답 구조를 포함하는 주파수 선택 태그 안테나 (32 ')로 대체된다. 주파수 선택 안테나는 선택된 주파수만을 포착하는 안테나입니다. 따라서, 주파수 선택성 안테나를 구성하는 것은 주파수 도메인에서 정보를 갖는 태그를 인코딩하는 또 다른 접근법의 예이다.

태그 (30 ')의 안테나 (32')는 미리 결정된 주파수 세트 중 선택된 것만을 전송 라인 (36)으로 전달한다. 수신 된 에너지가 안테나 (32 ' 라인 (36)의 끝에서 돌아 오면, 선택된 주파수는 안테나 (32 ')에 의해 송신된다. 따라서, 태그 (30 ')로부터의 리턴 신호는 로컬 맥시멈의 형태로 주파수 도메인에서 식별 가능한 피처들을 운반 할 수있다. 또한, 다양한 태그가 리턴 신호 내에서 다른 식별 가능한 피쳐 (예 : 로컬 최소 또는 로컬 극한값)를 생성하기 위해 리턴 신호를 스펙트럼 적으로 형성 할 수있다.

요약하면, 칩리스 (chipless) RFID 태그로부터 정보를 처리하고 판독하는 새로운 접근법이 개시된다. 이 접근법은 극도로 짧은 지속 시간 (서브 - 나노초)의 고전력 무선 주파수 임펄스를 이용한다. 임펄스는 하나의 안테나를 사용하여 송신되고, 부스러기 태그로부터의 반사는 다른 안테나에 의해 포착된다. 안테나로부터 수신 된 신호는 chipless 태그에 인코딩 된 정보를 제공하는 공진 주파수 또는 주파수 특성을 정확하게 추정하기 위해 신호 처리 기술을 사용하여 시간 영역에서 처리됩니다.

칩리스 (Chipless) RFID 태그는 집적 회로 (칩)를 가지고 있지 않으며 기본적으로 수동 반사기 또는 전자기 방사의 흡수 장치입니다. 전자 회로 나 지능형 신호 처리가 없기 때문에 칩없는 RFID는 본질적으로 일반 광학 바코드의 무선 주파수 대응 장치입니다. 따라서 광학 바코드와 비교할 때 매우 저렴한 비용으로 태그를 대량 생산할 수 있습니다.

예시적인 장치 및 방법, 및 개념 증명이 이제 더 상세히 설명 될 것이다.

####EXAMPLE 1####

태그 (36) 및 특히 그 필터 (34)는 2.42 및 2.66 GHz에서 공진 주파수를 갖기 위해 전 웨이 EM 소프트웨어 컴퓨터 시뮬레이션 기술 (CST) 마이크로 웨이브 스튜디오를 사용하여 설계 및 시뮬레이션되었다. Taconic TLX0 (E = 2.45)을 기판 물질로 사용 하였다. 시뮬레이션에 사용 된 기판 두께는 0.5 mm이고 구리 층 두께는 18 μm였다.

1.4 ~ 4 GHz에서 작동하는 공동 평면 도파관 (CPW) 원형 디스크 탑재 모노폴 안테나가 설계되었습니다. 이 안테나들은 RFID 리더의 송수신 안테나와 chipless RFID 태그의 수신 안테나로 사용되었다. 모노폴에 연결 지점에서 완전한 부스러기 태그의 사행 전송선의 총 길이는 304mm입니다. 이것은 안테나 모드가 후방 산란의 구조 모드 뒤에서 약 3.2 ns 뒤쳐지게하는 왕복 지연을 도입 할 것이다.

필터의 순방향 전송 S ^ {{f}} _ {{21}} 및 반사 손실 S ^ {{f}} _ {{11}}은 FIG. 8 에 표시됩니다. 나선형 필터는 2.42 및 2.66 GHz에서 약 110 MHz의 3dB 대역폭으로 예리한 공진을 생성합니다.

FIG. 5는 태그와 리더 사이의 거리가 45cm로 설정되었을 때 RFID 리더에서 시뮬레이션 된 수신 신호를 보여줍니다. 태그가없는 곳, 열린 회로로 태그가 종단 된 장소, 단락 회로로 태그가 종결 된 경우의 세 가지 경우를 고려했습니다. 세 가지 경우 모두에 대해 첫 번째와 가장 강한 구성 요소 인 간섭 52 또는 y _ {{c}} (t)가 있습니다. 후방 산란 소자 (54, 56)는 도면의 하부에 도시 된 바와 같이 태그가 사용되는 2 개의 경우에만 존재한다. 후방 산란의 첫 번째 구성 요소는 개방 및 단락 회로의 경우 모두 동일합니다. 개방 회로(Γ_ {{L}} 1)는 전송 라인 (36)의 단부 (36d)가 접지 평면 (38a)으로부터 격리되는 것을 말한다. 단락 (Γ _ {{L}} = - 1)은 끝 부분 (36d)이 접지면 (38a)과 직접 통신하는 대안입니다.

{i}는 라인 36의 최종 조건 인 Γ_ {{L}}에 독립적 인 후방 산란 된 신호의 구조 모드 54를 보여줍니다. 그러나, 후방 산란의 제 2 성분 (56)은 Γ_ {{L}} = ± 1의 효과를 명확하게 보강하고이 성분을 안테나 모드로 식별 할 수있게하는 태그 존재의 2 가지 경우에 대해 180 ° 위상차를 나타낸다. 또한 시뮬레이션 결과에서 사행 전송선으로 인해 y_ {{s}} (t)와 y_ {{a}} (t)를 구분하는 시간 지연이 관찰됩니다.

Γ_ {{L}} 하중을 제외한 모든 조건 (거리, 방향 등)을 일정하게 유지함으로써 안테나 모드로 인한 구성 요소를 추출 할 수 있습니다. 태그가 개방 회로 (Γ _ {{L}} = 1)로 단락되었을 때 판독기에서 수신 된 총 신호를 y_ {{c}} (t) {{L}} = - 1). 이 신호를 빼면 다음을 얻을 수 있습니다.

u (t) = y_ {{oc}} (t) -y_ {{sc}} (t)

구조 모드 (54) 및 수신 된 신호 (50)의 제 1 성분 (52)으로 인한 원치 않는 커플 링, 후방 산란은 모두 감산을 통해 제거되고 정보 운반 성분 만 남는다. {i} (i) a와 (c)는 고속 푸리에 변환을 수행하여 얻은 u (t)의 스펙트럼 내용에 대한 시뮬레이션 결과를 보여줍니다. FIG. 8와 비교해 보면 u (t)가 태그의 서명을 가지고 있음이 분명합니다.

실제로, 태그 서명은 먼저 y_ {{oc}} (t) 또는 y_ {oc}} (t)로부터 태그가없는 수신 신호를 빼서 결합 효과 y_ {{c}} {{sc}} (t) 그런 다음 안테나 모드가 포함 된 부분을 창 밖으로 내밀고 스펙트럼 내용을 얻습니다. FIGS. 9 b 및 9d는 y_ {oc}}의 창 부분의 스펙트럼 내용을 보여줍니다. 이 견적은 또한 태그의 주파수 특성을 나타내지 만, 관찰 된 공진은 FIGS. 9 a 및 9c와 같이 예리하지 않습니다. 이는 y_ {{s}} (t)에 의해 야기 된 간섭의 효과가 u (t) 에서처럼 완전히 제거되지 않기 때문이다. 이 방법을 사용하면, 안테나 모드 (56)가 y_ {{oc}} (t) 또는 y_ {{sc}} (t)로부터 단독으로 추정되기 때문에 캘리브레이션 태그의 필요성이 제거된다.

따라서, 시간 영역 후방 산란의 정보 전달 부분을 윈도우 잉하고 그의 스펙트럼 서명을 얻음으로써, 부스러기 태그의 주파수 서명이 획득 될 수있다. 제안 된 접근법은 적절한 동작을위한 캘리브레이션 태그에 의존하지 않는다.

####EXAMPLE 2A####

FIG. 10는 RFID 시스템 (10 ')을 도시한다. RFID 판독기 (20 ')는 송신기 및 수신기로서 기능하는 단일 안테나 (22')로 구성된다. 태그 (30 ')는 i = 1 인 f_ {{i}}에서 각각 공진하는 N 개의 삽입 된 패치 안테나 (34')로 구성된다. . . 신호 x (t)는 부스러기가없는 RFID 태그를 심문 할 때 사용되는 UWB 임펄스이다. 총 수신 신호 y (t) (안테나 (22 ')로부터 로직 장치 (26')에 의해 수신 됨)는 3 개의 성분,

(t) = y_ {{r}} (t) + y_ {{s}} (t) + y_ {{a}} (t) (1)

가장 크고 첫 번째로 수신 된 구성 요소 y_ {{r}} (t)는 안테나의 반사 손실 프로파일로 인한 송신 펄스 x (t)의 거부입니다. 거부 y _ {{r}} (t)는 방해 신호 52와 유사한 원하지 않는 신호 내용입니다. 과도 신호는 점차적으로 0으로 감소합니다. 이 순간에 안테나는 x (t)를 완전히 전송하고 태그 (30 ')로부터 오는 임의의 후방 산란을 수용한다. 수신 된 두 번째 구성 요소 y_ {{s}} (t)는 후방 산란의 구조 모드입니다. 그 다음에는 수신 된 가장 약한 성분과 마지막 성분 인 후방 산란 y _ {{a}} (t)의 안테나 모드가 뒤 따른다. S_ {{1,1}} (f)를 안테나의 반사 손실 프로파일이라하자. 반사 손실의 정의로부터, 안테나에 입력 된 펄스의 거부 된 부분 y_ {{r}} (t)는 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

$\begin{array}{cc}\begin{array}{c}{y}_r\left(t\right)=s_{1,1}\left(t\right)*x\left(t\right)\\ =F^{-1}\left[S_{1,1}\left(f\right)\times \left(f\right)\right].\end{array}& \left(2\right)\end{array}$

여기서 F ^ {{-1}} (·)는 역 푸리에 변환을 나타낸다. 여기에서 소문자는 시간 영역 신호를 나타내고 대문자는 각 주파수 영역 신호를 나타냅니다. 즉 : X (f) = F [x (t)]. 송수신 안테나 앞쪽에 태그가 있기 때문에 안테나의 원래 반사 손실 S_ {{1.1}} (f)는 약간 변경됩니다. 안테나의 반사 손실은 안테나에서 발생하는 후방 산란에 의해 영향을받으며 부스러기 태그에 의해 전자 기적으로로드 된 것으로 간주됩니다. S_ {{1,1}} ^ {{Loaded}} (f)는 수정되거나 영향을받은 안테나의 반사 손실이라고합시다. S_ {{1,1}} ^ {{로드 됨}} (ƒ)을 사용하면 방정식 (1)을 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다.

$\begin{array}{cc}\begin{array}{c}y\left(t\right)=s_{1,1}^{\mathrm{Loaded}}\left(t\right)*x\left(t\right)\\ =F^{-1}\left[S_{1,1}^{\mathrm{Loaded}}\left(f\right)\times \left(f\right)\right].\end{array}& \left(3\right)\end{array}$

(1), (3), (2)로부터 다음과 같이 y_ {{s}} (t)와 y_ {{a}} (t)에 대한 식을 쓸 수있다.

$\begin{array}{cc}\begin{array}{c}{y}_s\left(t\right)+y_a\left(t\right)=\left[s_{1,1}^{\mathrm{Loaded}}\left(t\right)-s_{1,1}\left(t\right)\right]*x\left(t\right)\mathrm{or}\\ =F^{-1}\left[\left[S_{1,1}^{\mathrm{Loaded}}\left(f\right)-S_{1,1}\left(f\right)\right]\times \left(f\right)\right].\end{array}& \left(4\right)\end{array}${/ s} {100} / s}

현실적인 조건에 가까운 후방 산란 신호를 얻기 위해 FIG. 10에 표시된 전체 시스템이 3D 시뮬레이션 모델 인 Computer Simulation Technology (CST) Microwave Studio에서 제작되었고 전파 전자기 시뮬레이션이 수행되었습니다.

시뮬레이션에 사용 된 UWB 펄스는 6 GHz의 대역폭을 갖는 가우시안 펄스이다. FIG. 11 a는 전송 된 펄스의 모양을 나타내고 {i}는 주파수 스펙트럼을 나타냅니다. 펄스는 2에서 7.3GHz에서 작동하는 동일 평면 원형 모노폴 안테나를 사용하여 전송됩니다.{/ s} {102} / s}

FIG. 12는 태그 (30 ')를 나타낸다. 여기에는 4 개의 삽입 된 마이크로 스트립 패치 안테나 어레이가 포함됩니다. 각 개별 패치 안테나는 별개의 주파수에서 공진합니다. 패치의 크기를 변화시킴으로써, 태그는 독특한 스펙트럼 서명 또는 공진 세트에 의해 특징 지어지는 전달 함수를 갖도록 설계 될 수있다. 이 서명은 정보를 저장하는 데 사용할 수 있습니다. FIG. 12에 표시된 태그는 4.64, 5.16, 5.8 및 6.2GHz에서 각각 공진하는 너비 20, 18, 16 및 15mm를 갖는 4 개의 사각형 패치 안테나 34 '로 구성됩니다. 이 예에서 진폭 스펙트럼은 위상 스펙트럼과 대조적으로 초점입니다. 송신 된 UWB 펄스가 태그와 상호 작용할 때, 태그의 일부는 태그를 구성하는 개별 패치 안테나 (34 ')에 의해 이용되고 그것의 다른 부분은 즉시 반영된다. 초기 반사 y_ {{s}} (t)는 패치의 공진 속성에 관계없이 태그의 금속 구조의 크기와 모양에 의해 발생합니다. 이 초기 후방 산란은 2 차 후방 산란, 안테나 모드 y _ {{a}} (t)이며, 이는 개별적인 공진 주파수에서 개별 패치에 의해 포착 된 신호로 구성됩니다. 이 재 방사 된 신호의 강도는 각 패치의 로딩 조건에 의해 결정됩니다. 이 예는 안테나 모드 후방 산란을 최대화하기위한 개방 회로 로딩 조건을 포함합니다.{/ s} {103} / s}

각 패치 (34 ')의 치수 (L)는 그 공진 주파수를 결정한다. 이 태그는 ε = 2.55이고 두께가 0.5mm 인 Taconic TLX-8의 기판을 포함합니다. FIG. 12는 각 패치 안테나의 S _ {{1,1}} 특성을 차트로 나타냅니다.

FIG. 13는 태그가 안테나로부터 30cm 떨어져있을 때의 전체 수신 신호 y (t)를 보여줍니다. 초기 거부가 사라지면 2.55 ns의 전파 지연 후에 안테나가 태그에서 후방 산란을 포착한다는 것이 분명하게 관찰됩니다. 후방 산란은 더 큰 구성 요소와 과도 현상으로 구성됩니다. 더 큰 구성 요소는 구조적 모드 y_ {{s}} (t)이고 과도 전류는 y_ {{a}} (t)를 구성한다고 생각합니다.

FIG. 14는 FFT (Fast Fourier Transform)를 사용하여 얻은 창 모드 구조 모드 및 창 모드 안테나 모드의 스펙트럼 내용을 보여줍니다. 제기 된 코사인 창은 y_ {{s}} (t)와 y_ {{a}} (t)를 대략 덮기 위해 사용되었습니다. 후방 산란의 더 큰 부분과 첫 번째 부분 인 y_ {{s}} (t)는 전송 된 UWB 펄스의 스펙트럼과 유사한 가우시안 진폭 스펙트럼을 가지며 패치의 공진 주파수에 대한 어떠한 정보도 포함하지 않는다 . 한편, 윈도우 안테나의 스펙트럼 내용은 개별 패치 안테나의 공진 주파수 (4.6, 5.1, 5.7 및 6.1 GHz)를 명확하게 보여줍니다. 그러므로 초기 강한 후방 산란 (y _ {{s}} (t))에 뒤 따르는 과도 현상 (y _ {{a}})은 부스러기의 패치의 공명 주파수 꼬리표. 또한, 공진에 대응하는 피크의 높이는 가우스 진폭 스펙트럼의 윤곽을 따르는 것으로 관찰된다. 이것은 부분적으로는 송신 된 펄스의 진폭 스펙트럼이 FIG. 11 b에서 볼 수 있듯이 Gaussian이기 때문입니다. 안테나 모드는 단순히 공진에 해당하는 신호 만 존재하는 송신 된 신호의 필터링 된 버전으로 구성됩니다. 또한 공진 정보는 태그의 후방 산란을 사용하여 단독으로 얻었으므로 보정 태그를 통해 추가 보정을 요구하지 않았습니다.{/ s} (106) / s} ####EXAMPLE 2B #### ####Experimental Validation####

이 절에서는 실시 예 2A의 시뮬레이션 결과에 대한 실험적 검증을 개략적으로 설명한다.

실험은 무반향 챔버 환경에서 수행되었습니다. 실험은 벡터 네트워크 분석기 (Agilent PNA E8361A)를 사용하여 수행되었으며, 여기서 측정은 주파수 도메인에서 수행되었습니다. 이 측정 된 데이터는 신호 처리 기술을 사용하여 시간 영역으로 변환되었습니다.

심문 신호는 단일 평면 평면 모노폴 안테나를 사용하여 송수신되었습니다. FIG. 16 a는 실험에 사용 된 안테나를 보여줍니다. 안테나는 구리 클래딩 두께가 17 ㎛이고 유전 상수가 2.55 인 0.5 mm 두께의 Taconic TLX-8 기판 물질 상에 제조되었다. 측정 된 반사 손실 및 안테나의 전자장 방사 패턴은 각각 {i} 및 {17b}에 표시됩니다. 안테나는 1.5GHz ~ 5GHz에서 잘 작동합니다. 반사 손실 프로파일은 5GHz 이후에 저하됩니다. 방사 패턴은 낮은 주파수의 경우 무 지향성이며 높은 주파수의 경우 지향성이됩니다. 실험에 사용 된 chipless RFID 태그는 FIG. 16 b에 표시됩니다.

측정은 단일 포트 측정이 벡터 네트워크 분석기로 수행 된 무반향 챔버에서 수행되었습니다. 실험에는 두 단계가 포함되었습니다. 먼저 안테나의 반사 손실 프로파일 S_ {{1,1}} ^ {{부하}}가 측정되어 태그의 존재가 안테나의 반사 손실 프로파일에 영향을 미칩니다. 다음으로 태그가없는 빈 챔버에서 안테나의 무부하 반사 손실 S _ {{1,1}}을 측정했습니다. 이 실험 주파수 영역 측정에 식 (4)를 적용하여 태그로부터의 시간 영역 후방 산란, y_ {{s}} (t) + y_ {{a}} (t)를 얻었다. 제기 된 코사인 창 y_ {{s}} (t)와 y_ {{a}} (t)를 사용하면 예제 2A에서와 같이 창으로 표시됩니다. 이것은 후방 산란 (w)을 w (t)로 곱하는 것을 포함한다 :