专利名称：数据载体器件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及数据载体器件，并且尤其涉及在射频识别标签中有用的无源数据 载体器件(data carrier device)。
背景技术：
如今，有用于存储数据的各种技术可用，取决于这些技术的成本、存储器容量以及 数据存取的方法具有不同范围的应用。与计算机产业相关联的数据存储技术的例子有软 盘、压缩盘以及基于半导体的存储器。制成品及材料的处理也需要某种形式的数据载体器件用于从远处标识或者监视 它们。它们在存储容量方面的要求相当低于计算机产业在存储容量方面的要求。对于物件 标识和监测，两种广泛被使用的方法是印刷光学条形码和磁条。条形码通常被用于在商店 以及超市中标识物品。磁条的应用是信用卡。条形码和磁条流行的主要原因在于它们廉 价。条形码和磁条的缺点在于阅读器必须具有物理接触或者必须离条形码或者磁条非常近 (比如说几个厘米)来读取。如果没有物理接触，则为了正确的可读性，所述码和所述阅读 器之间的空间不应当具有任何障碍物并且恰当地对准。这要求人工操作员的部分的全神贯 注并且因此是不方便的。RFID(射频识别)是用于物件监测以及标识的另一种技术。RFID与所述磁条技 术或者所述条形码技术相比允许更大的可读距离。数据被存储在被称为RFID标签的RFID 系统中，一旦该RFID系统被远程阅读器询问，其返回包含该数据的编码的无线电信号。 RFID标签的不同的实施方式举例来说在下面的申请中被公开美国专利No. 5，574，470、 5，625，341,5, 682，143,5, 995，006,6, 100，804,6, 346，8846，424，263 以及 6，441，740。RFID标签器件可以基于它们是否包含集成的存储器芯片这一标准广义地被划 分。包含存储器芯片的那些RFID标签(例如美国专利No. 5，874，902)与那些无芯片 (chip-less)的标签(例如美国专利No. 6，708，881)相比一般具有更大的存储容量。然而， 基于芯片的标签与无芯片的标签相比具有显著更高的成本。RFID标签也可以基于它们是否包含电池这一标准被划分，在该技术领域中被表示 为有源和无源标签。一般而言，有源标签是如今在市场上最常能买到的标签，如果与无源标 签(例如美国专利No. 6，621，417)相比较，其具有更大的工作距离范围。在RFID标签中所使用的无源无芯片数据载体器件具有显著的优点，即它们是无 源的、成本低并且允许在远距离处的可读性。此外，无电池的标签没有有限的使用期限的问 题以及更换电池的需要。国际申请WO 2006/043876公开了无源无芯片数据载体器件，其包括具有被连接 到不同支路的多个输出端的功率分配器。每个支路包括一组唯一的延时器、移相器以及衰 减器。所述支路的输出端则在功率合成器中被合成。
发明内容
WO 2006/043876的无源无芯片数据载体器件非常适用于给定频率的有限射频输 入信号并且可以在时间域中调制该输入信号以得到对于每个数据载体器件来说为唯一的 调时(time-modulated)输出信号。然而，可以唯一地响应给定的输入或者母信号(mother signal)的不同数据载体器件的数量是高度受限的。因此，现有技术的文档W02006/043876 示教了一大批子信号(child signal)从母信号的生成。每个这样的子信号则可以被用作 到数据载体器件的输入信号。本发明克服了现有技术的布置的这些以及其它缺点。本发明的一般目标是提供无源数据载体器件。本发明的另一个目标是提供可以辐射频率识别标签实现的无源数据载体器件。这些以及其它目标由随附的专利权利要求所定义的发明来达到。简要地说，本发明涉及无源数据载体器件，该器件包括至少一个适用于接收具有 规定时间和频率谱特性的有限持续时间射频(RF)信号的输入端口。所述器件的M个支路具 有被连接到所述输入端口之一的相应的输入端并且包括用于处理所述输入信号的无源RF 元件。至少一个输出端口被连接到所述支路并且接收具有不同于所述输入信号的时间和频 率谱特性的经处理的输出信号。根据本发明，所述M个支路中的每一个包括Rk个带式滤波器(band filter)和Sk 个延时器的组合，k= 1至Μ。数字Rk、Sk是正整数。此外，如果M等于1，则Rk和Sk中的至 少一个大于1并且如果M是大于1的正整数，则Rk、Sk等于或者大于1。所述(一个或者多个)带式滤波器和(一个或者多个)延时器的组合对于所述数 据载体器件中的不同支路是不同的，其中所述支路中的带式滤波器和延迟器的特定选择指 示了所述输入信号在时间和频率域中的调制，从而取得所述经处理的输出信号。因此，所述数据载体器件被实现为RF滤波器和延迟器的组合，产生无源RF电路。 输入或者激励信号进入数据存储电路中的端口并且通过所述数据载体器件的输出端口出 来，产生具有取决于所述滤波器和延迟器的参数的频谱和时间特性的输出信号。所述器件可以通过在所述M个支路的输出端处提供终端(termination)而具有组 合的输入和输出端口。这产生单端口数据载体器件，其中输出信号在输入端口处生成。此 处，所述输出信号的时间和频谱特性由所述延时器、滤波器和所述终端的参数确定。因此， 延迟器、滤波器和终端的不同特性产生来自所述数据载体器件的不同输出信号。如果我们 具有使用滤波器、延时器和终端的特性生成N个不同信号的能力，则所述数据载体器件将 具有Iog2N比特的数据承载量。所述数据载体器件可以被连接到天线系统中的一个或者多个天线以能够接收并 且辐射经处理的信号。当所述数据载体器件与天线连接时，其可以被用作射频识别标签。能 够接收来自所述数据载体器件的输出信号并且将其解析为比特的远程器件则可以被用作 所述RFID标签的阅读器或者询问器。本发明提供下列优点-可以仅使用无源RF部件来实现；-不要求专用的电源或者电池；-提供数据载体器件的无芯片实现；
5
-既在时间域中也在频率域中处理输入信号；以及-可以从单个询问信号生成大量RFID标签地址。在阅读下面对本发明的实施例的说明时将理解本发明所提供的其它优点。
本发明及其另外的目标和优点可以通过结合附图参考下面的说明最佳地被理解， 在附图中图1示出在根据本发明的数据载体器件中有用的支路的实施例；图2示出根据本发明的具有单独的输入和输出端口的数据载体器件的实施例。图3示出根据本发明的具有多个终端以形成组合的输入和输出端口的数据载体 器件的实施例；图4示出根据本发明的具有单个终端以形成组合的输入和输出端口的数据载体 器件的实施例；图5示出被装配有接收和发射天线以在射频识别标签中使用的图3的数据载体器 件；图6示出被装配有多个接收和发射天线以在射频识别标签中使用的数据载体器 件；图7示出与射频识别阅读器通信的根据本发明的射频识别标签；并且图8示出所述数据载体器件的响应将如何通过使用它们在频率和时间域两者中 的能量分配而被解码。
具体实施例方式在全部附图中，相同的参考符号将被用于对应的或者相似的元件。本发明一般涉及无源的、无芯片的数据载体器件，该数据载体器件可以被用在射 频识别(RFID)标签中，用于基于输入信号的接收，为了生成可以被用作RFID标签的唯一的 地址信号的输出信号的目的，生成在时间和频率域中被处理的输出信号。本发明的无源数据载体器件包括适用于接收具有规定时间和频率谱特性的有限 持续时间的射频(RF)输入信号的至少一个输入端口。该器件还包括M个支路，每个支路具 有被连接到所述至少一个输入端口之一的输入端以及被连接到输出端口的输出端，其中该 输出端口可以与输入端口相同或者不同。支路包括用于处理输入信号以在(一个或者多 个)输出端口处形成输出信号的无源RF元件，其中由于该支路处理，该输出信号具有不同 于输入信号的时间和频率谱特性。这意味着本发明的数据载体器件包括能够既在时间域也 在频率域中调制RF信号以生成编码的RF信号的无源RF元件。根据本发明，输入信号是具有规定时间和频率谱特性的有限持续时间的RF信号。 给定(频率)带宽的二进制通断键控波形，例如在导通(ON)时是固定持续时间的正弦波而 在断开(OFF)时是零信号，是有用的RF输入信号的例子。本发明的不同的数据载体器件对 于不同的带宽间隔可能是有用的。因此，一组具有不同时间和频率特性的有限持续时间的 RF信号可能是可用的并且结合不同的载体器件被使用。该RF输入信号可以在本地被生成 或者可以从远程点远程地通过有线连接或者优选地通过天线无线地得到并且对于所述数
6据载体器件该RF输入信号可以便利地被称为激励信号。本发明特别适于结合高频RF信号使用，其中所述RF输入信号具有在GHz范围中 的带宽。但是，本发明不限于这种特定的频率带。本发明示教了数据载体器件包括M个支路，其中支路中的每一个包括Rk个带式滤 波器和Sk个延时器的组合，优选地以Nk个由带式滤波器和延时器对的形式。在特定的实施 例中，分支中每个这样的对对于那个分支是唯一的，因为其包含那个分支的其它对所没有 的带式滤波器和延时器的组合。但是，这意味着分支的另一个对则可以具有相同的带式滤 波器(延时器)然而具有不同的相关联的延时器(带式滤波器)。根据本发明，Rk、Sk、Nk是正整数。此外，如果M等于1，则Rk和Sk中的至少一个大 于1并且如果M是大于1的正整数，则Rk、Sk等于或者大于1。类似地，如果M等于1，则Nk 大于1并且如果M是大于1的正整数，则Nk等于或者大于1。换句话说，数据载体器件可以包括单个支路，但是那个单个支路包括至少两个带式 滤波器和至少一个延时器或者至少一个带式滤波器和至少两个延时器。如果在另一方面该器 件包含至少两个支路，则每个支路可以包含至少一个带式滤波器和延时器的唯一组合，尽管 在优选的实施例中，它们包含不止一个对。本发明还预期了多支路实现中的支路不一定必须 包含相同数量的带式滤波器和延时器。重要的特征反而是Rk个带式滤波器和Sk个延时器的 组合对于M个支路中的不同支路是不同的。由于包括带式滤波器和延时器的这些不同组合， 所得到的经处理的输出RF信号将具有不同于输入信号(激励信号)的时间和频率谱特性。本发明预期了延时器可以从零秒开始，即基本上零延迟，以及以上。图1示出了在所述数据载体的优选实施例中支路130中的功能块及它们的互联电 路。支路130具有输入端131和输出端133。在这些端131、133之间有带式滤波器134和 延时器136构成的对132的组合。给定的支路130中的每个对132优选地是与相同的支路 130中的其它滤波器-延时器对132相比是唯一的。这意味着比较支路130中的两个这样 的对132，它们包含不同的带式滤波器134和/或不同的延时器136。然而，为了提高响应 的锐度(sharpness)，相同的带式滤波器134可以在支路130中出现至少两次。支路kl30包括Nk个由带式滤波器134和延时器136构成的对132的组合，其中k =1至M。数字Nk是等于或者大于1的正整数，优选地大于1的正整数。然而，对于单支路 器件，数字N1Gc = 1)是等于或者大于2的正整数。在那些情况中，M是大于1的正整数，不 同的数字Nk对于不同的k s可以全都相同或者不同。带式滤波器(BF) 134可以是带通滤波器(band pass filter)或者带阻滤波器。在 图中，每个带式滤波器134后面跟着延时器(TD) 136。在可替换的实施例中，每个延时器136 后面跟着带式滤波器134。在可替换的实施例中，支路130不必须包含由带式滤波器134和 延时器136构成的对132，即Rk兴Sk而代替地为Rk > Sk或者Rk < Sk。如图1所示，第k个支路130包括Nk个带式滤波器134和Nk个延时器136。进入 支路130的输入端Pk131的输入高频信号的部分将经历反射(reflection)并且该信号的 剩余部分离开支路130的输出端口 Qk133。端口 Pk131处的反射以及信号通过端口 Qk133的 透射(transmission)是可测量并且可以用它的输入反射系数以及透射系数来表征。熟悉 带式滤波器和延时器领域中的技术人员因此可以理解在端口 Pk131处被反射的信号以及在 端口 Qk133处被透射的信号就其相对于频率和时间的幅度及相位而言的特性将取决于被选择用于设计所述带式滤波器134和延时器136的设计参数。图2示出根据本发明的数据载体器件100的实施例。输入信号进入被连接到功率 分配器120的输入端121的输入端口 A 110。该分配器120借助于M路功率分配将输入信 号划分成M个支路信号。该分配器121从而包括M个输出端123，每个输出端被连接到M个 支路130中的相应的输入端131。每个支路130可以如在图1中所示的那样。支路130的输出端133被连接到功率合成器140的相应的输入端141。因此，来自 M个支路130的输出信号借助于功率合成器140被合成以形成从合成器140的输出端143 被转发到输出端口 B 150的输出信号。在端口 A 110处被反射的信号和在端口 B 150处被透射的信号就它们相对于频率 和时间的幅度及相位而言将取决于被选择用于设计所述带滤波器、延时器、功率合成器以 及功率分配器的设计参数。如正交相移调制(QPSK)中，其中信号的四个不同相位产生= 2比特的比特 容量，使用用于数据载体器件的滤波器和延时器的组合在所述数据载体器件100的端口 B 处生成具有不同信号特性的N个信号的能力产生Iog2N比特的数据承载量。图2示出具有单独的输入端口 A 110和单独的输出端口 B 150的数据载体器件 100。图3和4示出具有起输入和输出端口两种作用的单个端口 A 110的单端口的实施例。在图3中，M个支路130的输出端133被连接到M个终端或者终端负载 (terminator) 160的相应的输入端161。在这种情况下，只有被反射的信号将到达组合的输 入和输出端口 A 110。图3中的分配器120因而将既具有功率分配性质也具有功率合成性 质。合适的这样的分配器/合成器的例子是威尔金森(Wilkinson)分配器/合成器。在图4中，代替地单个终端160通过将功率合成器140的输出端143连接到单个 终端160的输入端161被使用。上文中涉及组合的分配/合成功能的论述加以必要的变更 适用于这个数据载体器件实施例100。终端160可以延时器、能量耗散器、能量吸收器、开路或者短路被实现。因此，在图 3和4中的数据载体器件100的端口 A 110处生成具有不同特性的N个信号的能力可以通 过选择每个支路130中的滤波器、延时器以及终端160或者通过改变每个支路130中的滤 波器、延时器以及终端160的规格来实现。这为数据载体器件100产生Iog2N比特的数据 承载量。图5示出在其中接收和发射天线170被连接到图4所示的数据载体器件100的端 口 A 110的实施例。天线170则捕获来自远程阅读器/询问器的输入或者激励信号。该输 入信号接着由所述载体器件100处理以形成具有与输入信号不同的时间和频率特性的反 射输出信号。这个输出信号随后被天线170发射并且可以被阅读器/询问器接收。图6示出数据载体器件100，其中每个单独的支路130被连接到单独的组合的输入 和输出端口 110并且每个端口 110具有专用的接收和发射天线170。在图5和6两者中，接收到的激励信号经(一个或者多个)天线170进入数据载体 器件100的支路130。另一方面，通过来自远程点的辐射提供天线信号。在这些实施例中， 调节单独的支路参数，诸如滤波器特性、延时器特性和终端以得到来自(一个或者多个)天 线170的N个不同的反射信号的能力暗示了所述器件100具有Iog2N比特的数据承载量。 因此，图5和6表现了一旦数据载体器件100被(一个或者多个)RF信号激励其连同(一
8个或者多个)天线170 —起作为RF标识/认证系统的部分的能力。在图5和6中，(一个或者多个)天线170既已经被用于接收RF输入信号也被用 于发射RF输出信号。但是，本发明可以代替地利用(一个或者多个)专用的接收天线以及 (一个或者多个)专用的输出天线。举例来说，接收天线可以被连接到图3的输入端口 Al 10 并且另一个发射天线则被连接到输出端口 B 150。本发明预期了在上文中被描述并且在附图中被公开的不同实施例的示教可以被 组合以得到本发明的数据载体器件的新的实施例。这样的实施例也被包含在本发明的范围 中。在图7中示出了用于读取被存储RF标签1中的信息的RF标识/认证系统，该RF 标签1包括被连接到本发明的数据载体器件/系统100的至少一个天线170或者天线系统。 图7仅示出实体之间的功能关系，而不是任何物理连接和/或物理关系。图7中的系统包 括具有能够向所述RF标签系统1发送电磁辐射的发射天线15的无线RF发射机10。具有 连接的接收天线25的接收机20能够检测来自RF标签系统1的辐射。发射机10和接收机 20以及它们的天线15、25可以被装载在单个阅读器/询问器装置中，在图2中用参考标号 2示意性地表示。所述RF标签1毫无疑问可以包括不止一个根据本发明的无源数据载体器件100。 在这样的情况下，每个数据载体器件100优选地具有专用天线或者天线系统170。由于既在频率域也在时间域中的调制，本发明具有对于具有给定的持续时间和带 宽的单个输入信号生成大量不同的输出信号的能力。因此，单个输入信号可以被用作对于 大量不同的RFID标签的询问信号，每个所述RFID标签包括本发明的数据载体器件但是具 有不同的带能滤波器和延时器组合。作为例子，假定图5所示的RFID标签设计。另外假定我们有五个不同的带阻滤波 器BFi和五个不同的延时器TDi, i = 1至5，可供用于RFID标签的数据载体器件中。还假 定每个器件包括三个支路(M= 3)并且每个支路包括三个从五个带阻滤波器和五个延时器 的组中选择的滤波器和延时器对(Nk = 3，k = 1至3)。如果每个滤波器-延时器对是唯一的，则有带阻滤波器和延时器的3600个不同 组合可以被用于第一支路。如果相同的组合不能被用于第二和第三支路，则我们具有3599 个组合用于第二支路以及3598个组合用于第三支路。总之，假定单个输入信号具有覆盖所 述五个带阻滤波器的截止频率的带宽，我们具有生成大约4. 6X IOltl个不同的输出信号的 潜力。因此，我们具有通过利用五个滤波器和五个延时器的不同组合从单个输入信号取得 4. 6 X IO10个不同的标签地址的潜力。根据本发明的数据载体器件的响应是将使用所述响应的幅度在频率和时间域两 者中的分布而被解码的信号。图8A和8B示出了从频率-时间的角度来自两个不同的数据 载体器件的两个这样的响应的例子。如可以从图中看到的那样，不同时间处的频率在这些 信号之间是不同的并且这种不同可以是分类或者解码不同数据的基础。因此，响应的不同 的这样的频率_时间_幅度关系可以被解析为在数据载体器件中被编码的不同的码。如正 交相移调制(QPSK)中，其中信号的四个不同相位产生log24 = 2比特的比特量，利用数据 载体器件的不同的频率-时间-幅度关系有条理地(methodically)生成具有N个不同的 信号的能力产生lo&N比特的数据承载量。
熟悉本领域的技术人员将理解到可以对本发明进行各种改动和变化而不背离其 范围，本发明的范围由随附的权利要求定义。
权利要求
一种无源数据载体器件(100)，其包括至少一个输入端口(110)，所述输入端口(110)适用于接收具有规定时间和频率谱特性的有限持续时间射频输入信号；M个支路(130)，每个所述支路(130)具有连接到所述至少一个输入端口(110)中的输入端口(110)的输入端(131)并且包括用于处理所述输入信号的无源射频元件；以及至少一个输出端口(150)，每个所述输出端口(150)被连接到所述M个支路(130)中的支路(130)，其特征在于所述M个支路(130)中的每一个包括Rk个带式滤波器(134)和Sk个延时器(136)的组合，k＝1至M，其中Rk、Sk是正整数并且如果M等于1，则至少一个Rk、Sk大于1而如果M是大于1的正整数，则Rk、Sk等于或者大于1；所述Rk个带式滤波器(134)和Sk个延时器(136)的组合对于所述M个支路(130)中的不同支路(130)是不同的；并且在所述至少一个输出端口(150)处的经处理的输出信号具有不同于所述输入信号的时间和频率谱特性。
2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述M个支路(130)中的每一个包括Nk 个由带式滤波器(134)和延时器(136)构成的对(132)的组合，k = 1至M，其中如果M等 于1，则Nk是大于1的正整数并且如果M是大于1的正整数，则Nk是等于或者大于1的正 整数。
3.根据权利要求1或者2所述的器件，其特征在于，M是大于1的正整数。
4.根据权利要求3所述的器件，其特征在于功率分配器(120)，所述功率分配器(120) 具有被连接到所述至少一个输入端口(110)的输入端(121)并且具有M个输出端(123)，其 中每个输出端(123)被连接到所述M个支路(130)中的相应的支路(130)的输入端(131)。
5.根据权利要求3或者4所述的器件，其特征在于功率合成器(140)，所述功率合成器 (140)具有M个输入端(141)以及被连接到所述至少一个输出端口(150)的输出端(143)， 其中每个输入端(141)被连接到所述M个支路(130)中的相应的支路(130)的输出端 (133)。
6.根据权利要求3或者4所述的器件，其特征在于功率合成器(140)，所述功率合成器(140)具有M个输入端(141)以及被连接到终端(160)的输出端(143)，其中每个输入端(141)被连接到所述M个支路(130)中的相应的支路(130)的输出端(133)。
7.根据权利要求3或者4所述的器件，其特征在于M个终端(160)，其中每个终端(160) 被连接到所述M个支路(130)中的相应的支路(130)的输出端(133)。
8.根据权利要求6或者7所述的器件，其特征在于，从由下列各项构成的集合中选择所 述终端(160)能量耗散器； 能量吸收器； 开路；以及 短路。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的器件，其特征在于，Rk、Sk是大于1的正整数。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的器件，其特征在于，从由下列各项构成的集合中选择所述带式滤波器(134) 带通滤波器；以及 带阻滤波器。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的器件，其特征在于，所述输入端口(110)是 组合的输入和输出端口。
12.—种射频识别标签(1)，其特征在于根据权利要求1至11中任意一项所述的至少一个无源数据载体器件(100)；以及 被连接到所述至少一个无源数据载体器件(100)的至少一个天线(170)。
13.根据权利要求12所述的识别标签，其特征在于，所述至少一个天线(170)中的每个 天线(170)被连接到所述至少一个无源数据载体器件(100)的相应的组合的输入和输出端
14.根据权利要求12所述的识别标签，其特征在于，所述至少一个天线(170)是天线系 统，该天线系统包括至少一个接收天线(170)，其中每个接收天线(170)被连接到所述至少一个无源数据 载体器件(100)的相应的输入端口(110)；以及至少一个发射天线(170)，其中每个发射天线(170)被连接到所述至少一个无源数据 载体器件(100)的相应的输出端口(150)。
全文摘要
无源数据载体器件(100)包括用于接收具有规定时间和频率谱特性的有限持续时间射频输入信号的输入端口(110)。所述数据载体器件(100)包括至少一个支路(130)，该支路(130)具有无源RF元件的组合，诸如带式滤波器(134)和延时器(136)，可选地具有功率分配器(120)和合成器(140)。所述输入信号由所述器件(100)处理以形成具有不同于所述输入信号的时间和频率谱特性的输出信号。所述数据载体器件(100)在RF识别系统中具有潜在的应用。
文档编号G01S13/75GK101939758SQ200780102307
公开日2011年1月5日 申请日期2007年12月5日 优先权日2007年12月5日
发明者D·G·库鲁普 申请人:韦夫逻辑公司