[发明专利]适用于RFID读取器的阵列天线系统和算法

说明书

技术领域

本专利申请要求于2008年1月30日提交的美国临时专利申请No.61/062,998的权利，其全部内容，包括任何图形、表或图样，通过参考引入于此。

背景技术

由于潜在的超低成本和基本上无限的保存期限，无电池标签是用于一大类重要RFID应用的重要部件。当RFID库存(inventory)跟踪方案要求库存控制系统范围内的每个箱子或产品被加上标签时(这是零售配销应用中的典型情况)，电池供电标签一般被认为是成本高昂的，无电池标签最经常是唯一可行的选择。当涉及加标签产品的长期存储时，例如在用RFID技术管理的物理记录档案中，电池的有限保存期限是使用无电池标签的另外的强大促进因素。

尽管近年来在无电池RFID标签技术上取得了重大进步，但该技术的采用已大大落后于对RFID技术的最初预期。无电池RFID技术的更广泛采用和利用的重大障碍在于，当标签位于包含或包括与RF传播强烈相互作用的材料的产品之上或附近时仍然频繁经历欠佳性能。所述材料包括反射、折射或衰减入射到其上或通过其的RF能量的金属、电介质和有损耗电介质。罐、箔、液体、凝胶、致密粉末、农产品、肉类和乳制品只是可以严重削弱读取器与标签之间的RF耦合的众多产品中的少数几个示例。

从RFID读取器到无电池RFID标签的信号传播的严重衰减特别成问题。运行无电池RFID标签所需的RF电磁场强度大大高于与具有例如电池的独立电源的电子接收器通信所需的强度。由电池或其它电源供电的有源电子电路实际上可以对极其微弱的信号进行检测、解码等处理。然而，无电池RFID标签在从由读取器或另一外部源提供的RF电磁场吸取足够能量之前都不能运转所述电子电路。为电子电路提供运转功率所需的入射RF场水平远高于与已供电电路通信所需的。在出现不利RF传播特征的材料配置的情况下，实现必要的入射RF场强而同时仍然满足对辐射RF功率水平的规定限制所频繁遇到的困难是当前阻碍无电池RFID技术的更广泛采用的重大技术障碍。

在天线阵列的当前应用中，通常存在仅一个或两个已利用的自由度，其对应于远场辐射图样的仰角和方位角。在相对少见的应用中，可以形成多个波束，或者辐射可以被聚焦于有限的距离而非无限，而远场图样基本上“聚焦于无限”。然而，甚至在这样的相对奇异的应用中，所利用的自由度也远少于各个天线单元独立控制时固有可用的总自由度。

阵列技术的当前应用的特征在于以下中的一个或更多：

-介质是同质的，例如自由空间，或者足够接近同质，从而，对于阵列的控制来说假设介质同质；

-介质与同质介质相差一个恒定的已知因数，例如保护性天线屏蔽器(与阵列相互作用的支持结构)、地平面或近似地平面、或充满不同的同质或近似同质介质的邻近半空间；

-介质足够异质以至于以可能不利的方式影响传播，例如由包含墙、树或其它结构的环境示出的那样，但除了可能的例如指向方向的其角度灵敏度上的调整外，天线系统不对该周围材料的特定配置作出任何专门的调整；

-阵列作出调整来缓解例如多径的不利传播特征的效应，但需要有从预期聚焦点发出的信号来调整所述阵列设置，如“rake接收机”的情况那样；

-阵列作出调整使得对发自未知位置的信号的响应达到峰值，但需要有从该位置发出并且特定于该位置的信号(在某些方面不同于从其它位置发出的类似信号)以便调整所述阵列设置，如将阵列调整为具有自带电源的发射机应答器或调制器的情况那样；

-阵列作出调整来消除多余信号，在该情况下，在阵列天线图样中当然存在从预期零点位置或方向发出的信号。

发明内容

本发明的实施例涉及使用天线阵列、阵列控制器和控制算法的射频识别(RFID)方法和系统。本发明的实施例可以在任意异质介质内的任意点处对于给定的辐射RF功率水平感生强的射频(RF)激励。对于RFID应用，一个典型异质介质是集装架上的箱子群组。另一典型介质是存储了货物加上出现了棚架和其它材料的仓库环境。本发明的一个实施例适用于读取无电池或“无源”RFID标签的过程，其中，所述过程依赖于由RFID读取器建立的入射RF电磁场来为所述标签内的电子电路供电。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的天线阵列连同位于箱子群组内的RFID标签的代表物的高级示意图。

图2示出了根据本发明的实施例的用移相器和90°混合耦合器的网络控制的两单元阵列。

图3示出了对每个阵列单元使用固定1:N功率分配器和两态(0°/180°)移相器的本发明的实施例。