(57)【要約】変調された後方散乱のために構成された無線周波数識別タグアンテナと共に使用するための整合回路であって、その回路は、検出器ダイオードおよびアンテナに接続されたスタブ回路を含む、所定の周波数に整合するような大きさにされ、形成される。このスタブ回路はまた、アンテナに接続するように設計され、これにより生じた位相は、入力において観測された位相から好ましくは１８０°その出力において観測される。さらに、スタブ回路はアンテナとして実行するように構成され、それにより全体の回路の回路を増加させ、効率および性能を最大化する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナおよび第２の端子に接続された第１の端子を有するダイオード検出回路と、
該ダイオード検出回路の該第２の端子に接続されたスタブ回路であって、該スタブ回路は、該ダイオード検出回路の性能を最大化するために、該アンテナと結合して該ダイオード検出回路のインピーダンスに整合するように構成された、スタブ回路と
を含む、ダイオード整合アンテナ回路。
【請求項２】
前記スタブ回路は、前記ダイオード検出回路の前記第１の端子における入力信号に対して、該ダイオード検出回路の前記第２の端子における出力信号を位相シフトさせるように構成される、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記位相シフトは、呼掛け器において検出された場合、約１８０°である、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記スタブ回路は、前記ダイオード検出回路および前記アンテナと結合したアンテナとして機能するように構成される、請求項２に記載の回路。
【請求項５】
前記回路において寄生容量および寄生抵抗によって供給されたフィルタ容量および負荷抵抗値を含む、請求項２に記載の回路。
【請求項６】
前記ダイオード検出回路におけるダイオードに順方向バイアスを印加し、呼掛け器に向かって反射された出力信号の位相シフトを生成するように構成された制御されたモジュラーを含む、請求項２に記載の回路。
【請求項７】
前記スタブ回路は、導電材料の長さを含む、請求項２に記載の回路。
【請求項８】
前記ダイオード検出回路は、前記アンテナに接続されたアノードおよび前記スタブ回路に接続されたカソードを有する、請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記ダイオード検出回路は、第２の検出ダイオードを含む、請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
前記第２の検出ダイオードは、共通グランドに接続されたアノードおよび前記アンテナに接続されたカソードを有する、請求項９に記載の回路。
【請求項１１】
前記第１の検出ダイオードと前記アンテナとの間に接続されたさらなるダイオードをさらに含む、請求項９に記載の回路。
【請求項１２】
無線周波数識別信号を処理するための回路と、
該処理回路に接続され、変調された後方散乱のために構成されたアンテナ回路と、
アンテナおよび第２の端子に接続された第１の端子を有する検出器回路と、
該検出器回路の該第２の端子に接続されたスタブ回路であって、該スタブ回路は、該検出器回路の性能を最大化するように、該アンテナと結合した該検出回路のインピーダンスを整合させるために構成された、スタブ回路と
を含む、無線周波数識別タグ。
【請求項１３】
前記スタブ回路は、前記検出回路の前記第１の端子における入力信号に対して、該検出回路の該第２の端子における出力信号を位相シフトさせるように構成される、請求項１２に記載の回路。
【請求項１４】
前記位相シフトは呼掛け器として検出された場合、約１８０°である、請求項１３に記載の回路。
【請求項１５】
前記検出回路はダイオード検出回路を含み、前記スタブ回路は、前記ダイオード回路およびアンテナと結合して該アンテナとして機能するように構成される、請求項１３に記載の回路。
【請求項１６】
前記スタブ回路は、導電材料の長さを含む、請求項１３に記載の回路。
【請求項１７】
前記検出回路は、前記アンテナに接続されたアノードおよび前記スタブ回路に接続されたカソードを有する検出ダイオードを含む、請求項１６に記載の回路。
【請求項１８】
前記検出回路は、第２の検出ダイオードを含む、請求項１７に記載の回路。
【請求項１９】
前記第２の検出ダイオードは、共通グランドに接続されたアノードおよび前記アンテナに接続されたカソードを有する、請求項１８に記載の回路。
【請求項２０】
前記第１の検出ダイオードおよび前記アンテナとの間に接続されたさらなるダイオードをさらに含む、請求項１８に記載の回路。
【請求項２１】
受信無線周波数信号を送信するように構成されたトランシーバと、
無線周波数識別信号を処理するための回路と、
該処理回路に接続され、変調された後方散乱のために構成されたアンテナ回路と、
を含む、少なくとも１つの無線周波数識別タグと
を含み、該アンテナ回路は、
アンテナおよび第２の端子に接続された第１の端子を有するダイオード検出回路と、
該ダイオード検出回路の該第２の端子に接続されたスタブ回路であって、該スタブ回路は、該ダイオード検出回路の性能を最大化するために、該アンテナと結合して該ダイオード検出回路のインピーダンスに整合するように構成された、スタブ回路とを含む、無線周波数識別タグシステム。
【請求項２２】
前記スタブ回路は、前記ダイオード検出回路の前記第１の端子における入力信号に対して、該検出回路の該第２の端子における出力信号を位相シフトさせるように構成される、請求項２１に記載の回路。
【請求項２３】
前記位相シフトは約１８０°である、請求項２２に記載の回路。
【請求項２４】
前記スタブ回路は、前記ダイオード検出回路および前記アンテナと結合したアンテナとして機能するように構成される、請求項２２に記載の回路。
【請求項２５】
前記スタブ回路は、導電材料の長さを含む、請求項２２に記載の回路。
【請求項２６】
前記ダイオード検出回路は、前記アンテナに接続されたアノードおよび前記スタブ回路に接続されたカソードを有する、請求項２５に記載の回路。
【請求項２７】
前記ダイオード検出回路は、第２の検出ダイオードを含む、請求項２６に記載の回路。
【請求項２８】
前記第２の検出ダイオードは、共通グランドに接続されたアノードおよび前記アンテナに接続されたカソードを有する、請求項２７に記載の回路。
【請求項２９】
前記第１の検出ダイオードと前記アンテナとの間に接続されたさらなるダイオードをさらに含む、請求項２７に記載の回路。
【請求項３０】
無線周波数識別信号を検出するための手段であって、該検出手段は、互いに接続されたアンテナ手段およびダイオード手段を含む検出手段と、
該ダイオード手段の性能を最大化するために、該アンテナ手段と結合した該ダイオード手段のインピーダンスを整合させるスタブ回路手段と
を含む、無線周波数識別タグのための変調された後方散乱アンテナ回路。
【請求項３１】
無線周波数信号を処理するための手段と、
変調された後方散乱のために構成された該処理手段に接続された無線周波数信号検出手段と、
無線周波数識別信号を検出するための手段であって、該検出手段は互いに接続されたアンテナ手段とダイオード手段とを含む検出手段と
該ダイオード手段の性能を最大化するために、該アンテナ手段と結合した該ダイオード手段のインピーダンスを整合させるスタブ回路手段と
を含む、無線周波数識別タグ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明はアンテナ回路に関し、より詳細には、無線周波数識別システムにおいて使用するために特に適応された変調された後方散乱ダイオードアンテナ結合のためのインピーダンス整合回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
遠隔通信を利用するワイヤレス設備は、典型的には、多くの産業で使用された無線周波数（ＲＦ）技術に依存する。ＲＦ技術の１つの用途は、動物、目録、および車両等のオブジェクトの位置決定、識別、およびトラッキングである。
【０００３】
遠隔物体のモニタリングを容易にするＲＦ識別（ＲＦＩＤ）タグシステムが開発されてきた。図１に示されるように、基本的なＲＦＩＤシステム１０は、３つのコンポーネント（アンテナ１２、デコーダを有するトランシーバ１４、トランスポンダ自体アンテナ２４を有するトランスポンダ１６（通常ＲＦタグと呼ばれる））からなる。動作の際、アンテナ１２は、タグ１６を活性化するためにトランシーバ１４によって生成された電波信号を放出する。タグ１６が活性化された場合、データはタグから読み出されるか、またはタグに書き込まれ得る。
【０００４】
いくつかの用途では、アンテナ１２は、ハンドヘルドまたは固定実装デバイスのいずれかで構成され得る呼掛け器（またはリーダ）１８となるようにトランシーバおよびデコーダ１４のコンポーネントである。呼掛け器１８は、そのパワー出力および使用された無線周波数に依存して、１インチ〜１００フィート以上の範囲で無線信号２０を放出する。ＲＦタグ１６が電波２０を通過する場合、タグ１６は信号２０を検出し、タグ１６が活性化される。次いでタグ１６で符号化されたデータは、タグ１６のアンテナ２４を介して変調されたデータ信号２２を反射することによって、以後の処理のために呼掛け器１８に伝達される。
【０００５】
ＲＦＩＤシステムの利点は、技術の非接触、非見通し外（ｎｏｎ−ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｔｅ）能力である。タグは、雪、霧、氷、ペイント、埃、および他の視覚的かつ環境的挑戦条件等の種々の物質を介して読み出され得る。この条件では、バーコードまたは他の光読み出し技術が実用的ではない。ＲＦタグはまた、１００ミリ秒未満で応答するほとんどの場合では、著しい速度で読み出され得る。
【０００６】
ＲＦＩＤタグの３つの主要なカテゴリがある。ビームパワー受動タグ、バッテリパワー半受動タグ、能動タグがある。基本的に異なる方式でそれぞれのタグが動作する。
【０００７】
しばしば、ビームパワーＲＦＩＤタグは、受動デバイスと呼ばれる。なぜなら、ビームパワーＲＦＩＤタグは、そのタグにビーム出射された無線周波数エネルギーからその動作のために必要とされたエネルギーを導き出すためである。このタグは電場を調整し、タグ自体の反射特性を動的に変化させることにより、呼掛け器で観測された反射率の変化を生成する。バッテリパワー半受動ＲＦＩＤタグは同様な態様で動作し、通信リンクを発達させるために、デルタを呼掛け器に反射させるためにそのＲＦ断面積を調整する。ここで、このバッテリは、タグの動作パワーのソースである。最終的に、能動ＲＦＩＤタグでは、トランスミッタがバッテリによってパワー供給されたトランスミッタ自体の無線周波数エネルギーを生成するために使用される。
【０００８】
従来のＲＦタグシステムは、タグ１６から呼掛け器１８にデータを通信するために持続波後方散乱計を利用する。より詳細には、呼掛け器１８は、持続波無線信号をタグ１６に伝達し、そのタグは、変調された後方散乱を用いて信号２０を変調し、アンテナ２４の電気特性は、呼掛け器１８に戻る変調された信号２２を反射するタグ１６からの情報を用いてエンコードされる。次いで、呼掛け器１８は、変調された信号２２を復調し、その情報を符号化する。
【０００９】
従来の持続波後方散乱ＲＦタグシステムは、受動（バッテリなし）ＲＦタグの利用が、信号を呼掛け器１８戻すように調整するために使用されたタグ１６内の内部回路を出力するために、信号２０からの適切なパワーを必要とする。信号２０からのこのエネルギーの効率的な収集はシステム性能を最大化するために必要である。所望の周波数でアンテナ回路コンポーネントのインピーダンスのマッチング整合は効率を最適化するための１つの方法である。しかし、ＲＦＩＤタグシステムの大きさおよび性能は、既存のインピーダンス整合設計を実現不可能にする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の要旨）
本発明の開示された実施形態は、アンテナに接続された第１の端子および第２の端子を有するダイオード検出器回路ならびにダイオード検出回路の第２の端子に接続されたスタブ回路（ダイオード検出回路の性能を最大化するためのアンテナを組み合わせたダイオード検出器回路のインピーダンスと整合するために構造化される）を含むダイオード整合アンテナ回路に関する。
【００１１】
本発明の別の局面によると、処理回路に結合され、変調された後方散乱から構成されたアンテナ回路と結合した無線周波数識別信号を処理するための回路を含む無線周波数識別タグが提供される。このアンテナ回路は、アンテナおよびスタブ回路に接続されたダイオード検出回路を有し、スタブ回路は、ダイオード検出回路の性能を最大化するためにアンテナと結合したダイオード検出回路のインピーダンスと整合するように構成される。
【００１２】
本発明の別の局面に従って、スタブ回路は、入力信号に関係する出力信号を位相シフトさせるように構成される。理想的には、この位相シフトは、呼掛け器において検出された場合、約１８０°である。
【００１３】
本発明の別の局面によると、スタブ回路は、ダイオード検出回路および第１のアンテナと結合したアンテナとして機能する単一の導電体として構成される。ダイオード整合アンテナ回路の集積された形態では、スタブ回路は、メタライゼーションの所定の長さおよび幅を含む。
【００１４】
上記から容易に理解されるように、開示された本発明の実施形態は、向上された性能（より大きい伝送範囲等）を達成するために受信された信号からより大きい供給電圧を抽出する受動ＲＦタグシステムにアンテナインピーダンス整合を提供する。通信距離のこの増大は、このようなタグのサイズおよびコストを増加させることなく、受動ＲＦタグの、より広範囲な用途（より大きな倉庫、戦場の兵器、および動物における目録のトラッキングおよび識別）のための使用を可能にする。
【００１５】
本発明の上述の目的、特徴、および利点が、添付図面と共に特定の実施形態の以下の非限定的な説明において詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（発明の詳細な説明）
図２を参照すると、タグアンテナ２８に関連付けられた受動リモートＲＦＩＤタグのためのパワー部２６の回路図が示される。このパワー部２６は、公知のように識別回路（図示せず）にパワーを供給するために構成される。受動ＲＦＩＤタグシステムと共に共通して使用されたこのアンテナは、好ましくは、変調された後方散乱のために構成される。
【００１７】
パワー部２６は、共通のグランド３２とアンテナ２８との間に接続された第１の検出器ダイオード３０を含む。より詳細には、第１の検出器ダイオード３０のアノードが共通のグランド３２に接続され、そのカソードは第１のノードａにおいてアンテナ２８に接続される。第２の検出器ダイオード３４は、ノードａを介してアンテナ２８に接続されたアノードおよびノードｂに接続されたカソードを有する。グランド３２は、制御された変調、ならびにダイオードに順方向バイアスを印加して、呼掛け器において再反射された信号の位相シフトを生成するために使用された、この点における電圧と置換され得る。
【００１８】
フィルタキャパシタ３６および負荷抵抗器３８は、ノードｂと共通のグランド３２との間で並列に接続され得ることにより、第１および第２の検出器ダイオード３０、３４と結合してノードｂから得られた出力を有する半波パワー供給を形成する。このキャパシタ３６および抵抗器３８は、回路の他の部分の寄生容量または寄生抵抗によって部分的または完全に置換され得る。
【００１９】
図２に示された実施形態では、ノードｂに接続された一端を有するスタブ回路４０が設けられる。このスタブ回路４０は、集積回路内のメタライゼーションの小さいトレース等の導電材料から形成される。その材料の長さは、アンテナ２８および第２のダイオード３４によって形成された結合の特定のインピーダンス（誘導性または容量性）に整合するように選択される。
【００２０】
この構成では、検出器は、インピーダンスが負荷に整合される場合、回路内の最大感度状態にある。この最大感度は、回路の効率を向上させ、その結果改善された検出器機能およびより多くのパワーを生じる。従って、スタブ回路４０の正確な長さおよび形状によるアンテナインピーダンスの整合は、ダイオード（特に第２の検出器ダイオード３４）が最適な効率付近で動作することを可能にする。
【００２１】
本発明の代替の実施形態は、スタブ回路４０を直接アンテナ２８に接続させることを含むか、またはスタブ回路４０が単一のダイオード構成または共通の倍電圧器の組み合わせで使用され得る。さらに、第２の検出器ダイオード３４は、アンテナ２８から除去された１つまたは２つのダイオードであってもよい。このスタブ回路４０はまた、開いた回路であってもよいし、ショートされてもよい。
【００２２】
スタブ回路４０の接続はまた、ノードａにおける電圧信号とノードｂにおける電圧信号との間の位相シフトを達成するように設計される。これは、図３にグラフィカルに示される。この条件では、第２の検出器ダイオード３４は、任意の特定の時間においてその接合部にわたって置かれた最大電圧を有する。影響された電圧におけるこのより大きなデルタは、ノードｂから得られた出力においてより大きな検出された電圧を生じる。
【００２３】
アンテナ２８に関連付けられたインピーダンスと整合することに加えて、スタブ回路４０はまた、アンテナとして作用し得る。ノードｂにおけるこの信号位相は、スタブ回路４０の設計および配置によって決定される。ノードｂにおける信号位相がノードａ（図３に示されるように）における信号と１８０度位相がずれるように、スタブ回路４０が常駐マイクロ波の領域に接続される場合、第２の検出器ダイオード３４は増加された影響された瞬間電圧を有する。図２で上述されたように、この増加された影響された電圧は、全体の回路の感度を向上させる。
【００２４】
（開示）
従って、本発明の開示された実施形態は、向上された供給電圧を受動ＲＦタグに提供して、１つ以上の呼掛けユニットのより大きい通信距離を達成する。この受信されたエネルギー信号は、呼掛けユニットから送信されてもよいし、エネルギーが既存のソース（無線局付近等）から抽出されてもよし、太陽光であってもよい。これにより、ＲＦタグのサイズおよびコストを最小値に維持する一方で、その範囲および有用性が増加する。
【００２５】
上記から、本発明の特定の実施形態が例示の目的のために本明細書中で説明されてきたが、種々の改変が本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。従って、本発明は、添付された特許請求の範囲およびその均等物を除いて限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、既存のＲＦタグシステムの図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従って形成されたダイオード整合アンテナ回路の図である。
【図３】図３は、図２の回路のノードａおよびｂにおいて存在する信号の整流されていない一般化された波形表現を示す。
【図１】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2004526359.tif 000011
2004526359.tif 000012
2004526359.tif 000013
2004526359.tif 000014
2004526359.tif 000015
2004526359.tif 000016
2004526359.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004526359.tif 000018
【国際調査報告】
2004526359.tif 000019
2004526359.tif 000020