(57)【要約】ＲＦトランスポンダに送信した信号間の位相差に基づきＲＦトランスポンダの位置を突き止めることができる方法とシステムである。本方法は、第１のトランスポンダから第２のトランスポンダへ、第１と第２の周波数の第１と第２の信号を送信する。前記第２信号は、前記第１信号と比較し、そして前記第１と第２のトランスポンダ間の距離は、前記第１および第２の信号間の位相差に基づき判定する。１実施形態においては、前記第１トランスポンダはインターロゲータであり、前記第２トランスポンダはＲＦタグであり、前記ＲＦタグは、前記２つの信号間の前記位相差を判定する。別の実施形態においては、前記第１および第２のトランスポンダは、それぞれインターロゲータとＲＦタグであるが、前記インターロゲータは、前記２つの信号間の位相差を、それら２つの信号が前記インターロゲータに反射し戻された後に判定する。また、本方法は、前記インターロゲータの２つの異なった場所から前記ＲＦタグへの距離を測定することにより、ＲＦタグの位置（距離および方向）を判定することができる。１実施形態においては、前記２つの距離は、前記インターロゲータの２つの離間したアンテナから測定する。別の実施形態では、前記インターロゲータは、１つの既知の場所から別の既知の場所へと移動させる。両方の既知の場所からの距離測定により、ＲＦタグの場所を、簡単な幾何学で判定することができる。
2004507714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波通信の方法であって、
第１の周波数の第１の信号を第１のトランスポンダから第２のトランスポンダへ送信するステップと、
前記第１信号に位相ロックして基準信号を生成するステップと、
第２の周波数の第２の信号を前記第１トランスポンダから前記第２トランスポンダへ送信するステップと、
前記第２信号を前記基準信号と比較するステップと、
前記第２信号と前記基準信号との間の位相差に基づき前記第１トランスポンダと前記第２トランスポンダとの間の距離を判定するステップと、
から成る無線周波通信方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記第１トランスポンダはインターロゲータであり、前記第２トランスポンダはＲＦタグであること、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、さらに、
無線周波数のインターロゲーション信号を前記インターロゲータから受信するステップと、
前記インターロゲーション信号を情報コードにしたがって変調することによって、応答信号を発生するステップと、
前記ＲＦタグからの前記応答信号を前記インターロゲータに送信するステップと、
を含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記の比較するステップは、前記基準信号を前記第２信号と混合して混合信号を得ることを含み、前記判定するステップは、前記混合信号にどれほど多くのヌルまたはピークがあるかを判定することを含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記の混合信号にどれほど多くのヌルまたはピークがあるかを判定するステップは、前記第２トランスポンダにおいて実行し、前記の第１トランスポンダと第２トランスポンダとの間の距離を判定するステップは、前記混合信号にどれほど多くのヌルまたはピークがあるかの指示を前記第１トランスポンダに送信することと、前記指示並びに前記第１周波数および第２周波数とから前記距離を判定することとを含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、判定した前記距離は、第１の距離であり、前記第１信号および第２信号は、前記第１トランスポンダの第１のアンテナを介して送信し、前記第１トランスポンダは前記第１アンテナとは離間された第２のアンテナを有し、前記方法が、さらに、
前記第１トランスポンダの前記第２アンテナと前記第２トランスポンダとの間の第２の距離を、前記第２アンテナを介して送信した前記信号間の位相差の基づき判定するステップと、
前記第１トランスポンダから前記第２トランスポンダへの方向を、前記第１距離および第２距離と、前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間の距離とに基づき判定するステップと、
を含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記基準信号は、第１の基準信号であり、前記第１信号および第２信号は、前記第１トランスポンダの第１のアンテナを介して送信し、前記方法が、さらに、
前記第１周波数の第３の信号を、前記第１トランスポンダの第２のアンテナから前記第２トランスポンダへ送信するステップと、
前記第３信号に位相ロックして、第２の基準信号を生成するステップと、
前記第２周波数の第４の信号を、前記第１トランスポンダの前記第２アンテナから前記第２トランスポンダへ送信するステップと、
前記第４信号を前記第２基準信号と比較するステップと、
前記第１トランスポンダの前記第２アンテナと前記第２トランスポンダとの間の距離を、前記第４信号と前記第２基準信号との間の位相差に基づき判定するステップと、
前記第２トランスポンダの場所を、前記の判定した距離に基づき判定するステップと、
を含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記第２信号は、複数の周波数において複数の周波数部分を含む周波数変調された信号であること、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、
前記の第２信号を送信するステップは、複数の周波数部分を各々異なった周波数で送信することを含み、
前記の比較するステップは、前記周波数部分の各々を前記基準信号と混合することによって複数の混合信号を発生することにより、前記周波数部分の各々を前記基準信号と比較することを含み、
前記の距離を判定するステップは、前記混合信号の各々におけるヌルまたはピークをカウントすることを含むこと、
を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項１０】
無線周波通信の方法であって、
第１の周波数の第１の信号を第１のトランスポンダから第２のトランスポンダへ送信するステップと、
第２の周波数の第２の信号を前記第１トランスポンダから前記第２トランスポンダへ送信するステップと、
前記第２信号を前記第１信号と比較するステップと、
前記第１信号と前記第２信号との間の位相差に基づき前記第１トランスポンダと前記第２トランスポンダとの間の距離を判定するステップと、
から成る無線周波通信方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法において、前記第１トランスポンダはインターロゲータであり、前記第２トランスポンダはＲＦタグであること、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、さらに、
無線周波数のインターロゲーション信号を前記インターロゲータから受信するステップと、
前記インターロゲーション信号を情報コードにしたがって変調することによって、応答信号を発生するステップと、
前記ＲＦタグからの前記応答信号を前記インターロゲータに送信するステップと、
を含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法において、前記の比較するステップは、前記ＲＦタグにより実行し、そして前記第１信号に位相ロックして基準信号を生成することと、前記基準信号を前記第２信号と混合して混合信号を得ることとを含み、前記判定するステップは、前記混合信号にどれほど多くのヌルまたはピークがあるかを判定することを含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記の混合信号にどれほど多くのヌルまたはピークがあるかを判定するステップは、前記第２トランスポンダにおいて実行し、前記の第１トランスポンダと第２トランスポンダとの間の距離を判定するステップは、前記混合信号にどれほど多くのヌルまたはピークがあるかの指示を前記第１トランスポンダに送信することと、前記指示並びに前記第１周波数および第２周波数とから前記距離を判定することとを含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項１５】
請求項１０記載の方法において、判定した前記距離は、第１の距離であり、前記第１信号および第２信号は、前記第１トランスポンダの第１のアンテナを介して送信し、前記第１トランスポンダは前記第１アンテナとは離間された第２のアンテナを有し、前記方法が、さらに、
前記第１トランスポンダの前記第２アンテナと前記第２トランスポンダとの間の第２の距離を、前記第２アンテナを介して送信した前記信号間の位相差に基づき判定するステップと、
前記第１トランスポンダから前記第２トランスポンダへの方向を、前記第１距離および第２距離と、前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間の距離とに基づき判定するステップと、
を含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項１６】
請求項１０記載の方法において、前記第１信号および前記第２信号は、前記第２トランスポンダにより前記第１トランスポンダへ反射し戻し、前記の比較するステップおよび前記の判定するステップは、前記第１トランスポンダによって実行すること、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項１７】
請求項１０記載の方法において、前記の判定した距離は、第１の距離であり、前記方法が、さらに、
前記第１トランスポンダを、前記第１距離を判定した第１の位置から、第２の位置へと移動させるステップと、
前記第１周波数の第３信号を、前記第１トランスポンダから前記第２トランスポンダへ送信するステップと、
前記第２周波数の第４の信号を、前記第１トランスポンダから前記第２トランスポンダへ送信するステップと、
前記第４信号を前記第３信号と比較するステップと、
前記第１トランスポンダと前記第２トランスポンダとの間の距離を、前記第３信号と前記第４信号との間の位相差に基づき判定するステップと、
前記第２トランスポンダの場所を、前記第１距離および第２距離並びに前記第１トランスポンダの前記第１位置および第２位置とに基づき判定するステップと、
を含むこと、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項１８】
請求項１０記載の方法において、前記第２信号は、複数の周波数において複数の周波数部分を含む周波数変調された信号であること、を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項１９】
請求項１０記載の方法において、
前記の第２信号を送信するステップは、複数の周波数部分を各々異なった周波数で送信することを含み、
前記の比較するステップは、前記周波数部分の各々を前記基準信号と混合することによって複数の混合信号を発生することにより、前記周波数部分の各々を前記基準信号と比較することを含み、
前記の距離を判定するステップは、前記混合信号の各々におけるヌルまたはピークをカウントすることを含むこと、
を特徴とする無線周波通信方法。
【請求項２０】
無線周波通信システムであって、
無線周波数のインターロゲーション信号を送信しそして応答信号を受信するインターロゲータと、
前記インターロゲーション信号を受信しそして前記応答信号を前記インターロゲータに送信するトランスポンダであって、
情報コードを格納するメモリと、
該メモリに結合しており、かつ前記インターロゲーション信号を前記情報コードにしたがって変調することにより前記応答信号を発生するように構成した変調器であって、前記トランスポンダと前記インターロゲータのうちの第１のものは、前記トランジスタとインターロゲータのうちの第２のものに対し、第１の周波数の第１の信号とこれに続く第２の周波数の第２の信号とを送信する可変周波数ソースを含み、前記トランスポンダとインターロゲータのうちのは、前記第１信号に対する前記第２信号の位相シフトを検出する位相比較回路を含み、前記トランスポンダとインターロゲータのうちの１つは、前記トランスポンダとインターロゲータを前記位相シフトに基づき判定する距離判定器を含む、前記の変調器と、
を備えたトランスポンダと、
から成る無線周波通信システム。
【請求項２１】
請求項２０記載のシステムにおいて、前記インターロゲータは、前記可変周波数ソースを含み、前記トランスポンダは、前記位相比較回路を含むこと、を特徴とする無線周波通信システム。
【請求項２２】
請求項２１記載のシステムにおいて、前記位相比較回路は、
前記第１信号の位相ロックして基準信号を発生する位相ロックループと、
前記位相ロックに結合しており、前記基準信号を前記第２信号と混合して混合信号を得るように構成したミキサと、
前記ミキサに結合しており、前記混合信号にどれほど多くのヌルまたはピークがあるかのヌルまたはピークのカウントを判定するように構成したカウンタと、を含むこと、を特徴とする無線周波通信システム。
【請求項２３】
請求項２２記載のシステムにおいて、前記インターロゲータは、前記インターロゲータと前記トランスポンダとの間の距離を、前記トランスポンダが前記インターロゲータに送る前記ヌルまたはピークのカウントに基づき計算するための手段、を含むことを特徴とする無線周波通信システム。
【請求項２４】
請求項２０記載のシステムにおいて、前記インターロゲータは、前記可変周波数ソースと前記位相比較回路とを含むこと、を特徴とする無線周波通信システム。
【請求項２５】
請求項２０記載のシステムにおいて、前記第２信号は、周波数変調された信号であること、を特徴とする無線周波通信システム。
【請求項２６】
無線周波トランスポンダであって、
第１の周波数および第２の周波数をそれぞれ有する第１の信号および第２の信号をインターロゲータから受信するアンテナと、
前記アンテナに結合しており、前記第１信号に位相ロックして基準信号を生成するように構成した位相ロックループと、
前記アンテナおよび位相ロックループに結合しており、前記第２信号を前記基準信号と比較するように構成した比較器と、
前記第２信号と基準信号との間の位相差を判定するための手段であって、前記位相差が、前記第１トランスポンダと第２トランスポンダとの間の距離に対応する、前記の判定手段と、
から成る無線周波トランスポンダ。
【請求項２７】
請求項２６記載のトランスポンダにおいて、前記比較器は、前記基準信号を前記第２信号と混合して混合信号を得るように構成したミキサを含み、前記判定手段は、前記ミキサに結合しており、前記混合信号にどれほど多くのヌルがあるかのヌル・カウントを判定するように構成したカウンタを含むこと、を特徴とする無線周波トランスポンダ。
【請求項２８】
無線周波インターロゲータであって、
第１の周波数の第１の信号と第２の周波数の第２の信号とを発生する可変周波数信号ソースと、
前記信号ソースに結合しており、前記トランスポンダに対し前記第１信号および第２信号を送信するため、および前記トランスポンダから反射し戻される前記第１信号および第２信号を受信するためのアンテナ手段と、
前記アンテナに結合しており、前記反射された第２信号を前記反射された第１信号と比較するように構成した比較器と、
前記第１トランスポンダと第２トランスポンダとの間の距離を、前記反射された第１信号と前記第２信号との間の位相差に基づき判定する手段と、
から成る無線周波インターロゲータ。
【請求項２９】
請求項２８記載のインターロゲータにおいて、前記比較器は、前記第２信号を前記反射された第１信号と混合して混合信号を発生するミキサを含み、前記判定手段は、前記混合信号におけるヌルまたはピークをカウントするヌルまたはピークのカウンタと、
前記混合信号における前記ヌルまたはピークに基づき前記距離を判定するように構成したプロセッサと、
を含むこと、を特徴とする無線周波インターロゲータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、無線周波識別タグ（ＲＦタグ）に関し、特に、ＲＦタグの位置を突き止めるためのＲＦ通信システムに関するものである。
【０００２】
発明の背景
無線機器を利用する遠隔通信は、代表的には、無線周波（ＲＦ）技術に頼っており、この技術は、多くの産業において用いられている。ＲＦ技術の１つの応用は、動物、在庫品、車両のような物体の位置の突き止め、識別、および追跡においてある。
【０００３】
ＲＦ識別（ＲＦＩＤ）タグ・システムで、遠隔の物体の監視を容易にするためのものが開発されている。図１に示したように、基本的なＲＦＩＤシステム１０は、２つのコンポーネント、すなわち、インターロゲータ（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｏｒ）またはリーダ（ｒｅａｄｅｒ）１２と、トランスポンダ（一般にＲＦタグと呼ぶ）１４とを含んでいる。インターロゲータ１２とＲＦタグ１４とは、それぞれアンテナ１６，１８を備えている。動作は、インターロゲータ１２が、そのアンテナ１６を介して無線周波数のインターロゲーション信号２０を、ＲＦタグ１４のアンテナ１８に送信する。ＲＦタグ１４は、このインターロゲーション信号２０の受信に応答して、振幅変調した応答信号２２を発生し、そしてこれは、後方散乱として知られたプロセスにより、タグ・アンテナ１８を通してインターロゲータ１２へと送信し戻す。
【０００４】
従来のこのＲＦタグ１４は、振幅変調器２４を備え、これには、タグ・アンテナ１８とグランドとの間に接続したＭＯＳトランジスタのようなスイッチ２６が設けられている。ＲＦタグ１４がインターロゲーション信号２０によって活性化されたとき、ドライバ（不図示）は、変調用信号２８を、ＲＦタグ１４の不揮発性メモリ（不図示）に格納された情報コード、代表的には識別コードに基づき発生する。この変調用信号２８は、スイッチ２６の制御端子に印加して、このスイッチ２６を交互に開閉させる。スイッチ２６が開のとき、タグ・アンテナ１８は、インターロゲーション信号２０の一部を、応答信号２２の反射部分３０として、インターロゲータ１２に対し反射し戻す。スイッチ２６が閉のとき、インターロゲーション信号２０は、反射されずに、スイッチ２６を介してグランドへと通過し、これによって、応答信号２２にヌル部分３２を生成する。言い換えれば、インターロゲーション信号２０は、振幅変調されることによって応答信号２２を発生し、この発生は、上記の格納された情報コードに特有の変調用信号２８にしたがって、インターロゲーション信号２０を交互に反射したり吸収したりすることによって行う。また、このＲＦタグ１４は、これを変更することによって、スイッチ２６が閉のときにインターロゲーション信号を反射し、そしてスイッチ２６が開のときにそれを吸収するようにすることもできる。インターロゲータ１２は、応答信号２２を受信したとき、この応答信号２２を復調することによって、その応答信号が表す情報コードをデコードする。
【０００５】
ＲＦＩＤシステムの実質的な利点は、この技術の非接触で、非照準線（ｎｏｎ−ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）の能力である。インターロゲータ１２は、使用するその電力出力および無線周波数に依存して、１インチから１００フィートあるいはそれ以上までのレンジで、インターロゲーション信号２０を放出する。タグは、臭い、霧、氷、ペイント、汚れ、およびバーコードあるいはその他の光学的読み取り技術が効果のないその他の視覚的かつ環境的に困難な状況のような種々の物体を通して読み取ることができる。また、ＲＦタグは、注目に値する速度で読み取ることもでき、大抵のケースにおいて１００ミリ秒未満内で応答する、。
【０００６】
代表的なＲＦタグ・システム１０は、多数のＲＦタグ１４とインターロゲータ１２を含むことになる。ＲＦタグには、３つの主たるカテゴリがある。これらは、ビーム給電式受動タグと、バッテリ給電式半受動タグと、能動タグとである。各々は、本質的に異なった方法で動作する。
【０００７】
ビーム給電式ＲＦタグは、受動デバイスと呼ばれることが多いが、その理由はこのタグにビームが向けられたインターロゲーション信号からその動作に必要なエネルギを得るようになっているからである。このタグは、その電界を整流し、そしてタグ自体の反射特性を変化させ、インターロゲータから見える反射率の変化を生じさせる。バッテリ給電式半受動ＲＦＩＤタグは、それと同様に動作して、そのＲＦ横断面を変調することによりデルタをインターロゲータに反射して通信リンクを出現させるようにする。ここで、バッテリは、このタグの動作電力のソースである。最後に、能動ＲＦタグにおいては、送信器を使用することによって、バッテリにより給電されたそれ自身の無線周波エネルギを生成する。
【０００８】
このようなタグの通信レンジは、インターロゲータ１２およびＲＦタグ１４の送信電力にしたがって変動する。２，４５０ＭＨｚで動作するバッテリ給電式タグは、これまでは、１０メートル未満のレンジに制限されていた。しかし、十分な電力をもつデバイスでは、周波数並びに環境の特性に依存して、２００メートルのレンジにまで達することができる。
【０００９】
従来技術の通信システムは、インターロゲータからある一定の距離内（インターロゲータの電力に依存）にあるＲＦタグと通信することができるが、インターロゲータは、ＲＦタグの場所を判定することができない。例えば、従来技術のインターロゲータは、このインターロゲータの１００メートル内にＲＦタグがあることを判定する能力があるが、９０メートル離れているのかあるいは４５メートル離れているのかを判定することができない。加えて、従来技術のインターロゲータは、ＲＦタグがこのインターロゲータの前、後、あるいはいずれの側にあるのかも判定できない。このような場所情報について、重要となるような多くの用途がある。
【００１０】
発明の摘要
本発明の実施形態は、ＲＦトランスポンダの位置を突き止めるための方法およびシステムに向けたものである。本発明の方法は、第１のトランスポンダから第２のトランスポンダへ、異なった周波数の第１と第２の信号を送信する。前記第２信号は、前記第１信号と比較し、そして前記第１と第２のトランスポンダ間の距離は、前記第１および第２の信号間の位相差に基づき判定する。１実施形態においては、前記第１トランスポンダはインターロゲータであり、前記第２トランスポンダはＲＦタグであり、前記ＲＦタグは、前記２つの信号間の前記位相差を判定する。別の実施形態においては、前記第１および第２のトランスポンダは、それぞれインターロゲータとＲＦタグであるが、前記インターロゲータは、前記２つの信号間の位相差を、それら２つの信号が前記インターロゲータに反射し戻された後に判定する。代替的には、前記インターロゲータとＲＦタグの役割は、他の実施形態では逆にする。
【００１１】
前記２つの信号間の比較およびその位相差の判定は、１実施形態では、前記第１信号に位相ロックして基準信号を発生することにより実行する。基準信号は、次に前記第２信号と混合して混合信号を発生する。カウンタは、前記混合信号におけるヌルまたはピークの数をカウントすることによって位相差を判定し、そして前記ヌルは、それら信号の互いに逆位相の各部分に対応し、そして前記ピークは、それら信号の互いに同位相の各部分に対応する。ある期間内におけるヌルまたはピークの数は、前記インターロゲータとＲＦタグとの間の距離に直接関係する。好ましい実施形態においては、前記第２信号は、異なった周波数において各々複数の周波数部分を含む周波数変調された信号であり、そして前記カウンタは、前記各周波数部分を前記基準信号と混合することによって発生される複数の異なった混合信号におけるヌルまたはピークをカウントする。
【００１２】
また、本方法は、前記インターロゲータの２つの異なった場所から前記ＲＦタグへの距離を測定することにより、ＲＦタグの位置を判定することができる。１実施形態においては、前記２つの距離は、前記インターロゲータの２つの離間したアンテナから測定する。別の実施形態では、前記インターロゲータは、１つの既知の場所から別の既知の場所へと移動させる。両方の既知の場所からの距離測定により、ＲＦタグの場所を、簡単な幾何学で判定することができる。
【００１３】
発明の詳細な説明
図２に示したように、本発明の１実施形態は、ＲＦ通信システム３４に向けたものであり、これは、リーダまたはインターロゲータ３６とＲＦトランスポンダまたはタグ３８との間の距離を判定する。システム３４は、この距離の判定を、インターロゲータ３６からＲＦタグ３８に対し第１の周波数で第１の信号４０をそして第２の周波数で周波数変調された第２の信号４２を送信することにより行う。ＲＦタグ３８は、これら信号４０，４２を比較し、そしてこれら２つの信号間の位相差を判定する。インターロゲータ３６とＲＦタグ３８との間の距離は、この検出した位相差に直接関係している。
【００１４】
インターロゲータ３６は、コントローラ４４と、可変信号ソース４６と、タップ付き伝送ライン４８と、信号アナライザ５０と、アンテナ５２とを備えている。コントローラ４４は、よく知られたマイクロプロセッサのような任意の汎用のプロセッサとしたり、あるいは、ここに記述するインターロゲータ３６の動作を制御するよう専用に設計したものとできる。タップ付き伝送ライン４８および信号アナライザ５０の例は、ランド（Ｌａｎｄｔ）への米国特許４，３６０，８１０号に見られるものであり、この特許は、言及によりその全体を本文に含めるものとする。タップ付き伝送ライン４８は、単一のアンテナ５２が信号を同時に送受できるようにする。もちろん、ＲＦタグ３８からの応答信号を受信しデコードするための他のシステムを用いることもでき、例えば、米国特許４，０７５，６３２号に示されたものであり、この特許は、言及により本文に含めるものとする。
【００１５】
ＲＦタグ３８は、コントローラ５４と、メモリ５６と、変調スイッチ５８と、アンテナ６０と、位相比較回路６２と、モード・スイッチ６４とを備えている。コントローラ５４は、本文に記述のＲＦタグ３８の動作を制御するようにプログラムした、既知のマイクロプロセッサのような任意の汎用のプロセッサとしたり、あるいはこの制御機能を提供するよう専用に設計したものとしたりできる。モード・スイッチ６４は、以下で詳細に説明するコントローラ５４の制御の下で、交互に、アンテナ６０を変調スイッチ５８または位相比較回路６２のいずれかに結合する。
【００１６】
メモリ５６に格納しているのは、識別コードのような情報コードであり、これは、ＲＦタグ３８およびこのＲＦタグを取り付けた物体の一方または双方を識別する。代替的には、この情報コードは、多くの他の情報片、例えば、ＲＦタグ３８を取り巻く環境状態、ＲＦタグに関連する在庫品情報、あるいいはＲＦタグを使用状態に置く前後にこのＲＦタグに事前に書き込んだ情報である。メモリ５６は、任意のタイプのメモリで実現することができるが、好ましくは、電力がなくなっても情報コードが失われないように不揮発性メモリとする。
【００１７】
タグ識別モードの間においては、インターロゲータ３６は、このＲＦタグの識別を判定しようとして、連続波のインターロゲーション信号をＲＦタグ３８に送信する。メモリ５６に格納された情報コードに基づき、ＲＦタグ３８のコントローラ５４は、変調用信号を生成し、そしてこの信号は、変調スイッチ５８に印加され、これによりインターロゲーション信号を変調して、インターロゲータ３６に送信し戻す後方散乱応答信号を発生する。インターロゲーション信号のこの変調は、図１に関連して上述した振幅変調としたり、あるいは本出願と同日に出願した“ＲＦタグにおける位相変調”と題する米国特許出願に記載された位相変調とすることができる。尚、この米国特許出願は、代理人ドケット番号Ｅ１８０４であり、そしてこれは、言及により本文に含めるものとする。
【００１８】
ＲＦタグ３８からの応答信号は、インターロゲータ３６が受信し、そしてタップ付き伝送ライン４８においてインターロゲーション信号と混合される。タップ付き伝送ライン４８と信号アナライザ５０とは、組み合わさることによって、応答信号を復調することにより、ＲＦタグ３８の情報コードを判定し、そしてこの情報コードをコントローラ４４へ渡す。コントローラ４４は、この情報コードが有効かどうかを判定し、そして有効である場合、ＲＦタグ３８に対し肯定応答信号を送信する。
【００１９】
インターロゲータ３６が情報コードを受信したことについての肯定応答をした後、ＲＦタグ３８は、距離判定モードに切り替わり、これは、位相比較回路６２をモード・スイッチ６４を介してアンテナ６０に結合することにより行う。この距離判定モードにおいては、インターロゲータ３６は、第１および第２の信号４０，４２をＲＦタグ３８に送信する。好ましい実施形態においては、第２信号４２は、第１信号４０を送信した後に送信するが、これら信号は、本発明から逸脱せずに、別個のアンテナで同時に送信することもできる。インターロゲータ３６のコントローラ４４は、これをプログラムすることによって、可変信号ソース４６が第１信号４０のみを第１周波数でそしてこれに後続して第２信号４２を第２周波数で送信するようにする。代替的には、コントローラ４４は、これをプログラムすることによって、信号ソース４６が、第１周波数から開始しそして第２周波数を含む周波数ランプを送信する、すなわち、第１信号および第２信号４０，４２をこの周波数ランプの一部分とすることができる。あるいはまた、信号ソース４６は、ランダムにあるいは準ランダムに周波数を変化させて、第１信号および第２信号４０，４２を送信するようにできる。本発明は、２つまたはそれ以上の周波数の任意の組み合わせを包含するものである。
【００２０】
ＲＦタグ３８の位相比較回路６２は、それら信号４０，４２を比較し、そしてこれら２つの信号間の位相差を判定する。インターロゲータ３６とＲＦタグ３８との間の距離は、この検出した位相差に直接関係している。位相比較回路６２は、コントローラ５４に対し、この位相差を表す情報を渡し、そしてこれをコントローラが使用してインターロゲータ３６とＲＦタグ３８との間の距離を計算することができる。
【００２１】
図３には、ＲＦタグ３８の位相比較回路６２のより詳細な回路図である。位相比較回路６２は、信号分割器６６と、位相ロックループ６８と、ミキサ７０と、ヌル／ピーク・カウンタ７２とを備えている。信号分割器６６は、入来する第１信号４０を２つの同一の信号に分割し、その１つは位相ロックループ６８に行く。位相ロックループ６８は、その入来信号に位相ロック、好ましくは振幅ロックして、入来第１信号４０に実質上同一の基準信号を発生する。位相ロックループ６８は、好ましくは、長いロックおよびホールド能力でロバスト位相ロックを提供するように選択する。この基準信号は、ミキサ７０に通し、そしてこのミキサ７０は、信号分割器６６からの信号のうちの他方のものを受け、そしてミキサへのそれら２つの入力の組み合わせである混合出力信号を発生する。最初は、この混合出力信号は、信号分割器６６から受けた第１信号４０と基準信号（第１信号４０と実質上同一）との組み合わせであり、したがって混合出力信号は、より大きなピークおよびバレーをもっている以外は第１信号４０に等しい。
【００２２】
位相比較回路６２が受けたこの信号は、第１信号４０から第２信号４２へと変化すると、ミキサ７０は、その一方の入力に信号分割器６６からの第２信号４２を受け、そして他方の入力に第１信号４０に実質上同一の基準信号を受ける。ミキサ７０は、第２信号４２を基準信号と組み合わせ、これにより２つの周波数成分をもつ混合出力信号を生じる。時間および空間における規則的なポイントにおいて、第２信号４２は最大となる一方で基準信号は最小となり、これにより混合出力信号にヌル・ポイントが生じる。混合出力信号の連続したヌル・ポイントは、ピーク・ポイントで隔てられ、そしてこれらピーク・ポイントにおいて、第２信号および基準信号の両方が最大となるか、あるいはその両方が最小となる。ヌル／ピーク・カウンタ７２は、混合出力信号内のヌル・ポイントまたはピーク・ポイントのいずれかをカウントし、そしてその結果のカウントをコントローラ５４に供給する。ヌル／ピーク・カウンタ７２は、アナログ・カウンタとしたり、あるいはアナログ／デジタル・カウンタおよびデジタル信号プロセッサを含むようにしてそのカウントをデジタル的に判定するようにしたりできる。
【００２３】
１実施形態においては、第１信号および第２信号４０，４２の周波数は、コントローラ５４には分かっており、したがって、このコントローラは、ヌル／ピーク・カウンタ７２が供給するそのカウントを使用することによって、インターロゲータ３６とＲＦタグ３８との間の距離を計算する。代替的には、このコントローラは、そのカウントを、ＲＦタグ３８がインターロゲータ３６に送信し戻すカウント信号中に組み込むことができる。この場合、コントローラ４４は、そのカウント並びに第１信号および第２信号４０，４２の周波数を使用して、インターロゲータ３６とＲＦタグ３８との間の距離を判定する。
【００２４】
重要な側面は、後方散乱システムおよび送信器システムの両方が、インターロゲータとＲＦタグとの間の距離並びにＲＦタグの場所を、そのような位相差およびヌル／ピーク・カウントを使用して判定できる、ということである。
【００２５】
インターロゲータ３６とＲＦタグ３８との間の距離をどのようにして判定できるかを理解するため、例示が役に立つ。８８０ＭＨｚの第１信号は、３４．０９０９０９１ｃｍの波長をもち、８８４ＭＨｚの第２信号は、３３．９３６６５１６ｃｍの波長をもつ。約３７．５メートル（第１信号の１１０波長および第２信号の１１０．５波長）の距離では、第１信号および第２信号は、１８０度位相がずれることになり、この結果ミキサ７０が出力する混合信号にヌル・ポイントが生じる。さらに７５ｍ増える毎に、追加のヌル・ポイントがあり、したがってインターロゲータ３６とＲＦタグ３８との間の距離は、８８０ＭＨｚの第１信号と８８４ＭＨｚの第２信号を使用することにより、±３７ｍの精度で判定することができる。
【００２６】
この精度は、第２信号を第２周波数にのみ維持するのではなく、周波数変調された第２信号を使用することによって向上させることができる。例えば、第２信号が、８８３ＭＨｚに第１部分を、８８４ＭＨｚに第２部分を、そして８９０ＭＨｚに第３部分を有するとする。第２信号のこれら部分の各々を第１信号と混合すると、第１信号、第２信号および混合信号を生じ、これら第１信号、第２信号および混合信号は、それぞれ、５０メートル、３７．５メートル、１５メートルの距離でヌルがある。したがって、カウンタが、第１および第２の混合信号の各々に関して１つのヌルをカウントし、しかも第３の混合信号に関して３つのヌルをカウントした場合、コントローラは、インターロゲータ３６とＲＦタグ３８との間の距離が５０メートルと６０メートルとの間であると判定することができる。もしその距離が５０メートル未満であったとした場合、第１の混合信号にはヌルが全くなかったはずであり、そしてその距離が６０メートルより長かったとした場合、第３混合信号が４つのヌルを有していたはずである。もちろん、第２信号の３つの周波数部分よりも多い周波数成分では、距離判定の精度は、さらに向上させることができる。さらに、第２信号の全ての周波数部分を第１信号と比較するのではなく、それら周波数部分のあるものを互いに比較することもできる。
【００２７】
１実施形態においては、インターロゲータ３６は、アンテナ５２として１／４波長ダイポール・アンテナを用いるが、任意のタイプのアンテナを用いることができる。別の実施形態においては、アンテナ５２は、フェーズドアレイ・アンテナであり、これは、インターロゲータ３６が、このインターロゲータに対するＲＦタグ３８の方向を判定できるようにする。インターロゲータ３６に対するＲＦタグ３８の方向および距離の両方を判定することにより、インターロゲータは、ＲＦタグ３８の場所を精密に判定する。
【００２８】
図４には、代替のインターロゲータ３６Ａを示しており、これは、インターロゲータ３６Ａに対するＲＦタグ３８の方向と距離を判定することができ、それも、フェーズドアレイ・アンテナのような方向判定アンテナを用いずともできる。このインターロゲータ３６Ａでは、第１アンテナ５２Ａと第２アンテナ５２Ｂを用い、これらアンテナは、各々、アンテナ・スイッチ７４によって、図２のインターロゲータ３６におけるのと同じようにタップ付き伝送ライン４８に接続する。ＲＦタグ３８の場所（方向および距離）を判定するため、インターロゲータ３６Ａは、上記と同じ技法にしたがい、第１アンテナ５２Ａおよび第２アンテナ５２ＢのそれぞれからＲＦタグへの第１距離および第２距離を判定する。すなわち、インターロゲータ３６Ａは、最初に、第１および第２の信号を第１アンテナ５２Ａを介して送信し、ＲＦタグ３８がミキサ７０から出力される混合信号におけるヌルをカウントし、そしてコントローラ４４が、第１の距離を計算し、そして次にこのプロセスは、第２アンテナ５２Ｂを使用して繰り返すことにより第２距離を判定する。コントローラ４４は、アンテナ・スイッチ７４を制御することにより、ある時点でどちらのアンテナ５２Ａ，５２Ｂを使用するかを制御する。コントローラ４４は、上記の第１距離および第２距離と、２つのアンテナ５２Ａ，５２Ｂ間の既知の距離とを使用することにより、ＲＦタグ３８の場所を単純な幾何学を使って計算する。
【００２９】
図５には、別の代替のインターロゲータ３６Ｂを示しており、これは、ＲＦタグ３８またはどのような従来技術のＲＦタグをも、この従来技術のＲＦタグに対し変更を行わずとも、位置の突き止め（距離および方向）をすることができる。インターロゲータ３６Ｂは、図２のインターロゲータ３６の同じ要素４４−５２に加えて、位置入力デバイス７６と、ヌル／ピーク・カウンタ７２を備えている。コントローラ４４に対し、２つの異なった場所におけるインターロゲータ３６Ｂの位置を入力する。インターロゲータ３６Ｂは、このインターロゲータの２つの異なった場所の各々においてＲＦタグに対する距離測定値を取り、そしてこれら距離測定値を、位置入力デバイス７６が供給する位置情報と一緒に使用することにより、ＲＦタグの場所を計算する。この位置入力デバイスは、単なるキーボードあるいは、ユーザがインターロゲータの位置を入力する他のデバイスとしたり、あるいは、加速度計またはインターロゲータの第１の場所から第２の場所への位置変化を測定する他のデバイスとしたりできる。代替的には、インターロゲータ３６Ｂは、２つの場所間で移動させることができ、そしてそれら２つの場所の位置情報は、コントローラ４４にプリプログラムすることにより、各距離判定において新たな位置情報を入力しなければならないのを回避する。
【００３０】
ヌル／ピーク・カウンタ７２をＲＦタグ３８ではなくインターロゲータ３６Ｂ中に組み込むことにより、インターロゲータ３６Ｂは、どのようなＲＦタグの場所も判定することができる。距離判定モードにおいては、コントローラ４４は、可変信号ソース４６に、アンテナ５２を介して第１信号および第２信号４０，４２を送信させる。ＲＦタグは、この第１信号および第２信号４０，４２を反射し変調する。この変調は、ＲＦタグを、金属の缶または他の反射性物体のような他の物体から識別するために行う。反射された第１信号４０は、アンテナ５２が受け、そしてタップ付き伝送ライン４８により第２信号４２と混合する。ヌル／ピーク・カウンタ７２は、タップ付き伝送ライン４８が出力する混合信号におけるヌルまたはピークをカウントし、そしてコントローラ４４は、そのヌルまたはピークのカウントに基づきインターロゲータ３６ＢとＲＦタグとの間の第１の距離を判定する。ここで理解されるべきであるが、このコントローラが使用する距離判定アルゴリズムは、本通信の全経路長が今では行って戻ってくるものであるということに対する補償を行わなければならない。
【００３１】
次に、ユーザは、インターロゲータ３６Ｂを第２の場所に移動させ、そしてこのプロセスを繰り返して、インターロゲータ３６ＢとＲＦタグとの間の第２の距離を判定する。コントローラ４４は、ＲＦタグの場所を、第１距離および第２距離と、位置入力デバイス７６が供給するインターロゲータ場所情報とに基づき判定する。インターロゲータ３６Ｂは、その移動を容易にするため、インターロゲータ３６，３６Ａのように、ハンドヘルド・デバイスとして提供することができる。
【００３２】
図２〜図５に示した実施形態は、可変信号ソース４６を組み込んだインターロゲータ３６，３６Ａ，３６Ｂを示しているが、インターロゲータとＲＦタグの役割を完全に逆にすることもできることは、理解されるべきである。すなわち、ＲＦタグは、第１信号および第２信号をインターロゲータに対し送信するようにでき、そしてインターロゲータまたはＲＦタグのいずれかが任意の距離判定機能を実行するようにすることができる。インターロゲータに距離判定機能の多くのものあるいはそのすべてを組み込むことによってＲＦタグのサイズを最小にすることが好ましい場合があるが、しかしこれは、本発明にとって本質的なものではない。
【００３３】
結び
以上から、理解されるように、本文に記述したＲＦ通信システムは、従来技術のシステムに優る重要な利点を提供する。ＲＦタグ並びにこのＲＦタグに取り付けた任意の物体の位置を突き止める能力を提供することにより、上述の本ＲＦ通信システムは、ＲＦタグ技術を適用できる応用範囲を大幅に拡大する。例えば、上述のＲＦ通信システムは、戦場においてなくした武器、大きな地所に渡る動物、並びに倉庫内の在庫品物体の位置を突き止めるのに用いることができる。
【００３４】
最後に、上述し図示した本発明の実施形態に対し、添付の特許請求の範囲に定めた本発明の範囲内にその全てが入る多くの変更や変形を組み込むことができることは、明かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、振幅変調された後方散乱信号を用いる従来技術のＲＦ通信システムの回路図。
【図２】
図２は、本発明の１実施形態による、ＲＦタグの位置を突き止めるためのＲＦ通信システムの回路図。
【図３】
図３は、図２のシステムにおいて用いる位相比較器回路の回路図。
【図４】
図４は、図２のシステムにおいて使用するためのインターロゲータの代替の実施形態を示す図。
【図５】
図５は、本発明の１実施形態による、ＲＦタグの位置を突き止めるための代替のインターロゲータを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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