CN101939753A - 具有分布式读取结构的rfid系统 - Google Patents

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Abstract

射频识别(RFID)系统包括便携式RFID阅读器，和包含分布式读取结构的读取基础结构，该读取结构是用于存放物品的陈列装置(例如货架)的一部分。该读取结构用于将RFID阅读器耦合到在该结构上的或者附近的RFID装置(标签和/或者标识)上。在近场或超短距通讯中，RFID阅读器和读取结构进行通讯不需要任何直接的电阻性电连接。RFID阅读器带有天线，其被配置以与读取基础结构的耦合器进行近场或超短距通讯。RFID阅读器还可带有用于远场通讯的单独天线。在近场模式或邻近模式下，RFID阅读器能够更有效地获取信息，从而允许更快和更可靠地接收信息。

Description

具有分布式读取结构的RFID系统
技术领域
本发明属于用于射频识别(RFID)的装置和方法的领域。
背景技术
射频识别(RFID)标签和标贴(本文统称为“装置”)广泛用于将物品关联到识别代码。RFID装置通常是天线与模拟和/或数字电子线路的组合，其包可以含例如通讯电子设备、数据存储器和控制逻辑。例如，RFID标签可结合汽车上的安全锁使用以用于楼宇进入控制，以及用于追踪货物和包裹。
如上所述，RFID装置通常被分为标贴或者标签。RFID标贴是粘在或者用别的方法使其表面直接附着在物品上的RFID装置。相反，RFID标签是通过其它手段与其物品相连接的，例如，利用塑料扣件，细绳或其它连接方式。
RFID装置包含有源标签和标贴，其包含电源；以及无源标签和标贴，其不包含电源。如果是无源装置，为获取来自于芯片的信息，“基站”或者“阅读器”发送激励信号到RFID标签或标贴。激励信号激发标签或标贴，而RFID电路将储存的信息传回到阅读器中。RFID阅读器接收并解码来自RFID标签的信息。通常，RFID标签可以保持并传送足够的信息以唯一地识别人、包、货物和类似的物品。RFID标签和标贴也可以按照只被写入一次(但可以被多次读出)，和在使用过程中可被重复写入来分类。例如，RFID标签可以储存(那些可以被相关传感器检测到的)环境数据、供货历史、状态数据等等。
随着RFID装置使用的增加，改进这些装置的通讯变得越发重要。因而应意识到对与这类装置通讯的RFID装置与系统的改进是可能的。
发明内容
依照本发明的一方面，射频识别(RFID)阅读器以邻近耦合或近场耦合的方式，通过连接到分布式读取结构上的耦合器进行通讯。
依照本发明的另一方面，RFID系统包含便携式RFID阅读器和分布式读取结构，在其中便携式RFID阅读器和分布式读取结构通过邻近耦合或近场耦合进行通讯。
依照本发明的其它方面，便携式RFID装置包含用于远场和邻近或近场通讯的单独的天线。
依照本发明的其它方面，用于射频识别(RFID)装置的读取基础结构包括：用于与RFID装置近场耦合的分布式读取结构；和电连接到读取结构上的耦合器，以用于同RFID阅读器邻近耦合。
依照本发明的其它方面，读取射频识别(RFID)装置的方法包含以下步骤：有效地将RFID阅读器耦合到读取基础结构的分布式读取结构；有效地将RFID阅读器耦合到读取基础结构的耦合器；并通过读取基础结构将RFID装置读取到RFID阅读器。
依照本发明的其它方面，获取货物的方法包含步骤：为物品提供在有读取基础结构的陈列装置上面或内部的RFID装置；将RFID阅读器置于同读取基础结构的耦合器的邻近耦合中；通过耦合器并通过读取基础结构的分布式读取结构开始RFID阅读器与RFID装置间的通讯。
依照本发明的另一方面，销售陈列点包括：其上放置有一个或多于一个物品的陈列装置，每个物品上均附着有RFID装置；工作于两种分别的模式中的读取结构。RFID装置通过两种单独的模式中的一种被读取。
为实现前述和相关的目的，本发明包含了在下文中充分描述的并且在权利要求中特别指出的特征。下文的描述和附图从细节上说明了本发明的说明性的特定实施例。然而，这些实施例仅启发性的说明了将本发明的原理加以实施的多个不同途径。参考下文对本发明的详细描述并结合相关附图，能够意识到本发明的其它目的、优点和新的特征。
附图说明
附图中未严格遵照比例。
图1是依照本发明实施例的RFID系统的斜视图。
图2是图1中RFID系统的RFID阅读器原理图。
图3是图2中RFID阅读器的天线的斜视图。
图4是图1中RFID系统的陈列装置的平面图。
图5是同属于图1中RFID系统的读取基础结构耦合器与RFID读取天线之间的近场耦合的斜视图。
图6是图1中RFID系统的读取基础结构耦合器的一个替代配置的斜视图。
图7是图1中RFID系统的RFID阅读器的一个替代配置的原理图；并且
图8是基于本发明一个实施例的库存整理系统的RFID系统的说明性斜视图。
具体实施方式
参见附图，射频识别(RFID)系统包含便携式RFID阅读器，和包含分布式读取结构的读取基础结构，其可作为用于存放物品的陈列装置(例如货架)的一部分。读取结构用于将RFID阅读器和在结构上的RFID装置(标签和/或者标贴)加以耦合。在近场或邻近通讯中，RFID阅读器和读取结构进行通讯不需要任何直接电阻连接。RFID阅读器也能够用于同RFID装置的远场通讯。RFID阅读器有为同读取基础结构的耦合器进行近场或邻近通讯而配置的天线。RFID阅读器还有用于远场通讯的分立天线。RFID阅读器的电路能够在近场运行模式(为同读取结构的耦合器的近场通讯而优化)和用于与单独的或多个RFID装置进行远场通讯的远场通讯运行模式间选择。在近场或邻近通讯时，RFID阅读器还能够更有效地在近场或邻近模式下获取信息，让信息的接收相对于通过与耦合在物品上的独立的RFID装置配合的远场通讯更快和更可靠。
术语“远场”和的“近场”相对，后者距天线更近。两个术语均描述了环绕天线(或任何电磁辐射源)的场。在按三个区域划分的模型中，远场是麦克斯韦方程中主项(dominant item)与1/r成比例的区域，此处r是距天线(或其它辐射源)的距离。近场包含无功场(reactive field)或菲涅尔区(Fresnel zone)，此处主项正比于1/r3，和近辐射场或过渡区，此处主项正比于1/r2。近场和远场的边界通常取在(并且在此处被认为是)距天线的距离等于λ/2π之处，这里λ是天线发出的辐射的波长。关于近场和远场的边界的更多细节可参见Capps，Charles，Near fieldor far field？，EDN，2001年8月16日，其可从www.edn.com/contents/images/150828.pdf.处得到。
“邻近耦合”或者“邻近场耦合”发生的范围不限于近场耦合，亦不限于无功近场和辐射近场，以包含更远的区域，在其中通过分布式读取系统传送充足的能量以操作标签。近场与远场之间的边界经常取为距天线λ/2π，其中λ被天线发出的辐射波长，不过，应当认识到，基于分布式天线的设计和通过耦合器输入的能量，能够取得足够的能量去操作一个RFID装置，该RFID装置通过电场或磁场进行的耦合的范围远大于这个范围。通常可以理解的是，保持了近场耦合的优点的通过主单场元件的馈电的区域，是有可能延伸到距读取系统大约一个波长之外的。因而，邻近耦合，这里作为一个术语，定义为延伸到了距读取系统所发射的能量一个波长之外的区域。
尽管这里定义的邻近区域延伸到了上面定义的近场之外，术语“远场”有时将被用来指邻近耦合所发生的邻近区域之外的区域。因而，“远场”，在这里，是指或者在近场之外，或者在邻近场(其包含了近场区域，但比近场区域延伸地更远)之外。
图1所示RFID通讯系统10包含RFID阅读器12和读取基础结构13，后者包含分布式读取结构14。读取结构14是陈列装置16，诸如货架或销售装置的其它点，的部分，所述陈列装置包含了多个在其上或其内的物品。每个物品18带有RFID装置20(标签或标贴)与其耦合。RFID阅读器12可以是便携式阅读器，例如手持装置或车载装置，例如叉车上的装置。
图2是RFID阅读器12原理图。RFID阅读器12包含一个或多个天线22，和读取线路24。线路24控制着RFID阅读器12和其它装置，例如RFID装置20间的通讯。线路24还包含与不同于RFID装置20(图1)的其它外部装置通讯的线路。例如，线路24可配置成与外部计算机通讯，以发送和/或接收信息。线路24可通过硬件和/或软件实现。
图3是RFID读取天线22的配置的示例。所示例中天线22是半波贴片天线，在绝缘层28的前表面有导电的半波元件26。地线层30位于绝缘层28的后表面。同轴电缆32与半波元件26和地线层30都相连。电缆32在偏离了半波元件26中心的馈电点36处与半波元件26相连。偏移量限定了天线的匹配阻抗，通常选在50欧姆附近。
配置如图3所示的读取天线22在近场或邻近电容耦合时有良好的特性，尽管，半波贴片天线也有良好的远场特性。可以认识到所示的天线22的配置只是多种可能的配置中的一种。
再参考图4，陈列装置16包含读取基础结构13的分布式读取结构14，用于和物品18上的RFID装置20通讯。分布式读取结构14包含一系列在陈列装置16的一个或多个表面上的导电带或图案38。该分布式读取结构14的导电带或图案38可配置成在导体间产生射频(RF)场，以探测RFID装置20。为此，导体38要紧密的排布，它们之间只有小的空隙。这样产生了适于与RFID装置20进行近场或邻近通讯的电场。RFID装置20可置于物品18的相似位置上以使得当物品被放置于陈列装置16上面或内部时RFID装置20邻近读取结构14。分布式读取结构的示例由美国专利7,059,518(“518专利”)公开，其附图和详细描述在这里被引用和结合到本文中。可知分布式读取结构14的导体可采用多种不同的配置，只有一部分在“518专利中被公开。
陈列装置14可以是任何不同的用于存放或陈列物品的装置。示例包括货架，用于挂衣服的衣架，仓库中的货架，和容器，例如存放物品的箱子。物品可以是多种不同的被陈列以用于销售，储存或其它目的的类别。其示例过于繁多，难于穷举，不过显然包括衣物、医药品的瓶子、书籍和DVD或其它类型的媒介。
分布式读取结构14连接于读取结构耦合器46，后者用于完成同阅读器12的近场或邻近耦合。读取结构耦合器46可通过同轴电缆50或其它合适的导体连接于读取结构14。读取结构耦合器46配置成与天线22相互作用以有效完成分布式读取结构14和RFID阅读器12间的近场或邻近通讯。
上述读取基础结构是无源装置，在其中仅仅像分布式天线一样使RFID阅读器与RFID装置通讯。应注意到读取结构也可替代性的具有与RFID装置独立通讯的能力，并可能的话存储信息。在这种有源或半有源配置中读取基础结构可包含其它一些合适的部分例如有源放大器。合适的放大器可以是单向器件，通过标签至阅读器通路中的旁路，其放大在阅读器至标签通路中的RF能量，或双向器件，增强两个方向的信号。当然，需注意放大器的使用需要电源。
图5显示了例中配置的读取天线22与读取结构耦合器46间的近场或邻近耦合。天线22为半波天线配置，其在上文及图3中描述。耦合器46包含由导电材料制成的中心有源片或平面54，其被一对用导电材料制成的地线片或平面56夹在中间。中心有源片或平面54与同轴电缆50的中心导体60耦合。地线片或平面56与同轴电缆50的外围(地)导体62耦合。该耦合是有效的邻近或近场耦合，是容性或/和磁性为主的耦合，其导致了天线22和读取结构耦合器46间的有效通讯。应注意到，读取结构耦合器46可以有多种不同的配置。
图6显示了读取结构耦合器46的一种替代配置。图6所示读取结构耦合器46包含微带70或其它的传输线用于邻近或近场电磁场。来自微带70一侧的互联线72用于连接微带70和分布式读取结构14(图4)。例如，这种微带70可沿货架的边缘放置。读取天线22(图3)可沿微带70的长度通过以导致天线22和微带线70间的邻近或近场通讯。图6所示的配置可沿货架上每排上的隔断放置，使得阅读器在沿货架每行的边缘移动时使读取结构进行通讯。
RFID阅读器12也能够通过分立的RFID装置20(图1)进行远场通讯。为此，RFID阅读器12会利用天线22，后者也用于同读取结构耦合器46进行邻近或近场通讯。可替代的，如图7所示，RFID阅读器12可有一对天线22和76。天线22可为与读取结构耦合器46(图4)的邻近或近场通讯而优化。天线76可为与RFID装置20(图1)的直接远场通讯而优化。天线22和76可以是不同类型的天线，在所示实施例中，天线22是半波贴片天线而天线76是双极子天线。应注意到，天线22和76可采用多种不同的可能天线类型，尺寸和配置。
读取线路24(图2和图7)可为邻近或近场通讯和远场通讯进行不同配置。不同之处包括通讯的频率，使用的电力，和通讯协议。这些邻近通讯和远场通讯间的差别表现为或者阅读器有一个天线供两种通讯类型，或者有分别地用于邻近或近场通讯的天线和用于远场的天线。
应注意到，为邻近和远场工作的通讯参数的优化会显著提高全部类型的通讯效率。例如，通过阅读器12和读取结构14间的单独耦合，阅读器12和读取结构14间的邻近通讯包含了同在陈列16上面或内部的所有RFID装置20进行的信息通讯。
读取线路24可配置成检测任何途径的邻近或近场通讯。作为示例，一个特别编码的RFID装置可以耦合到读取结构14上。当与特殊编码相关的RFID标签的信息传送到RFID阅读器12上时，阅读器线路24可配置成移入邻近或近场模式，该模式适于邻近或近场通讯。此外，特殊编码的RFID标签可用于传送其它信息，例如识别陈列装置16的位置。
鉴于图7所示双天线阅读器12，在邻近或近场通讯与远场通讯之间选择的另一种途径是可行的。阅读器12可配置成周期性的用天线22和76(图6)发送，以利用有最低的返回损耗的天线22和76。
可替代的，如果远场天线76的返回损耗超出了一个定值，这将作为一个指示，意味着阅读器12位于近场或邻近结构(例如读取结构46)附近。此时，阅读器12会改变其读取参数到邻近或近场模式。
图8阐明了所述系统作为库存系统，例如商店中，的一部分。阅读器12连续地耦合于读取基础结构13，后者是陈列装置，例如货架，的一部分。这使得同物品18上RFID装置20的通讯可以进行。阅读器12还可以通过远场耦合同其他物品80通讯，后者不在陈列装置16上。
可以注意到上述RFID系统，伴随着RFID阅读器和分布式读取系统的不同配置，导致了更加有效的通讯以从个别的RFID装置上得到信息。通过邻近或近场耦合，RFID装置上的信息可从分布式读取系统有效地传送到便携式RFID阅读器上，同时仍允许用同一RFID阅读器进行独立的远场耦合。
尽管对本发明参照优选的一个或多个实施例进行了表示和描述，很明显对于熟悉本技术的人士，在阅读和理解这些规范和附图的基础上，易于做出等同的改变和修正。尤其对于上述元件(组件、装配、装置、合成等等)所完成的功能，除非特别指出，用于描述这些组件的术语(包括引用到“方法”)对应着任何完成所述单元的特定功能(也就是说，功能上一致的)，即使不是在结构上等同于此处用本发明的例证性的实施例公开的用于完成功能的结构。此外，尽管在上面一个或多个阐述性的实施例中描述了本发明一个特别的特征，当对任何已给出的或特别的应用是需要的和有益的时，该特征在其它的实施例中会与其它的一个或多个特征相结合并加以描述。

Claims (20)

1.一种用于射频识别装置，即RFID装置的读取基础结构，包括：
分布式读取结构，其在所述读取结构发射的辐射的一个波长内与RFID装置邻近耦合；和
耦合器，其电连接所述读取结构，用于与RFID阅读器邻近耦合。
2.根据权利要求1所述的读取基础结构，其作为陈列装置的一部分。
3.根据权利要求2所述的陈列装置，其中所述陈列装置包括在其上具有至少部分的分布式读取结构的货架。
4.根据权利要求3所述的陈列装置，其与所述RFID装置结合。
5.根据权利要求4所述的结合，其中至少一些所述RFID装置被附着于在所述陈列装置上面或内部的各自的物品。
6.根据权利要求1所述的读取基础结构，其作为RFID系统的一部分，与所述RFID阅读器结合可操作地耦合于所述耦合器。
7.根据权利要求6所述的RFID系统，
其中所述RFID阅读器包含：
天线；和
耦合于所述天线的电子设备；和
其中所述电子设备包含用于在两个单独的模式下操作所述阅读器的电子设备：
邻近模式，其中所述阅读器通过邻近耦合进行通讯；和
远场模式，其中所述阅读器通过远场耦合进行通讯。
8.根据权利要求7所述的RFID系统，
其中所述RFID阅读器包括额外的天线；
其中所述天线中的一个用于所述邻近耦合；并且
所述天线中的所述其它天线用于所述远场耦合。
9.根据权利要求7所述的RFID系统，其中所述天线包括贴片天线。
10.根据权利要求6所述的RFID系统，其中所述RFID阅读器是便携式RFID阅读器。
11.根据权利要求1所述的读取结构，其中所述读取结构包括导电图案，在所述导电图案间产生的电场用于与所述RFID装置的邻近耦合。
12.根据权利要求1所述的读取结构，其中所述耦合器包含多个导电板。
13.一种读取射频识别装置，即RFID装置的方法，所述方法包括：
将所述射频识别装置有效耦合于读取基础结构的分布式读取结构；
将RFID阅读器有效耦合于所述读取基础结构的耦合器；
通过所述读取基础结构将RFID装置读取到RFID阅读器。
14.根据权利要求13所述的方法，所述RFID装置和所述分布式读取结构间的所述有效耦合是邻近耦合。
15.根据权利要求13所述的方法，所述RFID阅读器和所述耦合器间的所述有效耦合是邻近耦合。
16.根据权利要求13所述的方法，
所述RFID阅读器是便携式RFID阅读器；并且
所述RFID阅读器对所述耦合器的所述有效耦合包含将所述RFID阅读器的天线移入同所述耦合器的邻近耦合。
17.根据权利要求13所述的方法，
其中所述读取包含在所述RFID阅读器的邻近模式下读取；并且
所述RFID阅读器的所述邻近模式在一个或多于一个通讯频率、功率使用和通讯协议上不同于远场模式。
18.根据权利要求13所述的方法，
其中所述读取基础结构是陈列装置的部分；
其中所述RFID装置机械地耦合于各自的物品，所属物品在所述陈列装置上面或内部。
19.一种提取库存的方法，所述方法包含：
为在具有读取基础结构的陈列装置上面或内部的物品提供RFID装置；
将RFID阅读器置于与所述读取基础结构的耦合器的邻近耦合内；并且
通过所述耦合器和所述读取基础结构的分布式读取结构，开始在所述RFID阅读器和所述RFID装置间进行通讯。
20.一种销售陈列点，包含：
陈列装置，其具有放置在其上的多个物品，每个所述物品具有附着在其上的RFID装置；以及
用于在两个单独的模式下工作的读取结构；
其中所述RFID装置通过所述两个单独的模式中的一个被读取。
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