CZ307127B6 - Radiofrekvenční identifikátor laditelný dielektrickými vložkami - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká radiofrekvenčního identifikátoru laditelného dielektrickými vložkami, jenž využívá radiofrekvenční identifikaci (RFID), která jako kódovací medium využívá rezonanční struktury a je laditelný pomocí dielektrických vložek.

Dosavadní stav techniky

V současné době se pro identifikaci na rádiové frekvenci u zabezpečovacích a bezpečnostních systémů využívá dvou základních konceptů. Pasivního a aktivního. U pasivního systému vysílač periodicky vysílá do okolí elektromagnetické impulzy. Pokud se v blízkosti objeví pasivní RFID zařízení, využije přijímanou energii k nabití svého napájecího zdroje, spustí zařízení a odešle odpověď. Pasivní zařízení dokáží vysílat buď jedno číslo (elektronické číslo produktu EPC), určené při jejich výrobě, nebo disponují navíc ještě dodatečnou pamětí, do které lze zapisovat a číst další informace. Aktivní RFID jsou složitější a výrobně náročnější, jelikož obsahují navíc i vlastní zdroj napájení a jsou schopny samy vysílat svou identifikaci - používají se proto pro aktivní lokalizaci/identifikaci. Aktivní RFID zařízení kromě svého identifikačního čísla většinou mají prostor pro další informace, které (na podnět obdobný výzvě pro identifikaci) dokáží ukládat nebo odeslat spolu s identifikačním číslem.

V americkém patentu US 7,471,199 B2 je popsán mobilní klíč, který zahrnuje RFID štítek spojený s pamětí. Paměti má uložen bezpečnostní přístupový kód. Autorizační stav osoby nebo položky spojený s mobilním klíčem je určen dotazováním mobilního klíče použitím RFID dotazovacího pole. Mobilním klíčem mohou být poskytnuty bezpečnostní informace, jakými například jsou bezpečnostní identifikátor, přístupové kódy, fyzicky naměřená data nebo biometrická data. Mobilní klíč může také zahrnovat zařízení pro bezdrátovou komunikaci, jako je například telefon, prostřednictvím které se mohou poskytovat bezpečnostní informace z mobilního klíče.

V americké patentové přihlášce vynálezu US 20060226948 Al je popsaná sestava elektronického zámku včetně transpondéru. Klíč je vkládán do sestavy elektronického zámku přes otvor, ve kterém je uspořádaná elektronická sestava. Elektronická sestava zahrnuje sestavu cívek, které jsou napájeny elektrickou energii přes přepínač, který je v záběru s klíčem. Sestava cívek následně generuje magnetické pole, které aktivuje transpondér. Transpondér vysílá signál přijatý ovladačem. Ovladač reguluje sestavu zámku v závislosti na přijatém signálu, přičemž posune zajišťovací člen do odemčené polohy. Klíč poskytuje potřebnou energii potřebnou k odblokování západky a tedy, další zdroj elektrické energie pro ovládání motoru není nutní. Zámková sestava, její ovladač a transpondér je napájen malým množstvím elektrické energie a proto může sloužit jako zdroj energie i běžně dostupná elektrická baterie.

Ctečka a systém pro měření vzdálenosti pomocí RFID štítku, jsou popsány v americké přihlášce vynálezu US 2007241904. RFID štítek a celý systém pro měření vzdálenosti obsahuje čtečku, která dodá předem určený nosný signál ke značce a přijímá odražený signál nosného signálu z RFID štítku. Ctečka zahrnuje signální výstupní prostředek pro výstup signálů na více kmitočtech, které se navzájem od sebe liší (jako jsou nosný a vysílací signál). Prostředek pro výstup signálů přenáší signál na výstupu signálu ke značce v přijímací části, která přijímá odražené signály na různých kmitočtech, přičemž tyto signály se od sebe navzájem liší. Měření vzdálenosti mezi značkou a čtečkou závisí na množství změn ve fázi mezi odraženými signály, přijatými přijímací částí a nosnými signály a jejich frekvencemi. Vysílací a přijímací části mají dva páry vysílacích a přijímacích antén, které jsou schopny mnohonásobné přijímat signály, ve kterých se liší síla odražených signálů, které jsou přijímány přijímací anténou.

- 1 CZ 307127 B6

Zařízení pro detekci přepínání elektrického obvodu, které je popsáno v americké přihlášce vynalezu US 2006/0180647 Al a zahrnuje RFID štítek, vodivou obvodovou smyčku a spínač připojený k vodivé obvodové smyčce, čímž je vytvořen řídicí obvod. Přepínač je řízen tak, aby poskytoval stav zapnuto nebo vypnuto, což vede k uzavření nebo otevření řídicího obvodu. RFID štítek detekuje stav vodivého obvodu smyčky a vysílá signál představující stav zapnuto/vypnuto do čtečky RFID. Zařízení pro detekci přepínání elektrického obvodu je začleněno do mechanismu přepínání stavu zapnuto/vypnuto. Zařízení pro detekci přepínání elektrického obvodu, který zahrnuje sestavu pák, sestavu západky zámku, sestavu zámku okenního křídla, koleso tachometru, závěs opatřený prvním kloubovým členem a druhým kloubovým členem propojeným centrální nápravou, zavírač dveří a otočný přepínač nebo otočný zámek.

V patentové přihlášce US2010134254 je popsán bezčípový RFID systém, který zahrnuje značku a čtečku. Značka může též zahrnovat metamaterial, který disponuje alespoň dvěmi rezonančními frekvencemi. Čtečkaje schopna měnit frekvence první elektromagnetické vlny vyslané do značky. Následně čtečka rozpoznává a identifikuje značku pomocí druhé elektromagnetické vlny vyslané ze značky, a která koresponduje s první elektromagnetickou vlnou. Způsob identifikace bezčipového RFID systému zahrnuje vytvoření štítku s metamateriálem s různými rezonančními frekvencemi. Poté se změní frekvence první elektromagnetické vlny, která má být přenášena čtečkou na značku a následně se analyzuje frekvenční spektrum druhé elektromagnetické vlny odpovídající první elektromagnetické vlně. Nevýhoda tohoto systému spočívá v tom, že využívá vlastností metamateriálů, které jsou obtížné pro výrobu. Další nevýhoda spočívá v tom, že systém využívá stoprocentní periodičnost metamateriálové struktury, což dělá tuto strukturu předvídatelnou a může být lehce napodobená třetí stranou, čímž není dosaženo požadované bezpečnosti systému klíč-zámek.

RF systém pro značkování s rezonančními obvody je popsán v mezinárodní přihlášce vynálezu WO9410663. Princip značkování je následovný, když značka vstupuje do detekční zóny, jsou určeny rezonanční frekvence každého z rezonančních obvodů a vytvoří se odpovídající kód. Detekce rezonanční frekvence je prováděna souběžně vyzařovacími signály při každé možné rezonanční frekvenci pro značkovací obvody. Vyzařované signály jsou během detekčního procesu fázově posunuty a signály přijaté přijímacími anténami, kromě vysílacích signálů, mohou být sledovány pro zlepšení spolehlivosti detekce rezonančních obvodů. Pro vyzařování signálů do detekční zóny mohou být použity svazky antén tak, aby každé umístění rezonančního obvodu na štítku bylo možné sledovat samostatně.

Způsob ladění dielektrických antén určených k provozu, zejména v mikrovlnném rozsahu a samotné antény jsou popsány v evropské přihlášce vynálezu EP1251588. Anténa je laděna odebíráním materiálu z dielektrického bloku umístěného mezi vodivými prvky, čímž se zvyšuje rezonanční frekvence antény. Vodivé prvky na protilehlých plochách dielektrického bloku jsou tvarovány shodně ajsou vzájemně uspořádány symetricky, aby ladění antény neovlivnilo jiné elektrické vlastnosti antény kromě rezonanční frekvence. Výhoda vynálezu spočívá v tom, že způsob podle vynálezu umožňuje přesnější naladění antény, protože odstranění malého množství materiálu z dielektrického média jenom patrně mění rezonanční frekvenci antény.

V evropské přihlášce vynálezu EP 2495805 je popsán rádiový frekvenční identifikátor štítků obsahující čip RFID, anténu a napájecí vedení, které elektricky spojuje čip RFID s anténou. Čtečka kódu (EIR) obsahuje mikroprocesor a paměť komunikativně spojenou s mikroprocesorem. Čtecí zařízení RFID může dále obsahovat anténu a napájecí vedení. Anténa RFID štítku nebo čtecí zařízení RFID může být vyrobeno z metamateriálů (MTM), čímž jsou myšleny umělé kompozitní materiály konstruované tak, aby vytvářely požadované elektromagnetické chování. MTM anténa je dimenzována například v řádu jedné desetiny vlnové délky signálu.

Způsob výroby komunikačního zařízení pracující na krátké vzdálenosti a komunikační zařízení k provádění tohoto způsobu popisuje mezinárodní přihláška vynálezu WO2015004232. Komunikační zařízení obsahuje vodicí strukturu z metamateriálů a alespoň jeden napájecí bod. Způsob

- 7 CZ 307127 B6 zahrnuje vybuzení komunikačního zařízení prostřednictvím napájecího bodu pomocí přenosu elektromagnetické energie, následné řízení hodnot vlnového čísla pomocí modifikace vodicí struktury metamateriálu a výpočet imaginární hodnoty příčné složky (ky) vlnového čísla ve volném prostoru (K) tak, že elektromagnetické pole modifikované metamateriálové vodicí struktury je uzavřeno kolem uvedené metamateriálové vodicí struktury.

Řešení popsané v přihlášce vynálezu DE4338554 se týká způsobu elektronického označování předmětů pasivními rezonátory prostřednictvím elektromagnetických polí a zapojení pro provádění tohoto způsobu. Tento úkol se řeší tím, že n spínatelných pasivních rezonátorů vždy s přiřazenou detekční frekvencí a vypínací frekvencí se provede jako matice, a že n rezonátorů připojením elektromagnetických polí se bezdotykově kóduje z n frekvencí. Zapojení má n spínatelných rezonátorů uspořádaných v matici plošně a/nebo ve více vrstvách. Tyto rezonátory jsou vytvořeny ze spojení nejméně jednoho detekčního rezonátorů s nejméně jedním vypínacím rezonátorem.

Ve francouzské přihlášce vynálezu FR2992758 je popsán radiofrekvenční identifikační systém, který má bezčipový radiofrekvenční identifikační štítek zahrnující vodivý vzor vytvořený na dielektrické podložce, definované rezonátory a čtecí zařízení vysílající lineárně polarizovaný čtecí signál v daném směru a způsob čtení RFID štítku. Systém má bezčipovou značku pro identifikaci vysokofrekvenční frekvence (RFID) obsahující vodivý vzor vytvořený na dielektrické podložce. Vodivý vzor určuje rezonátory, kde každý rezonátor přijímá lineárně polarizovaný signál v jednom směru a opakovaně vysílá část signálu polarizovaného v jiném směru odděleného od prvního směru. Čtecí zařízení přenáší lineárně polarizovaný čtecí signál v prvním směru a zároveň přijímá lineárně polarizovaný signál ve druhém směru.

Nevýhody výše popsaných technických řešení spočívají v tom, že využívají vlastností metamateriálů, které jsou obtížné pro výrobu a využívají stoprocentní periodičnost metamateriálové struktury, která pracuje se známou a předem definovanou rezonanční frekvencí, což dělá tuto strukturu předvídatelnou a může být lehce napodobená třetí stranou.

Fotovoltaický systém zahrnující elementární rezonátor pro využití v energetice je popsaný v české přihlášce vynálezu PV 2012-636. Solární element zahrnuje elementární rezonátor uspořádaný v dielektrické struktuře, kterou tvoří oblast s minimálním elektromagnetickým útlumem, jejíž horní plocha tvoří rovinu dopadu, a oblast s minimálním elektromagnetickým útlumem je vzhledem k dopadající elektromagnetické vlně transparentní a je ohraničena hranicemi změn materiálových vlastností. Minimálně jeden 2D-3D rezonátor je obklopen dielektrikem a je uspořádán v dielektrické struktuře. Na oblast s minimálním elektromagnetickým útlumem navazuje minimálně jedna další oblast s rozdílnou rezonanční frekvencí elementárního rezonátorů. Systém je ukončen buď do volného prostoru, nebo solárním prvkem (systémem) určeným k úplnému pohlcení zbylé energie dopadající elektromagnetické vlny.

Nevýhody dosavadního stavu techniky spočívají je v malé adaptabilitě - změny kódu při zachování úrovně bezpečnosti, nedostupnosti technologie a rychlosti změny kódu nejširším uživatelům - domácnostem.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je navržení radiofrekvenčního identifikátoru laditelného vložkami z dielektrického materiálu, který využívá radiofrekvenční identifikace (RFID) na radiové frekvenci (RF), která umožní kódovat informace pomocí jednoduchých výměnných vložek v kombinaci s periodickou strukturou rezonátorů koncipovaných například na základě metamateriálových struktur nebo rezonančních struktur, periodických nebo vrstvených struktur a periodických struktur se 100% periodicitou nebo částečnou periodicitou.

- 3 CZ 307127 B6

Výše uvedené cíle je dosaženo uspořádáním radiofrekvenčního identifikátoru laditelného dielektrickými vložkami, jenž využívá radiofrekvenční identifikaci, a které zahrnuje pevnou část a klíč, kde pevná část obsahuje, indikační prvek a dekódovací zařízení, jenž obsahuje jednotku elektrického napájení, vyhodnocovací a řídicí jednotku, dekódovací zařízení a ovládací prvek, přičemž dekódovací zařízení je spojeno s přijímačem, který zahrnuje anténu, vstupní zesilovač a blok filtrů a tvarovacích obvodů, přičemž dále je dekódovací zařízení spojeno s vysílačem, který zahrnuje anténu, výstupní zesilovač a generátor signálu, přičemž klíč zahrnuje nejméně jeden nosič spojený s nejméně jednou vložkou opatřenou nejméně jedním přídavným dieletrickým blokem upraveným na jejím povrchu a nebo nejméně jedním otvorem vytvořeným uvnitř vložky jehož podstata spočívá v tom, že dielektrický blok je tvořen přídavným dielektrickým blokem, který v řezu vykazuje tvar kruhu, nebo přídavným dielektrickým blokem, který v řezu vykazuje tvar čtyřúhelníku, nebo přídavným dielektrickým blokem, který v řezu vykazuje tvar oválu, nebo přídavným dielektrickým blokem, který v řezu vykazuje tvar obdélníku, nebo přídavným dielektrickým blokem, který v řezu vykazuje tvar n-stěn s libovolným poměrem stran pro n=4,5,6,...2O, přičemž tyto různě tvarované přídavné bloky lze vzájemně kombinovat a otvor je tvořen otvorem, který má v řezu tvar kruhu, nebo otvorem, který v řezu vykazuje tvar čtverce, nebo otvorem, který má v řezu tvar oválu, nebo otvorem, který má v řezu tvar obdélníku nebo otvoru, který v řezu má tvar n-stěnu s libovolným poměrem stran pro n=4,5,6,...2O, přičemž různě tvarované otvory lze kombinovat.

Vynález je založen na využití rezonančních vlastností periodické struktury elektromagneticky vázaných rezonátorů a změně míry periodicity struktury vzhledem k dopadající elektromagnetické vlně, rezonanci struktury a interferenci výsledné elektromagnetické vlny celé struktury. Navržený vynález využívá těchto skutečností k získání snadno opakovatelně vyrobitelných zařízení s jednoznačnou odezvou elektromagnetické vlny, která je využívána jako identifikace zařízení - klíče pro radiofrekvenční identifikační systém.

Výhodné je, že takto navržené uspořádání radiofrekvenčního identifikátoru nepoužívá dosud známých principů radiofrekvenčních identifikací, jako jsou známy u přístupových systémů - příjem signálu, zpracování signálu a odezva s vysláním kódu pro dotazovací zařízení. Navržené uspořádání pouze svou strukturou tvoří jednoznačně radiofrekvenčně identifikovatelné zařízení a nepotřebuje elektronické obvody pro příjem signálu, zpracování a kódování signálu zpět vyslaného čtecímu vnějšímu zařízení. Změna kódu se děje velmi snadno a to výměnou/změnou tvaru vložky z dielektrického materiálu.

Výhodou navrženého řešení je také to, že matice elementárních rezonátorů je pro navržené řešení součásti RFID zařízení a to složení klíče založeného na vlastnostech periodické struktury rezonátorů v elektromagnetickém poli reprezentovaným elektromagnetickou vlnou struktury pro skupinu řešení je shodná a pouze změnou vložky z dielektrického materiálu se snadno změní odezva odražené elektromagnetické vlny klíče na dopad elektromagnetické vlny a tím se odliší identifikace vyhodnocené struktury klíče ve vyhodnocovacím/dekódovacím zařízení.

Objasnění výkresů

Radiofrekvenční identifikátor laditelný dielektrickými vložkami bude blíže popsán na přiložených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje periodickou strukturu rezonátorů uspořádaných do matice v interakci s elektromagnetickou vlnou v prostoru jejího dopadu, obr. 2a znázorňuje periodické struktury rezonátorů uspořádaných jako dvě matice proti sobě, obr. 2b znázorňuje oboustrannou variantu periodické struktury elementárních rezonátorů uspořádaných do matice, obr. 2c znázorňuje kombinaci oboustranného a dvou jednostranných periodických struktur uspořádaných do matic, obr. 3 znázorňuje uspořádání pevné části radioidentifikačního identifikátoru a klíče s vazbou na jištěný prvek, obr. 4 znázorňuje geometrický rozměr nosiče s uspořádáním rezonátorů, jenž spolu tvoří matici, obr. 5 znázorňuje příkladné tvary elementárních rezonátorů, obr. 6a znázorňuje příkladné tvary elementárních rezonátorů s jejich základními rozměry, obr. 6b znázorňuje

-4CZ 307127 B6 příkladné tvary elementárního rezonátoru v prostorovém zobrazení, obr. 7 znázorňuje příkladné uspořádání periodické struktury rezonátorů s naznačenými rozměry odstupů elementárních rezonátorů vůči sobě tvořící matici s umístěním na nosiči, obr. 8a znázorňuje základní tvary bloku a otvoru, kterými může být opatřena vložka, obr. 8b znázorňuje příkladné tvary bloků a otvorů určených pro modifikaci vložky, obr. 9, znázorňuje příkladné uspořádání bloků radiofrekveněního identifikátoru laditelného dielektrickými vložkami s uspořádáním vysílacího, přijímacího a vyhodnocovacího/dekódovacího zařízení pro oboustranné uspořádání matice v klíči, obr. 10, znázorňuje příkladné uspořádání bloků radiofrekvenčního identifikátoru laditelného dielektrickými vložkami s uspořádáním vysílacího, přijímacího a vyhodnocovacího/dekódovacího zařízení pro jednostranné uspořádání nosiče s vložkou v klíči, obr. 11, znázorňuje příkladné uspořádání bloků radiofrekvenčního identifikátoru laditelného dielektrickými vložkami s uspořádáním vysílacího, přijímacího a vyhodnocovacího/dekódovacího zařízení pro dvě jednostranná uspořádání nosiče s vložkou v klíči, obr. 12 znázorňuje příkladné uspořádání bloků radiofrekvenčního identifikátoru laditelného dielektrickými vložkami s uspořádáním vysílacího, přijímacího a vyhodnocovacího/dekódovacího zařízení pro dvě oboustranná uspořádání nosiče s vložkou v klíči a obr. 13 znázorňuje příkladné uspořádání klíčů radiofrekvenčního identifikátoru laditelného dielektrickými vložkami, jenž jsou uspořádány na nosiči.

Příklad uskutečnění vynálezu

Vynález bude osvětlen v následujícím popisu na příkladném provedení radiofrekvenčního identifikátoru s odkazem na příslušné výkresy. Na výkresech je vynález znázorněn na příkladech provedení jednotlivých dílů, prvků a jejich kombinací, jenž popisují řešení radiofrekvenčního identifikátoru laditelného dielektrickými vložkami.

Příkladné uspořádání radiofrekvenčního identifikátoru je znázorněno na obr. 3. Radiofrekvenční identifikátor v tomto provedení zahrnuje pevnou část 92 a klíč 9 určený k ovládání jištěného prvku 10, přičemž tyto jmenované komponenty tvoří sestavu zámku. V tomto provedení pevná část 92 obsahuje, indikační prvek 91, blok 8 vyhodnocovacího/dekódovacího zařízení, které zahrnuje jednotku 84 elektrického napájení, vyhodnocovací a řídicí jednotku 83, dekódovací zařízení 82 a ovládací prvek 81. Blok 8 vyhodnocovacího/dekódovacího zařízení je spojen s přijímačem 7, který zahrnuje anténu 71, vstupní zesilovač 72 a blok 73 filtrů a tvarovacích obvodů. Dále je blok 8 vyhodnocovacího/dekódovací zařízení spojen s vysílačem 6, který zahrnuje anténu 61, výstupní zesilovač 63 a generátor 62 signálu. A dále je dekódovací zařízení 8 spojeno s blokem 85 nastavení kódu v pevné části 92.

Funkce radiofrekvenčního identifikátoru je následující. Pevná část 92 při vložení správného klíče 9 pomocí indikování stavu indikačním prvkem 91 tento zašle informaci o tomto stavu, tj. přítomnosti klíče 9, do bloku 8 vyhodnocovacího/dekódovacího zařízení. Ve vyhodnocovací a řídicí jednotce 83 se vyhodnotí tento stav a řídicí a vyhodnocovací jednotka 83 vyšle signál pro zahájení vysílání elektromagnetické vlny 2 z vysílače 6, který pomocí generátoru signálu 62 a výstupního zesilovače 63 a vysílacího prvku tj. antény 62 zahájí vysílání elektromagnetické vlny 2 a to tak, že vysílá elektromagnetickou vlnu 2 v rozsahu laděné periodické struktury 1. Frekvenční rozsah/ vysílané elektromagnetické vlny je specifický a závisí na rozměrech i uspořádání elementárních rezonátorů 11 dále na elektromagnetických vlastnostech nosiče 32 a také elektromagnetických vlastnostech materiálu vložky 3, což je relativní permitivita ε,. Přitom frekvenční rozsah / se pohybuje v rozsahu /= 1MHz- 1000 THz a tyto rozsahy budou pro jednotlivá příkladná řešení s aplikací technologie a rozměrové kategorie klíče 9 zámku blíže vymezeny. Způsob vysílání elektromagnetické vlny 2 je realizován prostřednictvím generátoru signálu 62, dále výstupního zesilovače 63 a také vysílacím prvkem - anténou 61 vysílače 6. Generovaný signál má frekvencí/, a může vykazovat opakovaně frekvenčně rozmítaný harmonický průběh nebo v časové oblasti má tvar obdélníku, nebo pily, nebo trojúhelníku, nebo krátkého štíhlého impulsu nebo jejich kombinací v opakovaném režimu. Opakování generovaného signálu je časově odděleno časovým intervalem Z_dei, který nabývá hodnot od 1 mikrosekundy do jednotek sekund. Takto

-5CZ 307127 B6 vyslaná elektromagnetická vlna 2 se šíří prostorem v okolí vysílacího prvku-antény 61 a dopadne na matici 31 v prostoru dopadu 4 elektromagnetické vlny 2. Elektromagnetická vlna 2 vybudí v periodické struktuře 1, jež je umístěna na nosiči 32 spojeného s vložkou 3, odraženou elektromagnetickou vlnu 5. Odražená elektromagnetická vlna 5 se šíří k přijímacímu prvku-anténě 71 ta jej transformuje a dále je ve formě signálu zesílena vstupním zesilovačem 72 a upravena do zpracovatelné podoby v bloku 73 filtrů a tvarovacích obvodů. Takto upravený, signál je předán do bloku 8 vyhodnocovacího/dekódovacího zařízení. Pokud informace zpracovaná z upraveného signálu souhlasí s nastavenou informací v podobě kódu v dekódovacím zařízení 82, pak pomocí vyhodnocovací a řídicí jednotky 83 a ovládacího prvku 81 je dán povel, aby byl zpřístupněn jištěný/ovládaný prvek 10.

Vyhodnocení a dekódování signálu na výstupu bloku 73 filtru a tvarovacího obvodu vstupujícího do dekódovacího zařízení 82 lze provádět pomocí bloku 85 nastavení kódu a to několika způsoby.

Při generování signálu generátorem 62 signálu s opakovaně rozmítaným harmonickým průběhem o frekvenci f ve frekvenčním rozsahu f se v dekódovacím zařízení 82 zaznamenává rezonanční spektrum signálu přicházejícího z bloku 73 filtru a tvarovacího obvodu přijímače 7. Zaznamenané spektrum se porovná s uloženými hodnotami požadovaného spektra. Pokud při násobném porovnání obou spekter dojde ke shodě, je předána informace o shodě kódu nastaveného v bloku 85 nastavení kódu a kódu získaného z klíče 9. Dále je do vyhodnocovací a řídicí jednotky 83 předána informace o shodě kódů, která tuto informací vyhodnotí a předá povel pro ovládací prvek 81 k uvolnění jištěného prvku 10. Vyhodnocovací a řídicí jednotka 83 nastaví další prvky systému do stavu úspěšného vyhodnocení signálu. Pokud při násobném porovnání obou spekter nedojde ke shodě, je informace předána do vyhodnocovací a řídicí jednotky 83 o rozdílném nastaveném kódu v bloku 85 nastavení kódu a kódu vyhodnoceného prostřednictvím vložení klíče 9 do pevné části radioidentifikačního zařízení 92. Vyhodnocovací a řídicí jednotka 83 nastaví další prvky systému do stavu neúspěšného vyhodnocení signálu a dále do režimu identifikace jiného klíče 9.

Při generování signálu generátorem 62 signálu v časové oblasti tvaru obdélníku, pily, trojúhelníku, krátkého štíhlého impulsu nebo jejich kombinací v opakovaném režimu o frekvenci f, ve frekvenčním rozsahu / se v dekódovacím zařízení 82 provede pomocí známých matematických způsobů/nástrojů, například pomocí Fourierovy transformace, rychlé Fourierovy transformace apod., vyhodnocení rezonančního spektra signálu přicházejícího z bloku 73 filtru a tvarovacího obvodu přijímače 7. Zaznamenané spektrum se porovná s uloženými hodnotami požadovaného spektra. Pokud při násobném porovnání obou spekter dojde ke shodě, je předána informace o shodě kódu nastaveného v bloku 85 nastavení kódu a kódu získaného z klíče 9. Dále je do vyhodnocovací a řídicí jednotky 83 předána informace o shodě kódů, která tuto informací vyhodnotí a předá povel pro ovládací prvek 81 k uvolnění jištěného prvku 10. Vyhodnocovací a řídicí jednotka 83 nastaví další prvky systému do stavu úspěšného vyhodnocení signálu. Pokud při násobném porovnání obou spekter nedojde ke shodě, je informace předána do vyhodnocovací a řídicí jednotky 83 o rozdílném nastaveném kódu v bloku 85 nastavení kódu a kódu vyhodnoceného prostřednictvím vložení klíče 9 do pevné části 92 radioidentifikačního zařízení. Vyhodnocovací a řídicí jednotka 83 nastaví další prvky systému do stavu neúspěšného vyhodnocení signálu a dále do režimu identifikace jiného klíče 9.

V základním provedení je klíč 9 tvořen nosičem 32, který je opatřen minimálně dvěma elementárními rezonátory 11 uspořádanými do periodické struktury 1 a vložkou 3. Vložka 3 je opatřena minimálně jedním dielektrickým blokem 20 nebo minimálně jedním tvarovaným otvorem 200 nebo jejich kombinací. Vložka 3 přiléhá k nosiči 32 z jedné strany nebo zobou stran. Další varianty provedení klíče 9 lze kombinovat pomocí výše popsaného nosiče 32 a vložky 3, jak je patrné z obr. 13.

-6CZ 307127 B6

Varianta příkladného uspořádání radiofrekvenčního identifikátoru, kde klíč 9 zahrnuje nosič 32, k němuž oboustranně přiléhají vložky 3 je znázorněna na obr. 9. Takovéto uspořádání zahrnuje vysílač 6 spolu s anténou 61, klíč 9, přijímač 7 s anténou 71, jenž je spojen s vyhodnocovacím/dekódovacím zařízením 8.

Další varianta příkladného provedení radiofrekvenčního identifikátoru, kde klíč 9^zahmuje nosič 32 k němuž je z jedné strany přiřazena vložka 3 je znázorněna na obr. 10. Takovéto uspořádání zahrnuje vysílač 6 spolu s anténou 61, klíč 9, přijímač 7 s anténou 71, jenž je spojen s vyhodnocovacím/dekódovacím zařízením 8.

Další varianta příkladného provedení radiofrekvenčního identifikátoru, kde klíč 9 zahrnuje dvě jednostranná provedení nosiče 32, k němuž z jedné strany přilehá vložka 3, přičemž v této variantě provedení jsou použity dva nosiče 32 s vložkami 3, které jsou orientovány proti sobě je znázorněna na obr. 11. Takovéto uspořádání zahrnuje vysílač 6 spolu s anténou 61, klíč 9, přijímač 7 s anténou 71, jenž je spojen s vyhodnocovacím/dekódovacím zařízením 8.

Další varianta příkladného provedení radiofrekvenčního identifikátoru, kde klíč 9 zahrnuje nosič 32, k němuž oboustranně přiléhají vložky 32 a nosič 32, k němuž je vložka 3 přiřazena pouze z jedné strany a to tak, že přiléhá svou volnou stranou nosiče 32 k vložce 3 druhého nosiče 32 je znázorněna na obr. 12. takovéto uspořádání zahrnuje vysílač 6 spolu s anténou 61, klíč 9, přijímač 7 s anténou 21, jenž je spojen s vyhodnocovacím/dekódovacím zařízením 8.

Rezonanční struktury uspořádané do periodické struktury 1 se realizují jako matice 31. Matice 31 je složena z elementárních rezonátorů 11 vzájemně uspořádaných a umístěných na nosiči 32, který tvoří dielektrický materiál. Takovým materiálem může být syntetický polymer, přirozený polymer nebo dostupné dielektrické materiály, dále keramický materiál, polovodičové substráty na bázi Si, Ge, As, a další materiály známé z polovodičové techniky.

Na obr. 1 je znázorněno schéma uspořádání jednostranné varianty matice 31, jež je tvořena nosičem 32 s elementárními rezonátory 11, které jsou uspořádány do periodické struktury 1, přičemž periodická struktura 1 je v interakci s elektromagnetickou vlnou 2 v prostoru dopadu 4 a vytvoří odraženou elektromagnetickou vlnu 5. V příkladném provedení matici 31, tvoří nosič 32, na kterém je umístěna periodická struktura 1 elementárních rezonátorů 101, přičemž tyto elementární rezonátory 101 tvoří v prostoru nebo ploše periodickou strukturu 1 jak je patrné z obr. 7.

Na obr. 2a jsou znázorněny dvě jednostranné varianty matice 31, které mají na nosiči 32 periodické struktury 1 uspořádán elementární rezonátory 11 proti sobě. Takovéto uspořádání je výhodné pro zvýšení počtu kombinací nastavovaných výsledných kódů, známé jako pojem síla kódu.

Na obr 2b je znázorněna oboustranná varianta matice 31, kdy je jeden nosič 32 z obou stran opatřen periodickými strukturami 1 s elementárními rezonátory jj. Takovéto uspořádání je výhodné pro zvýšení násobného počtu kombinací nastavovaných výsledných kódů, známé jako pojem síla kódu.

Na obr. 2c je pak znázorněna kombinace oboustranné a dvou jednostranných variant matic 31, které jsou na nosičích 32 opatřeny periodickými strukturami 1 s elementárními rezonátory EL Takovéto uspořádání je výhodné pro zvýšení počtu kombinací nastavovaných výsledných kódů, známé jako pojem síla kódu, ale navíc takováto kombinace má zvýšenou odolnost vůči nežádoucímu odposlechu komunikace mezi klíčem 9 a pevnou částí 92.

Elementární rezonátory 11 jsou realizovány jako dělené čtvercové, prstencové nebo dipólové struktury, případně jejich kombinace, například rezonátor 101 typu CC, rezonátor 102 typu LL, rezonátor 103 typu C, rezonátor 104 typu I, rezonátor 105 typu U a dalších tvarů vzniklých kombinací nebo dělením uvedených tvarů, jak je znázorněno na obr. 5. Elementární rezonátor 11 se taktéž může skládat například z přímých lomených nebo dělených vodičů či dalších tvarů kombi

-7CZ 307127 B6 novaných z uvedených elementárních geometrických uspořádání vodičů a tyto jsou umístěny na nosiči 32, který je součástí matice 31.

Elementární rezonátory H_je možné ladit na vlastní pracovní kmitočet/ pomocí jejich geometrie, vzájemného uspořádání geometrie vodičů, vlastnostmi nosného nosiče 32 jako je jeho elektrická permitivita ε„ magnetická permeabilita μ „ elektrická měrná vodivost γ _s, elektrická permitivita okolí ε,„ magnetická permeabilita okolí μ_υ, elektrické měrné vodivosti okolí y_o, elektrická měrná vodivost vodičů γ _v elementárního rezonátoru _H, a vzájemnými elektromagnetickými - fyzikálními vazbami elementárních rezonátorů 11 (známé jako kapacita C_v, indukčnost L_v, vodivost G_v). V okolí matice 31, periodické struktury 1 rezonátorů 11 umístěných na nosiči 32, je přiložena vložka 3 z dielektrického materiálu se specifickou geometrií a vlastností elektrické permitivity e_d, magnetické permeability μ_ά, měrné elektrické vodivosti y_d dielektrického materiálu a právě tímto spojením dojde k naladění požadované periodické struktury 1 elementárních rezonátorů 11 na požadovanou frekvenci f a takto vytvořená elektromagnetická struktura vytvoří při dopadu elektromagnetické vlny 2 vyslané vysílačem 6 pomocí vysílacího prvku 61 jedinečnou, jinými prostředky, obtížně dosažitelnou odezvu odražené elektromagnetické vlny 5 snímanou přijímačem 7 opatřeným přijímacím prvkem- anténou 71.

Stupeň a síla kódu vytvořeného pomocí informace odezvy odražené elektromagnetické vlny 5 v prostoru 4 dopadu elektromagnetické vlny 2 na vyslaný signál vysílačem 6 vysílacím prvkem anténou 61 je závislý na počtu a typu a kombinací elementárních rezonátorů 11, jejich vzájemného naladění na pracovní frekvenci/_s.

Periodickou strukturou 1 lze sestavit například pomocí rezonátoru 101 typu CC, rezonátoru 102 typu LL, rezonátoru 103 typu C, rezonátor 104 typu I, rezonátor 105 typu U a jejich kombinacemi. Uspořádané elementární rezonátory 11 vytvoří matici 31 umístěnou na nosiči 32. Elektromagnetická vlastnost nosiče 32 ještě závisí na elektrické permitivitě e_s materiálu nosiče 32 magnetické permeabilitě μ _s materiálu nosiče 32 měrné elektrické vodivosti y_s materiálu nosiče 32, permitivitě ε, materiálu nosiče 32, elektrické permitivitě okolí ε„ nosiče 32, magnetická permeabilitě okolí //„nosiče 32, elektrické měrné vodivosti okolí γ„ nosiče 32, elektrické měrné vodivosti vodičů γ_v elementárního rezonátoru 11.

Na obr. 4 je znázorněn příklad matice 31, kde jsou použity rezonátory 105 typu U, které jsou umístěny na nosiči 32, jehož geometrický rozměr má tloušťku Y.

A rozměry elementárních rezonátorů 11 se podle typu použité realizační technologie se pohybují v rozmezí cm až nm, přičemž jejich jednotlivé rozměry jsou znázorněny na obr. 6a, obr. 6b, obr. 7 a obr. 8a.

Rozměry elementárních rezonátorů 11, rozměry periodické struktury rezonátorů 1, rozměry uspořádání elementárních rezonátorů 11 do matice 31 na substrátu 32, rozměry přídavného dielektrického bloku 20, tvarovaného otvoru 200 a vložky 3 z dielektrického materiálu pro variabilní aplikace navrženého vynálezu lze kategorizovat do následujících oblastí:

Oblasti řádu nanometrů a to pro rozměry z intervalů A=1000nm - lOOOOnm, B=1000nm lOOOOnm, C=100nm-1000nm, D=100nm- lOOOnm, E=100nm-5000nm, F=100nm-5000nm, G= 200nm-5000nm, H=100nm-1000nm, 1= lOOnm-lOOOnm, X=100nm-100000nm, Y=100nmlOOOOOnm, Z=lnm-1000nm, do oblasti řádu mikrometrů a to rozměry z intervalů A=10pm - lOOpm, B=10pm - lOOpm, C=lpm - ΙΟμηι, D= lpm - ΙΟμιη, Ε=1μηι - 500μπι, F=lpm - 500μπι, G= 2μπι - 500pm, Η=1μιη - 1 Ομπι, 1= 1 μιη - 1 Ομηι, Χ=0.1 μιη - 1 ΟΟΟμιη, Υ=0.1 μιη - 1 ΟΟΟμιτι, Ζ=0.01 μιη-1 Ομηι, do oblasti řádu milimetrů a to pro rozměry z intervalů A=lmm - lOmm, B=lmm - lOmm, C=0.1mm - lmm, D=0.1mm - lmm, E=0.1mm - 50mm, F=0.1mm - 50mm, G= 0.2mm

-8CZ 307127 B6

50mm, H=0.1mm - Imm, 1= 0.1 mm - lmm, X=0.1mm - lOOmm, Y=0.1mm - lOOmm,

Z=0.01mm-lmm, do oblasti řádu centimetrů a to pro rozměry z intervalů A=lcm - lOcm, B=lcm - lOcm, C=0.1cm - lem, D=0.1cm - lem, E=0.1cm - 50cm, F=0.1cm - 50cm, G= 0.2cm - 50cm, H=0.1 cm - 1 cm, 1= 0.1 cm - 1 cm, X=0.1 cm - 1 Ocm, Y=0.1 cm - 1 Ocm, Z=0.1 mm-1 Omm.

Přídavné dielektrické bloky 20 jsou například zhotovitelné z plastického materiálu jak na bázi polymerů, tak mikroskopické jako je Si, Ge, As, a další a nanoskopické stavby jako je Ag, Zn, Ni, Co, a další a lze je vytvořit pomocí dostupného 3D tisku, technologiemi litografie, naparování, lisování, a dalšími, také tvarované otvory 200 mohou být vytvořeny klasickými technologiemi opracování, odstraňování materiálu, ale i při tisku pomocí 3D technologií vypalování, leptání, broušení, abrazivním opracováním, stlačeným vzduchem, obráběním vodním paprskem, a dalšími při zhotovení vložky 3 z dielektrického materiálu.

Výhodou navrženého řešení a konceptu radiofrekvenčního identifikátoru je, že periodická struktura 1 elementárních rezonátorů 11 uspořádaná na nosiči 32 spolu s vložkou 3 z dielektrického materiálu tvoří klíč 9. Při vyslání elektromagnetické vlny 2 vysílačem 6 pomocí vysílacího prvku tj. antény 61, její dopad do prostoru 4 dopadu vytvoří odraženou elektromagnetickou vlnu 5, která je pomocí přijímacího prvku tj. antény 71 snímána a předána do přijímače 7. Klíč 9 založený na tomto způsobu kódování je velmi snadno modifikovátelný a může být snadno vytvořen, duplikován nebo změněn a to pomocí technologie 2D/3D tiskárny a dalších technologií. Tyto změny spočívají ve změně motivu, struktury nebo materiálu vložky 3 z dielektrického materiálu. Vložka 3, může být opatřena dielektrickým blokem 20, uspořádaným na jejím povrchu nebo v ní mohou být vytvořeny tvarové otvory 200 jak je patrné z obr. 8a. Přídavné dielektrické bloky 20 mohou být tvořeny přídavným dielektrickým blokem 21, který v řezu vykazuje tvar kruhu, nebo přídavným dielektrickým blokem 22, který v řezu vykazuje tvar čtyřúhelníku, nebo přídavným dielektrickým blokem 23, který v řezu vykazuje tvar oválu, nebo přídavným dielektrickým blokem 24, který v řezu vykazuje tvar obdélníku, nebo přídavným dielektrickým blokem 25, který v řezu vykazuje tvar n-stěnu s libovolným poměrem stran pro n=4,5,6,...2O. Kdy podle potřeby lze tyto různě tvarované přídavné bloky 20 kombinovat.

Tvarové otvory 200 mohou být tvořeny otvorem 201, který má v řezu tvar kruhu, nebo otvorem 202, který v řezu vykazuje tvar čtverce, nebo otvorem 203, který má v řezu tvar oválu, nebo otvorem 204, který má v řezu tvar obdélníku, nebo otvoru 205, který v řezu má tvar n-stěnu s libovolným poměrem stran pro n=4,5,6,...2O a jejich kombinací, dále libovolnou kombinací uvedených přídavných dielektrických bloků 20 a tvarových otvorů 200 jak je patrné z obr. 8b.

Podle vyhovujících rozměrů elementárního rezonátorů 11 a zvolené rozměrové kategorie výsledného klíče 9 je volena odpovídající technologie výroby vyměnitelných vložek 3 z dielektrického materiálu a to například pro kategorii rozměrů v rozsahu nanometrů je vhodná technologie založená na litografických technikách, Lift-off, technologie naprašování, technologie naparování atp. Pro rozměrovou kategorii v rozsahu mikrometrů zvolit technologii na bázi chemických procesů nanášení a odstraňování povrchů, litografie, plazmové nanášení, naprašování, naprašování, leptání atp., pro rozměrovou kategorii v rozsahu milimetrů zvolit technologii na bázi leptání, broušení, naprašování, nástřik, mechanické obrábění, naparování, nanášení tepelně zpracovávaných polymerů, plazmového obrábění, abrazivní opracování, 3D tisk atp., pro rozměrovou kategorii v rozsahu centimetrů zvolit technologii na bázi mechanického nanášení, mechanické úpravy povrchů, plazmové nanášení, nástřik, leptání, abarazivní opracování částicemi, opracování vodou, opracování emulzemi, fluidní technologie obrábění, 3D tisk atp.

Výhodou tohoto řešení je to, že opakováním motivu vložky 3 z dielektrického materiálu lze pomocí levně dostupných technologií a technologií 2D/3D tisku opakovaně vytvořit takový tvar vložky 3 z dielektrického materiálu, který zabezpečí shodnou výslednou odezvu elektromagnetického pole v podobě odražené elektromagnetické vlny 5, že je identifikace celkového sestavení

-9CZ 307127 B6 klíče 9 ve vyhodnocovacím/dekódovacím zařízení 8 identická nebo že pouze změnou motivu vložky 3 z dielektrického materiálu, matice 31 - periodické struktury 1 rezonátorů a elementárních rezonátorů 11 lze pomocí levně dostupných technologií a technologií 2D/3D tisku vytvořit takový tvar vložky 3 z dielektrického materiálu, který zabezpečí odlišnou výslednou odezvu elektromagnetického pole v podobě odražené elektromagnetické vlny 5 a je identifikace celkového sestavení klíče 9 ve vyhodnocovacím/dekódovacím zařízení 8 změněná. Změnou tvarů anebo geometrie uspořádání dielektrických bloků 20 nebo samostatně nebo současně tvarovaných otvorů 200 tak změnit identifikaci kódu RFID struktury a tedy klíče 9.

Průmyslová využitelnost

Tento vynález lze využít jako novou generaci RFID struktur sloužících jako osobní přístupový prvek, klíč, náhrada běžných klíčů dveří atp. První díl rezonanční struktury zůstane vždy shodný, okolní dielektrická struktura lze pomocí 3D tisku replikovat nebo pro případ změny kódu změnit, tím i RFID kód. S efektem rozšířenosti 3D tiskáren se jeví jako velmi výhodné.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Uspořádání radiofrekvenčního identifikátoru laditelného dielektrickými vložkami (3), jenž využívá radiofrekvenční identifikaci, zahrnuje pevnou část (92) a klíč (9), kde pevná část (92) obsahuje, indikační prvek (91) a dekódovací zařízení (8), které zahrnuje jednotku elektrického napájení (84), vyhodnocovací a řídicí jednotku (83), dekódovací zařízení (82) a ovládací prvek (81), přičemž dekódovací zařízení (8) je spojeno s přijímačem (7), který zahrnuje anténu (71), vstupní zesilovač (72) a blok (73) filtrů a tvarovacích obvodů, přičemž dále je dekódovací zařízení (8) spojeno s vysílačem (6), který zahrnuje anténu (61), výstupní zesilovač (63) a generátor (62) signálu, přičemž klíč (9) zahrnuje nejméně jeden nosič (32) spojený s nejméně jednou vložkou (3) opatřenou nejméně jedním přídavným dieletrickým blokem (20) upraveným na jejím povrchu a nebo nejméně jedním otvorem (200) vytvořeným uvnitř vložky (3), vyznačující se t í m , že dielektrický blok (20) je tvořen přídavným dielektrickým blokem (21), který v řezu vykazuje tvar kruhu, nebo přídavným dielektrickým blokem (22), který v řezu vykazuje tvar čtyřúhelníku, nebo přídavným dielektrickým blokem (23), který v řezu vykazuje tvar oválu, nebo přídavným dielektrickým blokem (24), který v řezu vykazuje tvar obdélníku, nebo přídavným dielektrickým blokem (25), který v řezu vykazuje tvar n-stěn s libovolným poměrem stran pro n=4,5,6,...2O, přičemž tyto různě tvarované přídavné bloky (20) lze vzájemně kombinovat a otvor (200) je tvořen otvorem (201), který má v řezu tvar kruhu, nebo otvorem (202), který v řezu vykazuje tvar čtverce, nebo otvorem (203), který má v řezu tvar oválu, nebo otvorem (204), který má v řezu tvar obdélníku nebo otvoru (205), který v řezu má tvar n-stěnu s libovolným poměrem stran pro n=4,5,6,...2O, přičemž různě tvarované otvory (200) lze kombinovat.