KR20070088457A

KR20070088457A - 매개변수 반영 기술을 활용한 무선 주파수식별〔ｒｆｉｄ〕 시스템

Info

Publication number: KR20070088457A
Application number: KR1020077001553A
Authority: KR
Inventors: 마이클 그레고리 페터스
Original assignee: 부비큐, 인코포레이티드
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2007-08-29
Also published as: EP1792270A1; SG155962A1; WO2007030086A1; AU2004326317A1; IL180260A0; CA2571271A1; BRPI0512483A2; KR100905250B1; JP2008503759A; AU2004326317A8

Abstract

무선 주파수 안테나를 사용하여 정보를 인코딩하고 디코딩하는 시스템 및 방법. 상기 시스템은 하나 이상의 판독기와 RFID 태그를 포함한다. RFID 데이터 태그는, 기판 위나 물체 위에 직접 형성되는 복수의 안테나 요소를 포함한다. 안테나 요소는 방향성이 있고 편광 및 위상 정보를 제공하는 치수를 가지며, 이 정보는 RFID 태그에 인코딩된 정보를 표시한다. 판독기는 영역을 스캔하고, 레이더 이미지 기술을 사용하여 스캔된 영역의 이미지를 제작한다. 판독기는 데이터 태그의 안테나 요소로부터 재방사된 RF 신호를 수신하며, 데이터 태그는 이미지 상에 바람직하게 표시된다. 재방사된 RF 신호는 바람직하게 각 안테나 요소의 편광 및 위상 정보를 포함하며, 이 정보는 레이더 신호 이미지 알고리즘을 이용하여, RF 데이터 태그의 정보를 디코딩하는데 활용된다.

무선 주파수 안테나, 판독기(interrogator), RFID 태그, 레이더 이미지 기술, 편광 및 위상 정보

Description

매개변수 반영 기술을 활용한 무선 주파수 식별〔ＲＦＩＤ〕 시스템{RFID SYSTEM UTILIZING PARAMETRIC REFLECTIVE TECHNOLOGY}

본 발명은, 발명자 Michael Gregory Pettus의 이름으로, 2004년 6월 22일 출원된 "Millimeter Wave RFID System Using Parametric Reflective Encoding"의 제목의, 미국 지역 특허 출원 번호. 60/581,384에 기초하여 우선권을 주장하며, 상기 내용은 본 명세서에서 참조로 기재되어 있다.

본 발명은 일반적으로 무선 주파수 식별(RFID) 판독기와 데이터 태그 및 인코딩, 디코딩 기법의 분야에 관한 것이다.

기사(article), 물건, 수송 수단, 사람을 식별하는 원하는 기능을 수행하는, 현재 개발중이고 전개중인 많은 기술들이 현존하고 있다. 바코드와 자기 띠는 단거리 장치로서 통상적으로 친숙한 것들이다. 보다 최근에는, 판독 신뢰도를 증가시키는 기술이 일반 무선 주파수 식별, 즉 RFID 분야에서 사용되고 있다.

RFID 기술은, 물체에 장착된 태그 트랜트폰더 및 태그를 읽고 식별하기 위한 본 명세서에서 interrogator라 불리는 판독기를 활용한다. RFID 기술은 개략적으 로 장거리에 사용되는 "액티브(active)" 태그와 매우 단거리(통상적으로 20feet 미만)에 사용되는 "패시브 태그(passive tags)"로 분류된다. 업계는, 로컬 파워 소스(밧데리와 같은)를 가지고 있어서 태그가 판독기에 의해 판독되는 신호를 보내는 것을 액티브 태그로 분류한다. 또한 업계는 판독기로부터 공급받은 파워를 통해 판독기로부터 신호를 받아 정보를 재전송하거나 트랜스폰드 하는 것을 패시브 태그로 분류한다.

이 두가지 카테고리의 태그에는 모두, 통상적으로 직접 회로 또는 실리콘 칩 형태의 전자 회로가 있는데, 여기서 회로는 판독기에 대하여 식별 데이터를 저장하고 통신한다. 칩에 더하여, 태그는 칩에 전기적으로 연결된 몇몇 형태의 안테나를 지니고 있다. 액티브 태그는 자체 파워 소스로부터, 판독기와 통신하는 안테나를 포함한다. 패시브 태그의 경우, 안테나는 판독기로부터 받은 무선 주파수 에너지를 전력으로 변환시키는 에너지 변환기 역할을 하고, 그에 따라 칩에 에너지가 공급되어, 판독기와의 통신 기능을 수행한다.

액티브 및 패시브 태그가 칩 형태의 전자 회로를 지니고 있는 것을 고려해볼때, 각각의 태그 제조 비용은 중요하다. 칩 자체와 관련된 비용뿐만 아니라, 태그에 칩을 장착시키기 위해 수많은 처리 단계가 요구된다. 또한, 현재의 태그는 안테나를 칩에 기계적 및 전기적으로 연결하는 방법을 필요로 하며, 이로 인해 제조비용이 증가한다.

액티브 및 패시브 RFID 태그 기술은 기본적으로 판독 후 통신하는 작동 순서에 기초한다는 점에 유의해야 한다. 따라서 판독기와 태그 사이 통신 채널의 무선 주파수 대역 및 데이터 레이트에 의존하는 태그를, 판독기가 판독하는 데에는 어느정도의 시간이 소요된다. 만약 1개 초과의 태그가 판독기의 범위 내에 있다면, 하나의 태그만을 판독하려는 판독기에서 다중 간섭 전송이 발생할 수 있다. 또한 주목할 점은 지금까지 기술된 RFID 시스템 타입에서는, 정확하게 태그의 위치를 찾아내고 추적하는 올바른 방법이 없다. 상기 기술된 기술(technologies)은 단지 식별하는 방법만을 제공한다.

판독기 및 태그 간의 보다 원거리 통신을 가능하게 하고, 태그의 제조비용을 낮추고, 서로 인접한 다수의 태그에 대한 판독시간을 줄일 수 있는, 칩이 없는 RFID 시스템과 방법이 요구된다. 또한, 정확하게 태그의 위치를 찾아내고 추적할 수 있는 시스템이 필요하다.

무선주파수 안테나를 이용하여 정보를 인코딩하고 디코딩하는 시스템 및 메쏘드는 하나 이상의 판독기와 RFID 데이터 태그를 갖고 있다. RFID 데이터 태그는 기판 위나 물체 위에 직접 형성된 다수의 안테나 요소(antenna element)를 갖고 있다. 안테나 요소는 방향성이 있고, RFID 태그에 인코딩된 정보를 표시하는 편광 및 위상 정보를 제공하는 치수를 가진다. 판독기는 영역을 스캔하고 레이더 바꾸기 기술을 이용하여 스캔된 영역의 이미지를 만든다. 이미지에 데이터 태그가 표시됨과 함께, 판독기는 데이터 태그의 안테나로부터 재방사된 무선 주파수 신호를 받는다. 재방사된 무선 주파수 신호는 바람직하게 각 안테나에 대한 편광 및 위상정보를 가지고 있고, 이 정보는 레이더 신호 바꾸기 알고리즘을 사용하여 RF 데이터 태그의 정보를 디코딩함으로써 활용된다.

본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은, 본 발명의 하나 이상의 실시예를 보여주며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리와 구현을 설명하는데 도움을 준다.

도 1A는 본 발명의 일 실시예에 따른 수화물 식별대에 사용되는 무선 주파수 식별(RFID) 시스템을 도시한 도면.

도 1B는 본 발명의 일 실시예로 RFID 태그를 가지는 수화물 라벨을 도시한 도면.

도 1C는 본 발명의 일 실시예에 따른 손에 쥐는(handheld) RFID 판독기를 도시한 도면.

도 1D는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그를 가지는 개인 식별 카드를 도시한 도면.

도 1E는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 RFID 태그를 가지는 콘테이너를 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 판독기의 개략도를 도시한 도면.

도 3A는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그 기판 위의 안테나 형태의 개략도를 도시한 도면.

도 3B는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID의 측면도를 도시한 도면.

도 3C는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 위의 다른 하나의 RFID 태그 안테나 형태의 개략도.

도 4A는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 위의 다른 하나의 RFID 태그 안테나 형태의 개략도를 도시한 도면.

도 4B는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 위의 다른 하나의 RFID 태그 안테나 형태의 개략도를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디코딩 프로세스의 블록 다이어그램을 도시한 도면.

도 6은 일 실시예에 따른 RFID 태그에 대한 데이터 코딩 기법 테이블의 일 례를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인코딩 프로세스의 일례의 흐름도를 도시한 도면.

본 발명의 실시예는 무선 주파수 식별(RFID) 시스템을 활용한 매개변수 표시 반영 기술을 통해 본 명세서에 기술된다. 당업자라면 명세서에 기재된 본 발명의 상세한 설명은 실례를 기재한 것에 불과하고, 어떤식으로든 특정 실시예에 발명을 한정시키는 것이 아님을 알 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들은 본 명세서를 통해 당업자가 쉽게 고안해 낼 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 기재된 본 발명의 수 행에 있어서 참조부가 자세히 만들어질 것이다. 동일 또는 유사 파트를 지칭하는 경우, 동일한 참조 부호가 도면 및 다음의 상세한 설명 전체에서 사용될 것이다.

본 명세서에 기재된 발명은, 반도체나 칩기술을 이용하지 않는, 비용이 매우 적게 드는 RFID 태그를 바람직하게 활용한다. 본 발명은 100m 정도까지의 거리에서 RFID 태그를 바람직하게 판독할 수 있으며, 매초당 수천개의 RFID 태그를 판독하고 식별할 수 있다. 또한, 본 발명은 바람직하게 RFID 태그의 2차원 내지 3차원적 위치 정보를 정확하게 제공한다. 만약 RFID 태그가 움직이는 물체에서 감지되면, 본 발명의 판독기에 의해 속도와 궤적 정보가 계산될 수 있다. 본 발명은 수밀리미터 파장의 주파수 영역을 이용함으로써, 잎이 무성한 곳이나 비금속 빌딩 재료 뒤에서도 RFID 태그를 감지할 수 있다. 그러나 본 발명은 수밀리미터 파장의 주파수 영역에 한정되는 것이 아니고, 다른 주파수 영역도 활용하는 것을 고려할 수 있다.

본 발명은 동작 비용을 줄일 수 있고, 효율성을 높이며, 산업, 정보, 태러 안전, 국방, 건강관리, 교육, 교통, 소비 등에 활용된다. 본 발명은 다음과 같은 다양한 범위의 사용에 이용될 수 있는데 이는 제한적인 것이 아니다. 물품 명세서 식별; 자산 관리 추적 및 콘테이너 적재 위치; 차량 출입 통제(예로, 톨게이트); 이동 차량 식별; 건강관리 식별과, 환자, 약, 장비 및 개인식별의 추적과, 보안상 개인 및 장비의 추적 및 모니터링; 공항에서의 수화물과 소포의 식별; 분실물(예로 열쇠, 화일, 골프공, 의류) 위치추적 시스템.

도 1A는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 시스템을 도시한다. 도 1A에 보 이는 것처럼, RFID 시스템(10)은 판독기(reader)로 언급되기도 하는 한 개 이상의 판독기(interrogator; 100) 및, 한 개 이상의 RFID 태그(200)를 포함한다. 도 1A에 도시된 시스템은, 공항의 수화물 검사 구역에서 통상적으로 볼 수 있는 콘베이어 벨트(97)을 나타내고, 콘베이어 벨트(97) 위에 다양한 여행가방(98)과 짐꾸러미(99)가 이동하는 것을 보여준다. 도 1A에 보이는 것처럼 짐꾸러미(99)는 인쇄되거나 부착된 하나 이상의 RFID 태그(200)를 포함하고, 반면 여행가방(98)은 각각, RFID 태그(200)를 포함하는 부착물(96)을 포함한다. 도 1B, 1D, 1E는 여행용 가방과 짐꾸러미에 있는 RFID 태그(200)의 예를 보여준다.

판독기(100)는 도 1A에 독립한 객체로 표시되 있고, 이 판독기는 아이템들(98, 99)이 콘베이어 벨트(97) 위를 움직임에 따라 각각의 태그(200)를 찾아내고, 식별하며, 선택적으로 추적한다. 도 1C에는 다른 실시예로 판독기가 손에 쥐는 기기(101)의 형태로 있다. 본 발명의 RFID 시스템은 다양하게 적용되고 세팅되어 작동할 수 있으며, 이중 몇몇은 아래에 기술되어 있고, 본 명세서에 기재된 예시들에 한정되는 것은 결코 아니다.

본 시스템(10)은 바람직하게는, RFID 태그를 디코딩하고 식별하기 위해, 레이더 이미징 분야의 수리적 중심 알고리즘(mathmatical focus algorithms)을 활용한다. 본 시스템(10)이 사용하는 수리적 중심 알고리즘의 타입은 어플리케이션에 따라 다르다. 예를 들어, 도 1에서 보이는 바와 같이, 본 시스템(10)은 역합성 개구 레이더(inverse synthetic aperture radar, ISAR) 알고리즘을 이용하여, 복수의 수화물(98,99)을 포함하는 있는 콘베이어(97) 위에 움직이는 태그(합성 개구 레이 더 (SAR)용어로,"움직이는 타겟(moving target)"; 200)를 식별할 수 있고, 상기 수화물은 하나 이상의 판독기(100)에 대해 병진이동하는 방향으로 물리적으로 움직인다. 다른 수리적 중심 알고리즘이 도 1A에서 나타난 어플리케이션에 사용될 수 있고, SAR에 국한되지 않는 점에 유의해야 한다. 일 실시예에서, 판독기(100)는 콘베이어(97)를 따라 다양한 위치에 고정되고 배치된다. 판독기(100)는 콘베이어(97)의 움직이는 방향에 대하여 직교하고 평행하도록 바람직하게 배치된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 판독기의 개략도를 도시한다. 도 2에 나와있는 판독기(200)의 구성요소가 바람직하지만, 판독기(100)는 도면에 나와있지 않은 다른 구성요소를 가질 수 있다. 도 2에서 보이는 바와 같이, 판독기(100)는 바람직하게 안테나 구조체(102), 편광 및 위상 송신 제어 블록(110), 무선 주파수 송신기(112), 디지털 신호 처리기(DSP; 114), 제어 프로세서(116), 무선 주파수 수신기(118), 편광 및 위상을 수신하는 제어 블록(120)을 포함한다. 도면에 나타나지는 않았지만, 판독기는 특정거리 안에서 RFID 태그(200)를 찾아내고 식별하는데 필요한 전력을 공급하는 내부 및/또는 외부 전원을 포함한다. 바람직하게, 판독기(100)의 안테나 구조체(102)는 송신 및 수신 제어 블록(110, 120)에 결합되어 있다. 송신 제어 블록(110)은 바람직하게 무선 주파수 송신기(112)에 결합되어 있고, 이 둘은 바람직하게 제어 프로세서(116)에 결합되어 있다. 수신 제어 블록(120)은 바람직하게 무선 주파수 수신기(118)에 결합되어 있고, 이 둘은 바람직하게 제어 프로세서(116)에 역시 결합되어 있다. 무선 주파수 송신기(112) 및 수신기(118)은 바람직하게 디지털 신호 처리기(DSP; 114)에 결합되어 있고, DSP(114)는 제어 프로세서(116)와 결합되어 있다.

제어 프로세서(116)는 바람직하게 판독기(100)의 구성요소들을 동기화하여, 판독기(100)의 효율적인 작동을 보장한다. 일 실시예에서, 제어 프로세서(116)는 유선 혹은 무선 통신 기술(예를 들어 Ethernet[Power Over Ethernet, POE와 같은], 블루투스, 적외선, RF 무선랜)을 매개로 하여, 유선 혹은 무선 네트워크에 결합되어 있다. 일 실시예에서, 판독기(100)는 손에 쥐는 기기(도 1C)에서와 같이 통합된(integrated) 디스플레이 또는 사용자 제어(124)를 포함하며, 디스플레이(124)는 제어 프로세서(116)에 결합되어 있다. 일 실시예에서, 판독기(100)는, 네트워크 컴퓨터 상에서와 같이 외부 디스플레이 혹은 사용자 제어(124)와 결합되어 있다.

일 실시예에서 다수의 판독기(100)는 상호간에 RF 위상이 서로 동기화 되어 통신하도록 네트워킹됨으로써, 공통으로 스캔된 영역의 각 사시도의 정보는 하나의 전체 이미지로 분석될 수 있다. 하나 이상의 판독기(100)들은 무선주파수 신호들을 동시 또는 비-동시로 전송할 수 있음을 고려할 수 있다. 또한, 하나 이상의 판독기(100)들은 RFID 태그(200)로부터 반사된 신호들을 동시 또는 비-동시로 받을 수 있음을 역시 고려할 수 있다. 이러한 협동적인 신호처리 방식은 복수의 이미지 사시도의 기반을 제공하고, 따라서 다른 사시도로부터 태그(200)의 위치를 보여주는 스캔 영역의 이미지를 만들 수 있다.

바람직한 실시예에서, 도 2에 표시된 바와 같이 판독기(100)는 안테나 구조체(102)를 사용하여 무선 주파수 전자기 방사선 신호를 송수신한다. 특히, 안테나 구조체는 바람직하게 안테나 구조체(102)의 분리된 부분으로 표시된, 송신 안테나 어레이(transmitting antenna arrary; 102A)와 수신 안테나 어레이(102B)를 포함한다. 도 2에 나타난 실시예에서, 송신 안테나 어레이(102A)는 구조체(102)의 상단 부분에 위치하고, 수신 안테나 어레이(102B)는 하단 부분에 위치한다. 각각의 송신 및 수신 안테나(102A, 102B)는 안테나 구조체(102)의 면에, 위 아래로 교환적으로 배치될 수 있음을 고려할 수 있다. 다른 실시예에서, 안테나 한 세트는 송신 및 수신 기능을 한다. 도 2에 나타난 실시예에서, 안테나 구조체(102)는 실질적으로 납작하고 평평한 표면(2차원)을 갖는 것으로 나타나 있다. 다른 실시예에서, 안테나 구조체(102)는 평면상의 형상이 아니어서(예를 들어, 원뿔모양, 구근모양, 각이 진모양) 어레이 상의 각각의 안테나들은 3차원으로 배치된다.

일반적으로, 판독기(100)는 스캔된 영역에서 태그를 식별하기 위하여 하나 이상의 레이더 기술을 활용한다. 판독기(100)의 송신 어레이(102A)는 원하는 주파수로 넓은 영역에 전자기 방사선을 송신한다. 바람직하게, 시스템(10)이 사용되는 어플리케이션에 따라 주파수의 범위는 30㎓에서 300㎓정도 된다. 그러나, 이 범위 밖의 다른 주파수도 고려된다. 스캔된 영역의 RFID 태그(200)는 전자기 방사선을 수신하고, RFID 태그(200)의 안테나 구조체는 원하는 주파수에서 공진한 후에, 판독기(100)로 전자기 신호를 재방사한다. 판독기(100)는 RFID 태그로부터 수신한 신호 및 스캔된 영역의 모든 물체로부터 반사된 전자기 방사선을 샘플링하고 저장하며, 메모리 시스템에 신호 위상 히스토리를 구축한다. 수리적 코히어런트(mathematical coherent) 위상 분석을 통해, 판독기(100)는 바람직하게는 일반적인 합성 개구 레이더(SAR) 신호 처리 알고리즘을 이용하여 위상 히스토리 및 편광 샘플을 처리하며, 이 경우 다른 프로세싱 알고리즘을 통한 수행도 고려할 수 있다. 판독기(100)는 스캔된 영역에서 RFID 태그(200)를 식별하기 위하여, 위상 히스토리 샘플 및 연관된 편광 데이터로부터 스캔된 영역의 이미지를 생성할 수 있다. 즉, 판독기(100)는 레이더 기술을 사용하여 스캔된 영역을 "관찰(view)"할 수 있고 RFID 태그를 "발견(see)"할 수 있으며, 안테나 구조체의 방향 및 치수를 통해 상기 태그(200)를 다른 물체 및 태그(200)와 구별할 수 있다.

본 발명의 RFID 시스템(10)은 태그(200)를 감지하고 식별하기 위해, 바람직하게 밀리미터 파장 범위에서 편광 및 위상 정보를 활용한다. 도 2에서 표시된 바와 같이, 판독기(100)의 안테나 구조체(102)는 송수신 부분(102A, 102B)에 있어서 몇 개의 수직으로 놓여진 안테나(106) 및 몇 개의 수평으로 놓여진 안테나(108)를 포함한다. 각각의 안테나(106, 108)는 다른 RF 편광 기법을 이용하여 독립적으로 신호를 송수신한다. 예를 들어 안테나 구조체(102)는 수직 편광(V) 뿐만 아니라 수평 편광(H)을 갖는 RF 신호를 송신할 수 있다. 이는 수직으로 편광된 신호(V)에 대해서는 수직 방향의 안테나(106)에 전류를 통과시키고, 수평으로 편광된 신호(H)에 대해서는 수평 방향의 안테나(108)에 전류를 통과시킴으로써 바람직하게 구현된다.

도 2의 안테나 구조체(102)에 있어서, 판독기(100)는 한가지 편광 기법을 이용하여 신호를 송신하는 한편, 수신부의 안테나(102B)는 이와는 다른 편광 기법의 신호를 수신하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 판독기(100)는 수직 편광된 신호(V)를 송신함과 동시에 수평 편광된 신호(H)를 수신할 수 있다.

또한, 판독기(100)는 추가적인 편광 파라미터를 송수신하기 위해 수직 및 수평 안테나를 제어할 수 있다. 판독기(100)는 왼쪽 회전(LC)이나 오른쪽 회전(RC)으로 편광된 신호를 발생시키기 위해, 적당한 위상차로 수직 방향의 안테나(106)에 전류를 통과시킴과 동시에 수평 방향의 안테나(108)에 전류를 통과시킬 수 있다. 수평, 수직, 왼쪽 회전, 오른쪽 회전(V,H,LC,RC)의 각각의 송수신 편광의 어떠한 조합도 본 시스템(10)에서 구현된다. 이를 통해 본 시스템(10)은 편광 차이 및 다양성을 이용함으로써, 판독기(100)는 상이한 송수신 편광 파라미터를 갖는 수신 신호를 저장할 수 있고, 자세하게는 아래에 기술될 것이다.

판독기(100)는 RFID 태그에 있는 공명 안테나 요소의 주파수 범위와 호환하는 주파수 대역의 무선 주파수 신호를 발생시키고 수신한다. 송신 신호의 주파수는, DSP 프로세서(114)에 의해 발생된 변조 신호에 의해 바로 변조된다. DSP 프로세서는 무선 주파수 송신기(112)에 변조 신호를 제공하며, 무선 주파수 송신기(112)는 바람직하게 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호를 발생시킨다. 공지된 바와 같이, 판독기(10)와 RFID 태그(200)사이의 거리(z축)는 FMCW 신호를 이용해 결정될 수 있다. 특히, 송신부 어레이 안테나(102A)의 스위프 속도(rate)와 스위프 대역이 측정되고, 수신부 어레이 안테나(102B)의 수신 신호를 변환하여 맥놀이 주파수(beat frequency) 내용을 측정함으로써, 베이스 밴드 대역에 맥놀이 주파수가 생성된다.

도 2에서 보이는 바와 같이, 무선 주파수 송신기(112)는 송신 편광 및 위상 제어 블록(110)에 FMCW 신호를 보내며, 블록(110)은 원하는 편광 및/또는 위상에 맞게 FMCW 신호를 조절한다. 편광 및 위상 블록(110)은 편광시키고 위상을 맞춰 조절된 신호를 송신 어레이 안테나(102A)에 보낸다. 상기 신호는 송신 어레이 안테나(102A)에 의해 전자기 방사선으로 변환된다. 조절된 신호에 기초하여, 송신 어레이 안테나(102A)는 빔 주사(beam scanning) 패턴으로 수직(V), 수평(H), 오른쪽 회전(RC), 왼쪽 회전(LC)의 편광된 전자기 방사선을 송신할 수 있다.

송신 어레이 안테나(102A)는 방사, 병진, 수평(x) 및/또는 수직(y) 방향의 한가지 이상의 패턴(126)에 의해 표시되는 전자기 방사선을 지향적으로 방사하는 능력을 갖고 있다. 판독기(100)는 레이더 이미지에 사용되는 수리적 중심 방법을 바람직하게 사용하여, RFID 태그(200)가 있는 넓은 물리적 영역을 판독하는 빔 주사 방법과 함께 합성 개구(synthetic aperture)를 형성한다. 현재 기술 분야에서 알려진 빔 주사 방법은 물리적 영역을 스캔하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 판독기(100)는 안테나의 기계적인 움직임과 합체하여, 영역을 스캔하는데 있어, 방사형으로 스캔하고/거나, 빔을 중계한다. 다른 실시예에서, 판독기(100)는 영역을 스캔하기 위해 위상처리된 어레이 빔 형성 및 제어를 채택한다. 일 실시예에서, 송신 어레이 안테나(102A)는 연속적으로 전자기 방사선 신호를 전송함과 동시에, 수신 어레이 안테나(102B)는 재방사된 전자기 방사선을 연속적으로 수신한다.

다른 실시예에서는, 송신 어레이 안테나(102A)는 펄스로 전자기 방사선을 송신하는 한편 수신 어레이 안테나(102B)는 송신 어레이(102A)의 펄스들 사이에서 반사된 전자기 방사선을 수신한다. 판독기는 정확한 전자 타이밍 클럭 신호를 이용 하여, 신호가 송신된 후 RFID 태그(200)로부터 다시 수신되는 데까지의 시간을 측정할 수 있다. 태그(100)까지의 거리는 송신 펄스의 진행 속도에 송신 펄스와 수신 펄스간의 측정된 시간 차이를 곱함으로써 계산될 수 있다. 계산된 거리(z축)는 공간적으로 스캔된 데이터(x,y)와 함께 태그(200)에 대한 3차원적 위치 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 상기 내용은 단지 일 실시예에 불과하고, 본 발명은 정확하게 무선 주파수 신호를 송수신하는 다른 적절한 방법을 활용할 수 있음을 유의해야 한다.

일 실시예에서, 판독기(100)와 여러개의 RFID 태그(200) 사이의 작동 거리 범위는 주위 환경과 장애물의 성질에 따라 수백 피트까지 가능할 수 있다. 전자기 방사선이 밀리미터 파장의 주파수로 송수신되는 어플리케이션의 경우, 스캔 영역의 여러가지 물체들이 무선 주파수 에너지를 흡수할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명을 이용하는데 있어서, 종이나 카드보드와 같은 포장 재료를 통과하여 태그(200)를 판독하는 것이 바람직할 수 있는데, 판독기(100)와 종이/카드보드 포장재료 사이의 거리범위는 감쇠(attenuation)를 고려해서 줄어들 것이다. 본 시스템(10)은 임의의 가능한 RFID 어플리케이션에 사용될 수 있음을 고려해 볼 때, 본 시스템(10)은 어플리케이션에 따라, 바람직한 빔 패턴 크기, RF 송신의 전력 및 사용되는 포커싱 방법의 타입을 결정하는 방식으로 구성될 수 있다.

판독기(100)가 사용하는 전력은 판독기(100)와 RFID 태그(200)사이의 거리 범위 및 시스템(10)과 다른 요소들이 작동하는 주파수 범위에 따라 결정된다. 일 실시예에서, 판독기(100)는 10㎽의 송신 전력을 공급받고, 각각의 안테나 어레 이(102A와 102B)에 대해 30㏈i의 안테나 이득을 가지며, 판독기(100)는 디지털 신호처리 후에 RFID 태그 안테나 요소당 신호 레벨 마진을 10㏈로 진전시킨다. 보다 큰 RFID 태그(200)는 더 장거리 범위에서 신호를 반사시킬 것이다. 그러나 상기 내용은 한 예에 불과하며, 본 판독기 및/또는 RFID 태그는 상기 수치에 제한되지 않는다. 본 판독기가 사용하는 전력은 특정 어플리케이션에 따라 좌우되며, 판독기가 주파수역 규제에 따라 허가를 받은 것인지 아닌 것인지, 또는 판독기가 군사 용도로 사용되는 것인지에 따라 좌우된다. 송신 전력 레벨은 수 마이크로와트와 100㎽사이가 될 수 있다. 다른 전력 값을 고려할 수 있고, 본 명세서에 기재된 수치에 한정되는 것은 아니다.

판독기(100)는 바람직하게 송신 어레이 안테나(102A)와는 독립적으로, 수신 어레이 안테나(102B)에서 반사된 전자기 방사선을 수신한다. 판독기(100)가 수신한 패턴(128)으로 표시된 전자기 방사선은 적어도 하나 이상의 RFID 태그(200)에서 반사된 것이다. 도 2에서 보이는 바와 같이, 반사된 전자기 방사선을 수신하는 안테나 어레이(102B)에서, 신호는 안테나 어레이(102B)에 의해 무선 주파수 신호로 변환된다. 수신된 무선 주파수 신호는 수신 편광 및 위상 제어 블록(120)에 전달된다. 도 2에 보이는 바와 같이, 편광 및 위상 제어 블록(120)은 수신된 신호의 적절한 편광 및 위상 응답을 만들기 위하여 송신 안테나 어레이(102B)와 협력하고, 무선 주파수 수신기(118)에 신호를 보낸다. 무선 주파수 송신기(118)는 수신된 신호를 베이스밴드 신호로 전환시키며, 베이스밴드 신호는 DSP 처리기(114)에 보내진다. DSP 처리기(114)는 베이스밴드 신호를 분석하기 위해, 레이더 바꾸기 신호 처 리 알고리즘을 이용하여 수신된 베이스밴드 신호를 적절하게 처리한다. 상기 알고리즘은, 합성 개구 레이다(SAR), 역합성 개구 레이다(ISAR), 간섭계 합성 개구 레이다(interferometry SAR; InSAR), 폴리아메트릭 합성 개구 레이다(Poliametric SAR; POLSAR), 폴리아메트릭 간섭계 합성 개구 레이다(poliametric interferometry SAR; POLINSAR)에 이용되는 알고리즘 계산 및 결합 시간 주파수 분석(joint time freqeuncy analysis; JTFA) 어플리케이션에 사용되는 알고리즘으로부터 나온 것이며, 다만 상기에 제한되지 않는다. 본 시스템의 사용에 있어 다른 레이더 신호 이미지 데이터 처리 방법이 고려될 수 있음에 유의해야 한다. 본 시스템(10)이 사용되는 어플리케이션에 따라, 하나 이상의 상기의 이미지 처리 방법을 적용하여 스캔된 영역의 고유한 이미지를 형성한다. 일 실시예로, RFID 태그의 개별 안테나는 단일 픽셀로 표현되어 질 수 있으며, 특정 태그(200)를 식별하고 추적하기 위해, RFID 태그(200)의 옵티칼 뷰(optical view)는 태그가 표시하는 정보와 함께 디스플레이 스크린에 나타난다. 데이터가 어떻게 분석되는지 좀 더 쉽게 이해하기 위해서, RFID 태그(200)의 안테나 요소에 대한 논의를 먼저 할 것이다.

도 3-4는 본 발명의 RFID 태그(200)의 서로 다른 실시예를 도시한다. 도 3A와 3B는 본 발명에 따른 RFID 태그(200)의 일 실시예를 도시한다. 도 3A에서 보이는 바와 같이, 태그(200)는 하나 이상의 전도성 안테나 요소(204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218)를 갖는 기판(202)을 포함한다. 간략하게 하기 위해, 도 3A에 나타나 안테나 요소들은 전반에 걸쳐 참조 숫자 204로 표기되며, 필요한 경우 안테나 요소들은 각각 206, 208, 210, 214, 216, 218의 참조 숫자로 기술될 것이다. 도 3A에 표시된 안테나 요소(204)의 상대적인 크기, 숫자, 위치는 한정된 예시가 아니며, 명세서에 한정되지 않음에 유의해야 한다. 안테나 요소(204)는 각각에 대해서나, 각 요소에 상대적으로나, 기판(202)에 비추어 매우 과장되어 표시된 것이고, 실제 크기로 표시된 것이 아님에 유의해야 한다. 본 명세서는 여러개의 상이한 태그 구조를 논의하고 있으나, 단지 하나의 태그 참조 숫자가 논의되더라도 어느 태그 구조에도 적용될 수 있다.

일 실시예에서, 기판(202)은 임의의 전도 접지면(203)과 결합되거나 그 위에 배치된다. 접지면(203)은 방사 효율을 증가시킬 수 있고, 안테나 요소 공명, 진폭 응답, 위상 응답 및 편광 응답 반사 파라미터를 더 잘 제어할 수 있도록 해준다. 그러나, 접지면(203) 이용 없는 작동이라도 많은 어플리케이션에서 적절한 응답을 제공할 것인데, 이 어플리케이션으로는 포장 콘테이너(도 1E; 99)에 직접 안테나 요소를 프린트하거나 제조물에 안테나 구조체를 직접 내부에 장착하는 것 등이 있으며, 이는 제한적인 것이 아니다.

안테나 요소(204)는 도 3A에서 다양한 길이와 넓이의 치수를 갖는 것으로 나와 있는데, 넓이 치수는 안테나 쌍극자의 말단부에서 바람직하게 측정된다. 길이 치수는 바람직하게 파장의 ½, λ/2의 차수 정도이다. 안테나 요소의 넓이 치수는 바람직하게 λ/10의 차수 정도이다. 예를 들어, 60㎓의 주파수에서, λ/2 안테나 요소의 치수는 대략적으로 자유 공간에서 2.5㎜이다. 안테나 요소(204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218)들은 적어도 서로서로 λ/2만큼 떨어져서 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 안테나 요소들은 서로서로 λ/2이하로 떨어져서 배치될 수 있는 것도 고려할 수 있다.

기판 부분(202)은 식 (1)에 따른 표면 전도 요소와 관련된 파장의 물리적 크기를 줄이는 효과를 제공한다.

수학식 1에 나타난 바와 같이, λ_g는 물리적 파장(가이드 길이)이고, λ는 자유공간에서의 파장이며, ε_r은 기판(202) 물질의 상대적 유전율 또는 유전 상수이다. 예를 들어 기판(202)의 물질이 2.0의 유전상수를 갖고 있다면, 방정식 (1)에 따라서 60㎓의 주파수의 경우 표면에서 전도 요소의 물리적 파장(λ_g)은 3.54㎜가 되며, 안테나 요소의 길이 치수에 따른 λ_g/2 요소(206)는 1.77㎜가 될 것이다. 기판(202)의 두께 치수는 바람직하게 λ/10에서 λ/50 정도가 되지만, 다른 치수도 고려된다.

태그(200)의 안테나 요소들(204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218)은 판독기(100)로부터 송신된 입사(incident) 전자기 방사선에 응답한다. 특히, 입사 전자기 방사선의 주파수가 안테나 요소(204)의 파장 특성과 일치한다면 안테나 요소(204)는 공진할 것이고, 입사 전자기 방사선을 전기적 신호로 변환시킬 것이다. 전류를 공급받으면서, 안테나 요소(204)에 의해 발생된 전기적 신호는, 안테나 요소(204)의 전도 구조체 및 구조체에 결합된 터미네이션 전송선이나 전기 임피던스 를 통해 흐를 것이다.

안테나 요소(204)가 저 전기 임피던스에 직접적으로 연결되어 있는 것으로 가정할때, 안테나 요소 자체의 터미네이션 임피던스와 비교하여, 안테나 요소(204)는 즉각적으로 전기적 신호를 전자기 방사선으로 전환시킬 것이고, 이 방사선은 안테나 요소(204)로부터 재방사(re-radiated) 또는 반사(reflected)되어 판독기(100)에 수신된다. 그러나 반사된 방사선은, 판독기(100)가 각각의 개별적인 안테나 요소(204)를 식별하는데 사용하는 진폭, 위상 및 편광과 같은, 파라미터 및 특성을 가지고 있고, 이들 전체를 통해 판독기(100)가 RFID 태그(200) 및 태그(200)와 관련된 어떠한 정보도 식별할 수 있도록 해준다. 상기 파라미터는 반사를 일으키는 안테나 요소(204)의 물리적 특성에 의해 조절된다.

도 3A의 실시예에서 보이는 바와 같이, 안테나 요소(204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218)는 다양한 길이 및 방향성(orientation) 치수를 갖고 있다. 안테나 요소(204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218)의 길이 및 방향성 치수는 각각 특정 위상 및 편광 응답을 제어하며, 안테나 요소(204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218)로 하여금, 판독기(100)가 안테나 요소를 식별하는데 필요한 정보를 제공하게 한다. 도 3A에서 태그(200)의 좌상 코너에 있는 안테나 요소(204)는 바람직하게 기준 안테나 요소가 되며, 따라서 안테나 요소(204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218)의 방향성과 편광 특성은 기준 안테나 요소(204)에 대해 상대적으로 결정된다. 이를 통해 태그(200)의 전반적인 방향성(결국 태그가 부착된 물건의 방향성)은 안테나 요소를 식별하는 것과 무관하게 된다. 즉, 안테나 요소 태그(200) 가 똑바로 놓여 있거나 거꾸로 뒤집혀 있거나 상관없이, 안테나 요소(204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218)에 의해 판독기(100)는 효과적으로 태그(200)를 식별할 수 있다. 기준 안테나 요소(204)는 태그(200)나 태그가 부착된 물건의 어느 부분에도 위치할 수 있고, 좌상 코너에 국한되는 것은 아님에 유의해야 한다. 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 태그(200) 하나당 기준 안테나 요소가 1개 초과로 있을 수 있음에 유의해야 한다.

도 3A에서 보이는 바와 같이, 안테나 요소(204)는 0°의 방향성을 갖고 수직으로 편광(V)되어 있다. 도 3A의 인접한 안테나 요소(206)는 90°의 방향성을 갖으며 수평으로 편광(H)되어 있다. 안테나 요소(208, 210)는 45°와 135°(θ)를 보이며, 각각의 각도로 편광되어 있다. 마찬가지로, 안테나 요소(212, 214)는 수직으로 편광(V)되어 있으며, 반면 안테나 요소(216)는 수평으로 편광(H)되어 나타나 있다. 안테나 요소(218)는 45°로 편광되어 나타나 있다. 본 명세서에 표기되고 기술된 특정 방향성은 예시 목적인 것이고 명세서에 기술된 상기 각도에 제한되는 것은 아님에 유의해야 한다. 본 발명의 범위 내에서, 편광 특성이 되는 어느 각도라도 당연히 고려될 수 있다.

단순히 예시적 목적으로, 안테나 구조(204, 206, 208, 210)는 동일한 길이 치수를 갖으며 따라서 동일한 위상에서 무선 주파수 신호를 재방사한다. 도 3A의 안테나 요소(212, 214, 216, 218)는 상이한 길이 치수를 갖는 것으로 표시되 있다. 안테나 요소(212, 214)는 안테나 요소(204)와 같이 수직으로 편광(0°)되어 있지만, 안테나 요소(212, 214)는 서로 및 안테나 요소(206)와 상이한 길이 치수를 가 지고 있어, 안테나 요소(212, 214)는 안테나 요소(206)와 상이한 위상 응답 특성을 갖는다. 안테나 요소(212, 214)는 서로 뿐만 아니라 안테나 요소(204)로부터의 전자기 방사선의 상이한 위상에 응답하고 반사시킨다. 안테나 요소(216)는 안테나 요소(206)와 같이 90°의 수직으로 편광되어 있지만, 안테나 요소(216)는 길이 치수의 차이 때문에 안테나 요소(206)와는 상이한 위상에 응답하고 반사할 것이다. 동일한 이론이 안테나 요소(218)에도 적용된다.

도 3C는 본 발명에 따른 RFID 태그(300)의 다른 실시예를 도시한다. 도 3C에 보이는 바와 같이, 안테나 요소(304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318)는 직사각형 또는 정사각형 전도 물질의 작은 조각으로 표시되어 있다. 안테나 요소는 세로, 가로 치수 모두 λ_g/2 차수로 표시되어 있으며, 가로 치수는 직사각형 안테나 요소가 공명 주파수에 응답하는 것과 관련 있다. 안테나 요소는 또한 바람직하게 적어도 서로 λ/2 정도로 떨어져서 배치되어 있다. 도 3A의 RFID 태그(200)처럼, 각각의 안테나 요소 위상 및 편광 반영 파라미터를 제어하기 위해 안테나 요소의 물리적 치수 및 방향성은 변화한다.

도 4A는 본 발명에 따른 RFID 태그(400)의 다른 하나의 실시예를 도시한다. 도 4A에 보이는 바와 같이, 안테나 요소(404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418)는 동일한 가로 및 세로 치수를 갖는다. 다른 하나의 실시예에서, 안테나 요소(404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418)의 하나 이상은 서로 상이한 가로 및 세로 치수를 갖는다. 8개의 안테나 요소(404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418)가 도 4A의 기판(402)에 나타나 있지만, 단지 한 개를 포함하여 안테나 요소의 갯수는 얼마든지 고려될 수 있음에 유의해야 한다. 간략하게 하기 위해, 도 4A에 나타나 안테나 요소들은 전반에 걸쳐 참조 숫자 404로 표기되며, 필요한 경우 안테나 요소들은 각각 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418의 참조 숫자로 기술될 것이다.

도 4A에 표시된 각각의 안테나 요소는 이 요소로부터 연장되는 전송라인 요소를 포함한다. 특히, 안테나 요소(404)는 전송라인 요소(420)를 포함하고, 안테나 요소(406)는 전송라인 요소(422)를 포함하며 나머지도 마찬가지이다. 도 4A에 보이는 바와 같이, 전송라인 요소(420, 422, 424, 426, 428, 430, 432, 434)는 서로서로 각각에 따라 길이와 위치가 변화하며, 전송라인 요소의 길이와 위치는, 입사 전자기 방사선에 안테나 요소가 응답하는 때의 위상 및 편광 파라미터를 제어한다. 도 4A의 각각의 안테나 요소(404)에 대한 전송라인 요소는 제 1 전송라인(420A)과 제 2 전송라인(420B)을 포함하며, 제 1 전송라인(402A)은 안테나 요소(404)로부터 수직으로 뻗어나온다. 제 2 전송라인(402B)은 제 1 전송라인(402A)으로부터 직각으로 뻗어나오며, 안테나 요소(404) 측면에 평행하다.

전송라인 요소(420)의 위치와 전체적인 길이는, 입사 전자기 방사선을 송신할 때의 안테나 요소의 편광 및 위상 응답을 제어한다. 도 4A에서, 전송라인 요소(420)의 방향성은 0°이고, 수직으로 편광(V)된 것으로 참조되어 있다. 전송라인 요소(422)의 방향성은 90°이고 수평으로 편광(H)된 것으로 참조되어 있다. 안테나 요소(408, 410)의 경우, 전송라인 요소(424, 426)의 방향성은 각각 135°와 45°이다.

상기 기재된 바와 같이, 전송라인 요소(420)의 전체적인 길이는, 입사 전자기 방사선을 수신할 때의 위상 파라미터 응답을 역시 제어한다. 도 4A에 보이는 바와 같이, 전송라인 요소(420)는 전송라인 요소(428)보다 더 긴 길이 치수를 갖고 있으나, 전송라인 요소(430)보다는 짧은 길이 치수를 갖는다. 전체적인 길이 치수의 차이는 안테나 요소(404, 412, 414)로 하여금 상이한 위상에서 입사 전자기 방사선을 반사시키도록 한다. 다른 안테나 요소(406, 408, 410, 416, 418)는, 위상 및 편광 반영 파라미터 각각에 영향을 주는 전송라인 요소의 길이 치수 및 방향성을 다양하게 갖는다.

도 4B는 바람직하게 안테나 요소(506, 508, 510, 512, 514, 516, 518, 520)를 포함하는 RFID 태그(500)의 다른 하나의 실시예를 도시한다. 도 4B에 표시된 바와 같이, 안테나 요소 각각은 하나 이상의 전송라인 요소를 갖고 있으며, 전송라인 요소는 길이, 위치 및 개수 각각에 따라서 변화한다. 안테나 요소(508, 510, 512, 516, 518, 520)는 도 4A에서 검토된 안테나 요소와 유사하며, 다시 논의되지 않을 것이다. 그러나, 안테나 요소(504, 512) 각각은, 전송라인 요소(520, 522) 두 세트를 각각 포함한다.

도 4B에 표시된 안테나 요소(504, 512)는 원형으로 편광되어 있는 반면, 표시된 나머지 안테나 요소들은 선형적으로 편광되어 있다. 예를 들어, 안테나 요소(504)에서, 전송라인 요소(520)는 방향이 있으며, 전송라인 요소(522)보다 길이 치수가 더 크게 표시되어 있다. 방향성과 더 긴 길이 치수를 통해, 바람직하게 전 송라인 요소(520)는 전송라인 요소(522)의 위상 딜레이 보다 π/2 라디안 더 큰 위상 딜레이를 갖게 된다. 이러한 위상 딜레이 차이는, 원형 편광 파라미터(예를 들어 LC, RC)를 생성하는 안테나 요소(504)의 인접한 측면에 직교 위상 조건을 발생시킨다. 특히, 원형 편광의 방향(오른쪽 회전, 왼쪽 회전 모두)은 정사각형 조각 안테나의 어느 면이 직교(π/2)만큼 앞서는지 뒤처지는지를 통해 결정된다. 예를 들어, 안테나 요소(512)의 전송라인 요소(524)는 도 4B에서 전송라인(526)보다 더 긴 길이 치수를 가지고 있는 것으로 표시되어 있다. 상기 전송라인(524)과 전송라인(526) 사이의 길이 치수의 차이는, 안테나 요소(504)의 원형 편광 방향과 비교하여 반대의 원형 편광 방향이 되도록, 안테나 요소(512)의 인접 측면의 직교 위상 조건을 발생시킨다. 상기 이중으로 조절되는 안테나 요소(504, 512)를 통해, 아래에서 논의되는 바와 같이, 요소(504, 512)는 전자기 방사선의 원형 편광 형태의 추가적인 정보를 제공한다.

상기에서 논의된 안테나 구조체 중 하나 이상에 있어, 구조체는 바람직하게 전도성 잉크로 되어 있어서 기판 위나 다른 표면 위에 인쇄될 수 있다. 안테나 구조체와 RFID 태그는 레이져, 잉크젯 또는 상용 프린터를 통해 매우 값싸게 생산될 수 있다. 안테나 구조체는 또한 RFID 태그를 제작하는 다른 전통적인 방법을 통해 인쇄될 수 있다. 다른 실시예로, 안테나 구조체는 다른 적절한 방법을 이용하여 에칭되거나(etched), 증착되거나(deposited), 도포(applied)될 수 있다.

도 5는 RFID 태그(200)로부터의 정보를 디코딩하고 식별하며 검색하기 위해, 판독기(100)의 DSP 처리기(114)가 송신된 신호를 처리하고 분석하는 한 예시 방법 의 플로우 다이어그램을 도시한다. 도 2와 관련하여 상기 검토된 대로, 송신 편광 및 위상 제어 블록(110)은 송신 어레이 안테나(102A) 및 DSP 처리기(114)와 함께, 시간에 따라 일련화된 편광 파라미터를 갖는 입사 전자기 방사선을 발생시키고 송신한다. 전자기 방사선의 편광은 수직(V), 수평(H), 오른쪽 회전(RC), 왼쪽 회전(LC)일 수 있다. 일단 입사 전자기 방사선이 RFID 태그(도 3-4)의 안테나 구조체를 공진시키면, 태그(200)는 방사선을 반사시키는데, 상기 방사선은 판독기(100)의 수신 어레이 안테나(102B)에 수신된다. 수신 편광 및 위상 제어 블록(120; 도 2)은 DSP 처리기(114)와 함께, 특정 반사된 전자기 방사선에 매우 감도가 좋은 사전결정된 안테나 형태을 만든다. 사전결정된 편광 형상은 순차적으로 저장되어 있어서, 판독기(100)가 수신된 반사 신호의 편광 다양성(diversity)과 저장된 형상의 편광 다양성과 비교하여, 태그(200)를 식별하고 디코딩하는데 도움을 준다.

RFID 태그외의 물체로부터의 통상의 후방산란 반사는 판독기(100)에 수신될 것이고, 태그의 안테나 요소에 비해 랜덤 편광 및 위상을 가질 것이다. 따라서, 위상 및 편광 파라미터가 알려진 안테나는, 앞서는 기준 회신 신호를 만들기 위해, 상대적으로 알려진 위치에 코드화된 패턴으로 인쇄된다. 이 기술은 태그(200)를 추적하는 효과적인 방법을 제공하며, 판독기를 위한 위상 및 편광 디코딩 기준을 만든다.

편광된 방사선이 얼마나 송수신 되는지를 조절함으로써, 송수신 방사선과 관련된 편광 형태는, 얼마나 샘플링된 수신 신호 정보가 시간-지표 방법으로 저장되는지를 조절한다. 일 실시예에서, 상기의 수신 신호 정보는 시간에 따라 배열되며 메모리에 색인화된다. 도 5에서 보이는 바와 같이, 베이스밴드 신호는 도 2의 무선주파수 수신기 블록(118)으로부터 수신된다. 일 실시예에서, 베이스밴드 신호는 아날로그 형태로 수신되며, 아날로그 신호는 디지털 형태로 전환된다(단계 602). 변환된 디지털 신호는 주어진 시간에서 V_t-V_r, H_t-H_r, H_t-V_r, LC_t-LC_r, RC_t-RC_r, LC_t-RC_r, V_t-LC_r, V_t-RC_r, H_t-LC_r, H_t-RC_r의 송수신 편광 조합의 시간 순서로 바람직하게 구성되어 있다. 예를 들어, 편광 조합 V_t-LC_r은 특정시간에 수직으로 편광된 방사선이 송신되고, 왼쪽으로 회전하는 편광된 방사선이 수신되었을 때의 수신된 데이터를 나타낸다. 시간-지표된 편광 샘플의 각각의 편광 조합 세트는, 604A-604J로 표시된 편광 메모리 이미지 구획으로 알려진 분리된 메모리 위치의 어느 한 곳에 바람직하게 저장된다. 본 발명이 본 명세서에 표시되고 기술된 편광 조합에 한정되는 것은 아니며, 송신 및 수신된 편광 방사선의 어떠한 조합이나 각각의 어떠한 개수도 고려될 수 있음에 유의해야 한다.

레이더 이미지 신호 처리는 스텝(606)의 각 메모리 구획에 적용되며, 바람직하게는 수신 데이타에 대해 푸리에 변환 알고리즘을 수행하여 이루어진다. 푸리에 변환된 데이터는 각 샘플에 대하여 메모리에 두가지 데이터 자리(location)로 기호화되며, 각 샘플의 크기 및 위상 정보는 위 데이터로부터 계산될 수 있다. 각 샘플에 대한 크기 및 위상 정보를 계산함으로써, 스캔된 영역에서 임의 개수의 RFID 태그(200)의 각각의 안테나 요소의 편광 및 위상 정보가 결정될 수 있다.

도 5에서 보이는 바와 같이, 푸리에 변환 알고리즘을 이용하여 일단 데이터 가 처리되면, 압축 고도 데이터(compression elevation data; y) 샘플(608)을 계산하기 위해, 데이터에 합성 개구 레이더 계산이 수행된다. 필요한 경우, 610에 보이는 바와 같이, 고도 데이터에 대해 위상 수정 계산이 수행된다. 수정된 위상 데이터(612)는 압축 방위 데이터(compression azimuth data; x) 샘플(616)을 계산하기 위해 다시 푸리에 변환 알고리즘을 사용하여 처리된다. 고도(608) 및 방위(616) 데이터 샘플로부터, 스캔된 영역의 예비적 디지털 이미지(618)가 형성될 수 있고, 다중 메모리 데이터 구획(620A-620J)은, 태그(200)를 디코딩하고/거나 태그(200) 및 태그(200)를 포함하는 전체 스캔 영역의 시각적 이미지(624)를 출력하는데 사용된다.

다중 메모리 데이터 구획(620A-620J)을 만듦으로써, 본 시스템은 태그 패턴 데이터(tag pattern data)를 코릴레이트시키고 인식할 수 있다. 예를 들어, 임의로 주어진 시간에 송신 어레이 안테나(102A)가 수직으로 편광(V)되어 있고, 수신 어레이 안테나(102B)도 역시 수직으로 편광(V)되어 있다면, 그 기간에 취해진 데이터 샘플은 시간에 따라 표기되어, V_t-V_r로 표시되어 특정 메모리 위치에 저장된다. 만약 송신기가 H이고 수신기가 V이면, 분리된 메모리 구획 위치가 사용되며, H_t-V_r로 구분된다. 유효한 수학적 순열을 통해서, 송수신 편광의 상이한 조합을 분석하기 위해 필요한 메모리 구획의 세트는 V_t-V_r, H_t-H_r, H_t-V_r, LC_t-LC_r, RC_t-RC_r, LC_t-RC_r, V_t-LC_r, V_t-RC_r, H_t-LC_r, H_t-RC_r의 세트가 된다. 이러한 이미지 구획 간을 수학적으로 서로 연관시킴으로써, 태그의 편광 및 위상에 대한 식별이 추론될 수 있다. 인터 메모리 구획 수학 코릴레이션(inter memory pane mathematical correlation)d은, 이미지 내에서 편광 내용을 강조하는 상세한 이미지를 도출하는데 적용된다. 시간 지표 편광 조합의 각 세트에 대해 유일한 이미지가 형성될 수 있다.

태그(200) 주위의 물체, 벽 또는 빌딩의 정확한 합성 개구 레이더(SAR) 이미지는, 스캔된 영역에 표시된 물체의 범주 내에서 태그(200)의 위치를 처리하는데 또한 유용할 수 있다. 일 실시예로, 판독기는 GPS 시스템 및 그래픽 도표 소프트웨어와 결합하여, 지리적 좌표에 대응하는 RFID 태그의 위치를 알아내고 추적하는데 사용될 수 있다. RFID 태그(200) 및 하나 이상의 판독기 위치는 사용자가 타겟의 위치를 파악할 수 있게 지도로 된 그래픽 디스플레이에 표시될 수 있다. 일 실시예로, 이는 방의 벽과 같은 경계 영역을 스캐닝하여 판독기의 위치를 지도에 표기하는 시스템(10)에 의해 구현된다. 경계선이 확정되면, 경계선 내의 판독기의 위치가 결정될 수 있고, 태그(200)의 상대적인 위치도 결정될 수 있다. 판독기(100)의 위치 및 태그(200)의 위치는 방과 같은 정적인 환경에서나, 판독기 및/또는 태그(200)가 움직이는 경우에도 측정될 수 있음에 유의해야 한다.

도 5에 나타난 바와 같이, 바람직하게 레이더 이미지 신호 처리를 활용하는 수리적 중심 계산은, 인식된 각각의 안테나 구조체(200)에 수행되어, 하나 이상의 상기 태그 안테나 구조체(200)의 주파수 및 위상 응답을 추론한다. 편광, 주파수 및 위상 응답을 추론함에 있어서, 태그(200)의 정보는 디코딩(622) 될 수 있다. 예시를 목적으로, 도 6은 RFID 태그 안테나 구조체의 코드 디코딩 기법의 일 예를 나타내는 테이블을 도시한다. 도 6에 표시된 테이블은, 구조체를 디코딩 하기 위 해, 안테나 구조체의 편광 및 위상 특성을 단지 고려하는 것임에 유의해야 한다. 예시를 목적으로, 도 6의 테이블은 도 3A에서 논의된 RFID 태그와 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 테이블은 임의의 안테나 형태에도 사용될 수 있으며, 도 3A에 표시된 안테나 형상에 한정되는 것이 아닌 점에 유의해야 한다.

도 6에서 보이는 바와 같이, 테이블은 4단계의 편광 코드와 4단계 위상 코드를 제공한다. 테이블은 따라서 RFID 태그(200)로부터 수신된 편광 및 위상 정보를 통해 표시되는, 모두 합해서 16개의 상이한 조합 또는 상태로 구성된다. 이진(binary) 데이터 용어로, 코드의 비트 크기는 log₂16 = 4 로 정의된다. 따라서, 도 6의 테이블은 편광 및 위상에 따라 모든 가능한 4-비트 코드 조합을 나타낸다.

상기 기술된 바와 같이, 일 실시예에서, 판독기(100)는 변조 주파수 캐리어(예로 FMCW)로 무선 주파수 신호를 송신하는데, 이는 매초당 여러번 넓은 주파수 범위를 지나간다. 안테나 구조체의 기하구조를 변경함으로써, 안테나 구조체가 상이한 파장의 신호를 재방사할 수 있도록 조정될 수 있는 점을 고려할 때, 도 6의 샘플 테이블에 표기된 편광 및 위상 조합은 상이한 개별적인 주파수에서 되풀이될 수 있다. 이는 차례로, 주어진 안테나 구조체에 대하여, 더 많은 비트를 인코딩하고, 디코딩하게 한다. 주파수 분리 정도는 안테나 구조체 및, 공명 첨예도(예로, Q 팩터)에 영향을 주는 회로기판의 전기 전도도 및 유전체 손실에 의존할 것이다. 예를 들어, 각각의 영역에 별개의 4-비트 편광 및 위상 데이터를 분석하기 위해 4개의 주파수 "영역(bins)"이 사용된다면, 총 4×16, 즉 64개의 조합이 가능할 것이 다. log₂64 = 6 이기 때문에, 4개 영역의 주파수 분리를 사용하는 각 안테나 구조체에 대해서는 6-비트 코드로 귀결된다.

일 실시예에서, 본 시스템은 매 안테나 구조체당 더 많은 양의 비트화된 코드를 필요로 하는 어플리케이션에 있어 고밀도 코드를 수용할 수 있고, 이로서 매 태그당 더 많은 데이터를 인코딩하는 결과를 가져온다. 주어진 태그 영역에 코딩될 수 있는 데이터 비트 개수의 한정되지 않은 예시로서, 태그의 1평방 인치는, 60㎓의 주파수에서 5mm의 파장(λ)만큼 떨어져 배치되는 대략 25개의 개별적인 λ/2의 미세조각 안테나를 수용할 수 있다. 6-비트 코딩 기법을 이용하여, 1평방 인치 영역에 인코딩되는 전체 비트의 수는 6×25 = 150 비트가 된다. 92㎓에서 동일한 코딩 기법(λ=3.2㎜)을 사용하면, 1평방 인치 안에 대략 60개의 개별적인 조각 안테나가 들어간다. 따라서, 360비트(6×60)가 인코딩될 수 있다.

도 7은 어떻게 안테나 요소가 인코딩 될 수 있는지의 한가지 예시 방법을 보여준다. 도 7에서 보이는 바와 같이, 어떠한 코드화된 정보도, 수문자 기호(alphanumeric character)를 코드화된 형태의 데이터(예, ASCII)로 전환(단계 700)하는 단계를 통해 원시적으로 전환된 것이다. 데이터 기호는 표준(standard) 또는 전용(proprietary)이 될 수 있는 적절한 위상 및 편광 수치로 바람직하게 변환된다(단계 702). 다음으로, 각 기호에 대한 위상 및 편광 수치는 적당한 안테나 구조체로 바람직하게 전환된다(단계 704). 이 전체 처리과정은 소프트웨어 프로그램에 의해 수행될 수 있는데, 이 프로그램은 프린터(706)에 정보를 보내 안테나 구 조체 형태를 제작하도록 한다. 상기 논의된 바와 같이, 인쇄된 안테나 형태에 기준 안테나 요소가 배치될 것이라는 점을 고려할 수 있다. 일 실시예에서, 오류 수정 코딩 방법(예로, 패리티 코딩, 터보 코딩)이, 안테나 요소에 최종적으로 코드화되는 데이터에 적용된다. 일 실시예에서, 안테나 요소는 보안상 암호화/해독 방법을 사용하여 인코딩 및 디코딩 된다. 이러한 방법은, 해시 알고리즘의 사용과 MD2, MD4, MD5 및/또는 SHA 알고리즘과 같은 디지털 서명의 사용을 포함하며, 여기에 한정되지 않는다. 본 명세서에서, 해시 알고리즘은 감지 향상을 위한 신호 무질서도(randomness)를 향상시키는데 역시 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예와 어플리케이션이 표시되고 기술되어 있지만, 본 명세서의 발명 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 발명의 내용을 참조하여, 상기 언급된 내용보다 더 많은 변경이 가능하다는 것을 당업자라면 명백히 이해할 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항의 사상을 제외하고는 발명은 제한되지 않는다.

Claims

RF 데이터 태그에 저장된 데이터를 판독하는 방법으로서,

스캔된 영역에 사전결정된 편광으로 전자기 방사선을 송신하는 단계; - 편광 및 위상 파라미터를 가진 안테나 요소를 포함하는 상기 영역의 RF 데이터 태그가 전자기 방사선을 재방사함 -

상기 재방사된 전자기 방사선을 수신하는 단계;

상기 수신된 전자기 방사선으로부터 상기 안테나 요소의 편광 및 위상 파라미터를 결정하는 단계; 및

상기 편광 및 위상 파라미터를 상기 RF 데이터 태그에 인코딩된 정보를 표시하는 데이터로 변환시키는 단계

를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 RF 데이터 태그를 식별하기 위한 상기 편광 및 위상 정보로부터 고도(elevation) 및 방위(azimuth) 압축 데이터를 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 편광 및 위상 특성을 계산하기 위해 수신된 전자기 방사선에 신호 이미 지 처리 알고리즘을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 전자기 방사선이 송신 및 수신되는 상기 스캔된 영역의 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 안테나 요소는 상기 이미지에 나타나는 방법.
제1항에 있어서,

상기 RF 태그가 움직이는 동안, 상기 RF 데이터 태그의 재방사(re-radiated) 전자기 방사선이 수신되는 방법.
제1항에 있어서,

상기 송신된 전자기 방사선의 주파수를 변화시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

동기화된 복수의 분리된 송신 및 수신 지역으로부터 송신이 수행되는 방법.
RF 데이터 태그에 정보를 인코딩하는 방법으로서,

인코딩될 정보를 사전결정된 비트 코딩 방식으로 변환시키는 단계;

상기의 비트 코딩 방식을, 위상 특성 및 편광 특성 중 적어도 하나로 변환시 키는 단계; 및

상기의 위상 및 편광 특성 중 적어도 하나를 가지는 안테나 요소를 생성하는 단계

를 포함하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 안테나 요소를 기판에 인쇄하는 단계를 더 포함하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 안테나 요소는, 사전결정된 주파수에서 입사 전자기 방사선을 수신할 때, 상기 적어도 하나의 위상 및 편광 특성을 가지는 전자기 방사선을 재방사하도록 정해지는 방법.
제8항에 있어서,

상기 안테나 요소는 방향성 및, 상기 편광과 위상 특성 중 적어도 하나와 관련된 적어도 하나의 치수(dimension)를 갖는 방법.
제8항에 있어서,

상기 안테나 요소는 기준 안테나 요소인 방법.
제8항에 있어서,

상기 안테나 요소는 입사 RF 신호를 수신하는데 대응하여, RF 신호를 재방사하도록 제작되고, 상기 재방사된 RF 신호는, RF 데이터 태그에 인코딩된 정보를 디코딩하는데 처리될 수 있는 방법
RF 태그에 저장된 데이터를 판독하는 방법으로서,

복수의 RF 신호를 송신하는 단계 - 상기 복수 중 적어도 두개의 RF 신호가 상이한 편광 특성을 갖음 - ;

편광 및 위상 정보를 지닌 안테나 요소를 포함하는 하나의 RF 데이터 태그로부터 복수의 재방사된 RF 신호를 수신하는 단계 - 각각의 재방사 RF 신호는 대응하는 송신 RF 신호와 관련되며, 상기 안테나 요소의 편광 정보를 포함함 - ;

상기의 안테나 요소를 식별하기 위해, 각각의 재방사된 RF 신호에 대한 상기 편광 정보를 비교하는 단계; 및

상기 식별된 안테나 요소의 편광 및 위상 정보를, 상기 안테나 요소에 인코딩된 정보를 표시하는 데이터로 변환하는 단계

를 포함하는 방법.
제14항에 있어서,

각각의 수신된 RF 신호에 대한 상기의 편광 및 위상 정보를 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14항에 있어서,

상기의 RF 데이터 태그를 식별하기 위해, 상기의 편광 및 위상 정보로부터 고도 및 방위 압축 데이터를 계산하는 단계를 더 포함하는 방법.
제14항에 있어서,

상기의 편광 및 위상 정보를 결정하기 위해, 상기의 재방사된 RF 신호에 대해 신호 이미지 처리 알고리즘을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법
제14항에 있어서,

상기 전자기 방사선이 송신 및 수신되는 상기 스캔된 영역의 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 안테나 요소는 상기 이미지에 나타나는 방법.
제14항에 있어서,

송신이 방사상(radial) 운동 및 병진 운동 중 적어도 하나로 수행되는 방법.
제14항에 있어서,

송신이 동기화된 다수의 분리된 송신 및 수신 지역으로부터 수행되는 방법.
인코딩된 정보를 갖는 RF 데이터 태그 - 상기 RF 데이터 태그는 사전결정된 위상 및 편광 파라미터를 가지는 안테나 요소를 포함함 - ; 및

전자기 방사선을 송신하고, 상기의 RF 데이터 태그로부터 재방사된 전자기 방사선을 수신하는 적어도 하나의 판독기 - 적어도 하나의 상기 판독기는, 수신된 재방사 전자기 방사선의 적어도 하나의 편광 파라미터 및 적어도 하나의 위상 파라미터로부터, 상기 인코딩된 정보를 디코딩함 - ;

를 포함하는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
제21항에 있어서,

상기 안테나 요소는 방향성 및, 상기 편광 및 위상 파라미터와 관련된 적어도 하나의 치수를 갖는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
제21항에 있어서,

상기 RF 데이터 태그가 기준 안테나 요소를 더 포함하고, 상기 기준 안테나 요소는 상기 안테나 요소와 적어도 파장의 1/2만큼 떨어져 있는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
제21항에 있어서,

상기 판독기 및 RF 데이터 태그 중 적어도 하나가 움직이고 있는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
제21항에 있어서,

상기 판독기가, 레이더 이미지 신호 처리 알고리즘을 사용하여, 상기 재방사된 전자기 방사파로부터 편광 및 위상 파라미터를 결정하는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
제21항에 있어서,

송신되고 수신된 상기의 전자기 방사선으로부터 스캔된 영역의 이미지를 생성하는 상기 판독기에 연결된 디스플레이를 더 포함하고, 상기 이미지는, 상기 RF 데이터 태그의 위치 및 식별 중 적어도 하나를 포함하는 RF 데이터 태그 식별 시스템
제21항에 있어서,

서로 결합된 복수의 판독기를 더 포함하고, 상기 복수에서 적어도 하나의 판독기가, 상기 복수 중 적어도 하나의 다른 판독기에 RF 데이터 태그 정보를 제공하는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
제27항에 있어서,

제 1 판독기가 전자기 방사선을 송신하고, 상기 복수의 판독기가 상기 재방사된 전자기 방사선을 동시에 수신하는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
제27항에 있어서,

제 1 판독기가 전자기 방사선을 송신하고, 상기 복수의 판독기가 상기 재방사된 전자기 방사선을 원하는 순서로 수신하는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
제27항에 있어서,

복수의 판독기가 전자기 방사선을 순차적으로 송신하고, 상기 복수의 판독기는 상기 재방사된 전자기 방사선을 동시에 수신하는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
제27항에 있어서, 제 1 시퀀스로 다수의 판독기가 전자기 방사선을 송신하고, 제 2 시퀀스로 상기 다수의 판독기가 재방사된 전자기 방사선을 수신하는 RF 데이터 태그 식별 시스템.
입사 전자기 방사선을 수신하도록 제작된 복수의 안테나 요소;

각각 인코딩된 정보를 표시하는 위상 및 편광 파라미터를 포함하는 상기 안테나 요소 - 적어도 하나의 안테나 요소는, 인코딩된 정보를 표시하는 상기 위상 및 편광 파라미터를 가지는 전자기 방사선을 재방사함 - ;

를 포함하는 정보를 담고 있도록 인코딩된 RF 데이터 태그.
제32항에 있어서,

상기 안테나 요소는 전도(conductive) 잉크로 인쇄되는 데이터 태그.
제32항에 있어서,

상기 안테나 요소의 적어도 하나는, 기지의(known) 위상 및 편광 파라미터를 포함하는 기준 안테나 요소가 되는 데이터 태그.
제32항에 있어서,

상기 안테나 요소는 적어도 파장의 1/2만큼 서로 떨어져 있는 데이터 태그.
제32항에 있어서,

각 안테나 요소는 방향성 및, 상기 편광 및 위상 파라미터와 관련된 적어도 하나의 치수를 포함하는 데이터 태그.
제32항에 있어서,

상기 안테나 요소는 기판 위에 배치되는 데이터 태그.
제32항에 있어서,

상기 안테나 요소는 물체 위에 전도 잉크로 직접 인쇄되도록 적합화된 데이터 태그.
RF 데이터 태그에 인코딩된 정보를 디코딩하는 판독기로서,

전자기 방사선을 송신하는 안테나 구조체 - 상기 안테나 구조체는 RF 데이터 태그로부터 재방사된 전자기 방사선을 감지하도록 적합화됨 - ;

상기 감지된 전자기 방사선으로부터 적어도 편광 및 위상 정보를 결정하는 일차 회로;

상기 편광 및 위상 정보를, 상기 RF 데이터 태그에 인코딩된 정보를 표시하는 장치 인식가능(machine readable) 데이터로 전환하는 이차 회로

를 포함하는 판독기.
제39항에 있어서,

상기 일차회로는 상기 편광 및 위상 정보를 결정하기 위해 레이더 이미지 신호 처리를 수행하는 판독기.
제39항에 있어서,

상기 판독기는 원하는 주파수에서 복수의 전자기 방사선 스캔을 송신하고,

적어도 하나의 스캔의 상기 전자기 방사선은, 상기 복수에 있어서 다른 스캔의 편광 파라미터와는 다른 편광 파라미터를 포함하여 송신되는 판독기.