PT104121B

PT104121B - Dispositivo para leitura de identificadores de radiofrequência garantindo confinamento volumétrico da região de detecção

Info

Publication number: PT104121B
Application number: PT104121A
Authority: PT
Inventors: Jorge Manuel Lopes Leal Rodrigues Da Costa; Carlos Antonio Cardoso Fernandes; Carla Sofia Dos Reis Medeiros
Original assignee: Inst Superior De Ciencias Do T; Inst Superior Tecnico; Creativesystems Sist S E Servi
Priority date: 2008-06-28
Filing date: 2008-06-28
Publication date: 2010-05-12
Also published as: US8400273B2; BRPI0903502A2; EP2313845B1; PT104121A; EP2313845A1; WO2009157791A1; US20100194538A1

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UM SISTEMA DE DETECÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE OBJECTOS COMPORTANDO ETIQUETAS DE IDENTIFICAÇÃO POR RADIOFREQUÊNCIA (RFID TAGS). O SISTEMA COMPREENDE UM DISPOSITIVO COMPOSTO POR UMA LINHA DE TRANSMISSÃO (6) (MICRO-STRIP), INCLUINDO SUBSTRATO DIELÉCTRICO DE BAIXA PERMITIVIDADE (8) E UM PLANO METÁLICO DE REFERÊNCIA (7). O DISPOSITIVO ASSEGURA COBERTURA E DETECÇÃO DE TODOS OS OBJECTOS EM CAMPO PRÓXIMO EM UHF, GARANTE O CONFINAMENTO DOS CAMPOS NO VOLUME DE INTERESSE, GARANTE O ISOLAMENTO EM RELAÇÃO A DISPOSITIVOS ADJACENTES E TEM UM CUSTO DE PRODUÇÃO MUITO REDUZIDO. O PRESENTE INVENTO É APLICÁVEL, A TÍTULO DE EXEMPLO, NOS SECTORES DO RETALHO (POR EXEMPLO, EM LIVRARIAS, LOJAS DE VESTUÁRIO, SUPERMERCADOS E FARMÁCIAS), DA DISTRIBUIÇÃO OU DA INDÚSTRIA EM PONTOS DE LEITURA DE RFID OU EM ESTEIRAS DOS TERMINAIS DE PAGAMENTO EM SUPERMERCADOS E TAMBÉM EM ESTEIRAS DE TRANSPORTE DE OBJECTOS EM ARMAZÉNS OU EM LINHAS DE PRODUÇÃO. O INVENTO FOI DESENVOLVIDO NO INSTITUTO DE TELECOMUNICAÇÕES EM COLABORAÇÃO COM A CREATIVESYSTEMS.

Description

DESCRIÇÃO

Dispositivo para leitura de identificadores de radiofrequência garantindo confinamento volumétrico da região de detecção

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a sistemas de identificação por radiofrequência (RFID). Mais em particular, o invento refere-se a dispositivos para leitura de identificadores de radiofrequência garantindo confinamento volumétrico da região de detecção a um volume de detecção de interesse sobre a superfície de leitura do dispositivo.

Estado da Técnica

A tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID) permite a leitura e detecção de etiquetas de RFID (RFID Tags) via rádio, sem necessitar de linha de vista. Cada etiqueta de RFID tem associado um código único, pelo que a aplicação num objecto permite a sua identificação remota de forma unívoca.

Um sistema de RFID convencional inclui etiquetas de RFID e uma ou mais antenas associadas a um leitor ou interrogador de radiofrequência. As etiquetas de RFID, constituídas por um microprocessador e uma antena, podem pertencer a classes distintas dependendo do modo de funcionamento: as etiquetas passivas, as activas e as semi-passivas. As etiquetas de RFID activas possuem uma fonte própria de energia (tipicamente baterias) e transmitem o sinal em continuo para o leitor. As etiquetas de RFID passivas, as mais comuns, não possuem qualquer bateria retirando a energia que necessitam para funcionar do sinal emitido pela antena do leitor; ao ser interrogado, o microprocessador contido na etiqueta de RFID transmite de volta para o leitor a informação unívoca que tem gravada; têm menor custo que as etiquetas anteriores, mas o alcance é menor. As etiquetas de RFID semi-passivas fazem uso da bateria apenas para alimentar o microprocessador. Em todos os casos, a informação transmitida pelas etiquetas de RFID é passível de ser processada automaticamente por um computador.

A tecnologia RFID opera em frequências regulamentadas por normas e organismos reguladores, tipicamente nas bandas de LF, HF, UHF e Microondas. Actualmente, as etiquetas de RFID passivas mais utilizadas pertencem à banda de UHF dadas as suas caracteristicas, o baixo custo da tecnologia e o seu maior alcance relativamente às outras bandas.

Em particular, a banda consignada pela International Teleconimunications Union (ITU) para RFID em UHF, cobre a faixa entre 860 e 960 MHz e foi dividida em três subbandas para atribuição a diferentes regiões do globo.

Actualmente, as soluções de leitura disponíveis para identificação por RF na banda de UHF são maioritariamente baseadas em antenas que, por si só, não garantem o confinamento volumétrico da região de detecção.

As etiquetas de RFID têm um limiar para a intensidade do campo necessário para a sua activação e resposta ao leitor. Em UHF e em microondas, são utilizadas antenas localizadas que produzem áreas de cobertura relativamente extensas, dificultando leituras sectorizadas como as que são necessárias por exemplo para detectar objectos etiquetados contidos num volume de detecção pequeno, sem que sejam detectados os objectos localizados em zonas adjacentes ao volume de detecção de interesse.

Uma forma de confinar o campo num determinado volume de detecção com dimensões reduzidas em termos de comprimento de onda, consiste em associar ao leitor um dispositivo radiante de curto alcance, que radie uma pequena quantidade de energia ao longo da sua estrutura. Por sua vez, esta estrutura estender-se-á ao longo da zona a cobrir. Por exemplo, um sistema constituído por duas linhas de transmissão co-planares garante a detecção de etiquetas de RFID na área correspondente ao intervalo entre duas linhas, patente US No. 7,059,518, intitulada RFID Device Detection System and Method. No entanto, estas soluções tipicamente requerem circuitos adicionais de adaptação e não asseguram detecção das etiquetas em toda a sua superfície. Em particular nas bandas de frequência mais elevadas de RFID, o reajustamento dos vários parâmetros das linhas co-planares pode não ser suficiente para garantir o confinamento volumétrico lateral do campo radiado; para evitar a detecção de etiquetas que estejam fora do volume de detecção de interesse, pode ser necessária a utilização de planos metálicos adicionais.

Soluções baseadas em linhas coplanares, são tipicamente utilizadas em impressoras de etiquetas de RFID em HF para programação dos microprocessadores embebidos, patente US No. 6,899,476, intitulada RFID tag, antenna, and printer system.

Na patente US No. 6,600,420, intitulada Application for a Rádio Frequency Identification System”, uma antena baseada em troços de fita associada com vários elementos de antenas, é apresentada para detecção e identificação de livros em prateleiras de livrarias na banda de HF, sendo extensível a bandas mais elevadas de RFID. Porém, esta patente não menciona o tipo ou a configuração das antenas dispostas ao longo da fita, nem procura o confinamento volumétrico individual do campo electromagnético em cada prateleira para impedir a leitura de livros em prateleiras adjacentes.

No pedido de patente WO 2006/050412, Shafer, GaryMark e outros, é divulgada uma antena configurada para leitura e escrita de uma única etiqueta RFID de cada vez na banda de UHF. A linha tipo micro fita usada tem permitividade elevada e com um comprimento total efectivo equivalente a meio ou a um comprimento de onda, comparável às dimensões típicas das etiquetas de RFID. Deste modo, a antena divulgada confina a detecção a uma área com as dimensões aproximadas da própria etiqueta de RFID, na vizinhança imediata da antena. Utiliza para o efeito campos longitudinais para leitura individual das etiquetas, pelo que estas têm de estar orientadas segundo o eixo da antena. 0 confinamento volumétrico da zona de detecção para evitar a leitura de etiquetas adjacentes é conseguido utilizando um valor elevado da permitividade e, em algumas concretizações, revirando as bordas do plano de terra.

As antenas acima mencionadas, ou estruturas delas derivadas por escalamento em frequência ou em dimensão, não permitem a leitura de etiquetas de RFID UHF colocadas transversalmente a uma linha que se estenda a todo o comprimento da superfície de leitura. Também não asseguram cumulativamente a detecção de múltiplas etiquetas confinadas a um volume de detecção desejado sobre a superfície de leitura.

Sumário da Invenção presente invento refere-se a um dispositivo para leitura de identificadores de radiofrequência (RFID) em UHF que garante o confinamento volumétrico da detecção de etiquetas de RFID a um volume de detecção de interesse sobre uma superfície de leitura.

dispositivo compreende uma estrutura na qual se encontram embebidas ou anexadas uma ou mais linhas de transmissão metálicas impressas sobre um substrato dieléctrico assente sobre um plano terra de referência metálico e compreende ainda um leitor ou interrogador de RFID numa extremidade e uma carga adaptada na outra extremidade da estrutura. A superfície da estrutura pode constituir a superfície de leitura e os campos eléctricos estão contidos num plano perpendicular à uma ou mais linhas de transmissão. As linhas de leitura estendem-se ao longo de todo ou parte do comprimento da superfície de leitura, com um a cinco comprimentos de onda. Em algumas concretizações a dimensão do plano terra de referência constitui pelo menos 90% da superfície de leitura. 0 substrato dieléctrico usado tem caracteristicamente baixa permitividade. A expressão baixa permitividade deve ser entendida com o significado usual na técnica, i.e. inferior a 2, veja-se por exemplo Balanis, Constantine A.

- Modern Antenna Handbook; Wiley-Interscience; 2008. No âmbito do presente invento é inferior a 1.5. A largura da linha de transmissão (6) está compreendida entre 8 e 15% do comprimento de onda.

Adicionalmente, o dispositivo de pode compreender ainda um circuito de adaptação quando a impedância característica da linha de transmissão for diferente da do leitor ou interrogador de RFID.

A(s) linha(s) de transmissão pode(m) ser direita(s) ou curvilínea (s), ao longo da superfície de leitura da estrutura. 0 plano terra de referência corresponde à própria estrutura quando esta seja metálica,

A extensão do alcance sobre a superfície de leitura da estrutura é controlada pela largura da linha de transmissão, com valores compreendidos entre 8 e 15% do comprimento de onda, e pelas dimensões do plano terra de referência, estendendo-se pelo menos a 90% da superfície de leitura.

O presente invento refere-se ainda a um sistema de leitura confinada de etiquetas de RFID caracterizado por compreender uma pluralidade de dispositivos. Um único leitor ou interrogador de RFID poderá actuar diferentes dispositivos de cada vez, utilizando para o efeito um comutador electrónico (multiplexer).

O presente dispositivo para aplicação em sistemas automáticos de identificação por RF que, quando associado a um leitor ou interrogador, permite a detecção unívoca de objectos portadores de etiquetas de RFID UHF passivas. O invento funciona em toda a banda UHF alocada para RFID nas três regiões do globo, sem necessidade de ajustes ou de re-sintonia.

dimensionamento referido anteriormente, relativamente à largura da linha de transmissão, ao seu comprimento e à dimensão do plano de terra de referência 9 garante um volume de detecçâo de interesse delimitado sobre a superfície de leitura. Evita assim a detecçâo fortuita de etiquetas de RFID presentes em volumes adjacentes sem necessidade de recorrer a planos metálicos ou a planos absorventes para forçar o isolamento.

presente invento baseia-se numa linha de transmissão com plano metálico de referência (linha micro-strip), que deixa radiar pelos bordos uma pequena fracção da energia que transporta desde o ponto de alimentação até ao terminal de carga. 0 processo de fabricação é bastante simples e os custos inerentes são muito baixos. 0 invento pode ser facilmente embebido ou anexado a estruturas já existentes, por exemplo, prateleiras, mesas ou esteiras de transporte.

Breve descrição das Figuras presente invento é seguidamente descrito em pormenor, a título exemplificativo, recorrendo a esquemas simplificados apresentados nas figuras em anexo, nas quais:

A fig. 1 é uma representação de um sistema inteligente de RFID para detecçâo de objectos em volumes de detecçâo confinados recorrendo aos dispositivos objecto desta invenção;

A fig. 2 é uma representação em .perspectiva esquemática de uma concretização do dispositivo, na forma simplificada, de acordo com o invento, sem a folha de madeira ou de material plástico que esconde e protege a linha de transmissão;

A fig. 3 é uma representação de uma concretização do dispositivo de acordo com o invento, em configuração curva, sem a folha de madeira ou de material plástico que esconde e protege a linha de transmissão;

A fig. 4a e fig. 4b são representações em corte esquemático do dispositivo na fig. 2 e na fig. 3: a) sem material de revestimento; b) com material de revestimento;

A fig. 5 é uma representação esquemática de uma concretização em que o dispositivo está embebido numa prateleira de livros, para concretizar o conceito de prateleiras inteligentes, com indicação das orientações dos livros e etiquetas de RFID para detecção de acordo com o invento;

A fig. 6 é uma representação esquemática de uma concretização em que o invento está integrado numa esteira, para detecção de objectos de acordo com o invento;

As fig, 7a e fig. 7b são representações esquemáticas da concretização do invento, como um ponto de leitura de RFID para identificação de objectos de acordo com o invento;

A fig. 8 é uma representação em perspectiva do protótipo de uma prateleira, incluindo a camada de material protector da linha de transmissão;

A fig. 9 é uma representação dos resultados de um teste experimental com livros efectuado num protótipo do invento;

Nestas figuras, a identificação de cada elemento particular em discussão é feita utilizando uma numeração única. Quando um elemento é repetido em diferentes figuras, é utilizada a mesma identificação que na primeira figura em que o elemento surge.

Descrição detalhada da invenção e do modo de concretização preferido

Fazendo referência às figuras, descrevem-se em seguida e em detalhe as concretizações preferidas do invento.

A fig. 1 apresenta um sistema de identificação por radiofrequência do presente invento. Em cada estrutura 1 do sistema, encontra-se embebido ou anexado o dispositivol do invento que opera na banda de RFID UHF pretendida para a detecção e identificação de objectos 2 contendo etiquetas de RFID 13 (não representadas). Cada dispositivo do sistema encontra-se ligado a um leitor ou interrogador de RFID 3, directamente ou através de um comutador electrónico 4 (multiplexer), que permite a comunicação e transmissão dos dados para uma aplicação num computador 5 para registo ou processamento dos resultados da leitura.

Num sistema composto por múltiplos dispositivos 1, próximos entre si como apresentado na fig. 1, é necessário evitar a leitura dos objectos colocados em superfícies adjacentes à que estiver a ser interrogada. 0 presente invento assegura o isolamento radioeléctrico entre dispositivos, confinando o campo electromagnético radiado ao espaço de cada dispositivo evitando a necessidade de colocação de anteparas metálicas ou de outros meios fisicos onerosos para isolamento. Para tal os parâmetros dos dispositivos são dimensionados de forma a assegurar um volume de detecção delimitado.

A fig. 2 apresenta a configuração mais simples do invento para o dispositivo 1. Este é constituído por uma linha de transmissão 6 metálica (por exemplo: latão ou alumínio) com um plano terra de referência 7, também metálico, e suportada por um substrato de baixa permitividade 8 (por exemplo: poliestireno expandido) (estrutura micro-strip).

A estrutura é alimentada numa das extremidades pelo leitor ou interrogador de RFID 3 ou por uma fonte independente, por exemplo através de um cabo coaxial 9, e é terminado na outra extremidade por uma carga 10 adaptada à impedância característica da linha de transmissão 6. Em UHF esta carga é simplesmente uma resistência.

A largura da linha de transmissão 6 pode ser variada no projecto com valores compreendidos 8% e 15% do comprimento de onda para ajustar o confinamento volumétrico dos campos e a detecção das etiquetas de RFID 13, consoante a largura da superfície e a altura da zona de cobertura pretendida acima desta. O valor da impedância característica da linha de transmissão 6 resultante é conhecido e pode ser calculado como em Ramo, Whinnery and Duzer - Fields and Waves in Comrnunication Electronies, 3^aedição; Wiley-Interscience; pag. 412; 1994.

No caso em que a impedância característica da linha de transmissão 6 resultante é diferente da impedância do leitor ou interrogador de RFID 3, é necessário adicionar um circuito de adaptação entre o dispositivo 1 e o leitor ou interrogador de RFID 3 ou o comutador electrónico 4 (quando presente) da fig. 1.

A esta versatilidade do invento junta-se o facto de o funcionamento da linha de transmissão 6 ser independente do comprimento do dispositivo 1 entre um e cinco comprimentos de onda.

Adicionalmente, a	mesma linha	de	transmissão	6
funciona em	toda a banda	UHF de	RFID	e portanto	é
imediatamente	compatível	com	leitores	das	três sub-bandas

definidas mundialmente para RFID. Isto sucede porque, os parâmetros da linha de transmissão 6 são dimensionados de acordo com a espessura e permitividade do substrato de baixa permitividade 8 e o seu funcionamento não depende das dimensões da superfície em que é aplicado. Tendo em conta as limitações na largura da linha de transmissão 6 e por forma a se assegurar uma impedância característica igual à do leitor ou interrogador de RFID 3, a altura do substrato de baixa permitividade 8 deve estar compreendida, por exemplo, entre 2 e 5% do comprimento de onda para uma impedância característica de 50 Ω e entre 4 e 10% para uma impedância característica de 75 Ω. A altura do substrato pode ser modificada para se obterem diferentes valores de impedância característica utilizando a expressão da impedância característica descrita em Ramo, Whinnery and Duzer - Fields and Waves in Communication Electronics, 3^a edição; Wiley-Interscience; pag. 412; 1994.

A configuração e disposição da linha de transmissão 6 pode ser alterada consoante a extensão do volume de detecçâo que se pretenda cobrir incluindo mais do que uma linha de transmissão 6 no circuito ou alterando o percurso desta, por exemplo segundo a configuração da linha de transmissão 6 com trajecto curvilíneo apresentada na fig. 3, desde que o percurso total da linha de transmissão 6 seja superior a um comprimento de onda e inferior a cinco comprimentos de onda e o plano de terra de referência 7 se estenda a pelo menos 90% da superfície de leitura.

A fig. 4a apresenta um corte transversal da estrutura do dispositivo 1 da fig. 2 e da fig. 3, por exemplo a meio do circuito, no qual se pode verificar em pormenor a linha de transmissão 6, o plano terra de referência 7 e o substrato de baixa permitividade 8. A espessura destes elementos metálicos não é determinante para o projecto da linha de transmissão 6, podendo ter espessura tão reduzida quanto o permita a construção. Na fig. 4a estão também representadas as linhas de campo eléctrico 11 características deste tipo de linhas de transmissão, que fluem maioritariamente entre a linha de transmissão 6 e o plano terra de referência 7, atravessando o substrato de baixa permitividade 8, sendo a restante parte radiada lateralmente e verticalmente para fora da estrutura.

A intensidade e distribuição espacial da parte da energia que é radiada podem ser controladas através do valor da permitividade, da altura do substrato de baixa permitividade 8, da largura da linha de transmissão 6 e da sua forma ao longo do percurso. Quando a forma da linha de transmissão 6 é curvilínea, por exemplo em forma de sinusoide, como apresentado na fig. 3, a distribuição dos campos ao longo de um período da curva torna-se assimétrica em profundidade. Neste caso, o alcance de leitura num plano perpendicular à superfície do dispositivo 1 aumenta de forma controlada, e simultaneamente aumenta também a gama de orientações possíveis das etiquetas de RFID 13que permitem detecção fiável. 0 dimensionamento, através do ajuste da largura da linha de transmissão 6 entre 8 e 15% do comprimento de onda, permite limitar a extensão lateral da região de detecção de etiquetas de RFID 13, impedindo a detecção de etiquetas de RFID 13 colocadas noutras prateleiras circundantes. Em complemento, os limites da zona de detecção podem ser adicionalmente ajustados através do controlo da potência de RF fornecida pelo leitor ou interrogador de RFID 3, funcionalidade disponível em alguns modelos de leitores de RFID.

O invento também permite que camadas adicionais de substrato 12 sejam colocadas por cima da linha de transmissão 6 ou à volta da estrutura completa, sem afectar o desempenho desta, como apresentado na fig. 4b. Estas camadas adicionais 12 de substrato podem servir por exemplo para efeitos de estabilidade da estrutura e para protecção da linha de transmissão 6. Desde que a espessura das camadas adicionais 12 de substrato seja inferior a cerca de 1/5 do comprimento de onda, a intensidade do campo eléctrico é suficiente para garantir detecção em toda a superfície do dispositivo 1. Assim sendo, é possível embeber o circuito da linha de transmissão 6 em estruturas de madeira ou de plástico ou então anexá-lo como um módulo pré-fabricado. No caso de superfícies metálicas, o invento também é aplicável sem necessidade de redimensionamento da estrutura, inclusivamente o plano terra de referência 7 pode ser substituído pela própria estrutura. Todas as concretizações da presente invenção são facilmente realizáveis e podem também ser facilmente ocultadas nas estruturas.

Exemplo 1 - Prateleiras

Uma concretização do presente invento são prateleiras para detecção e identificação de livros em livrarias ou bibliotecas. A fig. 5 apresenta o pormenor da orientação dos livros 14-18 e das respectivas etiquetas de RFID 13 com o dispositivo embebido ou anexado a uma prateleira 19. As etiquetas de RFID 13 podem ser coladas nas capas, ou no interior dos livros 14-17 e a linha de transmissão 6 do dispositivo 1 pode apresentar um percurso a direito (fig.

2) ou curvilíneo (fig. 3), com um raio de curvatura reduzido. Dado o confinamento volumétrico do campo eléctrico 11 na estrutura, a detecção fiável de todos os livros 14 a 18 impõe que as etiquetas de RFID 13 se encontrem próximo da superfície da prateleira 19. Por exemplo, para etiquetas de RFID 13 com polarização linear, a orientação preferencial para colocação das etiquetas de RFID 13 nos livros 14 a 18 corresponde à disposição horizontal, transversal à prateleira 19, livro 14, onde o campo eléctrico é mais intenso. No entanto as etiquetas de RFID 13 continuam a ser detectadas quando coladas nos livros com inclinações de 45°, livro 15, ou mesmo de 90°, livro 16, embora a leitura possa ser menos fiável neste último caso. No que diz respeito à posição dos livros 14 a 18 na prateleira 19, também ocorre detecção para outras posições e orientações de etiquetas de RFID 13 e livros 17 e 18, embora com maior fiabilidade no caso do trajecto da linha de transmissão 6 ser curvilíneo.

Exemplo 2 - Esteiras de transporte

Outra concretização da invenção, são esteiras de transporte. À medida que se aumenta o raio de curvatura da linha de transmissão 6 no dispositivo 1, o alcance máximo vertical de detecção de etiquetas de RFID 13 aumenta. No entanto, a cobertura em profundidade é reduzida em determinadas áreas do dispositivo 1, mas a intensidade dos campos por cima da linha de transmissão 6 é semelhante em todas as direcções. Esta particularidade permite a aplicabilidade do invento, por exemplo, em esteiras de transporte 21 de objectos 2 em terminais de pagamento de supermercados ou em armazéns, como apresentado na fig. 6. Com a deslocação 20 da esteira 21, os objectos 2 nela colocados varrem o dispositivo que se encontra fixo e montado por baixo da esteira rotativa. Para este tipo de aplicações, não é necessário que o dispositivo 1 se encontre ao longo de todo o comprimento da esteira 21, apenas é necessário que o objecto 2 percorra uma distância equivalente a um período da linha 6, no caso de esta ser periódica. Deste modo, a detecção dos objectos 2 ocorre sem restrições à orientação e posição das etiquetas de RFID 13.

Exemplo 3 - Pontos de leitura e terminais de pagamento

Uma terceira e quarta concretizações são pontos de leitura e terminais de pagamento. Como anteriormente referido, o comprimento do invento não restringe a aplicabilidade deste e portanto pode ter concretizações de menor dimensão, semelhantes aos actuais terminais para leitura de código de barras. Um exemplo são os pontos de leitura de RFID 23, dispostos em diversas zonas em lojas ou os terminais de pagamento 22, como apresentado na fig. 7a e fig. 7b, respectivamente. Ά escolha da configuração para a linha de transmissão 6 do dispositivo 1 depende do alcance pretendido e da orientação das etiquetas de RFID 13 nos objectos 2 a identificar e o confinamento volumétrico dos campos ao dispositivo 1 é assegurado para comprimentos total de linha de transmissão 6 próximos ou superiores ao comprimento de onda em UHF. Ao contrário dos leitores ópticos de código de barras, os pontos de leitura de RFID 22 e 23 não requerem linha de vista com as etiquetas de RFID 13 e permitem a detecção em simultâneo de todos os produtos 2 presentes no volume de detecção.

Para efeitos de validação do invento, foi fabricado e testado um protótipo, apresentado na fig. 8, correspondente à concretização numa prateleira 19 de uma biblioteca ou livraria. A prateleira 19 fabricada tem 30 cm de profundidade por 100 cm de comprimento, correspondente a uma dimensão típica em livrarias. Foi utilizado poliestireno expandido como substrato de baixa permitividade 8 devido à sua baixa permitividade. De forma a garantir uma boa cobertura do campo eléctrico em toda a superfície da prateleira 19, foi escolhida uma espessura de 1 cm para o substrato de baixa permitividade 8, resultando numa linha de transmissão 6 direita com 5 cm de largura para uma impedância de 50 Ω. A linha de transmissão 6 encontra-se centrada e o plano terra de referência 7 tem as mesmas medidas da prateleira 19. A linha de transmissão 6 é alimentada por um cabo coaxial 9 numa das extremidades e a outra é terminada por uma resistência 10 de 50 Ω. Uma camada adicional 12 de substrato de poliestireno expandido, com igual espessura à do substrato de baixa permitividade 8, foi aplicada por cima da linha de transmissão 6 para reforçar a estabilidade da prateleira 19 e evitar o contacto directo dos objectos com a linha de transmissão 6 metálica. Esta estrutura foi assente numa placa de madeira com as mesmas dimensões, para garantir a rigidez e suportar o peso dos livros.

O dispositivo fabricado 19 foi posteriormente testado experimentalmente para detecção de etiquetas de RFID 13, tanto isoladas como coladas na contracapa de livros 14 e 15. Foi usado o leitor de RFID da ÃLIEN Technologies - ALR 8800, com uma impedância igual à da linha de transmissão 6 do invento, ligado a uma das extremidades da prateleira 19através de um cabo coaxial 9. 0 leitor ou interrogador de RFID 3 transmite os resultados das leituras para um computador 5 para visualização e processamento. Foram usadas etiquetas de RFID passivas com polarização linear ALN-950 Squiggle, do mesmo fabricante.

Para os testes com etiqueta de RFID 13 isolada, esta foi disposta horizontalmente e com orientação transversal em relação à linha de transmissão 6, como indicado na da fig. 8. Foi analisada a detecção em vários pontos da prateleira 19, igualmente distribuídos com espaçamento de 10 cm na horizontal. Os testes revelaram leitura a 100% em todas as posições até aos 7 cm de altura em relação à superfície da prateleira. Só a partir deste valor é que a percentagem das detecções deixou de ser 100%, o que revela o confinamento volumétrico atingido.

As etiquetas de RFID 13 foram também colocadas no interior de livros em várias orientações e posições e a detecção dos livros 14 e 15 foi testada colocando-os na prateleira 19 nas posições assinaladas na fig. 9. Os resultados das leituras indicados na mesma figura mostram que os livros 14 e 15 foram sempre detectados dentro dos limites da prateleira 19, mas não fora. 0 ligeiro excesso de cobertura nos topos pode ser ajustado reduzindo o comprimento total da linha de transmissão 6 de forma a retrair o ponto de início e ponto de fim da linha de transmissão 6.

Os resultados experimentais demonstram a funcionalidade e validam a aplicabilidade e fiabilidade do invento: uma cobertura a 100% dos livros presentes na prateleira foi facilmente exequível com poucas restrições de orientação das etiquetas de RFID.

O presente invento pode ser aplicado na detecção de vários objectos, sem restrição na tipologia das etiquetas e em toda a banda UHF atribuída à identificação por radiofrequência, garantido confinamento volumétrico â região de detecção pretendida.

Referem-se como concretizações, não limitativas, dentro do âmbito do presente invento:

• No Retalho (por exemplo, em livrarias, lojas de vestuário, supermercados ou farmácias), para detecção, localização e inventariação automática dos produtos ou bens portadores de etiquetas de RFID;

• No Retalho, em pontos de leitura ou de venda para possibilitar a leitura, a partir da etiqueta de RFID, da informação respeitante a um produto ou bem isolado colocado na vizinhança do dispositivo;

• No Retalho, em esteiras dos terminais de pagamento, para possibilitar a leitura e tratamento da informação sobre os objectos etiquetados enquanto estes deslizam sobre o dispositivo;

• Na Distribuição, em esteiras de transporte de objectos, para possibilitar a leitura e tratamento da 5 informação sobre os objectos etiquetados enquanto estes deslizam sobre o dispositivo;

• Na Indústria, em esteiras de transporte de objectos quer na produção quer em armazéns, para possibilitar a leitura e tratamento da informação sobre os objectos etiquetados enquanto estes deslizam sobre o dispositivo.

Lisboa, 18 de Setembro de 2009.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Dispositivo para leitura de identificadores de radiofrequência (RFID) em UHF garantindo o confinamento volumétrico da detecção de etiquetas de RFID a um volume de detecção de interesse sobre uma superfície de leitura, que compreende uma ou mais linhas de transmissão (6) metálicas impressas sobre um substrato dieléctrico (8) assente sobre um plano terra de referência (7) metálico, um leitor ou interrogador de RFID (3) numa extremidade, e uma carga (10) na outra extremidade caracterizado por compreender ainda uma estrutura (19,21,22,23), cuja superfície constitui a superfície de leitura, na qual estão embebidos ou anexados uma ou mais linhas de transmissão (6), o substrato dieléctrico (8) e o plano metálico de referência (7), e os campos eléctricos (11) estarem maioritariamente contidos em planos perpendiculares à linha ou linhas de transmissão (6), que se estendem ao longo de todo ou parte do comprimento da superfície de leitura e em que o substrato dieléctrico (8) possui baixa permitividade, tipicamente inferior a 1,5.
2 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um circuito de adaptação quando a impedância característica da linha de transmissão (6) for diferente da do leitor ou interrogador de RFID (13) .
3 - Dispositivo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a uma ou mais linhas de transmissão (6) serem direitas ou curvilíneas ao longo da superfície de leitura da estrutura (1, 19, 21, 22, 23).
4 - Dispositivo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o substrato de baixa permitividade (8) ser poliestireno expandido.
5 - Dispositivo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por o plano terra de referência (7) corresponder à própria estrutura (1, 19, 21, 22, 23) quando esta é metálica.
6 - Dispositivo de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por a extensão da superfície de leitura da estrutura ((1, 19, 21, 22, 23) ser controlada pela largura da linha de transmissão (6) e pelas dimensões do plano terra de referência (7).
7 - Dispositivo de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por a estrutura (19) ter cerca de 30 cm de profundidade e cerca 100 cm de comprimento, o substrato de baixa permitividade (8) ter uma espessura de 1 cm, a linha de transmissão (6) ter 5 cm de largura para uma impedância de 50 Ω e o plano de terra de referência (7) ter mesma dimensão da estrutura (19).
8 - Dispositivo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por operar na banda entre 860 e 960 MHz.
9 - Sistema de leitura confinada de etiquetas de RFID caracterizado por compreender uma pluralidade de dispositivos (1, 19, 21, 22, 23) de acordo com as reivindicações anteriores.

Lisboa, 3 de Maio de 2010.