SE535102C2 - Frekvensselektiv transponder med rörelsesensor - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till en transponder innefattande enantennstruktur konñgurerad att ta emot en inkommande signal med RF-effekt på en första frekvens f1 och att återutsända en transparentutgängssignal med RF-effekt på en andra frekvens fg när den träffas av deninkommande signalen. Transpondern innefattar även: en förstärkarekonñgurerad att tillhandahålla en förstärkt transparent utgångssignalbaserad på den inkommande signalen, en frekvensomvandlare konfigureradatt frekvenskonvertera den inkommande signalen till den transparentautgängssignalen och ett första frekvensñlter kopplat till antennstrukturen.Det första frekvensfiltret är avstämt till den första frekvensen fi för attundvika att förstärka inkommande signaler med RF-effekt på frekvenserannat än den första frekvensen f1. Transponder innefattar också enrörelsesensor. Rörelsesensorn är konñgurerad att styra en omkopplare föratt deaktivera möjligheten att återutsända den transparenta utgängssignalenom rörelsesensorn detekterar att transpondern rör på sig, och aktiveramöjligheten att återutsända den transparenta utgängssignalen om rörelsesensorn detekterar att transpondern är stationär.

Description

25 535 102 på avstånd (t.ex. >1 km). Detta kräver emellertid en energikälla och en sändare som tillhandahåller den nödvändiga signalen vid en nödsituation.

En nackdel är att det är svårt att lokalisera en specifik aktiv transponder eftersom alla transpondrar utsänder signaler som kan interferera med signalen från den specifika transpondem.

En sådan lösning har utvärderats i ett ”White Paper” om ”Firefighter Location Systems” av MSA, ID 0107 -21-MC /januari 2008, med användande av en 2.4 GHz RF-signal för att lokalisera folk under en räddningsoperation.

En fundamental nackdel med systemet är att räddningspersonalen måste undvika detektering av reflekterade signaler inom en byggnad när man försöker finna ett offer. Räddningspersonal kan t.o.m. bli ledda i rakt motsatt riktning från offret.

Således finns det ett behov av en ny typ av transponder.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning år att tillhandahålla en transponder som har en lång detektionsräckvidd jämfört med passiva transpondrar enligt känd teknik och som har förbättrade riktningsegenskaper jämfört med aktiva transpondrar enligt känd teknik.

Detta syfte uppnås genom en transponder vilken innefattar en antennstruktur konfigurerad att ta emot en inkommande signal med RF- effekt på en första frekvens f1 och att återutsända en transparent utgångssignal med RF-effekt på en andra frekvens f2 när den träffas av den inkommande signalen, således utsänder den inte några signaler utan att först ha mottagit en inkommande signal med korrekt frekvens.

Transpondem innefattar även: en förstärkare (uppdelad i en eller flera förstärkarkretsar) för att tillhandahålla en förstärkt utgångssignal baserad på den inkommande signalen, en frekvensomvandlare för att frekvenskonvertera den inkommande signalen till utgångssignalen (företrädesvis genom frekvensmultiplikation på den inkommande signalen), 10 15 20 25 535 102 och åtminstone ett första frekvensfilter anslutet till antennstrukturen. Det första frekvensfiltret år avstämt till den första frekvensen f1 för att undvika (d.v.s. förhindra eller åtminstone reducera inverkan av) att inkommande signaler med RF-effekt på frekvenser annat än den första frekvensen f 1 förstärks i förstärkaren.

Transponder innefattar också en rörelsesensor. Rörelsesensorn är konfigurerad att styra en omkopplare för att deaktivera möjligheten att återutsända den transparenta utgängssignalen om rörelsesensom detekterar att transpondern rör på sig, och aktivera möjligheten att återutsända den transparenta utgängssignalen om rörelsesensorn detekterar att transpondern är stationär.

En fördel med föreliggande uppfinning är att transpondern är i ett ”overksamt” läge, d.v.s. den återutsänder inte en signal förrän den träffas av en signal med den korrekta frekvensen, och slutar att âterutsända när den inte träffas av signalen längre, vilket därmed ökar riktningsverkan hos transpondem.

En annan fördel med föreliggande uppfinning är att transpondern kan användas för att lokalisera en person (som är försedd med en transponder) på ett stort avstånd, eller genom tjocka väggar i en byggnad, jämfört med passiva transpondrar enligt känd teknik.

En fördel med en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning, när den förses med en rörelsesensor, är att risken att ta emot signaler från någon annan transponder än en transponder fastsatt på en icke-rörlig person minskar.

Ytterligare syften och fördelar kan identifieras av en fackman frän den detaljerade beskrivningen. 10 15 20 25 535 102 Kortfattad beskrivning av ritningar Uppfinningen kommer att beskrivas i anslutning till följande ritningar som tillhandahålls som icke-begränsande exempel, i vilka: Fig. la visar en passiv transponder enligt känd teknik.

Fig. lb visar ett elektriskt kopplingsschema över transpondem enligt känd teknik i fig. la.

Fig. 2 visar en första utföringsform av en transponder enligt uppfinningen.

Fig. 3 visar en andra utföringsform av en transponder enligt uppfinningen.

Fig. 4 visar en tredje utföringsform av en transponder enligt uppfinningen.

Fig. 5 visar en fjärde utföringsform av en transponder enligt uppfinningen.

Fig. 6 visar en femte utföringsform av en transponder med en rörelsesensor enligt uppfmningen.

Detaljerad beskrivning Föreliggande uppfmning hänför sig till en transponder med två arbetssätt, ett overksamt läge och ett aktivt läge, d.v.s. en transponder som inte återutsänder en utgångssignal såvida inte en inkommande signal med RF- effekt på en förutbestämd frekvens tas emot i transpondern. Detta är i motsats till aktiva transpondrar enligt känd teknik, i vilka en utgängssignal utsânds kontinuerligt, eller i intervall, utan behov av någon inkommande signal. Aktiva komponenter, såsom en eller flera förstärkningskretsar, som kräver en energikälla, är inkluderade i transpondern enligt uppfinningen, men en inkommande signal behöver tas emot innan en utgångssignal kan återutsändas. Ett krav för att transpondern ska fungera med passiva transpondrar enligt känd teknik är att utgångssignalen är transparent med den inkommande signalen, d.v.s. samma information som i den inkommande signalen återutsänds på en annan frekvens som utgångssignal. 10 15 20 25 535 102 Figur la visar en passiv transponder enligt känd teknik, och figur lb visar ett elektriskt kopplingsschema över transpondern enligt känd teknik i ñgur la. Den passiva transpondern 10 innefattar en antennstruktur med två huvudytor 1 1, 12. En diod D är inkopplad mellan huvudytorna 11, 12 och en transmissionsledning 13 tillhandahåller anslutning mellan huvudytorna.

Det ekvivalenta elektriska kopplingsschemat visas i figur lb, i vilken antennstrukturen är uppdelad i en första antenn A1 konfigurerad att ta emot en inkommande signal med RF-effekt på en första frekvens f1 och en andra antenn Ah konfigurerad att utsända en utsänd signal med RF-effekt på en harmonisk frekvens fh, normalt den dubbla frekvensen. Transmissions- ledningen illustreras av en induktans L och kopplingen av dioden D till huvudytorna illustreras av en första impedans Zl kopplad till dioden D och en andra impedans Z2. Kretsen är avstämd på så sätt att den utsända signalen återutsänds när den passiva transpondern träffas av den första signalen, som visas i US 6 456 228.

Figur 2 visar en första utföringsform av en transponder 20 innefattande en antennstruktur med en första antenn 21 konfigurerad att ta emot en inkommande signal med RF-effekt på en första frekvens fi, och en andra antenn 22 konfigurerad att återutsända en utgångssignal med RF-effekt på en andra, företrädesvis harmonisk, frekvens. Ett första frekvensfilter 23 är kopplat till den första antennen 21 och är avstämt till den första frekvensen för att undvika, d.v.s. förhindra eller åtminstone reducera inverkan av, att inkommande signaler med RF-effekt på frekvenser annat än den första frekvensen förstärks i en första förstärkarkrets 24. Den förstärkta inkommande signalen matas därefter till en frekvensomvandlare 25 som frekvenskonverterar den inkommande signalen till utgängssignalen, företrädesvis genom frekvensmultiplikation på den inkommande signalen med RF-effekt på den första frekvensen fi för att erhålla en utgångssignal med RF-effekt på en harmonisk frekvens. 10 15 20 25 30 535 102 Utgångssignalen förstärks därefter i en andra förstärkningskrets 26 och filtreras i ett andra frekvensfilter 27 som är kopplat till den andra antennen 22. Det andra frekvensfiltret 27 är avstämt till den andra frekvensen f2 för att förhindra, d.v.s. undvika eller åtminstone reducera inverkan av, att signaler med RF-effekt på frekvenser annat än den andra frekvensen f; återutsänds från antennstrukturen. Den första och andra förstärkningskretsen 24 och 26 kan betraktas som en förstärkare 29 (indikerad med streckade linjer) uppdelad i två delar, som drivs av en energikälla 28, såsom ett batteri, en terrnoelektrisk anordning eller en solenergianordning.

Figur 3 visar en andra utföringsform av en transponder 30 innefattande en antennstruktur med en enda antenn 31, som är konfigurerad att ta emot inkommande signaler med en första frekvens f; och att återutsända signaler med en andra, företrädesvis harmonisk, frekvens fz. Ett första frekvensfilter 33 är inkopplat till den enda antennen 31 och är avstämt till den första frekvensen för att undvika, d.v.s. förhindra eller åtminstone reducera inverkan av, att inkommande signaler med RF-effekt på frekvenser annat än den första frekvensen förstärks i en förstärkarkrets 34. Den förstärkta inkommande signalen matas därefter till en frekvensomvandlare 35 som frekvenskonverterar den inkommande signalen till utgångssignalen, företrädesvis genom frekvensmultiplikation på den inkommande signalen med RF-effekt på den första frekvensen fi för att erhålla en utgångssignal med RF-effekt på en harmonisk frekvens.

Utgångssignalen filtreras, i denna utföringsform, därefter i ett andra frekvensñlter 37 som är inkopplat till den enda antennen 31. Det andra frekvensñltret 37 är avstämt till den andra frekvensen fg för att förhindra, d.v.s. undvika eller åtminstone reducera inverkan av, att signaler med RF- effekt på frekvenser annat än den andra frekvensen fz återutsänds från antennstrukturen. Förstärkningskretsen 34 kan betraktas som en förstärkare 39 (indikerad med streckade linjer) som drivs av en energikälla 10 15 20 25 30 535 102 38, såsom ett batteri, en termoelektrisk anordning eller en solenergi- anordning.

Figur 4 visar en tredje utföringsform av en transponder 40 innefattande en antennstruktur med en första antenn 41 konfigurerad att ta emot en inkommande signal med RF-effekt på en första frekvens fi, och en andra antenn 42 konfigurerad att återutsânda en utgångssignal med RF-effekt på en andra, företrädesvis harmonisk, frekvens. Ett första frekvensfilter 43 är kopplat till den första antennen 41 och är avståmt till den första frekvensen för att undvika, d.v.s. förhindra eller åtminstone reducera inverkan av, att inkommande signaler med RF-effekt på frekvenser annat än den första frekvensen frekvenskonverteras och därefter förstärks i en förstârkarkrets 44. Den filtrerade inkommande signalen matas till en frekvensomvandlare 45 som frekvenskonverterar den inkommande signalen till utgångssignalen innan den matas till förstärkarkretsen 44. Frekvenskonverteringen utförs företrädesvis genom frekvensmultiplikation på den inkommande signalen med RF-effekt på. den första frekvensen fi för att erhålla en utgångssignal med RF-effekt på en harmonisk frekvens.

Utgångssignalen från förstärkningskretsen 44 återutsänds, i denna utföringsforrn, från den andra antennen 42 utan att genomgå en andra filtreringsprocess (som beskrivits i anslutning till figurerna 2 och 3).

Förstärkningskretsen 44 kan betraktas som en förstärkare 49 (indikerad med streckade linjer) som drivs av en energikälla, såsom ett batteri, en termoelektrisk anordning eller en solenergianordning.

Figur 5 visar en fjärde utföringsform av en transponder 50 innefattande en antennstruktur med en enda antenn 51 , som år konfigurerad att ta emot inkommande signaler med en första frekvens fi och att återutsända signaler med en andra, företrädesvis harmonisk, frekvens fz. Ett duplexfilter 53 (konfigurerat att tillhandahålla samma funktion som det första och andra frekvensfiltret som beskrivits i anslutning till figurerna 2 och 3) är kopplat till den enda antennen 51 och är avstämt till den första frekvensen för att 10 15 20 25 30 535 102 undvika, d.v.s. förhindra eller åtminstone reducera inverkan av, att inkommande signaler med RF-effekt på frekvenser annat än den första frekvensen förstärks i en första förstärkarkrets 54. Den förstärkta inkommande signalen matas därefter till en frekvensomvandlare 55 som frekvenskonverterar den inkommande signalen till utgångssignalen, företrädesvis genom frekvensmultiplikation på den inkommande signalen med RF-effekt på den första frekvensen f; för att erhålla en utgångssignal med RF-effekt på en harmonisk frekvens.

Utgångssignalen förstärks, i denna utföringsfonn, därefteri en andra förstärkningskrets 56 och filtreras i duplexñltret 53 som är kopplat till den enda antennen 51. Duplexfiltret 53 är också avstämt till den andra frekvensen fg för att förhindra, d.v.s. undvika eller åtminstone reducera inverkan av, att signaler med RF-effekt på frekvenser annat än den andra frekvensen f2 återutsänds tillsammans med utgängssignalen från antennstrukturen. Den första och andra förstärkningskretsen 54 och 56 kan betraktas som en förstärkare 59 (indikerad med streckade linjer) uppdelad i två delar, som drivs av en energikälla 58, såsom ett batteri, en termoelektrisk anordning eller en solenergianordning.

Figur 6 visar en femte utföringsform av en transponder 60 med rörelsesensorfunktion. Transpondern innefattar samma delar som beskrivits i anslutning till ñgur 3 med tillägget av en rörelsesensor 61 konfigurerad att styra en omkopplare 62 för att deaktivera möjligheten att återutsända utgångssignalen om rörelsesensom 61 detekterar att transpondern 60 rör på sig (genom att ställa omkopplaren 62 till att vara öppen) och att aktivera möjligheten att återutsända utgångssignalen om rörelsesensorn 61 detekterar att transpondem 60 är stationär, t.ex. under en viss tid, såsom fem minuter (genom att ställa omkopplaren 62 till att vara stängd). Om så behövs kan rörelsesensom 61 drivas av batteriet.

Förstärkningskretsarna i de ovan beskrivna utföringsformerna är företrädesvis lågbrusförstärkare LNA, för att förhindra att överflödigt brus 10 15 20 25 30 535 '[02 genereras. En ytterligare fördel med frekvensñltret 27, 37 och 53 arrangerat mellan frekvensomvandlaren och antennstrukturen i figurerna 2, 3, 5 och 6 är att bredbandigt brus genererat i förstärkaren förhindras från att sändas ut. Alla förstärkare genererar brus i ett mycket stort frekvensband (bredbandigt brus), vilket är sant för förstärkarna 25, 35, 49 och 55. Detta innebär att varje förstärkare åtminstone genererar brus på den första frekvensen och frekvensfiltren 27, 37 och 53 är speciellt viktiga i dessa fall, eftersom en oscillation i kretsen kan uppstå, speciellt vid användande av hög förstärkning.

Som ett icke-begränsande exempel kan det första frekvensfiltret 23, 33 och 43 implementeras som ett trepoligt bandpassfilter avstämt till 860,5 MHz, såsom DFCB386OMLDJAA tillgängligt från Murata (J P), och det andra frekvensfiltret 27 och 37 kan implementeras som ett trepoligt bandpassfilter avstämt till 1740 MHz, såsom DFCB3IG74LDJAA tillgängligt från Murata (JP).

Transpondern enligt uppfinningen är företrädesvis konfigurerad att återutsända en transparent utgångssignal, d.v.s. med samma informations- innehåll som den inkommande signalen, på en harmonisk frekvens av den inkommande signalen, som nämnts ovan. Emellertid kan uppfinningen implementeras i en transponder i vilken frekvensomvandlaren är konfigurerad att utföra frekvensdivision på den inkommande signalen för att erhålla den transparenta utgångssignalen. I detta fall är transpondern konfigurerad att återutsända den transparenta utgångssignalen med RF- effekt på en sub-harmonisk frekvens av den första frekvensen, t.ex. halva frekvensen hos den inkommande signalen.

Dessutom är det också möjligt att förse transpondem med en frekvensomvandlare konfigurerad att utföra frekvensblandning på den inkommande signalen för att erhålla den transparenta utgångssignalen. I detta fall är transpondern konfigurerad att återutsända den transparenta utgångssignalen med RF-effekt på den andra frekvensen vilken skiljer sig 10 535 102 10 från den första frekvensen och styrs av blandfrekvensen vilket är uppenbart för en fackman.

En fundamental princip för föreliggande uppfinning är att producera en utgående signal som år transparent med den inkommande signalen, men på en annan frekvens. För att kunna använda detektorer tillgängliga för passiva harmoniska transpondrar enligt känd teknik, är det också önskvärt att producera en transparent utgångssignal på en harmonisk frekvens av den första frekvensen, t.ex. på. den dubbla frekvensen av den inkommande signalen. Detektom kommer inte att kunna avgöra om den mottagna återutsända transparenta utgångssigiialen är utsänd från en passiv transponder enligt känd teknik eller från en transponder enligt uppfmningen förutsatt att de är avstämda till samma inkommande frekvens, men transpondem enligt föreliggande uppfinning har en utökad detektions- räckvidd jämfört med passiva transpondrar enligt känd teknik.

Claims (12)

10 15 20 25 30 535 102 ll Patentkrav

1. En transponder (20; 30; 40; 50; 60) innefattande en antennstruktur konfigurerad att ta emot en inkommande signal med RF effekt på en första frekvens fi och att återutsända en transparent utgångssignal med RF effekt på en andra frekvens fg, vilken skiljer sig från nämnda första frekvens fi, vid mottagning av den inkommande signalen, nämnda transponder ytterligare innefattar: - en förstärkare (29; 39; 49; 59) konfigurerad att tillhandahålla en förstärkt transparent utgängssignal baserat på ingängssignalen, - en frekvensomvandlare (25; 35; 45; 55) konfigurerad att frekvenskonvertera den inkommande signalen till den transparenta utgångssignalen, och - åtminstone ett första frekvensñlter (23; 33; 43) anslutet till nämnda antennstruktur, där nämnda första frekvensñlter är avstämt till nämnda första frekvens fi för att undvika förstärkning av inkommande signaler med RF effekt på frekvenser annat än nämnda första frekvens fi k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda transponder ytterligare innefattar en rörelsesensor (61) konfigurerad att styra en omkopplare (62) för att: - deaktivera möjligheten att återutsända den transparenta utgängssignalen om rörelsesensorn (61) detekterar att transpondern (60) rör på sig, och - aktivera möjligheten att återutsända den transparenta utgångssignalen om rörelsesensorn (61) detekterar att transpondern (60) är stationär.

2. Transpondem enligt patentkravet 1, varvid förstärkaren (29; 39; 59; 63) innefattar en första förstärkningskrets (24; 34; 54) konfigurerad att förstärka den inkommande signalen innan frekvenskonvertering i nämnda frekvenskonverterare (25; 35; 55).

3. Transpondern enligt patentkravet 1 eller 2, varvid förstärkaren (29; 49; 59) innefattar en andra förstärkningskrets (26; 44; 56) konfigurerad att 10 15 20 25 535 102 12 förstärka nämnda transparenta utgångssignal innan återutsändning via nämnda antennstruktur.

4. Transpondem enligt något av patentkraven 1-3, varvid nämnda transponder vidare är försedd med ett andra frekvensfilter (27; 37) anslutet till nämnda antennstruktur, där nämnda andra frekvensñlter är avstämt till nämnda andra frekvens fz för att undvika äterutsåndning av signaler med RF effekt på frekvenser annat än nämnda andra frekvens f2.

5. Transpondem enligt patentkravet 4, varvid nämnda första frekvensfilter och nämnda andra frekvensñlter är realiserade som ett duplexñlter (53) anslutet till antennstrukturen (51).

6. Transponder enligt något av patentkraven 4 eller 5, varvid nämnda antennstruktur innefattar en ensam antenn (31; 51) konfigurerad att ta emot inkommande signaler på nämnda första frekvens f 1 och att återutsända signaler på nämnda andra frekvens f2.

7. Transponder enligt något av patentkraven 1-4, varvid nämnda antennstruktur innefattar en mottagande antenn (21; 41) anpassad att ta emot signaler pà nämnda första frekvens fi och en âterutsändande antenn (22; 42) anpassad att återutsända signaler på nämnda andra frekvens fz.

8. Transpondem enligt något av patentkraven 1-7, varvid rörelsesensorn (61) är konfigurerad att kontrollera spänningsmatning av förstärkaren (63) för att deaktivera, eller aktivera, möjligheten att återutsända den transparenta utgàngssignalen.

9. Transponder enligt något av patentkraven 1-8, varvid nämnda frekvensomvandlare (25; 35; 45; 55) är konfigurerad att utföra frekvensmultiplikation på den inkommande signalen med RF effekt vid den första frekvensen fi för att erhålla den transparenta utgångssignalen, varigenom transpondern är konfigurerad att återutsända den transparenta 10 15 535 102 13 utgångssignalen med RF effekt vid en harmonisk frekvens av den första frekvensen.

10. Transpondern enligt något av patentkraven 1-8, varigenom nämnda frekvensomvandlare (25; 35; 45; 55) är konfigurerad att utföra frekvensdívision på den inkommande signalen med RF effekt vid den första frekvensen f1 för att erhålla den transparenta utgångssignalen, varigenom transpondern är konfigurerad att återutsånda den transparenta utgångssignalen med RF effekt vid en sub-harmonisk frekvens av den första frekvensen.

11. Transpondern enligt något av patentkraven 1-8, varigenom nämnda frekvensomvandlare (25; 35; 45; 55) är konfigurerad att utföra frekvensblandning på den inkommande signalen med RF effekt vid den första frekvensen f1 för att erhålla den transparenta utgångssignalen, varigenom transpondem år konfigurerad att återutsända den transparenta utgångssignalen med RF effekt vid den andra frekvensen vilken skiljer sig från den första frekvensen.