Спосіб збільшення дальності дії системи багатоабонентної радіочастотної ідентифікації

Реферат: Винахід належить до області радіотехніки і може бути використаний при організації ідентифікації одночасно декількох об'єктів. Спосіб збільшення дальності дії системи багатоабонентної радіочастотної ідентифікації полягає у прийомі радіочастотних коливань від пристрою прочитування і пропусканні уперше через керований фазообертач прохідного типу. Після цього радіочастотний сигнал підсилюють та здійснюють його додаткову амплітудну модуляцію унікальною кодовою послідовністю. Підсилений і модульований радіочастотний сигнал знов пропускають через керований фазообертач прохідного типу, на вхід управління якого подають низькочастотний сигнал управління, і випромінюють далі. Трансформовані по частоті і модульовані по амплітуді радіочастотні коливання повторно приймають і змішують з початковими радіочастотними коливаннями, внаслідок чого на виході змішувача отримують одночасно декілька сигналів від транспондерів при цьому виділяють ці комбінаційні низькочастотні різниці початкових і трансформованих по частоті радіочастотних складових коливань. Виділені в кожному каналі сигнали низькі частоти рівні частотам зсуву, що вносяться кожним з транспондерів, що перебувають в зоні дії системи радіочастотної ідентифікації. Кожен з сигналів демодулюють і отримують одночасно на виході декілька унікальних кодових послідовностей, здійснюючи тим самим ідентифікацію декількох об'єктів одночасно. Технічним результатом винаходу є збільшення дальності дії системи радіочастотної ідентифікації UA 100897 C2 (12) UA 100897 C2 UA 100897 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області радіотехніки і може бути використаний для радіочастотної ідентифікації об'єктів. Відомі способи радіочастотної ідентифікації, засновані на випромінюванні радіочастотного сигналу, його прийомі антеною ідентифікаційного пристрою і перевипромінюванні цим пристроєм радіочастотного сигналу на кратній гармоніці, як це описано, наприклад, в роботі В. G. Colpitts, G. Boiteau "Harmonic radar transceiver design: miniature tags for insect tracking" IEEE Trans, on Antennas and Propagation, vol. AP-52, Issue 11, Nov. 2004 pp. 2825-2832. Проте, в цьому випадку розпізнається тільки сам факт присутності відображеного сигналу на подвоєній частоті, і ні про яку ідентифікацію самих об'єктів розмова не йдеться. Найбільш близьким до передбачуваного винаходу є Спосіб багатоабонентної радіочастотної ідентифікації, заснований на зсуві частоти первинних радіочастотних коливань і модуляції унікальним кодом перевипромінювальним ідентифікаційним пристроєм, званим транспондером, радіочастотного сигналу, описаний в Патенті України № 91937, Оп. у Б. № 17 від 10.09.2010, заява № а200902165, від 12.03.2009 G01R 29/08. За цим способом радіочастотної ідентифікації об'єктів спочатку генерують безперервні радіочастотні коливання з частотою f. Ці коливання через антену пристрою прочитування первинно випромінюють у напрямі антени транспондера, що встановлюється на об'єкті ідентифікації, де ці безперервні радіочастотні коливання первинно приймають, за допомогою фазообертача відбивного типу та низькочастотного сигналу управління, що генерує одну з низьких частот Fi, зсовують частоту первинно прийнятих радіочастотних коливань, модулюють по амплітуді сигналом, що є унікальною кодовою послідовністю. При цьому сигнал з радіочастотою, зсунутою на величину низької частоти f+Ft, модульований по амплітуді унікальною кодовою послідовністю через антену транспондера перевипромінюють у напрямі антени пристрою прочитування. Сигнал транспондера повторно приймають і змішують з початковими радіочастотними коливаннями, виділяючи комбінаційну низькочастотну складову з частотою Fi, яку демодулюють, виділяючи тим самим унікальну кодову послідовність, за якою здійснюють ідентифікацію об'єкта. При цьому в зоні дії пристрою прочитування може знаходитися декілька транспондерів, що зсовують одну і ту ж частоту безперервних радіочастотних коливань f пристрою прочитування на свою унікальну частоту зсуву Fj, у кожному транспондері свою. При цьому перевипромінені декількома транспондерами сигнали можуть бути прийняті, виділені, демодульовані і ідентифіковані одночасно. Таким чином, система здійснює ідентифікацію одночасно декількох транспондерів, що знаходяться в зоні дії пристрою прочитування. Проте, приведений спосіб має істотний недолік, що обмежує сферу його застосування. Енергетика лінії зв'язку визначається, за своєю суттю, рівняннями радіолокації. Фазообертач відбивного типу, що входить до складу транспондера, вносить додаткове загасання радіочастотного сигналу, тому енергія перевипроміненого сигналу дуже мала. Дальність дії системи радіочастотної ідентифікації з цієї причини невелика. До того ж, амплітудна модуляція перевипроміненого радіочастотного сигналу унікальною кодовою послідовністю додатково погіршує енергетику лінії зв'язку і, відповідно, додатково зменшує дальність дії системи. В основу винаходу поставлено задачу збільшення дальності дії системи радіочастотної ідентифікації. Вона вирішується завдяки тому, що за способом багатоабонентної радіочастотної ідентифікації, що включає первинне генерування безперервних радіочастотних коливань з частотою f, первинне випромінювання їх у напрямі декількох транспондерів, що одночасно знаходяться в зоні дії системи радіочастотної ідентифікації, первинний прийом цих безперервних радіочастотних коливань, вторинне випромінювання і вторинний прийом трансформованих по частоті і модульованих по амплітуді радіочастотних коливань, змішування повторно прийнятих радіочастотних коливань з початковими безперервними радіочастотними коливаннями, виділення комбінаційних низькочастотних складових різниці початкових і трансформованих по частоті радіочастотних коливань, при цьому виділення окремо комбінаційних низькочастотних складових з частотами F1, F2, ..., Fn, одночасне демодульовання низькочастотних коливань і отримання унікальних кодових послідовностей від різних транспондерів одночасно і здійснення, тим самим, ідентифікації декількох об'єктів одночасно, який відрізняється тим, що первинно прийняті транспондерами радіочастотні коливання подають на першій вивід керованого фазообертача прохідного типу, для кожного транспондера окремо, фазовий зсув якого регулюють генераторами низької частоти з частотами F1, F2, ..., Fn, для кожного транспондера окремо, при цьому в кожному транспондері в первинно прийняті радіочастотні коливання вводять монотонно наростаючий або спадний фазовий зсув від нуля до 180° за період низькочастотного сигналу управління з частотами F1, F2, ..., Fn, при цьому з другого виводу керованого фазообертача прохідного типу радіочастотні коливання подають 1 UA 100897 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 через фільтр верхніх частот на вхід однопортового підсилювача радіочастотних коливань, при цьому через фільтр нижніх частот на цей же вхід однопортового підсилювача радіочастотних коливань подають унікальну кодову послідовність, в кожному транспондері свою, чим модулюють по амплітуді радіочастотні коливання, після чого підсилені і модульовані по амплітуді радіочастотні коливання знов подають на другий вивід керованого фазообертача прохідного типу, де в радіочастотні коливання додатково вводять монотонно наростаючий або спадний фазовий зсув від нуля до 180° за період низькочастотного сигналу управління з частотами F1, F2, ..., Fn, для кожного транспондера окремо, після чого трансформовані по частоті, підсилені і модульовані по амплітуді радіочастотні коливання через перший вивід керованого фазообертача прохідного типу подають на антени транспондерів і повторно випромінюють у напрямі антени пристрою прочитування, причому першим транспондером повторно випромінюють коливання з несучою частотою f1=fF1, другим транспондером повторно випромінюють коливання з несучою частотою f2=fF2, n-ним транспондером повторно випромінюють коливання з несучою частотою fn=fFn, причому знак плюс відповідає монотонно наростаючому фазовому зсуву, знак мінус відповідає монотонно спадному фазовому зсуву, що виникає за подвійний прохід радіочастотних коливань через один і той же керований фазообертач прохідного типу. Порівняння винаходу зі вже відомими способами і прототипом показує, що спосіб, який заявляється, виявляє нові технічні властивості, що полягають у можливості підсилення прийманого та перевипромінюваного транспондерами радіочастотного сигналу, що дозволяє істотно підвищити дальність дії системи радіочастотної ідентифікації. Ці властивості винаходу є новими, оскільки в способі-прототипі через властиві йому недоліки, що полягають в перевипромінюванні транспондерами радіочастотних сигналів без додаткового підсилення, відстань функціонування системи прототипу істотно менша. У пропонованому способі збільшення дальності дії системи багатоабонентної радіочастотної ідентифікації у первинно випромінювані через антену пристрою прочитування і первинно прийняті антеною кожного транспондера безперервні радіочастотні коливання з частотою f вводять монотонно наростаючий або спадний фазовий зсув, у кожному транспондері зі своєю швидкістю, вводячи тим самим в початкові безперервні радіочастотні коливання так зване допплерівське зрушення частоти штучного походження, різне для кожного транспондера f1=fF1, f2=fF2, fn=fFn. Фазовий зсув у радіочастотний сигнал вводиться за два проходи радіочастотним сигналом керованого фазообертача прохідного типу. Перший прохід радіочастотного сигналу через фазообертач прохідного типу забезпечують подачею цього радіочастотного сигналу на першій вивід керованого фазообертача прохідного типу. Після першого проходу через керований фазообертач прохідного типу, радіочастотний сигнал з другого виводу керованого фазообертача прохідного типу через фільтр верхньої частоти подають на однопортовий радіочастотний підсилювач, де цей радіочастотний сигнал підсилюють по амплітуді. На вхід однопортового радіочастотного підсилювача також через фільтр нижніх частот подають унікальну кодову послідовність і модулюють, тим самим, по амплітуді цією послідовністю радіочастотний сигнал, в кожному транспондері своїй. Підсилений і модульований унікальною кодовою послідовністю радіочастотний сигнал знов подають на другий вивід керованого фазообертача прохідного типу і забезпечують другий прохід радіочастотного сигналу через фазообертач. За кожен прохід через фазообертач зсув фаз радіочастотного сигналу змінюється від нуля до 180° за період низькочастотного сигналу управління частотою F1, F2, ..., Fn. Таким чином, сумарний зсув фаз, що вноситься керованим фазообертачем прохідного типу становить від нуля до 360°. Монотонний зсув по фазі радіочастотного сигналу приводить до зсуву його частоти. Після другого проходу через керований фазообертачем прохідного типу зсунутий по частоті, підсилений і модульований по амплітуді радіочастотний сигнал подають на антену транспондера і перевипромінюють у напрямі антени пристрою прочитування. Антеною пристрою прочитування, трансформовані по частоті, підсилені і модульовані унікальною кодовою послідовністю, безперервні радіочастотні сигнали повторно приймають, змішують з початковими радіочастотними коливаннями і виділяють комбінаційні низькочастотні складові з частотами Допплера F1=f1-f, F2=f2-f,…,Fn=fn-f. Після цього виділені низькочастотні складові з частотами F1, F2,...,Fn демодулюють і виділяють унікальні кодові послідовності, проводячи тим самим одночасну ідентифікацію декількох об'єктів, на яких встановлено усі транспондери. З урахуванням того, що перевипромінювані транспондерами радіочастотні сигнали додатково підсилені однопортовими радіочастотними підсилювачами, дальність дії системи радіочастотної ідентифікації значно збільшена. Вказаний спосіб збільшення дальності дії системи багатоабонентної радіочастотної ідентифікації можна реалізувати за допомогою пристрою, приведеного на кресленні. 2 UA 100897 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій багатоабонентної радіочастотної ідентифікації містить генератор радіочастотних коливань 1, Y-циркулятор 2, антену пристрою прочитування 3, змішувач 4, вузькосмугові фільтри 5, 6,..., N1, амплітудні детектори 7, 8,..., N2, антени транспондерів 9, 10,..., N3, керовані фазообертачі прохідного типу 11, 12,..., N4, генератори низької частоти 13, 14,..., N5, фільтри верхніх частот 15, 16,..., N6, фільтри нижніх частот 17, 18,..., N7, однопортові радіочастотні підсилювачі 19, 20,..., N8, генератори унікальних кодових послідовностей 21, 22,..., N9. Вихід генератора радіочастотних коливань 1 з'єднаний з першим виводом Y-циркулятора 2, другій вивід якого з'єднаний з антеною пристрою прочитування 3, а третій вивід Y-циркулятора 2 з'єднаний з входом змішувача 4, вихід якого з'єднаний з входами вузькосмугових фільтрів 5, 6,..., N1, виходи яких з'єднані з входами амплітудних детекторів 7, 8,..., N2, при цьому антени транспондерів 9, 10,..., N3 з'єднані з першими сигнальними виводами керованих фазообертачів прохідного типу 11, 12,..., N4, другі сигнальні виводи яких з'єднані з входами фільтрів верхніх частот 15, 16,..., N6, виходи яких з'єднані з виводами однопортових радіочастотних підсилювачів 19, 20,..., N8, при цьому входи управління фазообертачів прохідного типу 11, 12,..., N4 з'єднані з виходами генераторів низької частоти 13, 14,..., Ns, при цьому виходи генераторів унікальних кодових послідовностей 21, 22,..., N9 з'єднані з входами фільтрів нижніх частот 17, 18,..., N7, виходи яких з'єднані з виводами однопортових радіочастотних підсилювачів 19, 20,..., N8. Працює пристрій, що реалізовує спосіб збільшення дальності дії системи багатоабонентної радіочастотної ідентифікації, таким чином. Радіочастотні коливання з початковою амплітудою . j.2..f.t+ U0, частотою f і початковою фазою  U = U0 e з виходу генератора радіочастотних коливань 1 через Y-циркулятор 2 надходять в антену пристрою прочитування 3. При цьому у напрямі антен транспондерів 9, 10,..., N3, які розташовують на тих об'єктах, що підлягають ідентифікації, випромінюють електромагнітну хвилю. Антенами транспондерів 9, 10,..., N3 радіочастотні електромагнітні хвилі уловлюють і далі радіочастотні сигнали з частотою f подають на перші сигнальні входи керованих фазообертачів прохідного типу 11, 12,..., N4. Керовані фазообертачі прохідного типу 11, 12,..., N4 реалізують монотонну зміну фази радіочастотних коливань. При цьому за періоди T1, Т2,..., Тn коливань низької частоти, що надходять з виходів генераторів низької частоти 13, 14,..., N5 на керуючі входи керованих фазообертачів прохідного типу 11, 12,..., N4, реалізується в керованих фазообертачах прохідного типу зсув фаз радіочастотних коливань від нуля до 180°. З других сигнальних виводів керованих фазообертачів прохідного типу 11, 12,..., N4 радіочастотні сигнали надходять на входи фільтрів верхніх частот 15, 16,..., N6, які пропускають без втрат радіочастотні сигнали в обох напрямках: з входу на вихід і, навпаки, з виходу на вхід. Далі радіочастотні сигнали надходять на виводи однопортових радіочастотних підсилювачів 19, 20,..., N8. Як однопортовий радіочастотний підсилювач можна використовувати, наприклад, підсилювач, описаний в статті A. P. Venguer, J. L. Medina, R. A. Chavez, A. Velazquez, "Low Noise One-Port Microwave Transistor Amplifier", Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 33, No. 2, pp. 100-104, April 2002. Даний підсилювач має один порт для входу і виходу одночасно і дозволяє підсилювати радіочастотний сигнал, що приходить на цей порт, відсилаючи підсилений сигнал у цей же порт. Підсилення цього однопортового радіочастотного підсилювача можна регулювати в широких межах подачею напруги зсуву постійного струму на затвор польового транзистора, на базі якого побудований підсилювач. Сигнали унікальних кодових послідовностей з виходів генераторів унікальних кодових послідовностей 21, 22,..., N9 надходять через фільтри нижніх частот 17, 18,..., N7 на затвори польових транзисторів однопортових радіочастотних підсилювачів, що є одночасно радіочастотними виводами однопортових радіочастотних підсилювачів 19, 20,..., N8. Таким чином, підсилені радіочастотні сигнали виявляються модульовані унікальними кодовими послідовностями, в кожному транспондері своєю. Підсилені і модульовані радіочастотні сигнали через фільтри верхніх частот 15, 16,..., N6 знов надходять на другі сигнальні виводи керованих фазообертачів прохідного типу 11, 12,..., N4. Керовані фазообертачі прохідного типу 11, 12,..., N4 знов реалізують монотонну зміну фази радіочастотних коливань. При цьому за періоди T1, Т2,..., Тn коливань низької частоти, що надходять з виходів генераторів низької частоти 13, 14,..., N4 на керуючі входи фазообертачів прохідного типу 11, 12,..., N4 реалізується в керованих фазообертачах прохідного типу 11, 12,..., N4 зсув фаз радіочастотних коливань від нуля до 180°. Таким чином, в керованих фазообертачах прохідного типу 11, 12,..., N4 за періоди T1, Т2,..., Тn низькочастотних сигналів управління, реалізується зсув фаз радіочастотних коливань від нуля до 360° за два проходи. При цьому можна говорити про зсув спектра радіочастотних коливань на так звані частоти Допплера 3 UA 100897 C2 F1  5 2 2 2 , F2  ,..., Fn  , T1 T2 Tn Трансформовані по частоті, підсилені і модульовані по амплітуді радіочастотні коливання, знову надходять на антени транспондерів 9, 10,..., N3 і випромінюються далі у напрямі антени пристрою прочитування 3. Коливання, що надходять до антени пристрою прочитування 3, мають вигляд U1  U/ 0  K k ( t )  e j[ 2 ( f  F1 ) t  1 ] , U2  U/ 0  K l ( t )  e j[ 2 ( f  F2 ) t   2 ] , Un  U/ 0  K m ( t )  e j[ 2 ( f  Fn ) t   n ] , 1,  2 ,..., n де Ki(t) –унікальна кодова послідовність; – початкові фази радіочастотних / коливань з урахуванням поширення радіохвиль; U 0 – амплітуди радіочастотних коливань з 10 15 20 25 30 урахуванням загасання на трасі поширення радіохвиль, підсилення антен, підсилення однопортових радіочастотних підсилювачів і коефіцієнтів передачі всіх цугів системи. Для простоти представлення формул коефіцієнти передачі всіх цугів вибрані однаковими. Антеною пристрою прочитування 3 ці трансформовані по частоті, підсилені і модульовані по амплітуді радіочастотні коливання приймають. При цьому прийняті трансформовані, підсилені і модульовані радіочастотні коливання через третій вивід Y-циркулятора 2 надходять у змішувач 4, де отримують комбінаційні низькочастотні складові різниці початкових безперервних радіочастотних коливань з частотою f і трансформованих по частоті безперервних радіочастотних коливань з частотами f1=fF1, f2=fF2,…,fn=fFn. При цьому ці комбінаційні низькочастотні складові різниці, з частотами F1, F2,..., Fn виділяють вузько смуговими фільтрами 5, 6,..., N1 і подають на амплітудні детектори 7, 8,..., N2. Таким чином, на виходах амплітудних детекторів 7, 8,..., N2 матимемо унікальні кодові послідовності Ki(t), що ідентифікують кожен з об'єктів системи радіочастотної ідентифікації. Народногосподарський ефект від використання передбачуваного винаходу пов'язаний з появою можливості виявляти транспондери на збільшеній відстані дії системи радіочастотної ідентифікації. Система має підвищену енергетику і, відповідно, має більшу відстань функціонування. Інший аспект підвищення ефективності від використання передбачуваного винаходу пов'язаний з ефективністю використання спектра системою радіочастотної ідентифікації. Кількість унікальних кодових послідовностей велика, вона визначається довжиною кодової послідовності Ki(t) і може досягати мільйонів. В той же час кількість частот допплерівського зсуву вибирається в розумних межах, воно може складати декілька десятків або сотень. Більшого числа об'єктів в зоні дії системи ідентифікації реально бути не може. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 Спосіб збільшення дальності дії системи багатоабонентної радіочастотної ідентифікації, що включає первинне генерування безперервних радіочастотних коливань з частотою f, первинне випромінювання їх у напрямі декількох транспондерів, що одночасно знаходяться в зоні дії системи радіочастотної ідентифікації, первинний прийом цих безперервних радіочастотних коливань, вторинне випромінювання і вторинний прийом трансформованих по частоті і модульованих по амплітуді радіочастотних коливань, змішування повторно прийнятих радіочастотних коливань з початковими безперервними радіочастотними коливаннями, виділення комбінаційних низькочастотних складових різниці початкових і трансформованих по частоті радіочастотних коливань, при цьому виділення окремо комбінаційних низькочастотних складових з частотами F1, F2, ..., Fn, одночасне демодульовання низькочастотних коливань і отримання унікальних кодових послідовностей від різних транспондерів одночасно і здійснення, тим самим, ідентифікації декількох об'єктів одночасно, який відрізняється тим, що первинно прийняті транспондерами радіочастотні коливання подають на перший вивід керованого фазообертача прохідного типу, для кожного транспондера окремо, фазовий зсув якого регулюють генераторами низької частоти з частотами F1, F2, ..., Fn, для кожного транспондера окремо, при цьому в кожному транспондері в первинно прийняті радіочастотні коливання вводять монотонно наростаючий або спадний фазовий зсув від нуля до 180° за період низькочастотного сигналу управління з частотами F1, F2, ..., Fn, при цьому з другого виводу керованого фазообертача прохідного типу радіочастотні коливання подають через фільтр верхніх частот на вхід однопортового підсилювача радіочастотних коливань, при цьому через фільтр нижніх частот на цей же вхід однопортового підсилювача радіочастотних коливань 4 UA 100897 C2 5 10 подають унікальну кодову послідовність, в кожному транспондері свою, чим модулюють по амплітуді радіочастотні коливання, після чого підсилені і модульовані по амплітуді радіочастотні коливання знов подають на другий вивід керованого фазообертача прохідного типу, де в радіочастотні коливання додатково вводять монотонно наростаючий або спадний фазовий зсув від нуля до 180° за період низькочастотного сигналу управління з частотами F1, F2, ..., Fn, для кожного транспондера окремо, після чого трансформовані по частоті, підсилені і модульовані по амплітуді радіочастотні коливання через перший вивід керованого фазообертача прохідного типу подають на антени транспондерів і повторно випромінюють у напрямі антени пристрою прочитування, причому першим транспондером повторно випромінюють коливання з несучою частотою f1=fF1, другим транспондером повторно випромінюють коливання з несучою частотою f2=fF2, n-ним транспондером повторно випромінюють коливання з несучою частотою fn=fFn, причому знак плюс відповідає монотонно наростаючому фазовому зсуву, знак мінус відповідає монотонно спадному фазовому зсуву, що виникає за подвійний прохід радіочастотних коливань через один і той же керований фазообертач прохідного типу. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5