DE102008013469A1

DE102008013469A1 - Adjustable filtering circuit for use in radio frequency identification reader device, has band-stop filter arranged in downstream side of one of the mixing stages, for suppressing carrier signal in intermediate frequency signal

Info

Publication number: DE102008013469A1
Application number: DE200810013469
Authority: DE
Inventors: Arash Sadeghfam; Holger Heuermann
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2009-09-17

Abstract

The adjustable filtering circuit (300) has an adjustable oscillator (314) that generates an oscillator signal, and input mixing stages (318,320) that mix input signal with the oscillator signal, to generate an intermediate frequency signal. A band-stop filter (322) is arranged in the downstream side of one of the mixing stages, for suppressing carrier signal in the intermediate frequency signal. An independent claim is included for radio frequency identification (RFID) reader device.

Description

RFID-Systeme werden in unterschiedlichsten Bereichen der automatischen Identifikation eingesetzt. Besonders im Bereich der Industrieautomation ist der Einsatz von RFID-Systemen vorteilhaft. Die wachsenden Anforderungen des Qualitätsmanagements und der Qualitätssicherung in der automatischen Fertigung lassen sich mit RFID-Systemen gut realisieren. Fertigungs- und Messdaten können in der Produktion einfach am Objekt selbst hinterlegt und mitgeführt werden. Sie sind so zu jeder Zeit an jedem Objekt verfügbar und dokumentierbar. Dies ermöglicht ebenso die Flexibilisierung der Fertigung. Fertigungsparameter können am Objekt gespeichert und in der jeweiligen Straße direkt ausgelesen werden. Objekte können zu beliebigen Zeiten der Serie entnommen und später wieder hinzugefügt werden, ohne dass Verwechselungen entstehen. Ein Ausfall des Zentralrechners stellt in Bezug auf die eindeutige Identifizierung und Lokalisierung der Objekte durch die dezentrale Speicherung der Daten auf RFID-Tags ebenfalls kein Problem dar ( Klaus Finkenzeller: RFID-Handbuch, 3. Auflage, Carl Hanser Verlag, München ).RFID systems are used in many different areas of automatic identification. Particularly in the field of industrial automation, the use of RFID systems is advantageous. The growing demands of quality management and quality assurance in automated production can be easily realized with RFID systems. Production and measurement data can easily be stored and carried along in the production on the object itself. They are thus available and documented at any time on any object. This also makes the manufacturing more flexible. Production parameters can be stored on the object and directly read out in the respective street. Objects can be taken out of the series at any time and added later without confusion. A failure of the central computer also poses no problem in terms of the unique identification and localization of the objects by the decentralized storage of the data on RFID tags ( Klaus Finkenzeller: RFID Handbook, 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich ).

Prinzipiell unterschiedet man bei RFID-Systemen zwischen gekoppelten und Mikrowellen-Systemen. Bei den gekoppelten Systemen erfolgt der Datenaustausch zwischen der Readereinheit und dem Tag durch kapazitive bzw. induktive Kopplung. Diese Systeme arbeiten in der Regel bei den Frequenzen 135 kHz oder 13,56 MHz. Bei den Mikrowellensystemen erfolgt eine rückwirkungsfreie, elektromagnetische Kopplung über das Fernfeld einer Antenne. Hierbei werden die Frequenzbereiche 860–930 MHz, 2,45 GHz sowie 5,8 GHz eingesetzt.in principle In RFID systems, a distinction is made between coupled and microwave systems. at the coupled systems, the data exchange between the Reader unit and tag through capacitive or inductive coupling. These systems typically operate at the frequencies of 135 kHz or 13.56 MHz. In the microwave systems, a non-reactive, electromagnetic coupling via the far field of an antenna. Here, the frequency ranges 860-930 MHz, 2.45 GHz and 5.8 GHz.

Ein wesentlicher Teil der verfügbaren RFID-Systeme funktioniert nach dem so genannten Backscatter-(bzw. Rückstreuungs-)Verfahren. Bei diesen Systemen sendet die Readereinheit ein konstantes, sinusförmiges Trägersignal (engl. continuous wave, CW), das den Tag mit Energie versorgt. Weiterhin wird ein Teil dieses Trägersignals am Tag reflektiert. Über die Änderung der Antennen-Rückstreueigenschaften moduliert der Tag die zu übertragenden Daten auf dieses Trägersignal, die als Seitenbänder um dieses Signal im Frequenzbereich erkennbar sind.One essential part of the available RFID systems works according to the so-called backscatter (or backscatter) method. In these systems, the reader unit sends a constant, sinusoidal Carrier signal (English continuous wave, CW), the day with Energy supplied. Furthermore, a part of this carrier signal reflected on the day. About changing the antenna backscatter properties the tag modulates the data to be transferred to this Carrier signal, which acts as sidebands around this signal are recognizable in the frequency range.

Anhand der bekannten Gleichungen für die Feldausbreitung können die wesentlichen Empfangs- und Sendeleistungen einer Übertragungsstrecke wie folgt beschrieben werden:

1. Funkfelddämpfung α dB / r in Dezibel in Abhängigkeit der Entfernung r und der Wellenlänge λ (λ = c/f):
2. Empfangsleistung nach der Tagantenne P dBm / te in dBm in Abhängigkeit der Sendeleistung der Readereinheit P dBm / rs in dBm, vom Gewinn der Sendeantenne G dB / s in Dezibel, vom Gewinn der Tagantenne G dB / t in Dezibel sowie der Funkfelddämpfung α dB / r in Dezibel:
3. Sendeleistung des Tags Ps dBm / te in dBm in Abhängigkeit der Empfangsleistung des Tags, der Modulationsverluste am Tag Ps dB / mod in Dezibel:
4. Empfangsleitung an der Readereinheit P dBm / re in dBm in Abhängigkeit der beschriebenen Parameter:

Based on the well-known equations for the field propagation, the essential reception and transmission powers of a transmission path can be described as follows:

1. Field attenuation α dB / r in decibels as a function of the distance r and the wavelength λ (λ = c / f):
2. Reception power after the tag antenna P dBm / te in dBm as a function of the transmission power of the reader unit P dBm / rs in dBm, from the gain of the transmitting antenna G dB / s in decibels, from the gain of the tag antenna G dB / t in decibels and the radio field attenuation α dB / r in decibels:
3. Transmission power of the tag Ps dBm / te in dBm as a function of the received power of the tag, the modulation losses on the day Ps dB / mod in decibels:
4. Receive line at the reader unit P dBm / re in dBm depending on the described parameters:

Weiterhin kann eine für die Entfernung erforderliche Systemdynamik D in Dezibel über die Differenz zwischen der Sendeleistung P dBm / rs und der Empfangsleistung P dBm / re der Readereinheit angegeben werden:

Furthermore, a system dynamic D required for the distance can be specified in decibels via the difference between the transmission power P dBm / rs and the reception power P dBm / re of the reader unit:

In den Normen ISO-IEC 18000-6C sowie ETSI EN 302 208-1 sind die UHF RFID-Systeme im Frequenzbereich 860 MHz–930 MHz reglementiert. Hierbei wird beispielsweise eine maximale Sendeleistung von 2 W ERP (equivalent radiated power) sowie die einzusetzenden Modulationsverfahren vorgegeben.In the standards ISO-IEC 18000-6C such as ETSI EN 302 208-1 The UHF RFID systems are regulated in the frequency range 860 MHz-930 MHz. In this case, for example, a maximum transmission power of 2 W ERP (equivalent radiated power) as well as the modulation methods to be used are specified.

Für eine Strecke von einem Meter ergibt sich hierdurch eine Funkfelddämpfung von ca. 31,2 dB, die sich bei jeder Verdopplung der Übertragungsstrecke um einen Faktor von 6 dB erhöht. Unter realistischen Bedingungen:

– Sendeleistung 2 W ERP,
– Betriebsfrequenz 866,5 MHz,
– Antennengewinne der Readerantenne und der Tagantenne von jeweils 6 dBi und 1 dBi,
– Modulationsverluste von 6 dB
– sowie Reflexionsverluste von 0,5 dB

ergibt sich eine Eingangsleitung von ca. –19,7 dBm mit einer korrespondierenden notwendigen Systemdynamik von 55,9 dB als Differenz zwischen der Sendeleistung und der Empfangsleistung für diese Entfernung. Jede Verdopplung der Entfernung führt zu einer Reduzierung der Eingangsleistung um 12 dB, korrespondierend zu einer 12 dB höhere Systemdynamik.For a distance of one meter, this results in a field attenuation of about 31.2 dB, which increases by a factor of 6 dB with each doubling of the transmission distance. Under realistic conditions:

- transmission power 2 W ERP,
Operating frequency 866.5 MHz,
Antenna gains of the reader antenna and the tag antenna of 6 dBi and 1 dBi respectively,
- Modulation losses of 6 dB
- and reflection losses of 0.5 dB

results in an input line of about -19.7 dBm with a corresponding necessary system dynamics of 55.9 dB as the difference between the transmission power and the received power for this distance. Each doubling of the distance results in a 12 dB reduction of the input power, corresponding to a 12 dB higher system dynamic.

Beim Backscatter-Verfahren wird gleichzeitig das Trägersignal gesendet und die Tag-Antwort empfangen (Duplexbetrieb). Dies kann durch den Einsatz eines Zirkulators realisiert werden (1). Die vorhandene Isolation bzw. Übersprecher zwischen dem Sendeanschluss und dem Empfangspfad ist eine wichtige Systemeigenschaft und trägt stark zur Systemdynamik bei. Bei kommerziellen Zirkulatoren liegt der Übersprecher im Bereich von 20 bis 30 dB, so dass ohne den Einsatz von weiteren Maßnahmen zur Erhöhung dieses Wertes, die schwächeren Tag-Antworten durch den Übersprecher „überschattet” werden und somit nicht mehr fehlerfrei zu demodulieren sind.The backscatter method simultaneously sends the carrier signal and receives the tag response (duplex mode). This can be realized by using a circulator ( 1 ). The existing isolation or crosstalk between the transmit port and the receive path is an important system feature and contributes greatly to system dynamics. For commercial circulators, the crosstalk is in the range of 20 to 30 dB, so without the use of further measures to increase this value, the weaker day responses will be "overshadowed" by the crosstalk and thus no longer error free to demodulate.

Die Aufgabenstellung dieser Erfindung besteht in die Realisierung einer erhöhten Unterdrückung des Übersprechers vom Trägersignal, das beim Backscatter-Verfahren in RFID-Systemen eingesetzt wird, auf den Empfangspfad. Hierdurch wird eine höhere System-Dynamik ermöglicht, was in eine höhere Reichweite bzw. in eine niedrigere Bit Error Rate bei gleicher Entfernung zwischen der Readereinheit und dem Tag resultier.The Task of this invention is the realization of a increased suppression of the crosstalk from the carrier signal, the backscatter method in RFID systems is used on the receiving path. This will make a higher System dynamics allows for something higher Range or in a lower bit error rate at the same distance between the reader unit and the tag result.

Stand der TechnikState of the art

Eine erste Möglichkeit zur Reduzierung des Übersprechers zwischen den Sende- und dem Empfangspfad über den Zirkulator ist der Einsatz von zwei getrennten Antennen zum Senden und Empfangen und das Eliminierung des Zirkulators. Hierbei kann durch eine optimale Ausrichtung der einzelnen Antennen sowie der Einsatz von Dämpfungselementen an geeigneten Stellen der jeweiligen Antennengehäuse der Übersprecher zwischen dem Sende- und dem Empfangspfad weiter verbessert werden. Praktische Werte liegen hierbei um –40 dB.A first way to reduce the crosstalk between the transmit and receive paths via the circulator is the use of two separate antennas for sending and receiving and the elimination of the circulator. This can be achieved by an optimal Alignment of the individual antennas and the use of damping elements at suitable locations of the respective antenna housing of the crosstalk between the transmission and reception paths are further improved. practical Values are -40 dB.

Der Nachteil dieser Vorgehensweise besteht in der Empfindlichkeit des Übersprechers bezüglich Umwelteinflüssen in der Nähe der Systems oder des Tags, wie größeren reflektierenden Flächen, die zu einem großen Übertragungsfaktor zwischen der Sende- und der Empfangsantenne führen, der als Störsignal die schwache Tag-Antwort überschatten kann. Weiterhin ist diese Lösungsansatz teuerer und braucht wesentlich mehr Platz als ein Ansatz mit einem Zirkulator und einer Antenne zum Senden und Empfangen.Of the Disadvantage of this procedure is the sensitivity of the crosstalk regarding environmental influences in the vicinity the system or the tag, like larger reflective ones Areas that contribute to a large transfer factor lead between the transmitting and the receiving antenna, the as an interference signal overshadow the weak tag response can. Furthermore, this approach is more expensive and needs much more space than an approach with a circulator and a Antenna for sending and receiving.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des Übersprechers besteht in der Erweiterung der Schaltung durch ein festes, parallel geschaltetes Bauelement, das zusammen mit dem Ersatzschaltparameter des Übersprechers einen Resonanzkreis mit einer Resonanzfrequenz bei der Betriebsfrequenz bildet, wodurch der Übersprecher für die Betriebsfrequenz in Abhängigkeit der Güte des eingesetzten Elements um einige Dekaden zu kompensieren ist. Dieser Ansatz kann mit dem Einsatz von wenigen SMD-Komponenten realisiert werden und ist kostengünstig.A Another way to reduce the crosstalk consists in the extension of the circuit by a fixed, parallel switched component, which together with the equivalent switching parameters of the crosstalk a resonant circuit with a resonant frequency at the operating frequency, causing the crosstalk for the operating frequency depending on the quality of the element used to compensate for several decades. This approach can be realized with the use of a few SMD components be and is inexpensive.

Der Nachteil dieses Vorgehens besteht

– in der invarianten Frequenzlage der Unterdrückung, wodurch der Einsatz auf eine einzige Frequenz beschränkt wird,
– im geringen Maß der Unterdrückung, der durch der diskreten Werten der verfügbaren Komponenten hervorgerufen wird,
– in der Inflexibilität der Unterdrückung im Bezug auf Änderungen an der Sende- und/oder der Empfangsantenne
– sowie in der schmalbandigen Unterdrückung, wodurch eine starke Abhängigkeit der absoluten Frequenzlage der Unterdrückung von den Fertigungstole ranzen entsteht, die dazu führt, dass die tatsächlich bei der Betriebsfrequenz erreichbare Verbesserung der Isolation stark variieren kann.

The disadvantage of this procedure is

In the invariant frequency position of the suppression, limiting the use to a single frequency,
- to a lesser extent the suppression caused by the discrete values of the available components,
- In the inflexibility of the suppression with respect to changes to the transmitting and / or the receiving antenna
- As well as in the narrow-band suppression, whereby a strong dependence of the absolute frequency position of the suppression of the Fertigungstole tolerances arises, which means that the actually achievable at the operating frequency improvement of the insulation can vary widely.

Durch den Einsatz von Komponenten mit variablen Werten, wie beispielsweise Varaktordioden, kann eine gewisse Flexibilität bezüglich der Frequenzlage und der Unterdrückung eingeführt werden.By the use of components with variable values, such as Varactor diodes, may have some flexibility regarding frequency position and suppression become.

Eine dritte Möglichkeit zur Reduzierung des Übersprechers besteht in einer digitalen Signalverarbeitung beispielsweise durch DSPs (Digital Signal Processors). Hierdurch ist eine schmalbandige Isolation um –80 dB möglich. Weiterhin kann bei diesem Ansatz frequenzselektive Filter mit unterschiedlichen Bandbreiten realisiert werden.A third way to reduce the crosstalk exists in a digital signal processing, for example by DSPs (Digital Signal Processors). This is a narrowband Isolation by -80 dB possible. Furthermore, at This approach realizes frequency-selective filters with different bandwidths become.

Nachteilig bei einer digitalen Signalverarbeitung ist einerseits der höhere Investitionsbedarf, sowohl für die Hardwareanschaffung als auch für das bei der Software-Erstellung benötigte Personal. Andererseits beanspruchen diese Komponenten relativ viel Platz und sind, in abhängig von den zu realisierenden Anforderungen, langsamer als einer analogen Schaltung.adversely in digital signal processing, on the one hand, the higher one Investment needs, both for hardware acquisition as well as for the software development needed Staff. On the other hand, these components take up quite a lot Place and are, depending on the requirements to be realized, slower than an analog circuit.

Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung einer verbesserten Isolation zwischen dem Sende- und dem Empfangspfad wird in „System combining radio frequency transmitter and receiver using circulator and method for cancelling transmission signal thereof” ( US Patent 6,567,648 B1 vom 20.05.2006) beschrieben. Hierbei wird eine Unterdrückung des Übersprechers dadurch realisiert, dass ein Teil des Empfangssignals („Rx + Tx” in den Bildern 3 und 4) ausgekoppelt und in der Phase und Amplitude derart geändert wird, dass die Anteile des Trägersignals im ursprünglichen Empfangssignal und in diesem ausgekoppelten Signalpfad der gleichen Amplitude, jedoch um 180° in der Phase verschoben, zusammen geführt werden können. Hierbei wird eine Filterung des Rx-Signals notwendig (Komponente 24 in den Bildern 3 und 4), die aufgrund des geringen Frequenzversatzes zwischen des Trägersignals und der Tag-Antwort beim Backscatter-Verfahren in RFID-Systemen nur durch eine digitalen Signalverarbeitung realisierbar wäre.Another possibility for realizing an improved isolation between the transmission and the reception path is described in "system combining radio frequency transmitter and receiver using a method for canceling transmission signal thereof". US Pat. No. 6,567,648 B1 of 20.05.2006). Here, a suppression of the crosstalk is realized in that a part of the received signal ("Rx + Tx" in Figures 3 and 4) is coupled out and changed in phase and amplitude such that the shares of the carrier signal in the original received signal and in this decoupled Signal path of the same amplitude, but shifted by 180 ° in phase, can be performed together. This requires a filtering of the Rx signal (component 24 in Figures 3 and 4), which would be realized only by digital signal processing due to the low frequency offset between the carrier signal and the tag response in the backscatter method in RFID systems.

Eine weitere Realisierungsform des Patents ist im Bild sechs abgebildet, wobei eine Unterdrückung des Übersprechers durch den Einsatz von zwei Zirkulatoren und einem Phasenschieber realisiert wird. Dieser Ansatz benötigt zwei Zirkulatoren, die mit deutlich höheren Investitionen und einem erhöhten Platzbedarf verbunden sind. Weiterhin erfolgt eine „perfekte” Auslöschung nur schmalbandig und nicht frequenzselektiv und ist somit für Systeme mit mehreren Übertragungskanälen nicht geeignet.A further form of realization of the patent is shown in the picture six, wherein a suppression of the crosstalk by realized the use of two circulators and a phase shifter becomes. This approach requires two circulators with significantly higher investment and increased Space requirements are connected. Furthermore, there is a "perfect" extinction only narrow band and not frequency selective and is therefore for Systems with multiple transmission channels are not suitable.

Erzielbare VorteileAchievable benefits

Durch den Einsatz des in dieser Schrift beschrieben elektrischen Zirkulators kann eine frequenzselektive Unterdrückung des Übersprechers zwischen dem Sende- und dem Empfangspfad eines Systems über einen Zirkulator erreicht werden, die zu einer Erhöhung der Systemdynamik um diese verbesserte Unterdruckung bzw. Isolation führen kann. Realisierbare Werte für die Verbesserung der Isolation liegen bei über 50 dB.By the use of the described in this document electrical circulator can be a frequency-selective suppression of the crosstalk between the send and receive paths of a system a circulator can be reached, which leads to an increase the system dynamics around this improved negative pressure or insulation can lead. Realizable values for improvement the isolation is over 50 dB.

Durch die frequenzselektive Unterdrückung des Übersprechers kann diese Schaltung bei Systemen mit mehreren Übertragungskanälen eingesetzt werden.By the frequency-selective suppression of the crosstalk This circuit can be used in systems with multiple transmission channels be used.

Die Kompensationsschaltung setzt eine analoge und dynamische Anpassung der Übertragungseigenschaften eines parallelen Übertragungspfads ein, wodurch eine Unabhängigkeit sowohl der Fertigungstoleranzen als auch der diskreten Werte der eingesetzten SMD-Komponenten erreicht werden kann.The Compensation circuit sets an analog and dynamic adjustment the transmission characteristics of a parallel transmission path a, whereby an independence of both the manufacturing tolerances as well as the discrete values of the SMD components used can be.

Durch die dynamische, zwischen einzelnen Lesevorgängen durchführbare Anpassung des Kompensationspfads kann eine schnelle Kompensation erreicht werden, womit es möglich wird, umweltbedingte Einflüsse, wie beispielsweise größere reflektierende Flächen in der Nähe des Systems oder des Tags, dynamisch während des Betriebs auszugleichen.By the dynamic, feasible between individual reads Adjustment of the compensation path can be a quick compensation be achieved, making it possible environmental Influences, such as larger ones reflective surfaces near the system or the tag to dynamically balance during operation.

Die Kompensationsschaltung kann weiterhin zur Verbesserung der Isolation zwischen den Sende- und Empfangsantennen einer Anordnung mit zwei Antennen eingesetzt werden.The Compensation circuit can continue to improve isolation between the transmitting and receiving antennas of an arrangement with two Antennas are used.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der beschriebenen Schaltung besteht in der verbesserten Rauscheigenschaft des Empfängers, die darauf beruht, dass bei der Unterdrückung des Trägersignals auch die durch dieses starke Signal verursachten Rauschen im gleichen Maß unterdrückt werden.One Another significant advantage of the circuit described is in the receiver's improved noise trait, the based on that in suppression of the carrier signal also the noise caused by this strong signal in the same Measure be suppressed.

Bilderimages

Die Bilder zeigen:The Show pictures:

1: Schematische Darstellung einer Schaltung gemäß Stand der Technik zur Realisierung einer Sende-/Empfangsstrecke für einen beim Backscatter-Verfahren notwendigen Duplexbetrieb unter Einsatz eines Zirkulators. 1 : Schematic representation of a circuit according to the prior art for the realization of a transmitting / receiving path for a backscatter method necessary duplex operation using a circulator.

2: Architektur einer elektrischen Kompensationsschaltung bestehend aus Koppelelementen, festen und variablen Phasenschiebern sowie Dämpfungsgliedern, einer Verstärkereinheit, einem Detektor zur Messung des gesamten Übersprechers sowie einer zentralen Steuereinheit zur Unterdrückung des Übersprechers vom Sendesignal über einen Zirkulator und der Sende-/Empfangsantenne auf den Empfangspfad. 2 Architecture of an electrical compensation circuit consisting of coupling elements, fixed and variable phase shifters and attenuators, an amplifier unit, a detector for measuring the entire crosstalk and a central control unit for suppressing the crosstalk from the transmission signal via a circulator and the transmitting / receiving antenna on the receiving path.

3: Architektur einer elektrischen Kompensationsschaltung bestehend aus Koppelelementen, festen und variablen Phasenschiebern sowie Dämpfungsgliedern, einer Verstärkereinheit , einem Detektor zur Messung des gesamten Übersprechers sowie einer zentralen Steuereinheit zur Unterdrückung des Übersprechers zwischen einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne auf den Empfangspfad. 3 Architecture of an electrical compensation circuit consisting of coupling elements, fixed and variable phase shifters and attenuators, an amplifier unit, a detector for measuring the entire crosstalk and a central control unit for suppressing the crosstalk between a transmitting antenna and a receiving antenna on the receiving path.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

In 2 ist ein schematisch vereinfachter Aufbau einer Ausführungsform des elektrischen Zirkulators gemäß der Erfindung dargestellt. Diese umfasst mindestens einen Koppler 118, der einen definierten Leistungsanteil des Trägersignals zwischen dem Sendeanschluss 110 und mindestens einem Zirkulator 116 auf einen parallel laufenden Kompensationspfad auskoppelt, mindestens einen Koppler 118', der zur Einkopplung eines definierten Leistungsanteils des in Amplitude und Phase manipulierten Signals aus dem Kompensationspfad auf den Empfangspfad zwischen dem zur Sende- und Empfangsantenne 114 führenden Zirkulator 116 und dem Empfangsanschluss 112 eingesetzt wird, sowie eine Einheit bestehend aus mindestens einem Koppler 118'', der einen definierten Anteil der Leistung zwischen dem Koppler 118' und dem Empfangsanschluss 112 auskoppelt, und mindestens einer weiteren Komponente 130, beispielsweise einem Detektor, zur Ermittlung der erreichten Unterdrückung anhand der vorhandenen Leistung, die dann diesen ermittelten Leistungspegel an eine Steuereinheit 132 weiterleitet.In 2 a schematically simplified structure of an embodiment of the electric circulator according to the invention is shown. This includes at least one coupler 118 that defines a defined power component of the carrier signal between the transmission connection 110 and at least one circulator 116 decouples to a parallel compensation path, at least one coupler 118 ' for coupling a defined power component of the amplitude and phase manipulated signal from the compensation path to the reception path between the transmitter and receiver antenna 114 leading circulator 116 and the receiving terminal 112 is used, as well as a unit consisting of at least one coupler 118 '' containing a defined proportion of the power between the coupler 118 ' and the receiving terminal 112 decouples, and at least one other component 130 , For example, a detector, to determine the achieved suppression based on the existing power, which then this determined power level to a control unit 132 forwards.

Durch den Aufbau des elektrischen Zirkulators gemäß dem Patent wird der unerwünschte Übersprecher durch ein amplitudengleichen, jedoch um 180° verschobenen Signals überlagert. Hierfür wird den über den Koppler 118 ausgekoppelten, definierten Anteil des vom Sendeanschluss 110 stammenden Trägersignals durch mindestens einen variablen Phasenschieber 124, mindestens ein variables Dämpfungsglied 126 sowie mindestens eine Verstärkereinheit 128 in der Amplitude und Phase so variiert, dass die Überlagerung dieses Signals über den Koppler 118' mit dem über den Zirkulator 116 und der Sende-/Empfangsantenne 114 vorhandenen Übersprecher sich auslöschen, bzw. sich bis auf einen Wert unterhalb der Empfindlichkeit der Empfangseinheit kompensieren.Due to the structure of the electric circulator according to the patent, the unwanted crosstalk is superimposed by an amplitude equal, but shifted by 180 ° signal. This is done via the coupler 118 decoupled, defined portion of the transmission port 110 originating carrier signal by at least one variable phase shifter 124 , at least one variable attenuator 126 and at least one amplifier unit 128 varies in amplitude and phase so that the superposition of this signal across the coupler 118 ' with the over the circulator 116 and the transmit / receive antenna 114 extinguish existing crosstalk, or compensate to a value below the sensitivity of the receiving unit.

Die Koppler, bzw. unsymmetrische Leistungsteiler, 118, 118' und 118'' können mit konzentrierten Komponenten, bzw. so genannten SMDs (Surface Mounted Devices) realisiert werden. Eine alternative Realisierung dieser Koppler kann durch verteilten Elementen bzw. gekoppelten Leitersegmente erfolgen.The couplers, or unbalanced power dividers, 118 . 118 ' and 118 '' can be realized with concentrated components, or so-called SMDs (Surface Mounted Devices). An alternative implementation of this coupler can be done by distributed elements or coupled conductor segments.

Zusätzlich zum variablen Phasenschieber 124, der sowohl aus schaltbaren Komponenten mit diskreten Werten als auch aus beispielsweise Spannungsgesteuerten Chips mit analogen Werten bestehen darf, kann auch mindestens ein fester Phasenschieber 120 eingesetzt werden, um die Phasenlage des ausgekoppelten Signalanteils auf den Dynamikbereich des variablen Phasenschiebers anzupassen. Solche feste Phasenschieber können als fertige Chips, als SMD-Komponenten oder als Leitungselementen aufgebaut werden.In addition to the variable phase shifter 124 , which may consist of both switchable components with discrete values and, for example, voltage controlled chips with analog values, may also have at least one fixed phase shifter 120 be used to adjust the phase angle of the decoupled signal component to the dynamic range of the variable phase shifter. Such solid phase shifters can be constructed as finished chips, as SMD components or as line elements.

Ähnlicher Weise kann zusätzlich zum variablen Dämpfungsglied, der sowohl aus schaltbaren Komponenten mit diskreten Werten als auch aus beispielsweise Spannungsgesteuerten Chips mit analogen Werten bestehen darf 126 auch mindestens ein festes Dämpfungsglied 122 eingesetzt werden, um die Amplitudenlage des ausgekoppelten Signalanteils auf den Dynamikbereich des variablen Dämpfungsglieds anzupassen. Solche feste Dämpfungsglieder können beispielsweise als einzelnen Chips bzw. als SMD-Komponenten aufgebaut werden.Similarly, in addition to the variable attenuator, which may consist of both switchable components with discrete values and, for example, voltage controlled chips with analog values 126 also at least one fixed attenuator 122 be used to adjust the amplitude position of the decoupled signal component to the dynamic range of the variable attenuator. Such fixed attenuators can be constructed, for example, as individual chips or as SMD components.

Die Aufgabe der Steuereinheit 132 besteht in der Auswertung des durch den Leistungsdetektor ermittelten Übersprechers sowie die Einstellung der für die Unterdrückung notwendigen Parameter bezüglich Phase und Amplitude der einzelnen Module auf dem Kompensationspfad. Ein möglicher Algorithmus zur Ermittlung einer guten Unterdrückung des Übersprechers vom Trägersignal auf den Empfangspfad besteht in einem iterativen Durchlaufen der unterschiedlichen Kombinationen von Dämpfungs- und Phasenwerten vom variablen Phasenschieber und vom variablen Dämpfungsglied, wobei bei jedem Durchlauf der Wertebereich der jeweiligen einstellbaren Variablen um den besten Wert eingeschränkt und die Diskretisierung verfeinert wird.The task of the control unit 132 consists in the evaluation of the determined by the power detector crosstalk and the adjustment of the necessary parameters for the suppression phase and amplitude of the individual modules on the compensation path. One possible algorithm for determining a good suppression of the crosstalk from the carrier signal to the receive path is an iterative traversal of the different combinations of attenuation and phase values from the variable phase shifter and the variable attenuator, each time the value range of the jewei Variable variables are reduced by the best value and the discretization is refined.

Um die Dynamikbereich des Leistungsdetektors zu erweitern, kann eine Verstärkereinheit 134 bestehend aus mindestens einem Verstärker, optional mit einer selbstregulierenden Verstärkung (so genanntes Automatic Gain Control), eingesetzt werden.To expand the dynamic range of the power detector, a repeater unit can be used 134 consisting of at least one amplifier, optionally with a self-regulating gain (so-called Automatic Gain Control), can be used.

Weitere Ausgestaltung der ErfindungFurther embodiment of invention

2 stellt eine alternative Ausführung der Erfindung dar. Hierbei werden der Zirkulator und die kombinierte Sende-/Empfangsantenne, die im Frontend zur Realisierung des beim Backscatter-Verfahren notwendigen Duplexbetriebs eingesetzten werden, durch eine Antennenanordnung bestehend aus zwei getrennten Antennen für jeweils für das Sende- und das Empfangssignal ersetzt. 2 represents an alternative embodiment of the invention. In this case, the circulator and the combined transmitting / receiving antenna, which are used in the front-end to implement the duplex operation necessary in the backscatter method, by an antenna arrangement consisting of two separate antennas, each for the transmitting and replaced the received signal.

In diesem Fall ist der Übersprecher zwischen den zwei Antennen vergleichbar mit dem Übersprecher über den Zirkulator und kann auf gleicher Weise durch den Einsatz des in dieser Schrift beschriebenen elektrischen Zirkulators unterdrückt werden.In In this case, the crosstalk between the two antennas comparable to the crosstalk over the circulator and can be done in the same way through the use of this font described electrical circulator can be suppressed.

In dieser Erfindungsmeldung wird ein dynamisches Anpassnetzwerk, ein so genannter elektrischer Zirkulator, zum Einsatz in RFID-Systemen zur Erzeugung einer frequenzselektiven Unterdrückung des Übersprechers, der über den Zirkulator entsteht, beschrieben. Diese frequenzselektive Unterdrückung des Übersprechers führt dazu, dass die im Frequenzbereich um das Trägersignal liegenden Seitenbänder, die die Tag-Antwort beinhalten, nicht mehr durch den starken Übersprecher überschattet werden, was weiterhin zu einer Erhöhung der Systemdynamik um die zusätzlich erreichte Unterdrückung führt. Diese zusätzlich erreichte Systemdynamik resultiert seinerseits in eine erhöhte Reichweite oder alternativ in einen verbesserten Signal-Rausch-Abstand (oder niedrigere Bit Error Rate) bei gleicher Reichweite.In This invention will be a dynamic matching network, a so-called electrical circulator, for use in RFID systems for generating a frequency-selective suppression of the crosstalk, which arises about the circulator described. This frequency-selective Suppression of the crosstalk leads to that in the frequency range lying around the carrier signal Sidebands containing the tag response are not be overshadowed by the strong crosstalk, which continues to increase the system dynamics around the additionally achieved oppression leads. This additionally achieved system dynamics results in turn in an increased range or alternatively in an improved Signal-to-noise ratio (or lower bit error rate) for the same Range.

Die frequenzselektive Unterdrückung erfolgt durch eine destruktive Überlagerung des Übersprechers mit einem ausgekoppelten Anteil des Sendesignals, dessen Amplitude und Phase über

– feste und/oder variable Phasenschieber,
– feste und/oder variable Dämpfungsglieder
– sowie eine optionale Verstärkereinheit

für die Betriebsfrequenz einzustellen seien. Die Realisierung der für die Ein- und Auskopplung des Kompensationssignals notwendigen Koppelelemente kann sowohl durch konzentrierte als auch durch verteilte Elementen erfolgen. Durch den Einsatz eines optionalen, über einen Koppler bzw. einen unsymmetrischen Leistungsteiler angeschlossenen Leistungsdetektors kann das Maß an Unterdrückung ermittelt und als Eingangswert einer Steuereinheit eingesetzt werden.The frequency-selective suppression is carried out by a destructive superposition of the crosstalk with a decoupled portion of the transmission signal whose amplitude and phase over

Fixed and / or variable phase shifters,
- Fixed and / or variable attenuators
- and an optional amplifier unit

be set for the operating frequency. The implementation of the coupling elements necessary for the coupling and decoupling of the compensation signal can be carried out both by concentrated and by distributed elements. By using an optional power detector connected via a coupler or an unbalanced power divider, the degree of suppression can be determined and used as the input value of a control unit.

Die Kompensationsschaltung kann zusätzlich zum über den Zirkulator entstehenden Übersprecher zwischen dem Sende- und dem Empfangspfad auch zum Ausgleichen der Umwelteinflüsse auf die Antenneneingangsreflexion eingesetzt werden, die beispielsweise durch größere, stark reflektierende Oberflächen in der Nähe der Betriebseinheit entstehen und in gleicher Maßen zu einer Einschränkung der Systemdynamik führen können.The Compensation circuit can in addition to over the cipulator between the transmitter and and the reception path also for balancing the environmental influences be used on the antenna input reflection, for example through larger, highly reflective surfaces arise near the operating unit and in the same Moderate to a restriction of the system dynamics being able to lead.

Die Kompensationsschaltung weiterhin in Systemen eingesetzt werden, in denen zwei getrennte Antennen zum Senden und Empfangen eingesetzt werden. Bezugsbezeichnung: 10 Tx-Anschluss 12 Rx-Anschluss 14 Sende-/Empfangsantenne 16 Zirkulator 110 Tx-Anschluss 112 Rx-Anschluss 114 Sende-/Empfangsantenne 114' Sendeantenne 114'' Empfangsantenne 116 Zirkulator 118 Koppler oder unsymmetrischer Leistungssteiler 118' Koppler oder unsymmetrischer Leistungssteiler 118'' Koppler oder unsymmetrischer Leistungssteiler 120 fester Phasenschieber 122 fester Dämpfungsglied 124 variabler Phasenschieber 126 variabler Dämpfungsglied 128 Verstärkereinheit 130 Leistungsdetektor oder Empfangsmischer 132 Steuereinheit 134 Verstärkereinheit 210 Tx-Anschluss 212 Rx-Anschluss 214' Sendeantenne 214'' Empfangsantenne 216 Zirkulator 218 Koppler oder unsymmetrischer Leistungssteiler 218' Koppler oder unsymmetrischer Leistungssteiler 218'' Koppler oder unsymmetrischer Leistungssteiler 220 fester Phasenschieber 222 fester Dämpfungsglied 224 variabler Phasenschieber 226 variabler Dämpfungsglied 228 Verstärkereinheit 230 Leistungsdetektor oder Empfangsmischer 232 Steuereinheit 234 Verstärkereinheit The compensation circuit continues to be used in systems where two separate antennas are used for transmission and reception. Reference designation: 10 Tx port 12 Rx connector 14 Transmitting / receiving antenna 16 circulator 110 Tx port 112 Rx connector 114 Transmitting / receiving antenna 114 ' transmitting antenna 114 '' receiving antenna 116 circulator 118 Coupler or unbalanced power divider 118 ' Coupler or unbalanced power divider 118 '' Coupler or unbalanced power divider 120 solid phase shifter 122 solid attenuator 124 variable phase shifter 126 variable attenuator 128 amplifier unit 130 Power detector or receiver mixer 132 control unit 134 amplifier unit 210 Tx port 212 Rx connector 214 ' transmitting antenna 214 '' receiving antenna 216 circulator 218 Coupler or unbalanced power divider 218 ' Coupler or unbalanced power divider 218 '' Coupler or unbalanced power divider 220 solid phase shifter 222 solid attenuator 224 variable phase shifter 226 variable attenuator 228 amplifier unit 230 Power detector or receiver mixer 232 control unit 234 amplifier unit

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 6567648 B1 [0017]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Klaus Finkenzeller: RFID Handbook, 3rd Edition, Carl Hanser Verlag, Munich [0001]
- ISO-IEC 18000-6C [0006]
- ETSI EN 302 208-1 [0006]

Claims

Compensation circuit for suppressing the crosstalk between the transmission terminal 110 and the receiving terminal 112 via a circulator leading to at least one transmit / receive antenna 116 consisting of a. a coupler or unbalanced power divider 118 for decoupling a defined power of the carrier signal between the transmission port 110 and the circulator 116 , b. a compensation path consisting of at least one variable phase shifter 124 and a variable attenuator 126 , c. a coupler or unbalanced power divider 118 ' for coupling the signal component, which is varied in amplitude and phase in the compensation path, from the carrier signal to the path between the circulator 116 and the receiving terminal 112 , d. a unit for determining the existing crosstalk, which consists of a further coupler or unbalanced power divider 118 '' and a power detector 130 can exist, e. and a control unit 132 ,

Compensation circuit for suppressing the crosstalk between the transmission terminal 110 and the receiving terminal 112 over at least one transmitting antenna 214 ' and at least one receiving antenna 214 '' consisting of a. a coupler or unbalanced power divider 118 for decoupling a defined power of the carrier signal between the transmission port 110 and the circulator 116 , b. a compensation path consisting of at least one variable phase shifter 124 and a variable attenuator 126 , c. a coupler or unbalanced power divider 118 ' for coupling the signal component, which is varied in amplitude and phase in the compensation path, from the carrier signal to the path between the circulator 116 and the receiving terminal 112 , d. a unit for determining the existing crosstalk, which consists of a further coupler or unbalanced power divider 118 '' and a power detector 130 can exist, e. and a control unit 132 ,

Compensation circuit for suppressing the crosstalk between the transmission terminal 110 and the receiving terminal 112 according to claims 1-2 or wherein the couplers or unbalanced power dividers 118 . 118 ' and 118 '' be built by coupled lines or the use of SMD components.

Compensation circuit for suppressing the crosstalk between the transmission terminal 110 and the receiving terminal 112 according to claims 1 or 2, wherein in the compensation path at least one fixed phase shifter 120 and / or a fixed attenuator 122 for adapting the phase or the amplitude of the decoupled carrier signal to the dynamic range of the variable phase shifter 124 or the variable attenuator 126 is used.

Compensation circuit for suppressing the crosstalk between the transmission terminal 110 and the receiving terminal 112 according to claims 1, 2 or 3, wherein in the compensation path an amplifier unit 128 is used to compensate for the changes in the amplitude of the decoupled carrier signal, for example, caused by the coupling factors of the coupler.

Compensation circuit for suppressing the crosstalk between the transmission terminal 110 and the receiving terminal 112 according to claims 1 to 4, wherein an amplifier unit 134 , optionally with integrated gain control (Automatic Gain Control), before the power detector is used to increase the dynamic range of the detector. At the same time, the detector can be replaced by a semiconductor integrated circuit (so-called Integrated Circuits, IC).