专利名称：用于询问多重saw识别标签的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种信号聚焦系统，具体来说涉及一种通过聚焦询问脉冲来对多重表面声波(SAW)识别标签之间进行区分的系统，及其操作方法。
背景技术：
目前有很多电子识别方法和装置正被使用。大家都熟悉在商业和其他领域广泛应用的条形码和磁条，以及其读取器。条形码和磁条的自身局限性在于能被读取的有效范围非常短。例如，为了检测并破解数据，磁条通常要求读取器直接和磁条相接触。在极少的情况下，用一种装置而不是直接接触读取器来读取磁条，有效的读取范围最多仍是几厘米。同样地，条形码能被可靠读取的有效范围典型地不超过几厘米。因为条形码和磁条的读取范围很短，它们通常每次读取一个，并且条形码或磁条相互间很少干扰。
另一种现有技术中的识别装置是射频识别(“RFID”)标签。当被询问时，RFID标签反射或转发一个返回编码识别号的射频信号，例如用于收取高速公路和大桥通行费的RFID标签。尽管基于芯片的现有技术中的RFID标签比磁条或条形码具有更长的可靠范围，但通常由于太贵不能被广泛使用，这意味着现有技术中的每个RFID标签通常被单独读取。简而言之，对于现有技术中RFID标签几乎没有机会相互干扰。
通过引入基于表面声波(SAW)技术的廉价识别标签，这种标签能在相对较长的范围内被读取，现在能够解决某些特定的干扰问题。尽管在SAW标签被单独读取或同时以小组被读取时没有问题，在这种情况下也不能同时询问大量的SAW标签。例如将会发生这样的情况，即大量物品被堆在货盘上，每个物品都带有它自身通用的唯一SAW标签。为了可靠地识别货盘上的每个物品，对询问脉冲的大量的响应使得SAW标签读取器精确检测和破解每个响应变得很困难。在能够实现使用SAW识别标签之前，需要解决由同时传输的多个响应所引起的这类编码冲突问题以及符号间干扰问题。
相应地，在本领域中所要求的是将一个询问脉冲聚焦到一个限定的空间内的系统，使得SAW识别标签读取器能够对从位于所述空间内的SAW标签返回的编码响应之间进行区分。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供了由多重SAW识别标签来避免编码冲突的系统，以及操作该系统的方法。在一个实施例中，本发明建议(1)将询问脉冲聚焦到一个限定的空间内；以及(2)对从位于该限定的空间内的标签返回的编码响应之间进行区分。
这样本发明提供了一种用于控制潜在识别信号冲突的系统，其中询问信号能够从多重SAW识别标签产生响应。在此被描述的系统在多个SAW识别标签响应一个询问脉冲、同时传输识别信号的环境中是很有用的。如果在所分配的频率宽带内一次产生足够多的响应，SAW标签读取器将很难精确检测和破解这些响应。本发明将潜在响应的数量限制在一定级别上，使得SAW标签读取器能够精确检测和破解对询问信号的响应。
在本发明的一个实施例中，系统使用光束控制将询问脉冲聚焦到限定的空间内。在另一个实施例中，用天线将询问脉冲聚焦到限定的空间内。该实施例一方面建议采用并列导体对形式的天线。这是一个非常有用的实施例，在靠近SAW标签附近时也允许进行询问。在另一方面，天线采用螺旋天线，在另外的一个方面是采用介电波导天线。
在本发明的另一个实施例中，反射镜与天线相耦合。该实施例一方面建议天线采用椭圆槽。当椭圆槽和天线一起使用时该椭圆槽是一种特别有用的聚焦装置。在本发明的另一实施例中，反射镜从包括圆形反射镜、曲线反射镜、抛物面反射镜、凹角反射镜和椭圆反射镜的组中选出。
在本发明的另一实施例中，通过一个波导将询问脉冲聚焦到限定的空间内。该实施例一方面建议采用投射出圆极化光束的波导。本实施例的另一方面中，波导具有约四分之一波长的第一馈送口，位于相对于约四分之一波长的第二馈送口约90°的位置上。在本发明的另一个实施例中，一个反射镜与所述波导相耦合。本实施例的一个特别有用的方面建议反射镜从包括圆形反射镜、曲线反射镜、抛物面反射镜、凹角反射镜和椭圆反射镜的组中选出。
上述部分已概述了本发明的最优的和可供选择的特征，因此本领域的技术人员可以更好地理解下述对于本发明的详细说明。本发明的附加特征将在后面进行介绍，这些特征构成了本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应该知道可以使用所公开的发明构思和特定实施例作为实现本发明的相同目的的设计或改进其他结构的基础。本领域技术人员也应该意识到种等价的结构不会背离本发明的主旨和范围。
为了更全面地理解本发明，参照与附图相关的下述说明，其中图1示出了一种具有代表性的物品处理装置，例如用来处理包裹或行李，其中用SAW识别标签读取器的一个实施例来识别物品；图2A-2B示出了天线阵列的一个具有代表性的实施例，其中被传送到天线的信号相位发生相移，以控制所传输的询问脉冲光束，将其导向限定的空间内；图3示出了被配置成一个用于将询问脉冲聚焦到限定的空间内的椭圆槽的天线的实施例；图4示出了使用被配置成并列导体对的天线的近程条形码读取器的实施例；图5A-5B示出了螺旋天线和带有2个用于产生圆极化询问信号的馈送输入端的螺旋信号发生装置；图6A-6B示出了用于聚焦询问脉冲的介电波导天线结构的实施例；图7示出了配有与天线相耦合的反射镜的天线装置的实施例；图8示出了用于将询问脉冲聚焦到限定的空间内的波导的实施例；图9A-9B示出了根据本发明构造的询问脉冲聚焦装置的实施例，该装置可用于产生右手和左手圆极化脉冲；以及图10示出了一个SAW标签的实施例，其中对一个询问脉冲的响应可以被关断。
具体实施例方式
首先参照图1，示出了一种具有代表性的物品处理装置100，如用于处理包裹或行李，其中SAW识别标签读取器110的实施例用于识别物品120。将物品120从一个地点传送到另一个地点的传送带130具有一个在一个位置处与其相结合的SAW识别标签读取器110，在该位置处SAW识别标签读取器可发出询问脉冲，以从物品120上的SAW标签140产生响应。每个SAW标签140通过发出其自身的通用的唯一编码响应来对询问脉冲做出响应。读取器110检测并破解这些响应，并且识别出每个SAW标签120，并且由此推断出标签所附的包裹110。
对SAW识别标签120的完整而详细的说明在美国专利申请号为10/024624，标题为“Surface Acoustic Wave Identification Tag HavingEnhanced Data Content and Methods of Operation and ManufactureThereof(具有增强数据容量的表面声波识别标签及其操作和制造方法)”，Hartmann，Clinton S.(“Hartmann One”)的文献中详细公开，其与本发明一致，并结合到本发明中作为参考。SAW识别标签读取器130的说明在美国专利申请号为10/066249，标题为“Reader For aHigh Information Capacity Saw Identification Tag and Method of UseThereof(用于大信息容量SAW识别标签的读取器及其使用方法)”，Hartmann，Clinton S.(“Hartmann Three”)的文献中详细公开，其也与本发明一致，并结合到本发明中作为参考。
当有限个要识别的物品在传送带130上传输时，SAW标签读取器110尽可能地隔离并对每个响应进行解码。这样，例如当装置100是一个带有由传送带130或多或少在一条线上传输的衣箱和其他行李项目的包裹处理装置时，则同时只有一个或两个SAW标签140被询问。然而，在所询问的物品120的数量非常多的情况下，即当询问分别具有其本身的SAW标签140的物品120的货盘时，则生成相应的大量的响应。同时生成的这些大量的响应使得SAW标签读取器110难以精确地检测和破解每个响应，以对每个物品120进行可靠的识别。这种编码冲突问题是由要求检测和处理的大量数据、以及由一次发出多个响应所产生的符号间干扰所引起的。本发明提供了避免这种编码冲突的系统和操作该系统的方法。
本发明提供了用于将询问脉冲聚焦到限定的空间内的系统，这样SAW识别标签读取器110可以在编码响应之间进行区分。通过使用本发明来将询问脉冲聚焦到限定的空间内，使得只有在该空间内的SAW标签能够被询问，编码冲突的问题就能够更容易地得到控制。因为SAW标签读取器110仅接收对询问脉冲的有限数目的响应，其在SAW标签140响应之间进行区分的能力将得到加强，并且SAW标签140所附的物品120能够被准确地识别。
本发明的一个实施例利用将询问脉冲聚焦到限定的空间内的光束控制来使SAW标签读取器能够在编码响应之间更容易地进行区分。许多不同的光束控制技术是本领域普通技术人员所熟知的，所有这些技术都包括在本发明的保护范围内。这个范围包括以机械方式控制询问脉冲光束以至于利用带有精密的电子移相设备的天线阵列来控制光束。
现在来看图2A-2B，其中示出了天线阵列200的具有代表性的实施例，其中传送给天线210的信号相位发生相移，以控制所发出的询问脉冲220光束，将其导入到限定的空间内。输入到阵列200中的每个天线210的输入信号230经过一个相应的移相器240被传输，其中被传送到天线210的信号230的相位发生相移，以在预定的方向上控制所发出的光束。如果信号230的相位没有发生相移，如图2A中所示，传送到每个天线210的信号230将是同相的，并且询问脉冲220将避开阵列200直接前进。在图2B中示出的例子中，被传送到每个天线210的输入信号230的相位随着询问脉冲220的光束改变方向引起的结果而发生改变。
例如在图2A和2B中所示的天线阵列200是特别有用的，因为它有助于构造一个印制的天线阵列200。使用众所周知的平版印刷技术，这种印制的天线210可以很容易地集成到印刷电路中，带有必要的电子元件，以控制传送到每个天线210的信号的相位。因此能够方便地将整个天线阵列200模块结合到SAW标签读取器中。
现在来看图3，其中示出了一个天线300的实施例，该天线被配置为用于将询问脉冲聚焦到限定的空间内的椭圆槽310。因为椭圆是通过以一种在移动点和两个固定点或焦点320A、320B之间的距离和不变的方式移动的点所生成的闭合平坦曲线，椭圆槽310对于读取SAW标签330是一种特别有用的天线配置。当询问信号被馈送到一个位于椭圆的第一个焦点320A处的天线300时，所发送的信号在第二个焦点320B处被反射并重新聚焦，其中SAW标签330最好在第二个焦点处被询问。通过使用带有扩展了槽310的长度的线性馈入口(linear feed)340的椭圆槽310，第二个焦点320B的长度也等于线性馈入口340。这对于在特定环境下读取SAW标签330是特别有用的，如图1中所示的物品处理装置100。其中SAW标签读取器110具有一个椭圆槽310天线300，第二个焦点320B可以设计为在传送带130的宽度上延伸，以对传送带130上的每个物品120进行询问。
在本发明的另一个实施例中，所述的椭圆槽310在交叉光束配置的使用中是非常有用的，以精确地聚焦询问信号和响应。例如，用于发送询问信号的椭圆槽310可以位于大致垂直于接收响应的另一个椭圆槽的位置处，这样可以精确地聚焦在要识别的指定SAW标签330上。如本领域的普通技术人员所了解的，两个椭圆槽310中的每一个都可以编程为在一种扫描图样下移动，以在感兴趣的区域内、如传送带上提供精确聚焦的光束，其中与传送带交叉的槽310是固定的，而与传送带平行的槽310在扫描模式下移动。本领域的普通技术人员也能了解，椭圆槽310的其他配置，以及天线、波导和反射镜的其他实施例，也能用于相交或交叉光束聚焦的系统中，如本发明所描述的以及包含在本发明的保护范围内。
现在来看图4，其中示出了一个平衡馈送近程条形码读取器400的实施例，它使用配置为并列导体对410的天线。条形码读取器400具有一对平行的传输线420，用于接收馈入信号430。馈入信号430在围绕条形码读取器400附近的一个区域内足够强，以通过将条形码读取器440靠近放置来询问SAW标签。本领域的普通技术人员应了解单线天线(single wire antenna)也能和条形码读取器400一起使用，如本发明所描述的以及包含在本发明的保护范围内。
现在来看图5A，其中示出了用于聚焦询问脉冲的螺旋天线500的实施例。所述天线500具有一个周围着螺旋信号生成装置520的筒(canister)510(图5B)，通过两个相互约为90度设置的馈送输入端530将脉冲询问信号传送到所述螺旋信号生成装置。螺旋信号生成装置520产生圆极化询问信号，该信号能够在一个限定的空间内由筒510检测到，其中一个SAW标签540可以被询问。使用圆极化信号来询问SAW标签540是特别有用的，因为可以不考虑SAW标签540在垂直于询问信号的平面内的定位来传送脉冲。
现在来看图6A-6B，其中示出了用于聚焦询问脉冲的介电波导天线结构600、605的实施例。图6B中的实施例有一个可以用作通过手来聚焦询问脉冲的“条形码读入器(wand)”的把手606。每个介电波导天线具有一组平面610，所述平面在大约垂直位置处具有与其相连的介电波导620。一根馈线630，一般为同轴电缆，将一个询问信号640或脉冲传送到位于介电波导620内的偶极天线650。信号640通过介电材料的传播率将比该信号640在空气中的传播率更慢。信号640通过波导620材料的传播率还取决于该材料的介电常数。因为在信号640到达周围的空气之前必须经过波导620传播的距离是个变量，所有信号640不会同时都进入空气中。但是，波导620能被成型，其形状可以使传播信号640的主要部分从波导620的介电体同时进入到周围的空气中，由此提供被聚焦的集中的信号640。
现在来看图7，其中示出了带有连接到天线720的反射镜710的天线装置700的实施例。反射镜710对天线720发出的询问信号进行反射，并将该信号聚焦到能够询问SAW标签730的一个限定的空间内。请注意所述的反射镜710是椭圆形的，它能将询问信号聚焦在SAW标签730所处的第二个焦点740处。尽管在特定情况下能够具有优点地使用椭圆形状，在其他情况下也可以采用不同形状的反射镜。该实施例的一个有用方面建议反射镜从包括圆形反射镜、曲线反射镜、抛物面反射镜、凹角反射镜和椭圆反射镜的组中选择。当然，如本领域中普通技术人员所了解的，任何反射镜的形状都在本发明的保护范围内。
现在来看图8，其中示出了螺旋源(helical source)800的一个实施例，用于使用圆极化波并使天线聚焦到SAW标签处。还示出了一个凹穴(re-entrant cavity)810，来为螺旋源提供定向。在上面的图7中已详细地论述过所示出的这类聚焦反射镜。当然，与上述的情况一样，反射镜可以从包括圆形反射镜、曲线反射镜、抛物面反射镜、凹角反射镜和椭圆反射镜的组中选出。
现在来看图9A-9B，其中示出了根据本发明所构造的询问脉冲聚焦装置900、950的实施例，可以用于发出右手和左手圆极化询问脉冲930。图9A中，带有两个输入端910、915的一根细的、用壁围起来的末端封闭的圆筒905被用来发出右手或左手圆极化询问脉冲930。所示的实施例是金属的，带有封闭的第一末端920(未示出)和一个开口的第二末端930。用于发出圆极化询问脉冲930的两个输入端910和915位于从封闭的第一末端920发出的波长的大约四分之一处，并且相互约呈90度地设置在圆筒900的圆周上。
为了从圆筒900中发出圆极化脉冲，信号经由输入端910、915被馈送到圆筒900中，所述输入端被设置为相互具有90°的相位角延迟。例如，如果要发出左手极化脉冲，馈送到第一个端口910的信号相位角为0°，而馈送到第二个端口915的信号相位角相对于第一个端口910的信号为-90°。该输入产生了一个带有顺时针旋转电场的TE11电�。佣⒊鲇沂衷布龀�930，它在离开装置900之后仍然保持圆形极化。为了发出左手圆极化脉冲930，馈送到第二个端口915的信号的相位角相对于馈送到第一个端口910的信号的相位角具有+90°的相位角差。本领域的普通技术人员应了解，可以生成任意的横向电图样或横向磁图样(transverse magnetic pattern)，都在本发明的保护范围内。
在图9B中示出的实施例以与图9A中所示相同的方式来工作，但采用固体电介质圆筒950来发出右手和左手极化脉冲。这是一种特别有用的实施例，因为可以制造出一种细的介电结构，以提供一种用于发出右手和左手圆极化脉冲230的精巧的、紧凑的装置。电介质圆筒950与图9A中所示类似，带有金属表面，例如一个平坦的表面，当然，它也可用于发出圆极化脉冲，并包括在本发明的保护范围内。如本领域普通技术人员所了解的，图9A-9B中所示的实施例能够与先前所示的反射镜实施例相结合，这仍在本发明的保护范围内。
现在来看图10，其中示出了一个SAW标签1000的实施例，其中对一个询问脉冲的响应可以被关断。所示的这类SAW标签1000的详细说明在文件Hartmann One中公开。所示的SAW标签1000具有一个底层1010，其上带有一对传感器1020。如下所述，根据两个传感器1020相互之间的相位，当通过右手或左手圆极化询问脉冲进行询问时，一个SAW标签1000的响应可以被关断或开启。这种SAW标签1000能够有效地和图9A-9B中所示的这类询问脉冲聚焦装置一起使用。
在本发明的一个实施例中，两个传感器1020的相位中心隔离(2n+1/2)∏，其中n是一个整数。在SAW标签1000上的、能够接收到指向传感器1020的询问脉冲的同相并且正交的天线1030相互呈90°定位。这就是说，入射到这种天线1030上的圆极化信号在一个方向上是同相的，而在另一个方向上是不同相的。每个传感器1020只有当其接收到一个同相信号的时候才会接收并产生一个SAW。该特征用于产生一个能够有利地用来切断SAW标签1000的单向SAW。在该实施例中所示的关断SAW标签1000的“开关”是一个吸收SAW且不返回响应的吸收反射镜1040。这个吸收反射镜1040和传感器1020能够构造成吸收右手或左手极化询问脉冲。因此，如果SAW标签1000被构造为吸收左手极化的询问脉冲，当接收到一个右手极化脉冲的时候，它只发出一个SAW生成响应。简言之，当接收到左手极化脉冲时，SAW标签1000被关断，因为来自接收到左手极化脉冲的传感器1020的SAW被吸收反射镜1040所吸收。
本发明还提供了用于操作避免来自多重SAW识别标签的编码冲突的系统的方法。在一个实施例中，该方法建议将一个询问脉冲聚焦到一个限定的空间内，然后对从位于限定的空间内的标签所返回的编码响应之间进行区分。通过对系统本身的详细描述，该实施例对于本领域的普通技术人员是清楚的。类似地，在所公开的说明的基础上，操作这里所述的该系统的方法的其他实施例对于本发明技术领域中的普通技术人员也是清楚的。
尽管已对本发明做了详细描述，本领域技术人员应了解他们可做出各种改变、替换和选择，而不超出本发明的最宽泛形式的主旨和保护范围。
权利要求
1.一种避免来自多重SAW识别标签的编码冲突的系统，包括将询问脉冲聚焦到一个限定的空间内；并且在从位于所述限定的空间内的标签返回的编码响应之间进行区分。
2.如权利要求1中所述的系统，其中用光束控制来将所述询问脉冲聚焦到所述限定的空间内。
3.如权利要求1中所述的系统，其中用天线来将所述询问脉冲聚焦到所述限定的空间内。
4.如权利要求3中所述的系统，其中所述天线是并列的导体对。
5.如权利要求3中所述的系统，其中所述天线是螺旋天线。
6.如权利要求3中所述的系统，其中天线是介电波导天线。
7.如权利要求3中所述的系统，还包括一个连接到所述天线的反射镜
8.如权利要求7中所述的系统，其中所述反射镜是椭圆槽。
9.如权利要求7中所述的系统，其中所述反射镜从包括圆形反射镜、曲线反射镜、抛物面反射镜、凹角反射镜和椭圆反射镜的组中选出。
10.如权利要求1中所述的系统，其中所述询问脉冲通过一个波导聚焦到所述限定的空间内。
11.如权利要求10中所述的系统，其中所述波导投射出圆极化光束。
12.如权利要求10中所述的系统，其中所述波导具有一个约四分之一波长的第一个馈入口，它位于相对于一个约四分之一波长的第二个馈入口大约为90°的位置处。
13.如权利要求10中所述的系统，其中一个反射镜连接到所述波导。
14.如权利要求13中所述的系统，其中所述反射镜从包括圆形反射镜、曲线反射镜、抛物面反射镜、凹角反射镜和椭圆反射镜的组中选出。
15.用于操作避免来自多重SAW识别标签的编码冲突的系统的方法，包括将询问脉冲聚焦到一个限定的空间内；并且在从位于所述限定的空间内的标签返回的编码响应之间进行区分。
16.如权利要求15中所述的方法，其中所述聚焦使用光束控制。
17.如权利要求15中所述的方法，其中所述聚焦使用天线。
18.如权利要求17中所述的方法，其中所述天线是并列的导体对。
19.如权利要求17中所述的方法，其中所述天线是螺旋天线。
20.如权利要求17中所述的方法，其中所述天线是介电天线。
21.如权利要求17中所述的方法，还包括一个连接到所述天线的反射镜。
22.如权利要求21中所述的方法，其中所述反射镜是椭圆槽。
23.如权利要求21中所述的方法，其中所述反射镜从包括圆形反射镜、曲线反射镜、抛物面反射镜、凹角反射镜和椭圆反射镜的组中选出。
24.如权利要求15中所述的方法，其中所述聚焦使用一个波导。
25.如权利要求24中所述的方法，其中波导投射出圆极化光束。
26.如权利要求24中所述的方法，其中所述波导具有一个约四分之一波长的第一个馈入口，它位于相对于一个约四分之一波长的第二个馈入口大约为90°的位置处。
27.如权利要求24中所述的方法，其中一个反射镜连接到所述波导。
28.如权利要求27中所述的方法，其中所述反射镜从包括圆形反射镜、曲线反射镜、抛物面反射镜、凹角反射镜和椭圆反射镜的组中选择。
29.用于避免来自多重SAW识别标签的编码冲突的系统，包括将一个具有圆形极化的询问脉冲导向所述标签，所述询问脉冲在每个所述标签中生成一个相应的SAW，它在一个预先选定的方向上传播；并且仅从所述标签中的一个标签接收对所述询问脉冲做出的编码响应。
30.如权利要求29中所述的系统，其中所述圆形极化是顺时针方向的。
31.如权利要求29中所述的系统，其中所述圆形极化是逆时针方向的。
32.如权利要求29中所述的系统，还包括使用一个中空的圆筒状波导来引导所述询问脉冲。
33.如权利要求32中所述的系统，其中所述波导是金属的。
34.如权利要求29中所述的系统，还包括使用一个固体圆筒状波导来引导所述询问脉冲。
35.如权利要求34中所述的系统，其中所述波导是电介质。
36.如权利要求34中所述的系统，其中所述波导具有一个金属的外表面。
37.如权利要求29中所述的系统，还包括一个引导所述询问脉冲的反射镜。
38.如权利要求37中所述的系统，其中所述反射镜从包括圆形反射镜、曲线反射镜、抛物面反射镜、凹角反射镜和椭圆反射镜的组中选出。
39.如权利要求29中所述的系统，其中所述标签可以被关断。
40.如权利要求39中所述的系统，其中使用一个传感器来关断所述标签。
41.如权利要求39中所述的系统，其中使用一个吸收反射镜来关断所述标签。
全文摘要
本发明提供了一种用于避免来自多重SAW识别标签的编码冲突的系统以及操作该系统的方法。在一个实施例中，本发明建议(1)将一个询问脉冲聚焦到一个限定的空间内；并且(2)在从位于这个限定的空间内的标签返回的编码响应之间进行区分。
文档编号G01S13/75GK1653474SQ03810535
公开日2005年8月10日 申请日期2003年3月19日 优先权日2002年3月21日
发明者克林顿·S.·哈特曼, 路易斯·T.·克莱波尼 申请人:射频表面声波元件公司
专业数控铣床产品供应商
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