特許 7253297 凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-29

(45)【発行日】2023-04-06

(54)【発明の名称】凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグ

(51)【国際特許分類】

   G06K 19/067 20060101AFI20230330BHJP

【ＦＩ】

G06K19/067 020

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022548820

(86)(22)【出願日】2021-06-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-24

(86)【国際出願番号】 CN2021102897

(87)【国際公開番号】W WO2022048268

(87)【国際公開日】2022-03-10

【審査請求日】2022-08-11

(31)【優先権主張番号】202010923078.6

(32)【優先日】2020-09-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】505072650

【氏名又は名称】浙江大学

【氏名又は名称原語表記】ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100128347

【弁理士】

【氏名又は名称】西内 盛二

(72)【発明者】

【氏名】▲賀▼ ▲詩▼波

(72)【発明者】

【氏名】▲陳▼ ▲積▼明

(72)【発明者】

【氏名】史 治国

(72)【発明者】

【氏名】▲陳▼ 宇豪

【審査官】小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０８６８２９６９（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０６１１５４６６（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１０６２９５７６５（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／２４０９９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２１／１１７２９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０８９７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０１８８０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｋ １９／０６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグであって、タグ凹溝ユニット、金属板及び誘電体基板を備え、
前記タグ凹溝ユニットは金属板をエッチングしてなされたものであり、誘電体基板の上表面に位置し、
前記タグ凹溝ユニットは少なくとも４組の円環状の凹溝群で構成され、タグが中心対称に配置され、各組の円環状の凹溝群が４つの同心円環状の凹溝を嵌設配置してなされ、
各組の円環状の凹溝群における各円環状の凹溝は所定の周波数帯域におけるＭＦＣＣ特徴符号化を実現し、ＭＦＣＣ特徴符号化方式は具体的に以下の通りであり、
タグの散乱波時間領域信号のＭＦＣＣ特徴を抽出し、機械精度が許容される場合、円環状の凹溝の寸法が０．３ｍｍ変化するたびに発生するＭＦＣＣ特徴値の変化を区別し、タグの区別を実現し、
送受信アンテナＴＸは水平偏波の電磁波をリクエスト信号として発射し、信号をタグにより反射した後の散乱波が送受信アンテナＴＸに取得され、送受信機が該散乱波のスペクトルを取得し、スペクトルが逆フーリエ変換により時間領域信号に変換され、まずプリエンファシスを行い、次に１０ｎｓの時間窓及び５ｎｓの窓移動ステップ幅を使用して短時間フーリエ変換を行い、各フレームの１２次元ＭＦＣＣ特徴値を抽出し、
前記送受信アンテナＴＸはアクセスの電磁波を発射することができるとともに、タグの散乱波を検出することもでき、前記送受信アンテナＴＸの動作周波数範囲が２～８ＧＨｚの周波数範囲よりも広く、
前記タグは２～８ＧＨｚのＭＦＣＣ特徴符号化方式を実現し、合計１６ビットの符号化を実現することができる
ことを特徴とする凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグ。

【請求項2】

前記タグ凹溝ユニットは金属板を透かし彫りしてなる４組の円環状の凹溝群で構成され、４組の円環状の凹溝群が２×２に配列され且つ中心対称構造であり、
４組の円環状の凹溝群の４つの円心は矩形の４つの頂点を構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグ。

【請求項3】

前記円環状の凹溝群は４つの円環状の凹溝で構成され、溝幅が０．２ｍｍであり、各円環状の凹溝の大きさがその外径で示される
ことを特徴とする請求項２に記載の凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグ。

【請求項4】

非対角線の２組の円環状の凹溝群における円環状の凹溝の外径は内から外へそれぞれＳ１が５．８ｍｍであり、Ｓ２が８ｍｍであり、Ｓ３が１１．５ｍｍであり、Ｓ４が１４ｍｍであり、Ｓ５が４．７ｍｍであり、Ｓ６が６．７ｍｍであり、Ｓ７が１０ｍｍであり、Ｓ８が１３．２ｍｍである
ことを特徴とする請求項３に記載の凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグ。

【請求項5】

前記誘電体基板は６４ｍｍ×６４ｍｍの矩形板であり、ＦＲ－４材料を用い、厚さが０．４ｍｍであり、
４組の円環状の凹溝群は一枚の寸法が６４×６４ｍｍの銅板でエッチングして透かし彫りしてなり、円環状の凹溝が透かし彫りされた部分であり、銅板の厚さが０．０５ｍｍである
ことを特徴とする請求項２に記載の凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグ。

【請求項6】

前記タグは中心対称に配置され、周期拡張可能なトポロジー構造を形成し、且つ特徴値に影響せず、散乱波の強度を増加するだけであり、タグのスペクトル応答を増強する
ことを特徴とする請求項１に記載の凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグ。

【請求項7】

各組の円環状の凹溝群における各円環状の凹溝は特定値のＭＦＣＣ特徴値を実現する
ことを特徴とする請求項１に記載の凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はチップレスＲＦＩＤ分野に関し、具体的には、凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグに関する。

【背景技術】

【0002】

物流業界において、最も重要なのは貨物輸送過程の追跡及び管理であるが、在庫管理がその中で非常に重要な段階である。現段階の在庫管理において、主にバーコード技術を使用して貨物の識別を実現する。ところが、バーコードに基づく識別技術は一定の制限性を有し、即ち走査時に手動でバーコードに位置合わせる必要があり、且つバーコードとスキャナーとの間に遮蔽物があることは許されない。これにより分かることは、バーコードはコストが低いが、労働コストが比較的高い。宅配便貨物の量がこんな膨大である今では、在庫管理に低コストの貨物識別手段を急ぎ必要としている。

【0003】

ＲＦＩＤはユビキタスネットワークにおける代表的な通信技術である。その原理は、ＲＦＩＤタグがＲＦＩＤリーダーから発射された電磁波におけるエネルギーを収集して、タグにおける集積チップを励起して、集積チップがタグに含まれる情報を電磁波で散乱するようにし、リーダーが該散乱される波を受信するとタグに含まれる情報を取得することができ、これによりタグとの非接触的なデータ通信を実現し、タグターゲットを識別する目的を実現することである。従って、現在の倉庫保管において使用されるバーコード技術に比べて、ＲＦＩＤタグに基づく物体識別技術は物体に位置合わせる必要がなく、タグとリーダーとの間に遮蔽物があることを許容する特徴を有する。また、それは資料の更新、記憶情報量、作業効率、安全性などの面で性能も比較的良く、現在社会の発展ニーズをより良く満足することができる。

【0004】

ところが、無視してはいけないことは、ＲＦＩＤタグの製造コストがバーコードよりも高いことである。「集中化」、「大型化」の発展傾向がある現在の在庫管理シーンにおいて、ＲＦＩＤタグ識別技術を使用すれば製造コストが高く、このため、市場においてＲＦＩＤ識別技術を使用する積極性をかなりの程度低下させてしまう。このような背景において、ＲＦＩＤ技術の製造コストを削減することは早急に行うべき研究の仕事である。

【0005】

ＲＦＩＤタグの製造において、コストが最も高い部分はその中の集積チップである。そして、チップレスＲＦＩＤタグの設計案を用いるＲＦＩＤ技術は比較的新しい研究方向であり、それに関連する研究も比較的少ない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術の欠陥を克服するために、本発明は凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の目的は以下の技術案により実現される。凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグであって、タグ凹溝ユニット、金属板及び誘電体基板を備え、前記タグ凹溝ユニットは金属板をエッチングしてなされたものであり、誘電体基板の上表面に位置し、前記タグ凹溝ユニットは少なくとも４組の円環状の凹溝群で構成され、タグが中心対称に配置され、各組の円環状の凹溝群が４つの同心円環状の凹溝を嵌設配置してなされ、各組の円環状の凹溝群における各円環状の凹溝は所定の周波数帯域におけるＭＦＣＣ特徴符号化を実現し、送受信アンテナＴＸは水平偏波の電磁波をリクエスト信号として発射し、信号をタグにより反射した後の散乱波が送受信アンテナＴＸに取得され、送受信機が該散乱波のスペクトルを取得し、スペクトルが逆フーリエ変換により時間領域信号に変換され、まずプリエンファシスを行い、次に１０ｎｓの時間窓及び５ｎｓの窓移動ステップ幅を使用して短時間フーリエ変換を行い、各フレームの１２次元ＭＦＣＣ特徴値を抽出し、前記タグは２～８ＧＨｚのＭＦＣＣ特徴符号化方式を実現し、合計１６ビットの符号化を実現することができる。

【0008】

更に、前記タグ凹溝ユニットは金属板を透かし彫りしてなる４組の円環状の凹溝群で構成され、４組の円環状の凹溝群が２×２に配列され且つ中心対称構造であり、４組の円環状の凹溝群における４つの円心は矩形の４つの頂点を構成する。

【0009】

更に、前記円環状の凹溝群は４つの円環状の凹溝で構成され、溝幅が０．２ｍｍであり、各円環状の凹溝の大きさがその外径で示される。

【0010】

更に、非対角線の２組の円環状の凹溝群の円環状の凹溝の外径は内から外へそれぞれＳ１が５．８ｍｍであり、Ｓ２が８ｍｍであり、Ｓ３が１１．５ｍｍであり、Ｓ４が１４ｍｍであり、Ｓ５が４．７ｍｍであり、Ｓ６が６．７ｍｍであり、Ｓ７が１０ｍｍであり、Ｓ８が１３．２ｍｍである。

【0011】

更に、前記誘電体基板は６４ｍｍ×６４ｍｍの矩形板であり、ＦＲ－４材料を用い、厚さが０．４ｍｍであり、４組の円環状の凹溝群は一枚の寸法が６４×６４ｍｍの銅板でエッチングして透かし彫りしてなり、円環状の凹溝が透かし彫りされた部分であり、銅板の厚さが０．０５ｍｍである。

【0012】

更に、前記タグは中心対称に配置され、周期拡張可能なトポロジー構造を形成し、且つ特徴値に影響せず、散乱波の強度を増加するだけであり、それによりタグのスペクトル応答を増強する。

【0013】

更に、各組の円環状の凹溝群における各円環状の凹溝は特定値のＭＦＣＣ特徴値を実現する。

【0014】

更に、前記ＭＦＣＣ特徴符号化方式は具体的に、タグの散乱波時間領域信号のＭＦＣＣ特徴を抽出し、機械精度が許容される場合、円環状の凹溝の寸法が０．３ｍｍ変化するたびに発生するＭＦＣＣ特徴値の変化を区別し、これによりタグの区別を実現することである。

【0015】

更に、前記送受信アンテナＴＸはアクセスの電磁波を発射することができるとともに、タグの散乱波を検出することもでき、前記送受信アンテナＴＸの動作周波数範囲は２～８ＧＨｚの周波数範囲よりも広い。

【発明の効果】

【0016】

本発明の有益な効果は以下のとおりである。

【0017】

本発明は２～８ＧＨｚ周波数帯域で動作し、偏波解消技術を用い、商品の符号化に使用できる低コストのチップレスＲＦＩＤタグを提供する。タグの真前でタグに１つの直線偏波をリクエスト信号として垂直に発射する。

【0018】

該タグの表面に入射した水平方向の直線偏波の電磁波が１つある場合、タグは入射波のエネルギーを受信した後、散乱波を発生し、ベクトルネットワークアナライザを利用してＳ１１パラメータを測定することにより該散乱波のスペクトルを取得することができ、スペクトルが逆フーリエ変換により時間領域信号に変換され、まずプリエンファシスを行い、次に１０ｎｓの時間窓及び５ｎｓの窓移動ステップ幅を使用して短時間フーリエ変換を行い、更に各フレームの１２次元ＭＦＣＣ特徴値を抽出し、特徴符号化を実現する。

【0019】

内部入れ子技術により異なる大きさの円環状の凹溝を１つの円環状の凹溝群に構成し、このような方式は誘電体基板の表面空間の利用率を向上させることができるとともに、タグの符号化容量密度を向上させることもできる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は本発明に係る凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグの動作システムの構造図である。

【図2】図２は本発明に係る凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグの平面図である。

【図3(a)】図３（ａ）は本発明に係る凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグが図２に基づいて抽出した第１フレームの１２次元ＭＦＣＣ特徴値である。

【図3(b)】図３（ｂ）は本発明に係る凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグが図３（ａ）に基づいてＳ６の半径を０．３ｍｍ減少して抽出した第１フレームの１２次元ＭＦＣＣ特徴値である。

【図3(c)】図３（ｃ）は本発明に係る凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグが図３（ａ）に基づいてＳ６の半径を０．３ｍｍ増加して抽出した第１フレームの１２次元ＭＦＣＣ特徴値である。

【図3(d)】図３（ｄ）は本発明に係る凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグが図３（ａ）に基づいてＳ６の半径を０．６ｍｍ増加して抽出した第１フレームの１２次元ＭＦＣＣ特徴値である。

【図4】図４は本発明に係る凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグの図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）及び図３（ｄ）の結果の比較図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照しながら実施例によって本発明を更に詳しく説明するが、本発明の実施形態はこれに限らない。

【0022】

実施例
図１に示すように、凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグの動作システムはＲＦＩＤリーダー、送受信アンテナＴＸ及びタグで構成され、送受信アンテナＴＸは水平偏波の電磁波をリクエスト信号として発射し、信号をタグにより反射した後の散乱波が送受信アンテナＴＸに取得されることができ、送受信機が該散乱波のスペクトルを取得し、スペクトルが逆フーリエ変換により時間領域信号に変換され、まずプリエンファシスを行い、次に１０ｎｓの時間窓及び５ｎｓの窓移動ステップ幅を使用して短時間フーリエ変換を行い、更に各フレームの１２次元ＭＦＣＣ（Ｍｅｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｅｐｓｔｒｕｍ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ、メル周波数ケプストラム係数）特徴値を抽出し、特徴符号化を実現する。

【0023】

図２に示すように、凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグは２～８ＧＨｚ周波数帯域において動作し、タグ凹溝ユニット、金属板及び誘電体基板を備える。前記タグ凹溝ユニットは金属板をエッチングしてなされたものであり、誘電体基板の上表面に位置する。

【0024】

タグ凹溝ユニットは少なくとも４組の円環状の凹溝群で構成され、タグが中心対称に配置され、各組の円環状の凹溝群が４つの同心円環状の凹溝で構成される。各組の円環状の凹溝群の各円環状の凹溝（ｓｌｏｔ）は所定の周波数帯域におけるＭＦＣＣ特徴符号化を実現する。対角線上の対称な２つの円環状の凹溝は１対の円環状の凹溝と称される。

【0025】

本発明における符号化の実現は散乱波のＭＦＣＣ特徴変化と円環状の凹溝の半径の大きさとの対応関係に基づくものであり、一般的には、１対の円環状の凹溝の半径のみを変化すれば、ＭＦＣＣ特徴図において１つの特徴値の規則的な変化が発生することとなる。従って、１対の円環状の凹溝の半径がその標準寸法に基づいて０．３ｍｍ減少し、又は０．３ｍｍ増加し、又は０．６ｍｍ増加すれば、４種類の大きさの区別可能なＭＦＣＣ特徴値が生成されることとなり、これにより２ｂｉｔ符号化を実現する。

【0026】

本実施例のタグ凹溝ユニットは、４つの同心円環状の凹溝Ｓ１～Ｓ４、Ｓ５～Ｓ８、Ｓ１′～Ｓ４′、Ｓ５′～Ｓ８′を１組とする４組の同心円環状の凹溝群で構成され、各対が円環状の凹溝に対応し、１つのＭＦＣＣ特徴符号化を実現することができ、例えばＳ１とＳ１′が１対である。１対の円環状の凹溝を使用してエコー信号の強度及び識別可能性を増強する。

【0027】

本実施例の各円環状の凹溝の幅はいずれも０．２ｍｍであり、中心に対称であるため、各対に対応する円環状の凹溝の寸法が同じである。Ｓ１～Ｓ８円環状の凹溝の外径はそれぞれＳ１が５．８ｍｍであり、Ｓ２が８ｍｍであり、Ｓ３が１１．５ｍｍであり、Ｓ４が１４ｍｍであり、Ｓ５が４．７ｍｍであり、Ｓ６が６．７ｍｍであり、Ｓ７が１０ｍｍであり、Ｓ８が１３．２ｍｍである。

【0028】

本実施例では、前記誘電体基板はＦＲ－４材料を用い、その比誘電率が５．５であり、電気損失正接値が０．０３５である。誘電体基板は６４ｍｍ×６４ｍｍの矩形板であり、厚さが０．４ｍｍである。用いた金属板の材料は銅であり、厚さが０．０５ｍｍである。

【0029】

図２に示されるタグについては、各円環は２ｂｉｔのＭＦＣＣ特徴符号化を実現することができ、共に８つの円環があり、従って、合計１６ｂｉｔの符号化を実現することができる。ＭＦＣＣ特徴の数値図は図３（ａ）に示される。

【0030】

図３（ｂ）に示すように、この例におけるＳ６及びＳ６′の寸法を０．３ｍｍ減少すれば、対応のＭＦＣＣ特徴値は区別可能な変化が発生し、例えば特徴７は正値から負値になる。

【0031】

図３（ｃ）に示すように、この例におけるＳ６及びＳ６′の寸法を０．３ｍｍ増加すれば、対応のＭＦＣＣ特徴値は区別可能な変化が発生し、例えば特徴１１は負値から正値になる。

【0032】

図３（ｄ）に示すように、この例におけるＳ６及びＳ６′の寸法を０．６ｍｍ増加すれば、対応のＭＦＣＣ特徴値は区別可能な変化が発生し、例えば特徴９は負値から０になる。

【0033】

図４に示すように、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）及び図４（ｄ）における１２次元ＭＦＣＣ特徴値は明らかで区別可能な数値の相違があり、決定木及びサポートベクターマシンなどの機械学習アルゴリズムを利用してＭＦＣＣ特徴値を訓練し、最終的に異なるタグの識別を実現することができる。

【0034】

該凹溝型の超広帯域偏波解消チップレスＲＦＩＤタグはコストが低く、干渉耐性が高く、実際の環境において検出されやすく、及び符号化容量が大きいなどの利点を有する。

【0035】

上記実施例は本発明の代表的な実施形態であるが、本発明の実施形態は前記実施例により制限されるものではなく、本発明の主旨実質及び原理を逸脱せずに行われる他のいかなる変化、修飾、代替、組み合わせ及び簡素化は、いずれも等価の置換方式であるべきであり、すべて本発明の保護範囲内に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図3(c)】

【図3(d)】

【図4】