NO164870B

NO164870B - PROCEDURE AND DEVICE FOR WIRELESS MONITORING AND IDENTIFICATION.

Info

Publication number: NO164870B
Application number: NO880132A
Authority: NO
Inventors: Steffen Kirknes; Lars Andresen
Original assignee: Micro Design As
Priority date: 1988-01-14
Filing date: 1988-01-14
Publication date: 1990-08-13
Also published as: NO880132L; NO164870C; NO880132D0

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte og en anordning av det slaget som er angitt i innledningen til patentkrav 1, hhv. 4, for bruk i et elektronisk identifikasjons- og overvåknings-system. Mer spesielt angår den et system for automatisk identifisering og overvåkning av kjøretøy, mennesker, dyr, gjenstander o.l. Systemet kan anvendes til sortering, billettering, automatiske betalingssystemer, adgangskontroll og liknende. The invention relates to a method and a device of the kind stated in the introduction to patent claim 1, respectively. 4, for use in an electronic identification and monitoring system. More particularly, it concerns a system for the automatic identification and monitoring of vehicles, people, animals, objects, etc. The system can be used for sorting, ticketing, automatic payment systems, access control and the like.

Identifikasjonssystemer som er basert på refleksjon av et kodet spørresignal ved hjelp av passive eller aktive transpondere er kjent f.eks fra U.S patentskrift 3.706.094. Disse kjente løsningene anvender delvis utnyttelse av akustiske overflatebølger, såkalt SAW-teknologi ("Surface Acoustic Wave") for realisering av passive transpondere som identifikasjonsbrikker. Ellers er det kjent å anvende aktive transpondere som i tillegg til kode kan lagre og behandle informasjon gitt av systemet. Forskjellen på en aktiv og en passiv transponder er at en passiv transponder anvender energien i spørresignalet for å danne svarsignalet, mens en aktiv transponder har en intern strømkilde for drift av transponderen, og levering av energi til svarsignalet som ofte har en annen frekvens enn spørresignalet. Identification systems which are based on the reflection of a coded interrogation signal using passive or active transponders are known, for example, from US patent 3,706,094. These known solutions use partial utilization of acoustic surface waves, so-called SAW technology ("Surface Acoustic Wave") for the realization of passive transponders as identification tags. Otherwise, it is known to use active transponders which, in addition to code, can store and process information provided by the system. The difference between an active and a passive transponder is that a passive transponder uses the energy in the interrogation signal to form the response signal, while an active transponder has an internal power source for operating the transponder, and supplying energy to the response signal, which often has a different frequency to the interrogation signal.

Fra US patentskrift 3.886.548 er kjent et system for identifikasjon ved en passiv transponder, der det utsendte signalet består av en serie signaler av forskjellig frekvens. Signalet introduseres i ei transmisjonslinje med et antall direksjonene ringfiltre i sin umiddelbare nærhet. Ringfiltrene er individuelt avstemt til de ulike frekvensene, og leder energien for respektive frekvens til en last. Dersom et ringfilter er brutt, vil et signal reflekteres, til dannelse av et kodemønster. From US patent 3,886,548 a system for identification by a passive transponder is known, where the transmitted signal consists of a series of signals of different frequencies. The signal is introduced into a transmission line with a number of directional ring filters in its immediate vicinity. The ring filters are individually tuned to the various frequencies, and direct the energy for the respective frequency to a load. If a ring filter is broken, a signal will be reflected, forming a code pattern.

En ulempe ved de hittil kjente løsningene er at identifikasjonsbrikkene (heretter kalt "id-brikke") er for komplekse teknologisk, og derfor for kostbare for mange markeder og aktuelle anvendelser, og at de har en kompleks prosess for koding som må skje forholdsvis tidlig i A disadvantage of the previously known solutions is that the identification chips (hereafter called "id chip") are too complex technologically, and therefore too expensive for many markets and current applications, and that they have a complex process for coding which must take place relatively early in

produksjonen for de nevnte ISAW-id-brikker. Ved anvendelse av the production for the aforementioned ISAW ID chips. When applying

i in

SAW-teknologi for id-brikkene har en også en begrensning i valg av frekvensområde som er begrenset oppover til ca. 1 GHz, nærmere bestemt av produksjonsprosessen og produksjonsutstyret som er høyteknologisk og har høy anskaffelsespris (produksjon av mikroelektronikk i renrdm med linjebredder ned til 1 mikro-meter). De aktive id-brikker har store ulemper på grunn av sin interne strømkilde dg en større kompleksitet som gir større mulighet for defekter, dårlig responstid og en svært høy pris. SAW technology for the ID chips also has a limitation in the choice of frequency range, which is limited upwards to approx. 1 GHz, more specifically by the production process and the production equipment which is high-tech and has a high acquisition price (production of microelectronics in renrdm with line widths down to 1 micro-metre). The active ID chips have major disadvantages due to their internal power source, eg a greater complexity which gives a greater possibility of defects, poor response time and a very high price.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skaffe en passiv identifikasjonsstransponder som har en ekstremt enkel konstruksjon og kodingsprosess En vil derved kunne oppnå et system for identifisering som vil kunne nyttes til anvendelser hvor det er et krav at id-brikken er veldig billig, f.eks. bagasjemerking, billettering, postpakkemerking, adgangskontroll, o.l. Det er videre et formål at id-brikkens levetid skal være tilnærmet ubegrenset og at produksjons-prosessen skal være velegnet for store volum. Det er videre et formål at en skal kunne stå svært fritt i valg av frekvensområde. Frekvenser helt opp til den kommersielt anvendbare grense av HF-teknologien skal kunne anvendes. The main purpose of the invention is to provide a passive identification transponder that has an extremely simple construction and coding process. One will thereby be able to achieve a system for identification that can be used for applications where there is a requirement that the ID chip is very cheap, e.g. luggage tagging, ticketing, postal package tagging, access control, etc. It is also a purpose that the lifetime of the ID chip should be virtually unlimited and that the production process should be suitable for large volumes. It is also a purpose that one should be able to be very free in choosing the frequency range. Frequencies right up to the commercially applicable limit of the HF technology must be able to be used.

Oppfinne lsens prinsipp. Invent the principle of lsen.

De ovenfor nevnte formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved å nytte en framgangsmåte, hhv. identifikasjonsbrikke utformet som angitt i den karakteriserende delen av patentkrav 1, hhv. 4. Ytterligere trekk vil framgå av de tilhørende uselvstendige krav. The above-mentioned purposes are achieved according to the invention by using a method, respectively identification tag designed as stated in the characterizing part of patent claim 1, respectively. 4. Further features will appear from the associated non-independent claims.

En transponder ifølge'oppfinnelsen oppnås ved at det benyttes en id-brikke som består av et substrat/laminat med en kjent dielektrisitetskonstant for den frekvens som anvendes. Det tevsubstratet er påført en antenne og en mikrostriplinje koplet til denne antenna. Kodingen skjer på en i og for seg kjent måte ved å innføre diskontinuitet på gitte lokasjoner på denne linja, Disse diskontinuitetene vil forårsake forandringer av linjas impedans og det vil på disse stedene oppstå refleksjoner av energien i det innkommende spørresignalet tilbake til antenna. Refleksjonene vil nå tilbake til antenna til forskjellige tidspunkter bestemt av forplantningshastigheten til det elektromagnetiske bølgesignalet på mikrostriplinja. Det reflekterte kodete svarsignalet fra id-brikken vil så kunne bli tatt i mot av en mottakerenhet som sender signalet videre til en digitaliseringsenhet hvor informasjonen i svarsignalet blir gjenvunnet. Denne informasjonen leses inn på en datamaskin for registrering av identitet og videre behandling gitt av den aktuelle anvendelsen av systemet. A transponder according to the invention is obtained by using an ID chip which consists of a substrate/laminate with a known dielectric constant for the frequency used. An antenna is applied to that woven substrate and a microstrip line is connected to this antenna. The coding takes place in a manner known per se by introducing discontinuities at given locations on this line. These discontinuities will cause changes in the line's impedance and there will be reflections of the energy in the incoming interrogation signal back to the antenna at these places. The reflections will reach back to the antenna at different times determined by the propagation speed of the electromagnetic wave signal on the microstrip line. The reflected coded response signal from the ID chip will then be received by a receiver unit which forwards the signal to a digitizing unit where the information in the response signal is recovered. This information is read into a computer for registration of identity and further processing provided by the relevant application of the system.

Eksempel. Example.

Oppfinnelsen vil nå beskrives nærmere ved hjelp av eksempel og med henvisning til vedlagte tegninger, der The invention will now be described in more detail by means of an example and with reference to the attached drawings, there

fig. 1 viser et blokkskjema av en utførelse i samsvar med foreliggende oppfinnelse, fig. 1 shows a block diagram of an embodiment in accordance with the present invention,

fig. 2 viser eksempler på diskontinuiteter på mikrostriplinjer i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og fig. 2 shows examples of discontinuities on microstrip lines in accordance with the present invention, and

fig. 3 er grafiske framstillinger av a) spørresignal b) reflektert signal og c) kodet svarsignal hvor koden er lesbar i tidsplanet. fig. 3 are graphical representations of a) interrogation signal b) reflected signal and c) coded response signal where the code is readable in the time plane.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter en sender 1, en mottaker 2, to antenner 3, 4, id-brikker 5 for registrering (hvorav en er vist på fig. 1), en digital signal behandlingsdel 6, og en datamaskindel 7. A preferred embodiment of the invention comprises a transmitter 1, a receiver 2, two antennas 3, 4, ID chips 5 for registration (one of which is shown in Fig. 1), a digital signal processing part 6, and a computer part 7.

Virkemåten er som følger. Senderen 1 sender ut et kontinuerlig spørresignal a) som er et signal med frekvenssveip, ut på antenna 3. Differansen mellom høyeste og laveste frekvens i dette signalet, sveipbredden, vil bestemme den største mulige bit-tettheten og dermed oppløsningen på det kodete svarsignalet. Signalet a) fra senderen 1 mottas av en eller flere id-brikker 5 som befinner seg i antennefeltet. Denne id-brikken 5 er en passiv transponder som reflekterer til ei mottakerantenne 4, hele eller deler av energien i spørresignalet i form av et kodet signal. The way it works is as follows. The transmitter 1 sends out a continuous interrogation signal a) which is a signal with a frequency sweep, out on antenna 3. The difference between the highest and lowest frequency in this signal, the sweep width, will determine the greatest possible bit density and thus the resolution of the coded response signal. The signal a) from the transmitter 1 is received by one or more ID chips 5 located in the antenna field. This ID chip 5 is a passive transponder which reflects to a receiving antenna 4, all or part of the energy in the interrogation signal in the form of a coded signal.

Id-brikken omfatter av ei antenne 8 som har tilstrekkelig båndbredde for mottak av spørresignalet, og ei elektrisk transmisjonslinje 9 som er elektrisk koplet direkte til antenna 8 og plassert direkte på overflata av et substrat 10. The ID chip comprises an antenna 8 which has sufficient bandwidth for receiving the interrogation signal, and an electrical transmission line 9 which is electrically connected directly to the antenna 8 and placed directly on the surface of a substrate 10.

En foretrukket utførelsesform for transmisjonslinja 9 er en mikrostriplinje med en impedans som i tilkoplingspunktet fortrinnsvis er tilpasset antennas impedans. Energien som tas imot av antenna 8 vil forplante seg langs transmisjonslinja 9 med en hastighet vp gitt av formelen A preferred embodiment of the transmission line 9 is a microstrip line with an impedance which at the connection point is preferably adapted to the impedance of the antenna. The energy received by the antenna 8 will propagate along the transmission line 9 with a speed vp given by the formula

der c er lyshastigheten i vakuum, og£ eer mikrostriplinjas effektive dielektrisitetskonstant. Mikrostriplinjas effektive dielektrisitetskonstant avhenger av substratets relative dielektrisitetskonstant, og linjas geometri. where c is the speed of light in vacuum, and £ is the microstrip line's effective dielectric constant. The microstrip line's effective dielectric constant depends on the substrate's relative dielectric constant, and the line's geometry.

Kodingen av svarsignalet skjer i tid ved refleksjoner av signalet som forplanter seg langs linja 9, tilbake til antenna 8. Kodingen utføres ved at det innføres diskontinuiteter 11 i impedansen til linja på forutbestemte lokasjoner. Diskontinuiteter i impedansen til 'ei transmisjonslinje vil forårsake refleksjoner av en del av signalenergien fra hver diskontinuitet. Disse refleksjonene vil danne et svarsignal med en innlagt kode som bestemmes av plasseringene av diskontinuitetene på linja. En enkel, fordelaktig framgangsmåte for å innføre diskontinuiteter er vist i fig. 3 ved å variere linjas geometri med hull 12, eller hakk 13, 14 med forskjellig bredde og/eller avstand. Denne framgangsmåten vil bli billig og kan lett integreres i en produksjon, men også andre framgangsmåter for å oppnå diskontinuiteter i impedansen kan benyttes. The coding of the response signal takes place in time by reflections of the signal which propagate along the line 9, back to the antenna 8. The coding is carried out by introducing discontinuities 11 in the impedance of the line at predetermined locations. Discontinuities in the impedance of a transmission line will cause reflections of part of the signal energy from each discontinuity. These reflections will form a response signal with an embedded code determined by the locations of the discontinuities on the line. A simple, advantageous procedure for introducing discontinuities is shown in fig. 3 by varying the geometry of the line with holes 12, or notches 13, 14 of different width and/or distance. This method will be cheap and can be easily integrated into a production, but other methods to achieve discontinuities in the impedance can also be used.

Det reflekterte kodete signalet b) blir tatt imot av ei mottakerantenne 4, forsterket og detektert av mottakeren 2. Signalet b) er ikke direkte lesbart formgjenkjenning av kode. Det vil være et sveipet signal overlagreti; en uregelmessig rippel på grunn av forskjellig tidsforsinkelse for hver av refleksjonene fra de forskjellige diskontinuitetene. For å lese koden digitaliseres signalet i den digitale signalbehand-lingsdelen 6, hvor det utføres en invers^Fourier-transformas jon av signalet slik at informasjonen presenteres i tidsplanet c). Ved å anvende denne framgangsmåten vil en få en oppløsning og en bit-tetthet som bestemmes av den sveipbredden som benyttes. Id-brikkens bit-avstand uttrykt i tid er tilnærmet l.ik invers verdi av sveipbredden/A F. Dette gir en fysisk bitavstand uttrykt i meter som er lik tidsavstanden i sekunder multi-plisert med forplantningshastigheten v^ i m/s. The reflected coded signal b) is received by a receiver antenna 4, amplified and detected by the receiver 2. The signal b) is not directly readable shape recognition of code. There will be a swept signal superimposed; an irregular ripple due to different time delay for each of the reflections from the different discontinuities. To read the code, the signal is digitized in the digital signal processing part 6, where an inverse Fourier transformation of the signal is performed so that the information is presented in the time plane c). By using this procedure, you will get a resolution and a bit density that is determined by the sweep width that is used. The Id chip's bit distance expressed in time is approximately equal to the inverse value of the sweep width/A F. This gives a physical bit distance expressed in meters which is equal to the time distance in seconds multiplied by the propagation speed v^ in m/s.

Den lesbare kodeinformas jon i tidsplanet c) leses inn av en datamaskin 7, for registrering av identitet og videre behandling gitt av den aktuelle anvendelsen av systemet. The readable code information in the time plane c) is read in by a computer 7, for registration of identity and further processing given by the relevant application of the system.

En annen alternativ utførelsesform er å la spørresignalet være en ekstremt kort puls med pulsbredde mindre enn bit-avstanden og derav motta et reflektert kodet signal som kan avleses direkte i tidsplanet. Denne korte pulsen vil ha en båndbredde som tilsvarer sveipbredden i foregående eksempel. På grunn av en relativt høy forplantningshastighet for signalet på id-brikkens transmisjonslinje, og derav kort bit-avstand, er dette med dagens teknologi ennå ikke den mest hensiktsmessige løsning, men vil sannsynligvis kunne bli en framtidig hensiktsmessig metode. Another alternative embodiment is to let the interrogation signal be an extremely short pulse with a pulse width smaller than the bit distance and thereby receive a reflected coded signal that can be read directly in the time plane. This short pulse will have a bandwidth that corresponds to the sweep width in the previous example. Due to a relatively high propagation speed for the signal on the ID chip's transmission line, and hence the short bit distance, this is not yet the most appropriate solution with current technology, but will probably become an appropriate method in the future.

Claims

1. procedure for wireless identification and monitoring of persons, objects, animals or other preferably moving objects, where an electromagnetic interrogation signal is emitted from a transmitter, the signal is intended for reception by a passive identification transponder placed on or near each object to be identified and/or monitored, and where the interrogation signal is reflected as a coded response signal from an identification circuit that is part of the identification transponder, characterized in that the electromagnetic interrogation signal received by the passive identification transponder's antenna is introduced into one or more electrical transmission lines with a characteristic impedance, and performed with discontinuities in the impedance along the line according to a predetermined code pattern which is preferably individual for each circuit, where it is created a preferably individual, binary: coded reflex ion signal, which constitutes the response signal.

2. Method in accordance with claim 1, characterized in that said electromagnetic interrogation signal consists of a frequency sweep and the code in the reflected signal can preferably be recognized in the time plane of the signal by performing an inverse Fourier transformation.

3. Method in accordance with claim 1, characterized in that said electromagnetic interrogation signal consists of a short pulse and the code in the reflected signal can preferably be directly recognized in the time plane of the signal.

4. Device (identification tag) for carrying out the procedure in accordance with any of claims 1-3, which consists of a substrate/laminate where one or more antennas are applied to the surface, characterized in that the antenna or antennas are electrically connected to one or more transmission lines for an electromagnetic wave signal, which transmission line or lines are also applied to the surface of the substrate/laminate and are the carrier of the identification chip code in that the line or lines are made with discontinuities in the impedance along the line.

5. Identification tag in accordance with claim 4, characterized in that the transmission line(s) are preferably of the microstrip type and in that the discontinuities in the impedance are made as width variations and/or holes, or in that components are connected at the points of discontinuity that provide a deviating impedance in the connection points.