PT116164B

PT116164B - MASS PLAN TOPOLOGY FOR ANTENNAS OF SYSTEMS WITH RFID TECHNOLOGY

Info

Publication number: PT116164B
Application number: PT116164A
Authority: PT
Inventors: Da Silva Pereira João; Priem Mendes Sílvio; Nuno Grácio Rosa José; Daniel Cunha Faria Simão; Vasco Guerra Baptista Monteiro Rui
Original assignee: Inst Politecnico De Leiria; Inst De Telecomunicacoes
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2022-07-05
Also published as: PT116164A

Abstract

O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A UMA TOPOLOGIA DE RADIAIS QUE PERMITEM AUMENTAR O ALCANCE DE UMA ANTENA, SENDO QUE ESTE FOI DESENVOLVIDO PARA SISTEMAS DE RADIO-FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID) DE MODO A AUMENTAR O ALCANCE DO MESMO. EXEMPLO DE APLICAÇÃO DO INVENTO SÃO APLICAÇÕES DE INDOOR POSITIONING SYSTEM (IPS), INDÚSTRIA 4.0 E/OU INDUSTRIAL INTERNET OF THINGS (IIOT). O ARRANJO DOS RADIAIS É FREQUENTEMENTE CHAMADO DE PLANO DE MASSA, SENDO ESTA ESTRUTURA COMPOSTA POR TRÊS RADIAIS (7, 8, 9), DOIS DELES PARALELOS (8, 9), SENDO QUE ESTES SÃO TAMBÉM PERPENDICULARES AO TERCEIRO RADIAL (7). A ANTENA (1) É PERPENDICULAR AO PLANO FEITO PELOS RADIAIS (7, 8, 9). OS ÍMANES USADOS NESTE INVENTO GARANTEM QUE O ARRANJO MANTÉM A SUA FORMA. OS ÍMANES E OS RADIAIS DEVEM SER DE MATERIAL TAL QUE GARANTAM A CONDUTIVIDADE ENTRE O SINAL DE MASSA DA ANTENA (10) E TODOS OS ELEMENTOS DO INVENTO.THE PRESENT INVENTION REFERS TO A TOPOLOGY OF RADIALS THAT ALLOW TO INCREASE THE RANGE OF AN ANTENNA, WHERE IT WAS DEVELOPED FOR RADIO-FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID) SYSTEMS IN ORDER TO INCREASE THE RANGE OF IT. EXAMPLE OF APPLICATION OF THE INVENTION ARE INDOOR POSITIONING SYSTEM (IPS), INDUSTRY 4.0 AND/OR INDUSTRIAL INTERNET OF THINGS (IIOT) APPLICATIONS. THE ARRANGEMENT OF THE RADIALS IS OFTEN CALLED THE PLAN OF MASS, AND THIS STRUCTURE IS COMPOSED OF THREE RADIALS (7, 8, 9), TWO OF THEM PARALLEL (8, 9), WHICH ARE ALSO PERPENDICULAR TO THE THIRD RADIAL (7). THE ANTENNA (1) IS PERPENDICULAR TO THE PLANE MADE BY THE RADIALS (7, 8, 9). THE MAGNETS USED IN THIS INVENTION ENSURE THAT THE ARRANGEMENT MAINTAINS ITS SHAPE. MAGNETS AND RADIALS MUST BE OF MATERIAL SUCH AS TO ENSURE CONDUCTIVITY BETWEEN THE ANTENNA MASS SIGNAL (10) AND ALL ELEMENTS OF THE INVENTION.

Description

DESCRIÇÃODESCRIPTION

Topologia de Plano de Massa para Antenas de Sistemas com Tecnologia RFIDMass Plane Topology for Antennas of RFID Technology Systems

Área técnica da invençãoTechnical area of the invention

Em zonas fechadas, como edifícios, os sistemas de localização atuais, como o Global Positioning System (GPS) apresentam erros que não tornam viável a utilização destas tecnologias em ambientes interiores. Os Indoor Positioning Systems (IPS) tentam colmatar este problema usando outras tecnologias. Uma das tecnologias usada para este efeito é a Radio-Frequency Identification (RFID). 0 RFID é uma tecnologia sem fios em que etiquetas são lidas por um leitor que tem associado uma antena.In closed areas, such as buildings, current location systems, such as the Global Positioning System (GPS) present errors that do not make it feasible to use these technologies indoors. Indoor Positioning Systems (IPS) try to overcome this problem using other technologies. One of the technologies used for this purpose is Radio-Frequency Identification (RFID). 0 RFID is a wireless technology in which tags are read by a reader that has an associated antenna.

Os sistemas de localização que usam RFID recorrem a várias métricas de sinal para estimar a posição de um alvo em tempo real, tais como, Receive Signal Strength Indicator (RSSI), Angle of Arrival (AoA), Phase of Arrival (PoA), Time of Arrival (ToA), frequência de leitura de etiquetas, entre outras.Location systems that use RFID use various signal metrics to estimate the position of a target in real time, such as Receive Signal Strength Indicator (RSSI), Angle of Arrival (AoA), Phase of Arrival (PoA), Time of Arrival (ToA), tag reading frequency, among others.

presente invento permite ampliar o alcance da antena usada neste tipo de sistemas de modo a aumentar a distância máxima de leituras, permitindo a redução do número de leitores RFID e outros componentes do sistema, sem afetar a precisão do mesmo.The present invention allows to extend the range of the antenna used in this type of systems in order to increase the maximum distance of readings, allowing the reduction of the number of RFID readers and other components of the system, without affecting the accuracy of the same.

De modo a aumentar o ganho de uma antena dimensiona-se um plano de massa apropriado para sistemas RFID, permitindo assim ampliar o alcance dos mesmos.In order to increase the gain of an antenna, a suitable mass plane for RFID systems is dimensioned, thus allowing to expand their range.

Estado da técnicaState of the art

Atualmente, existem vários modelos de antenas que podem ser usados em sistemas RFID de modo alterar o alcance dos mesmos. Em geral, antenas de maiores dimensões têm ganhos mais elevados, e consequentemente, permitem estender o alcance do sistema, sendo que, normalmente, estas antenas revelam-se mais dispendiosas.Currently, there are several models of antennas that can be used in RFID systems in order to change their range. In general, larger antennas have higher gains, and consequently, allow extending the range of the system, and these antennas are usually more expensive.

Existem situações em que não é desejável ou possível a utilização de uma antena com as caraterísticas referidas anteriormente, devido a restrições orçamentais e/ou técnicas.There are situations in which it is not desirable or possible to use an antenna with the characteristics mentioned above, due to budgetary and/or technical restrictions.

A presente solução mitiga as possíveis restrições de implementação de um sistema de localização RFID permitindo a extensão do seu alcance.The present solution mitigates the possible restrictions of implementing an RFID location system, allowing the extension of its reach.

Sumário da invenção presente invento refere-se a um plano de massa dimensionado para melhorar o ganho de antenas em sistemas de localização em ambientes fechados que usem a tecnologia RFID, permitindo assim leituras a uma maior distância.Summary of the Invention The present invention relates to a ground plane dimensioned to improve the gain of antennas in indoor location systems that use RFID technology, thus allowing readings at a greater distance.

plano de massa proposto nesta invenção é composto por varões metálicos, ou radiais, e imanes que asseguram a integridade de toda a topologia.ground plane proposed in this invention is composed of metallic or radial rods and magnets that ensure the integrity of the entire topology.

invento proposto foi desenvolvido recorre à tecnologia RFID Ultra High Frequency (UHF) , não restringindo a sua utilização com outras tecnologias. 0 plano de massa inventado foi pensado para ser usado em sistemas IPS de modo a minimizar o erro de localização em espaços fechados como por exemplo edifícios, armazéns, áreas subterrâneas, entre outros.The proposed invention was developed using Ultra High Frequency (UHF) RFID technology, not restricting its use with other technologies. The invented mass plane was thought to be used in IPS systems in order to minimize the location error in closed spaces such as buildings, warehouses, underground areas, among others.

Este sistema pode também apresentar vantagens em aplicações relacionadas com a indústria 4.0 e/ou Industrial Internet Of Things (IIOT), como por exemplo, a gestão de inventário, armazéns inteligentes, automação industrial, entre outras. A principal vantagem deste invento é o aumento do ganho de uma antena que permite ampliar o alcance do sistema RFID. A melhoria do alcance pode variar devido a inúmeros fatores, mas foram conseguidas leituras a seis metros com o plano de massa proposto, enquanto que sem este, as leituras chegam apenas ao meio metro.This system can also have advantages in applications related to Industry 4.0 and/or Industrial Internet Of Things (IIOT), such as inventory management, smart warehouses, industrial automation, among others. The main advantage of this invention is the increase in the gain of an antenna that allows extending the range of the RFID system. The range improvement can vary due to numerous factors, but readings at six meters were achieved with the proposed mass plane, while without it, readings only reach half a meter.

A segunda vantagem da topologia de plano de massa proposta é a sua simplicidade de construção e obtenção dos materiais usados para tal.The second advantage of the proposed mass plane topology is its simplicity of construction and obtaining the materials used for this.

Outra vantagem é a redução do número de antenas necessárias, e, por conseguinte, de leitores RFID, para fazer a cobertura do espaço onde o sistema é implementado. Sendo o alcance das antenas maior, quando se usa a presente invenção, então não será necessário recorrer a tantas antenas para cobrir a mesma área espacial.Another advantage is the reduction in the number of antennas needed, and therefore of RFID readers, to cover the space where the system is implemented. Since the range of the antennas is greater when using the present invention, then it will not be necessary to use as many antennas to cover the same spatial area.

A quarta vantagem do presente invento é a possibilidade de utilização de etiquetas de design simplificado obtendo o mesmo alcance do que a utilização de etiquetas complexas, como por exemplo as etiquetas anti metal.The fourth advantage of the present invention is the possibility of using labels of simplified design, achieving the same scope as the use of complex labels, such as anti-metal labels.

Descrição das figurasDescription of figures

- Fig. 1 é a vista em perspetiva esquemática da topologia de plano de massa proposto;- Fig. 1 is a schematic perspective view of the proposed ground plane topology;

- Fig. 2 representa a vista de cima do invento;- Fig. 2 represents the top view of the invention;

- Fig. 3 ilustra a vista frontal da presente invenção.- Fig. 3 illustrates the front view of the present invention.

contendo as dimensões do arranjo usado nos testes;containing the dimensions of the arrangement used in the tests;

- Fig. 4 é o corte lateral do plano de massa.- Fig. 4 is the side cut of the ground plane.

Descrição da concretização preferidaDescription of preferred embodiment

Fazendo referência às figuras, vai ser agora descrita a concretização preferida do invento, em que o plano de massa é constituído por um conjunto de elementos representados nas ditas figuras, montados como seguidamente se descreve.With reference to the figures, the preferred embodiment of the invention will now be described, in which the ground plane is constituted by a set of elements shown in said figures, assembled as described below.

A antena (1) pode ser alterada por uma outra dependo do sistema bem como as dimensões dos radiais (7, 8, 9) . Esta antena (1) deve ser perpendicular ao plano feito pelos radiais (7, 8, 9). Para manter a antena (1) na posição correta são usados dois imanes (2, 3) um de cada lado da antena (1) de tal modo que esta fique fixa. A antena (1) e os imanes de aperto (2, 3) estão apoiados no radial intermédio (9) . 0 íman que fica na parte traseira da antena (3) também deve estar em contacto com o radial superior (7).The antenna (1) can be changed by another one depending on the system as well as the dimensions of the radials (7, 8, 9). This antenna (1) must be perpendicular to the plane made by the radials (7, 8, 9). To keep the antenna (1) in the correct position, two magnets (2, 3) are used, one on each side of the antenna (1) in such a way that it is fixed. The antenna (1) and the clamping magnets (2, 3) are supported on the intermediate radial (9). The magnet at the rear of the antenna (3) must also be in contact with the upper radial (7).

condutor com o sinal de massa da antena (10) deve ser ligado a um qualquer elemento do invento desde que seja garantida condutividade elétrica entre todos os elementos da invenção. O material usado nos radiais (7, 8, 9) e nos imanes (2, 3, 4, 5, 6) deve ser tal que garanta a condutividade elétrica entre todos os elementos do invento.conductor with the mass signal of the antenna (10) must be connected to any element of the invention provided that electrical conductivity is guaranteed between all elements of the invention. The material used in the radials (7, 8, 9) and in the magnets (2, 3, 4, 5, 6) must be such as to guarantee the electrical conductivity between all the elements of the invention.

Entre o radial superior (7) e o intermédio (9) está um íman (4) . O radial intermédio (9) e o radial inferior (8) são paralelos, sendo que, por sua vez, estes são perpendiculares com o radial superior (7). Entre o radial intermédio (9) e o radial inferior (8) devem ser colocados os imanes necessários para que a distancia entre estes radiais seja aproximadamente uma quinquagésima parte do comprimento de onda, para o efeito da ilustração foram colocados dois imanes (5, 6) . 0 quociente do diâmetro dos radiais (7, 8, 9) pelo comprimento de onda do sistema deve ser maior que 0,002 e menor que 0,01. O comprimento dos radiais (7, 8, 9) deve ser metade do comprimento de onda do sistema ou múltiplos do mesmo.Between the upper radial (7) and the intermediate (9) is a magnet (4). The intermediate radial (9) and the lower radial (8) are parallel, which, in turn, are perpendicular to the upper radial (7). Between the intermediate radial (9) and the lower radial (8) the necessary magnets must be placed so that the distance between these radials is approximately one fiftieth of the wavelength, for the purpose of the illustration two magnets were placed (5, 6 ) . The ratio of the diameter of the radials (7, 8, 9) by the wavelength of the system must be greater than 0.002 and less than 0.01. The length of the radials (7, 8, 9) must be half the wavelength of the system or multiples of it.

Leiria, 13 de dezembro de 2019Leiria, December 13, 2019

Claims

1 - Mass plane topology for antennas in RFID systems characterized by understanding:

— an antenna (1), adapted to process a radio frequency signal with a specific wavelength;

— three radials (7, 8, 9), wherein the intermediate radial (9) and the lower radial (8) are parallel to each other, said radials (8, 9) being simultaneously perpendicular to the upper radial (7);

—at least 4 magnets (2, 3, 4, 5, 6), configured to maintain a structural arrangement between the radials (7, 8, 9) and the antenna (1), such that:

— two magnets (2, 3) are adapted to fix the antenna (1) together, the first magnet (2) being in contact with the front of the antenna (1) and the second magnet (3) being in contact with the back of the antenna (1); the set of magnets (2, 3) and antenna (1) being supported on the intermediate radial (9); and the second magnet (3) being in contact with the upper radial (7) and a third magnet (4);

— the third magnet (4), being arranged between the upper radial (7) and the intermediate radial (9);

— at least a fourth magnet (5, 6) arranged between the intermediate radial (9) and the lower radial (8), defining a spacing between the radials (8, 9);

and in that the diameter of the radials (7, 8, 9) varies between 0.002 and 0.01 times the wavelength of the signal; and the length of the radials (7, 8, 9) is half or a multiple of the signal wavelength; and the spacing between the intermediate radial (9) and the lower radial (8) is one-fiftieth of the signal wavelength.

Topology according to claim 1, characterized in that the first and second magnets (2, 3) are adapted to fix the antenna (1) in such a way that it is perpendicular to the plane formed by the radials (7, 8, 9).

Topology according to claim 1 characterized in that the radials (7, 8, 9) and/or the magnets (2, 3, 4, 5, 6) are designed to receive the electrical connection of a ground signal (10). ) of the antenna (1).

Leiria, May 4, 2022.