CN103632177A - 一种双线框三维通道装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频识别（RFID,RadioFrequencyIdentification）技术领域，具体地说是一种能够实现标签三维读取、有效降低漏读率的双线框三维通道装置，设有射频读写器、功率分配器、天线切换单元以及与天线切换单元相连接的由两个以上的天线线圈组成的射频天线阵列，其中射频读写器的射频信号输出端与功率分配器相连接，射频读写器的控制信号输出端分别与功率分配器、天线切换单元相连接，功率分配器的输出端与天线切换单元相连接，其特征在于射频天线阵列中的天线两两一组，天线线圈均绕制为等大的直角梯形，两个天线线圈配合拼成矩形天线框，与现有技术相比，能够有效提高对射频标签识别的准确率。

Description

一种双线框三维通道装置

技术领域

 本发明涉及射频识别（RFID, Radio Frequency Identification）技术领域，具体地说是一种能够实现标签三维读取、有效降低漏读率的双线框三维通道装置。

背景技术

在现有射频识别技术领域，射频识别系统一般包括射频天线、用于控制射频信号发射及接收的读写模块，以及固定在待识别物品上的射频标签，使用时射频天线输出射频信号，对射频标签进行读取，射频标签上携带的信息再经射频天线反馈至读写模块内的信号接收电路，对接收到的信息进行处理后，即可完成对射频标签以及其所表示的物体的ID识别。在该系统中，射频天线是整个射频识别系统的重要组成部分，其完成射频识别系统中磁场的发射和接收。当将射频识别技术应用于三维通道装置时，需要将射频天线做成天线框的形式，多个框形天线组成天线阵列，天线阵列完成对标签的三维读取。

在现有三维通道装置中，单个框形天线线圈在工作时，在天线线圈中间位置存在盲区，所以常通过框形天线重叠互补形式，各天线依次轮询工作，相邻两框形天线可以相互弥补对方盲区，从而实现了标签的三维读取。

现有技术中，采用框形天线重叠互补形式实现标签三维读取的方法主要有两种:一种方法是天线阵列在工作时，两个天线均采用矩形线圈，两个矩形天线框部分重叠，构成互补的形式，此时由于天线框高度的限制，两个框形天线组成的通道装置高度较低，所以标签的可读区域较小，实际应用中，当标签以较高的高度通过通道装置时，可能会存在漏读现象，如果想增大标签的可读区域，需要增加天线框的高度，此时盲区的面积也相应增大，所以需要同时增加两个天线框的重叠面积，但是因互补的两个框形天线为轮询工作，不工作的天线会对工作的天线起到反作用，重叠面积的加大会导致天线间相互耦合的程度加强，读取效果差；另一种方法是天线阵列采用三个矩形天线框重叠互补的形式，三个框形天线组成的通道装置高度较高，所以标签的可读区域较大，但是，由于三个天线轮询工作，天线轮询时间一定，所以每个天线读取的时间减少，当多个标签同时通过通道装置时，由于时间较短，可能存在漏读现象。

发明内容

 本发明针对现有技术存在的缺点和不足，提出一种在天线个数最少和不增加天线彼此间重叠面积的前提下，能够大大增加标签可读区域，进而有效弥补读取盲区，降低漏读率的双线框三维通道装置及使用方法。

本发明可以通过以下措施达到：

一种双线框三维通道装置，设有射频读写器、功率分配器、天线切换单元以及与天线切换单元相连接的由两个以上的天线线圈组成的射频天线阵列，其中射频读写器的射频信号输出端与功率分配器相连接，射频读写器的控制信号输出端分别与功率分配器、天线切换单元相连接，功率分配器的输出端与天线切换单元相连接，其特征在于射频天线阵列中的天线两两一组，天线线圈均绕制为等大的直角梯形，两个天线线圈配合拼成矩形天线框。

本发明所述功率分配器中设有功率分配电路以及相位切换电路，其中相位切换电路与功率分配电路的一个输出端相连接，功率分配电路用于将输入的射频信号按分配比分为至少两路，相位切换电路可以采用初级、次级线圈式电路结构完成对输入的射频信号相位的切换。

本发明中设有至少两个天线切换单元，每个天线切换单元内设有至少两路射频开关电路，两路以上的射频开关电路与射频天线阵列中两个以上的天线一一对应连接，所述射频开关电路由高频信号开关电路和匹配电路组成，高频信号开关电路的输出端与匹配电路相连接，匹配电路的输出端与射频天线阵列中的一个天线相连接。

本发明中优选设有两个天线切换单元，每个天线切换单元中设有两路射频开关电路，天线切换单元分别与两个天线相连接。

本发明中天线线圈绕制为直角梯形，其具有两个非直角的底角，其中较小的一个角度范围为30°-60°。

本发明在使用时，先经过系统上电，射频读写器完成基本数据的加载；待射频读写器的基本数据正常加载完成后，向天线切换单元输出天线切换控制信号，向功率分配器输出射频信号以及相位切换信号，其中两个天线切换单元在天线切换控制信号的驱动下,分别控制每个天线切换单元中的一路射频开关电路导通，使与该路射频开关电路对应的天线处于工作状态，同时天线匹配模块对天线和天线进行阻抗匹配，将天线的频率谐振至13.56M，输出阻抗变换至50Ω；射频读写器输出的射频信号和相位切换信号传送至功率分配器，功率分配器将射频信号的功率平均分配至两路，并根据相位切换信号控制这两路射频信号的相位相同或相反，分别传送至两个天线切换单元，天线切换单元将射频信号传送至处于工作状态的天线，此时这两个天线同时对标签进行读取；此后射频读写器输出天线切换信号，通过控制射频开关电路的导通，使另一组天线处于工作状态，完成对标签进行读取，通过重复上述步骤，完成对待检测区域内标签的检测。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）标签的可读区域大大增加：通过采用两个梯形天线框重叠互补的形式，重叠区域的上下两个边为两个梯形天线框的斜边，从而实现在不增加重叠面积的前提下，大大增加了标签的可读区域。（2）漏读率低：两个框型天线轮询工作，由于轮询时间一定，所以每个天线读取的时间增加，当多个标签同时通过通道装置时，天线有足够的时间读取标签，从而有效降低了漏读率。（3）天线的个数减少，生产成本降低：采用两个梯形天线框重叠互补的形式使得标签的可读区域大大增加，相比采用三个矩形天线框重叠互补的形式，减少了天线的个数，降低了生产成本。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明中与同一天线切换单元相连接的一组射频天线的结构示意图。

附图标记:电源模块1、射频读写器2、功率分配器3、天线切换单元4、天线切换单元5、天线6、天线7、天线8、天线9。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。

实施例1：

如附图1所示，本发明提出的一种双线框三维通道装置，包括：电源模块1、射频读写器2、功率分配器3、天线切换单元4、天线阵列，所述天线阵列采用两个直角梯形天线框协同互补的形式，使得在天线个数最少和不增加成对工作天线重叠面积的前提下，大大提高了标签的可读区域，阵列中两天线轮询工作，相邻两天线相互弥补对方盲区，两天线阵列同时工作，在两天线阵列中间形成一个磁场相对均匀的通道，从而能够实现标签的三维读取、有效降低漏读率。

所述射频读写器2，输入端与电源模块1相连，用于产生射频信号、相位切换信号以及天线切换控制信号，其中射频信号和相位切换信号传送至功率分配器3，天线切换控制信号传送至天线切换单元4和天线切换单元5。

所述功率分配器3，输入端与射频读写器1相连，将来自射频读写器1的射频信号按功率比1:1平均分配至两路，并根据相位切换信号控制这两路射频信号的相位相同或相反，其中一路传送至天线切换单元4，另一路传送至天线切换单元5。

所述天线切换单元4，输入端分别与射频读写器1和功率分配器3相连，输出端与天线6和天线7相连，所述天线切换单元4包括两个射频开关电路和两个天线匹配模块，射频开关电路与匹配电路一一对应连接，分别完成对天线6和天线7的切换控制和匹配。

所述天线切换单元5，输入端分别与射频读写器1和功率分配器3相连，输出端与天线8和天线9相连，所述天线切换单元4包括两个射频开关电路和两个天线匹配模块，分别完成对天线8和天线9的切换控制和匹配。

所述射频开关电路，每个射频开关电路都有两路输入，一路输入与功率分配器3相连，用于将来自功率分配器3的射频信号传送至相应天线；另一路输入与射频读写器1相连，通过射频开关的通断，完成对各自对应的天线的切换控制，在对应的天线工作时将射频信号传送至其对应的天线，在对应的天线不工作时将射频信号与其对应的天线隔开，从而避免射频信号进入不处于工作状态的天线而影响正在工作的天线。

所述匹配模块，输入端与射频开关电路相连，输出端与对应的天线相连，用于对对应的天线进行阻抗匹配，将对应天线的频率谐振至13.56M，输出阻抗变换至50Ω，从而保证射频读写器发出的射频信号尽可能多的到达天线，并通过天线辐射出去。

所述天线阵列，两个天线阵列分别接收来自天线切换单元4和天线切换单元5的射频信号，两天线阵列同时工作，阵列中两天线轮询工作，在两天线阵列中间形成一个磁场相对均匀的通道。

所述电源模块1，为整个通道装置提供电源，其结构与现有技术相同，此不赘述。

实施例2：

如图2所示，本发明中的天线阵列采用双线框形式，为了保证三维通道装置的标签的可读区域足够大，本发明增加了天线框的高度，由于单个框型天线形成的磁场在线框中间方向会存在一个不可避免的盲区，并且随着天线框高度的增加，盲区的面积也会随之增大，所以需要同时增加两个天线框的重叠面积，若天线阵列采用两个矩形框重叠互补的形式，重叠面积的加大会导致天线间相互耦合的程度加强，读取效果差。鉴于以上情况，本发明中天线阵列采用两个梯形天线框重叠互补的形式。

所述梯形天线框的形状为直角梯形，所述直角梯形的一个非直角底角的角度可以为30°-60°。

所述重叠区域的上下两个边为两个梯形天线框的斜边，重叠区域的面积可等效为图2中标出的高度为H的矩形区域的面积，重叠区域为斜边的设计，使得等效的重叠区域的面积大大增加，当两天线轮询工作时，完全可以相互弥补盲区。

天线阵列采用两个梯形天线框重叠互补的形式，使得在天线个数最少和不增加重叠面积的前提下，大大增加了标签的可读区域，阵列中两天线轮询工作，相邻两天线相互弥补对方盲区，从而能够实现标签的三维读取、有效降低漏读率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）标签的可读区域大大增加：通过采用两个梯形天线框重叠互补的形式，重叠区域的上下两个边为两个梯形天线框的斜边，从而实现在不增加重叠面积的前提下，大大增加了标签的可读区域。（2）漏读率低：两个框型天线轮询工作，由于轮询时间一定，所以每个天线读取的时间增加，当多个标签同时通过通道装置时，天线有足够的时间读取标签，从而有效降低了漏读率。（3）天线的个数减少，生产成本降低：采用两个梯形天线框重叠互补的形式使得标签的可读区域大大增加，相比采用三个矩形天线框重叠互补的形式，减少了天线的个数，降低了生产成本。

Claims (5)

1.一种双线框三维通道装置，设有射频读写器、功率分配器、天线切换单元以及与天线切换单元相连接的由两个以上的天线线圈组成的射频天线阵列，其中射频读写器的射频信号输出端与功率分配器相连接，射频读写器的控制信号输出端分别与功率分配器、天线切换单元相连接，功率分配器的输出端与天线切换单元相连接，其特征在于射频天线阵列中的天线两两一组，天线线圈均绕制为等大的直角梯形，两个天线线圈配合拼成矩形天线框。

2.根据权利要求1所述的一种双框三维通道装置，其特征在于天线线圈绕制为直角梯形，其具有两个非直角的底角，其中较小的一个角度范围为30°-60°。

3.根据权利要求2所述的一种双框三维通道装置，其特征在于所述功率分配器中设有功率分配电路以及相位切换电路，其中相位切换电路与功率分配电路的输出端相连接，功率分配电路用于将输入的射频信号按功率分配比分为至少两路，相位切换电路采用初级、次级线圈式电路结构完成对输入的射频信号相位的切换。

4.根据权利要求3所述的一种双框三维通道装置，其特征在于设有至少两个天线切换单元，每个天线切换单元内设有至少两路射频开关电路，两路以上的射频开关电路与射频天线阵列中两个以上的天线一一对应连接，所述射频开关电路由高频信号开关电路和匹配电路组成，高频信号开关电路的输出端与匹配电路相连接，匹配电路的输出端与射频天线阵列中的一个天线相连接。

5.根据权利要求4所述的一种双框三维通道装置，其特征在于设有两个天线切换单元，每个天线切换单元中设有两路射频开关电路，天线切换单元分别与两个天线相连接。

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