CN101034768A - 商品管理用的天线及其控制方法 - Google Patents

Abstract

为了抑制由于启动附着在大量密集放置商品介质上的RFID标签的读出/写入操作的多个天线振子的电磁耦合而引起的操作失误。一种用于启动附着在密集存储于货架上商品介质上的RFID标签的读出/写入操作的商品管理用的天线，其包括：多个环形天线振子，它们以固定间隔并行安排在密集存储商品介质的货架上；第一开关，其用于选择地给天线振子之一供电；和多个插接在每个天线振子环路中的第二开关，当由第一开关提供电源的一个天线振子谐振时，其余的天线振子的环路断电以致这些天线振子变为不谐振。

Description

商品管理用的天线及其控制方法

技术领域

本发明涉及到一种用于射频识别(RFID)读写器的天线，其启动对RFID标签的读出/写入操作。尤其是，本发明涉及到一种商品管理用的天线及其控制方法，该方法通过启动对于附着在大量密集放置的每个商品上的RFID标签进行读出/写入操作来管理这些商品。

背景技术

近来，已有人提出了一种射频识别(RFID)系统，其通过使用RFID标签能够管理大量密集放置的商品介质，诸如文件、书籍、CD(光盘)、DVD(数字通用光盘)。下面将参考利用书籍和文件作为商品介质的情况进行描述。

图7是一个用于显示商品管理用的天线例子的透视图。如图7所示，该商品管理用的天线设置在密集贮存其上面附着有RFID标签的书籍和文件的书架500上。

商品管理用的天线由单个的天线振子900组成。天线振子900是用于启动对于密集放置的RFID标签的读出/写入操作的RFID读写器天线，例如，其能够即刻检测到在书架500上存放的书籍和文件的存在。

天线振子900由一个环形导体901、电容器902和馈电导体903组成。环形导体901是一个封闭的环形导体，而电容器902串联地插接在它的中间。馈电导体903连接在环形导体901的任意位置，并且与同轴电缆905的同轴中心导线连接。同轴电缆905的同轴外导体与环形导体901连接。

商品管理用的天线能够启动读出/写入操作的密集放置的RFID标签的数量仅仅30个左右。对于上述的商品管理用的天线，即使通过附加多个天线振子900到书架500上并且使它们工作来增加密集放置的RFID标签的数量，也可能面对这样一个问题(如后面将描述的)，由于天线振子900之间产生的电磁耦合而干扰有效的操作。具体地，即使当单个天线振子900可以启动30个RFID标签时，如果在两个天线振子900之间产生电磁耦合，通过使用两个天线振子900可以启动读出/写入操作的RFID标签数量也不能简单地增加到两倍60个，而是至多增加到大约40个。

利用这种商品用的管理天线，例如，为了启动接近一百个密集放置的RFID标签的读/写操作，必须考虑由于多个天线振子900的电磁耦合引起的操作失误。因此，放置的天线振子900的数量将要增加，这是不实际的。

所以，期望一种商品管理用的天线，其具有在操作中不会因为用于启动密集放置的RFID标签的读出/写入操作的多个天线振子900的电磁耦合而产生商品管理用的天线损失。

关于使用这种RFID读写器天线的商品管理用的天线，常规的方法描述如下。

为了在天线方向图和集成电路芯片(IC卡)之间获得适当的数据通信，通常是提供与这些集成电路芯片的最佳匹配状态，而不考虑这些将要电磁耦合的集成电路芯片之间的距离，和集成电路芯片的类型与数量，下面公开一种技术(例如，参看日本未经审查专利公开的专利2001-024413(专利文献1))。在这种技术中，当集成电路(IC)芯片与天线方向图电磁耦合时，匹配-状态监视部分检测匹配电路的电压电平并且将其输出给门阵列。根据从匹配-状态监视部分接收的检测电平输入，门阵列将该电压电平与预先设置的电压电平进行比较。当两个电平不一致时，开关控制部分被驱动来闭合/断开天线环路方向的环路，以便获得与集成电路芯片一致的最佳匹配状态。

如上所述的专利文献1优化天线方向图与集成电路芯片之间的匹配状态，然而，该技术不是一种能够处理由于启动密集放置的RFID标签读出/写入操作的多个天线振子的电磁耦合产生的失误。

此外，有一种常规公开的技术(例如，日本未经审查专利公开的专利2003-072919(专利文献2))提出一种商用管理系统、一种非-接触的识别方法、天线装置和商用管理货架，其能够不耗费人工而精确地接收提供在存贮在货架的商品上的射频标签中的信息，同时大大地减少用于管理这些物品所需要的体力工作、劳务成本和工作时间。在这种技术中，商用管理系统包括：用于保存商品的单元；能够存贮特征信息和能够进行非-接触通信的射频标签，射频标签提供在存贮在这些单元中的商品上；用于与射频标签无接触通信的天线；和根据经由天线通信的结果，用于管理这些与商品有关的特征信息的管理装置。关于这种商用管理系统，在该单元内部提供了多个天线，并设置了开关装置用于在多个所提供的天线中切换将要进行通信操作的天线。

如上所述的专利文献2能够在多个所提供的天线中切换将要进行通信操作的天线，然而，如上面描述的情况那样，该技术不是用于处理在启动密集放置的RFID标签的读出/写入操作中，由于多个天线振子的电磁耦合而产生操作失误的技术。

此外，有一种常规公开的技术(例如，日本未经审查的专利公开的2005-086419(专利文献3))，为了即使在任意数量RFID单元位于彼此靠近或者彼此重叠，也能获得与电磁-引导RFID单元的可靠通信。这种技术提供一种数据发射/接收系统，其能够执行对于RFID的数据读出/写入。该系统包括：任意数量的电磁-引导的RFID单元；具有电磁引导激励天线的读写器；和具有可以逐步或者连续地调节谐振频率的调节部分的无源天线。

如上所述的专利文献3，即使在RFID单元彼此靠近或者彼此重叠时，也可以获得这些RFID单元之间的可靠通信，然而，如上面描述的情况那样，该技术不是一种用于在启动对密集放置的RFID标签的读出/写入操作时，处理由于多个天线振子的电磁耦合而产生的失误的技术。

而且，为了可靠地管理相对于在书架上的设置方向具有较薄厚度的商品，公开了一种商品管理系统，其利用RFID介质管理存储在书架上的商品，其中线圈形天线被设置在沿着书籍排列方向分段的书架上，它经过与附着在书籍上的集成电路(IC)标签的谐振从集成电路标签中读出信息(例如，日本未经审查的专利公报2005-343608(专利文献4))。

如上所述的专利文献4按次序切换多个线圈形天线，然而，如上面描述的情况那样，该技术不是用于处理在启动密集排放的RFID标签的读出/写入操作时，由于多个天线振子的电磁耦合而产生操作失误的技术。

此外，为了提供一种环形天线系统和无线电通信系统，它们能够在保证数据发送/接收的精确性的同时，灵活地适应于应用环境和使用目的，在下面提供了一种技术(例如，日本未审查的专利公报2005-347794(专利文献5))。在这种技术的环形天线系统中，多个环形天线通过变换它们的位置沿第一平面直线设置，其中多个环形天线的阵列包括第一平面的法线，并且该阵列可以与具有其法线方向是上述直线方向的第二平面的射频标签进行电磁耦合，如天线-线圈的面。这种技术的无线电通信系统包括射频标签，和用于存取射频标签的射频-标签存取装置，其中如上所述的环形天线系统是用作射频标签存取装置的天线振子。

如上所述的专利文献5在阵列中包括多个环形天线，然而，如上面描述的情况那样，该技术不是用于处理在启动对密集放置的RFID标签的读出/写入操作时，由于多个天线振子的电磁耦合而产生失误的技术。

发明内容

鉴于上述的问题，本发明的目的是提供一种商品管理用的天线，其能够在多个天线振子启动附着在大量密集放置的商品介质的RFID标签的读出/写入操作时，不会由于多个天线振子的电磁耦合而产生操作失误。

为了克服上述问题，本发明提供了一种商品管理用的天线，用于启动关于附着在商品介质上的RFID标签的读出/写入操作，其中商品介质密集地放置在架子上，商品管理用的天线包括：商品管理用的天线在密集存贮商品介质的架子上以固定间隔并行地设置的多个环形天线振子；第一开关，其用于选择地向多个天线振子之一提供电能；和插接在多个天线振子的每个环路中的第二开关，当天线振子之一由第一开关加电谐振时，对其余天线振子的环路的断电以致这些天线振子变为不谐振。

此外，用于允许所选择的天线振子谐振的谐振频率是在要存储的附着于商品介质的RFID标签的密集放置的情况下，被调节到谐振的频率。此外，当保存商品介质的架子是用磁性材料构成时，在架子两端的内侧设置隔板，而且隔板是利用从电介质材料、非金属材料和非磁性材料中挑选出的至少一种来构成。

此外，作为多个天线振子的每个第二开关，一个二极管插接在给该环路提供电能的同轴电缆的同轴电缆中心导线和同轴外导体之间位置的环路中，而在此提供一个与线圈一起构成的偏置T形接头，其用于施加偏置电压给同轴电缆的同轴中心导线，和一个用于防止施加的偏置电压流到环路的另一侧的电容器。

此外，读出/写入操作的启动是在RFID标签上执行，这些标签附着在从作为商品介质被密集存储在货架上的书籍、文件、CD、DVD介质、服装和食品中选择的至少一种上。

此外，本发明提供一种商品管理用的天线控制方法，其用于启动关于附着在密集存贮在书架上的商品介质的RFID标签的读出/写入操作，该方法包括以下步骤：

选择地向多个环形天线振子之一提供电能，所述多个环形天线振子以固定的间隔并行地设置在放置商品介质的储藏空间；和

当选择地向多个天线振子之一提供电能时，除了选择地被提供电能的天线振子之外的其它天线振子的环路是断电的，以致其它天线振子变为不谐振。

如上所述，在本发明中，有选择地提供电能给多个环形天线振子之一，这些天线振子以固定间隔并行地设置在商品介质密集放置的架子上。当电能被选择地提供给多个天线振子之一时，除了选择被提供了电能的天线振子之外的其它天线振子的环路是断电的，致使其它天线振子变为不谐振。因此，不存在为了密集放置RFID标签所提供的多个天线振子的电磁耦合所造成的损失。所以，对于大量密集放置RFID标签，每个天线振子的工作状态都可以设置为最佳状态，从而改善了RFID标签的识别率。

用于使天线振子之一谐振的谐振频率被设置为在RFID标签附加到要存储商品介质的密集放置的情况下，被调节到谐振的频率。所以，调节多个天线振子的谐振频率变得容易。

当保存商品介质的架子是用磁性材料构成时，在架子两端的内侧设置有隔板。隔板是由从电介质材料、纸介材料、非金属材料和非磁性材料中选择出的至少一种材料构成。因此，能够减小构成书架的材料的影响。

附图说明

图1是用于显示根据本发明实施例的商品管理用的天线的图解结构透视图，其中书籍和文件被用作为商品介质；

图2是用于描述图1所示商品管理用的天线的操作透视图；

图3是用于描述图1或者图2中显示的商品管理用的天线的同轴开关501和开关103、205的控制操作流程图；

图4是用于显示根据图1的修改例子的商品管理用的天线的图解结构透视图，其中书籍和文件被用作为商品介质；

图5是用于显示根据图2的修改例子的商品管理用的天线的图解结构透视图，其中书籍和文件被用作为商品介质；

图6是用于显示对应于图1、图2和图4的天线振子100、200和300的内部结构的另一个例子的透视图；

图7是用于显示根据已有技术的商品管理用的天线的示意结构透视图。

其中附图标记：

100，200，300，400：天线振子

101，201，301，401：环形导体

102，202，302，402：电容

103，203，303：开关

104，204，304，404：馈电导体

105，205，305，405：同轴电缆

403：二极管

450：偏置T形接头

451：线圈

452：电容

453：偏置端

500：书架

502：同轴电缆

503：同轴连接器

504：同轴开关

600：隔板

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。

图1是用于显示根据本发明实施例的商品管理用的天线的图解结构透视图，其中书籍和文件被用作为商品介质。在图1中，附着有RFID(射频识别)标签的书籍和文件作为商品介质存贮在书架500上。

如图1所示，两个天线振子100和200以固定的间隔设置作为商品管理用的天线，即，RFID的读写器天线。天线振子100、200的同轴电缆105、205经过同轴开关501连接到同轴电缆502，在此添加一个同轴连接器503。同轴开关501转换同轴电缆502的同轴中心导线与同轴电缆105、205的同轴中心导线之间的连接。因此，当同轴转换开关501连接同轴电缆502的同轴中心导线到同轴电缆105的同轴中心导线时，同轴电缆502的同轴中心导线与同轴电缆205的同轴中心导线是电隔离的。当同轴开关501连接同轴电缆502的同轴中心导线到同轴电缆205的同轴中心导线时，同轴电缆502的同轴中心导线与同轴电缆105的同轴中心导线是电隔离的。与同轴开关501的开/关控制无关，同轴电缆502的同轴外导体与同轴电缆105、205的同轴外导体总是电连接的。然而，像同轴中心导线的情况那样，同轴电缆502的同轴外导体与同轴电缆105、205的同轴外导体之间的连接可以选择由同轴开关501切换。

在书架500上装满RFID标签的状态下，重要的是调整天线振子100与200以致使谐振频率变成与射频信号一致。对于天线振子100和200来说较容易调节谐振频率。天线振子100的外部框架是利用诸如塑料的电介质材料框制成的壳体构成，而环形导体101、电容器102、开关103和馈电导体104都设置在其中。

环形导体101是一个闭合环路型的导体。在环形导体101的中间，电容器102串联地插入而且开关103也同样串联地插入。馈电导体104连接在环形导体101的任意位置，它以合适的距离与环形导体101平行地设置，而且与同轴电缆105的同轴中心导线连接。在这种情况下，同轴电缆105的同轴外导体与环形导体101连接。

天线振子200具有与天线100相同的结构。其外部框架是利用诸如塑料的绝缘材料框制成的壳体构成，而环形导体201、电容器202、开关203和馈电导体204都放置在其中。环形导体201是一个闭合环路型的导体。在环形导体201的中间，串联地插入电容器202，并串联地插入开关203。

馈电导体204连接在环形导体201的任意位置，它以合适的距离与环形导体201平行地设置，而且与同轴电缆205的同轴中心导线连接。在这种情况下，同轴电缆205的同轴外导体与环形导体201连接。同轴开关501控制以便选择同轴电缆105、205中的任何一个，并且从同轴电缆502提供电能给天线振子100和200中的任何一个。此外，天线振子100、200的开关103、203执行控制以致使没有被同轴开关501的控制选择供电的环路变成断电并且不谐振。

图2是描述图1中显示的商品管理用的天线的操作透视图，而图3是用于描述图1或图2中显示的商品管理用的天线的同轴开关501和开关103、205的控制操作流程图。

图2是使用两个天线振子100和200的情况。书架500的存储空间被两个天线振子100和200分割成三块。RFID标签91-99附着在作为商品介质的书籍或文件上，它们密集地存贮在由两个天线振子100和200分割的书架500的贮藏空间内。

为了利用天线振子100和200来管理书架500中的书籍或者文件，两个天线振子100和200的谐振频率被调节到在RFID标签91-99密集放置时谐振(图3中步骤S701)。

然后，通过操作同轴开关501来选择同轴电缆105，而且同轴电缆502被连接到天线振子100以便允许从同轴电缆502提供电能给天线振子100(图3中步骤S702)。

然后，天线振子100的开关103保持在接通状态(图3中步骤S703)。因此，当从同轴电缆502提供电时，天线振子100变为能够谐振。同时，天线振子200的开关203转变到切断环路供电(图3中步骤S704)。因此，天线振子200变成不能谐振。

当RF(射频)信号从同轴连接器503输入到天线振子100时，天线振子100谐振并且产生磁场，从而启动对靠近天线振子100的RFID标签91-97的读出和写入操作(图3中步骤S705)。在这种情况下，在天线振子200中不产生谐振，以致对于靠近天线振子200的RFID标签98和99没有启动读出/写入操作。取决于天线振子100产生的磁场强度(当该强度较弱时)，由于距离的原因，可能没有执行关于靠近天线振子100的RFID标签中间的RFID标签97或标签96和97的读出/写入操作的启动。

在天线振子100和存储在由天线振子100隔开的书架500的存储空间内的RFID标签之间，在读出/写入操作完成时刻，通过操作同轴开关501选择同轴电缆205(图3中步骤S706)。当通过同轴开关501的操作选择同轴电缆205时，同轴电缆502与天线振子100连接。利用这一点，可以从同轴电缆502提供电能给天线振子200。

然后，天线振子200的开关203转变到接通(图3中步骤S707)。因此，当从同轴电缆502提供电能时，天线振子200变成能够谐振。同时，天线振子100的开关103转变到切断环路供电(图3中步骤S708)。因此，天线振子100变成不能谐振。

由于RF(射频)信号从同轴电缆连接器503输入，天线振子200谐振并且产生磁场，从而启动关于RFID标签94-99的读出/写入操作(步骤S709)。在这种情况下，在天线振子100中没有产生谐振的现象，以致关于靠近天线振子100的RFID标签91-93的读出/写入操作没有启动。取决于天线振子200产生的磁场强度(当该强度较弱时)，由于距离的问题，可能没有执行关于靠近天线振子200的RFID标签中间的RFID标签94或标签94和95的读出/写入操作启动。

因此，通过有选择地切换天线振子100和200，能够利用该实施例来启动关于存储在由天线振子100、200来分割的存储空间的RFID标签96、97和RFID标签94、95的读出/写入操作。

在本实施例中，接通开关103以便使天线振子100能够谐振，而开关203断开以便使天线振子200能够不谐振。此外，断开开关103以设置天线振子100能够不谐振，而开关203接通以设置天线振子200能够谐振。其原因将在下面描述。

当存在以相同的无线电频率谐振的谐振电路时，天线振子100和200面对下列问题。

(1)在谐振电路之间产生电磁耦合，其导致包含被耦合的系统的谐振频率偏移，以致不能产生足够强度的磁场。

(2)空间磁场分布改变而且不平衡，以致关于在RFID标签中左侧和右侧的RFID标签的读出/写入启动不能充分执行。

即，在图1或图2的情况下，当天线阵子200设置为谐振状态同时天线振子100正在谐振时，或相反，当天线振子100设置为谐振状态同时天线振子200正在谐振时，天线振子100和天线振子200电磁耦合，而且由于耦合引起的互感影响，在同轴电缆105或205方面的谐振频率偏移。结果，天线振子100或者200就不能将RF信号转换为足够大的磁场。

此外，产生的磁场集中在天线振子100和天线振子200之间，而且很难分布在天线振子100、200的左侧和右侧以及外围。因此，对于分布在天线振子100和200两侧的RFID标签不可能启动有效的读出/写入操作。因此，对于本实施例，不存在由于为了密集放置的RFID标签提供的多个天线振子的电磁耦合而产生损失。所以，对于大量密集放置RFID标签，每个天线振子的工作状态可以设置成“最佳状态”，从而改善了RFID标签的识别率。

图4是用于显示根据图1的修改例子的商品管理用的天线的图解结构透视图，其中书籍和文件被用作为商品介质。在图4所示的实施例中，三个环形天线振子100、200、300以固定的间隔设置在书架500上，用于提供电能给每个天线振子100、200、300的同轴电缆105、205、305经由同轴开关504与同轴电缆502连接，同轴连接器503附加在同轴电缆502上。

天线振子100和200的结构如上所述。此外，天线振子300也具有与天线振子100和200相同的结构。外部框架是利用诸如塑料的电介质材料制成的壳体构成，而环形导体301、电容器302、开关303和馈电导体304都设置在其中，它们以与天线振子100和200一样的方式连接。用于提供电能给天线振子100、200、300的同轴电缆105、205、305与同轴转换开关504连接，因此可以选择这些电缆之一，而且同轴电缆502与同轴开关504连接。

通过同轴开关504的操作，可以选择地将同轴电缆502与同轴电缆105、205和305之一连接。

例如，当工作在13.56MHz的3个具有4瓦射频功率的天线振子以大约25cm的间隔设置时，利用图4显示的实施例可以启动按照大约8mm间隔密集放置的90个RFID标签的读出/写入操作。

参考图4，描述由三个天线振子分割存储空间的情况。然而，并不限制于这种情况。通常，也可能是下面的结构。

(1)多个环形天线振子并联连接；

(2)根据需要切换环形天线振子；

(3)切断不使用的环路环形天线振子的供电；和

(4)将要使用的环形天线振子的谐振频率调节为在将要使用的RFID标签密集放置时谐振。

在这种方式中，为大量RFID标签启动读出/写入操作设置的多个天线振子是按顺序操作的。为了不产生谐振，当天线振子之一在起作用时，其它天线振子的开关断开，以致其它天线振子没有电耦合。利用这一点，每个天线振子的工作状态可以设置为最佳状态。

图5是用于显示根据图2的修改例子的商品管理用的天线的图解结构透视图，其中书籍和文件被用作为商品介质。在图5显示的实施例中，隔板600设置在书架500两端的内侧。隔板600是用电介质材料比如塑料、纸介材料、非金属材料诸如泡沫聚苯乙烯或者非磁性材料构成。

当书架500是用磁性材料诸如金属或铁构成时，关于安置在书架500的两端的RFID标签的读出/写入操作可能就变得困难了。

在图5显示的实施例中，提供隔板600是为减弱构成书架500的材料的影响。

图6是用于显示对应于图1、图2和图4的天线振子100、200和300的内部结构的另一个例子的透视图。图6所示的天线振子400对应于图1、图2和图4中所示的天线振子100、200和300。

图6显示的天线振子400是这样一种结构，其中电容器402串联地插接在闭合的环形导体401的中间，而二极管403也串联地插接在其间。即，图1、图2和图4中的开关103、203和303变换成使用二极管的开关。

此外，馈电导体404连接在环形导体401的任意位置，它以合适的距离与环形导体401平行地设置，而且与同轴电缆405的同轴中心导线连接。在这种情况下，同轴电缆405的同轴外导体连接到环形导体。而且，为了简化偏置电流电路，二极管403插接在环形导体401中，并位于同轴电缆405的同轴中心导线和同轴外导体与环形导体401连接的连接点之间的位置。

用于施加直流电流，以便根据无线电频率接通或者断开二极管403的偏置T形接头450连接到同轴电缆405的另一端。线圈451连接在同轴中心导线与施加偏置电压的偏置端453之间。电容器452是用于防止偏置电流经由同轴中心导线流向另一边。

对于图1、图2和图4中的同轴开关501和504，也可以使用市场上销售的二极管开关电路和固态开关。

已经通过参考使用书籍和文件作为附着有RFID标签的密集放置商品介质的情况对本发明进行了描述。然而，并不局限这种情况。本发明也可以应用于密集地存贮在货架上的诸如CD、DVD介质、服装和食品等商品介质。

Claims (6)

1.一种商品管理用的天线，用于启动关于附着在商品介质上的射频识别标签的读出/写入操作商品管理用的天线，商品管理用的天线包括：

利用提供的电能谐振的多个环形天线振子；和开关，其中

所述环形天线振子设置在隔开存储商品介质的存储空间的位置，和

所述开关控制对环形天线振子提供的电能。

2.根据权利要求1所述的商品管理用的天线，其特征在于每个环形天线振子包括一个用于断开环路环形天线振子的环路的开关。

3.根据权利要求1所述的商品管理用的天线，其特征在于允许天线振子谐振的谐振频率是在将要存储的附着到商品介质的射频识别标签密集放置的情况下，被调节到谐振的频率。

4.根据权利要求1所述的商品管理用的天线，其特征在于在由磁性材料构成的架子两端的内侧上设置隔板；而且所述隔板至少是由从电介质材料、非金属材料和非磁性材料中选择的一种材料构成。

5.根据权利要求2所述的商品管理用的天线，其特征在于作为所述天线振子的所述开关，一个二极管被插接所述环路中，位于与该环路连接的并给该环路提供电能的同轴电缆的同轴中心导线和环路同轴外导体环路两点之间位置上，并设置一个偏置T形接头，其由用于给同轴电缆的同轴中心导线施加偏置电压的线圈和用于防止施加的偏置电压流到所述环路的另一侧的电容器构成。

6.一种商品管理用的天线控制方法，其用于启动对于附着在商品介质上的射频识别标签的读出/写入操作，所述方法包括以下步骤：

选择地向多个环形天线振子之一提供电能，所述多个环形天线振子以固定的间隔并行地设置在放置商品介质的储藏空间；和

当选择地向多个天线振子之一提供电能时，除了选择地被提供电能的天线振子之外的其它天线振子的环路是断电的，以致其它天线振子变为不谐振。

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