CN101316007B - 基于hf频段的全方位通道识别天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于HF频段的全方位通道识别天线系统，包括间隔设置的第一天线和第二天线；第一天线和第二天线分别包括一单匝矩形线圈，所述单匝矩形线圈内通有电流，第一天线和第二天线内单匝矩形线圈内电流的相对方向交替地相同或相反；由于两天线内单匝矩形线圈电流相对方向相同与相反时产生的磁场方向不同，本发明的技术方案是使两天线单匝矩形线圈电流的相对方向交替地相同或相反，即能在识别通道内交替的产生不同方向的合成磁场，当交替的速度足够快时，即能实现通道识别区范围内对标签天线在水平方向的360°全方位耦合，进而提高自动识别速率和识别的准确率。

Description

基于HF频段的全方位通道识别天线系统

技术领域

本发明涉及一种天线装置，具体涉及一种HF频段的RFID射频识别天线。 

背景技术

RFID是射频识别技术(Radio Frequency Identification)的英文缩写，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。基本的RFID应用系统应至少包括标签和读写器，标签一般由集成电路芯片和标签天线构成，读写器一般由控制单元、高频通讯模块和读写器天线组成，标签与读写器间通过天线与实现无线通信，以实现对标签识别码和内存数据的读写操作。读写器天线与标签天线之间等效于一个空气松耦合变压器，利用感应磁场与电抗影响实现通信。一方面，当读写器的调制信号加载到天线线圈上，电流使天线产生时谐交变磁场，磁通在标签天线线圈中感生电压，为标签芯片提供工作能量和指令数据。另一方面，标签端的输入阻抗可以反映到读写器端，并影响读写器天线的等效阻抗。标签芯片中的场效管截止或导通，使标签端的天线谐振或短路，反映两种不同的负载阻抗，导致阅读器端电压起伏变化。阅读器接收电路实时检测电压峰值的变化，把标签反射的负载调制信号提出来。经信号处理后，将模拟信号转换成数字信号，并送入微处理器。因此RFID应用系统中天线的设计尤为重要。 

HF频段是指频率范围在0.5-30MHz的高频段，在RFID的应用中为开放的13.56MHz(ISM)频段，目前HF频段单天线形成的磁场具有方向性，不能实现对通道识别范围内对标签的全向识别，即标签须以一定角度在通道识别范围内运动，才能准确识别，因此其对标签的自动识别速率和识别的准确率都不高，而在人员管理、物流管理等应用环境中，需要在通道内实现对标签的全向识别，因此现有的单向方向覆盖天线不能满足的应用环境需要。 

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供了一种基于HF频段的全方位通道识别天线，能实现天线电磁耦合场在识别区内的全方位覆盖，达到与通道内标签天线在识别区内水平方向的360°全方位耦合，以提高自动识别速率和识别的准确率。 

本发明的目的是这样实现的：一种基于HF频段的全方位通道识别天线系统，包括间隔设置的第一天线和第二天线；第一天线和第二天线分别包括一单匝矩形线圈，所述单匝矩形线圈内通有电流，第一天线单匝矩形线圈和第二天线单匝矩形线圈的电流方向交替地相同或相反。 

由于两天线内单匝矩形线圈的电流相对方向相同与相反时产生的磁场方向不同，本发明的技术方案是两天线内单匝矩形线圈电流的相对方向交替地相同或相反，即能在组成的通道内交替的产生不同方向的合成磁场，当交替的速度足够快时，即能实现通道识别区范围内对标签天线在水平方向的360°全方位耦合，进而提高自动识别速率和识别的准确率。 

进一步，第二天线内单匝矩形线圈的电流方向保持不变，第一天线内单匝矩形线圈的电流方向相对于第二天线内单匝矩形线圈的电流方向交替改变，即可实现两天线内部电流的相对方向交替地相同或相反； 

进一步，所述第一天线和第二天线的单匝矩形线圈平行且正对的设置，能获得最大的磁通密度和磁场强度，进一步提高自动识别速率和识别的准确率； 

进一步，还包括一控制系统，通过控制系统控制第一天线和/或第二天线内单匝矩形线圈的电流方向； 

进一步，还包括一功率分配器，所述第一天线通过电流控制器连接到功率分配器的输出端，第二天线连接到功率分配器的输出端； 

进一步，所述控制系统包括微控制器和电流控制器；所述电流控制器包括一逻辑控制电路，所述微控制器通过控制软件实时改变所述逻辑控制电路的输出以控制第一天线和/或第二天线内单匝矩形线圈的电流方向； 

进一步，所述功率分配器包括一高频变压器，功率分配器向第一天线和第二天线提供射频功率和所需的方向电流，以及对读写器的射频输出与分配单元进行阻抗匹配； 

进一步，第一天线和第二天线还分别包括一阻抗匹配板，该阻抗匹配板由高频变压器、谐振电容和可调电阻构成，谐振电容和可调电阻并联，并连接到所述高频变压器输出侧的抽头上。 

本发明的基于HF频段的全方位通道识别天线系统，利用使2个天线线圈中的电流方向交替的相同或相反这一简单的技术方案，以一定频率交替形成不同方向的磁场，进而巧妙地解决了HF频段的RFID系统中电子标签在识别通道内的全方位识别这一难题；本发明结构非常简单，成本亦非常低廉，可广泛用于大中型会议签到和管理、会展和体育场馆门禁系统、机关、学校、企业考勤、图书馆应用RFID对图书的智能化管理(包括借书、还书，图书的分拣等)、物流、航空行包的跟踪、分拣管理等。 

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术  人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中： 

图1示出了本发明的结构示意图； 

图2示出了本发明第一天线和第二天线的结构示意图； 

图3示出了本发明第一天线与第二天线内部电流同向时合成磁场分布示意图； 

图4示出了本发明第一天线与第二天线内部电流反向时合成磁场分布示意图； 

图5示出了本发明功率分配器的结构示意图。 

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。 

基于本发明基于HF频段的全方位通道识别天线系统在会议人员管理中的应用，具体如下： 

在会场入口两侧，分别设置第一天线和第二天线，第一天线和第二天线平行且正对的设置，两天线间隔的距离根据对人员识别的使用需求控制在1.2m范围内，以此，在第一天线和第二天线之间即形成通道识别区；第一天线和第二天线结构相同，参见图2，包括一个单匝矩形线圈11，该线圈由直径8mm的多股铜芯线组成，长400mm，高1000mm，还包括一  阻抗匹配板12，该阻抗匹配板12由高频变压器T0、50Pf的谐振电容Cs和10KΩ的可调电阻Rs构成，，谐振电容和可调电阻并联，并连接到所述高频变压器输出侧的抽头上，该可调电阻用以调节天线的阻抗和Q值(谐振电路的品质因素)；第一天线和第二天线的工作频率为13.56MHz±7KHz，Q值为45，阻抗为50Ω；参见图1，第二天线与功率分配器的输出端连接，第一天线通过电流控制器与功率分配器的输出端连接，参见图5，功率分配器采用高频变压器实现所述功率分配器实现第一天线和第二天线的电流分配，以及向第一天线和第二天线提供射频功率和所需的方向电流，同时还可实现读写器的射频输出与分配单元的阻抗匹配；所述电流控制器中包括一个逻辑控制电路和驱动电路，电流控制器与微控制器连接并接受微控制器的控制指令以改变所述第一天线的单匝矩形线圈中的电流方向，所述微控制器采用单片机，也可采用DSP或ARM；由于本发明的天线系统是作为RFID系统的读写器天线，因此天线系统中的功率分配器和微控制器分别与读写器连接，读写器在微控制器软件的控制下实现对场内电子标签的读写。 

参会人员身上携带含电子标签13的卡片(通常为PVC卡或INLAY并符合ISO15693或ISO14443协议)，其中储存有持卡人的个人信息，当第一天线和第二天线单匝矩形线圈电流方向相同时，产生的合成磁场方向如图3所示，由于电子标签13中的线圈需切割磁感应线，才能与读卡器天线磁场耦合，因此当人员进入通道时电子标签13中的线圈与天线平行时，能获得最佳的识别效果，而当电子标签13中的线圈与天线垂直时，电子标签13将不能被识别；当第一天线和第二天线电流方向相反时，产生的合成磁场方向如图4所示，此时，当人员进入通道时电子标签13中的线圈与天线垂直时，能获得最佳的识别效果，而当电子标签13中的线圈与天线平行时，电子标签13将不能被识别；而在本实施例中，微控  制器实时改变电流控制器中逻辑控制电路的输出，以实现第一天线单匝矩形线圈的电流方向相对于第二天线单匝矩形线圈的电流方向不断变化，即两天线的单匝矩形线圈内部电流的相对方向交替地相同或相反，交替形成分别如图3、图4所示的磁场，其电流方向变化的频率由读写器和电子标签性能决定，一般以毫秒级交替改变，因此，不管人员携带的电子标签13以何方向进入识别通道，都能被准确识别。 

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (3)

1.一种基于HF频段的全方位通道识别天线系统，其特征在于：包括间隔设置的第一天线和第二天线；第一天线和第二天线分别包括一单匝矩形线圈，所述单匝矩形线圈内通有电流，第一天线单匝矩形线圈和第二天线单匝矩形线圈内电流方向交替地相同或相反；

第一天线和第二天线还分别包括一阻抗匹配板，该阻抗匹配板由高频变压器、谐振电容和可调电阻构成，谐振电容和可调电阻并联，并连接到所述高频变压器输出侧的抽头上；

该天线系统还包括一控制系统，通过控制系统控制第一天线和/或第二天线单匝矩形线圈的电流方向；

所述控制系统包括微控制器和电流控制器；所述电流控制器包括一逻辑控制电路，所述微控制器通过控制软件实时改变所述逻辑控制电路的输出以控制第一天线和/或第二天线单匝矩形线圈的电流方向；

该天线系统还包括一功率分配器，所述第一天线通过所述电流控制器连接到功率分配器的输出端，第二天线连接到功率分配器的输出端；

所述功率分配器包括一第三高频变压器，功率分配器向第一天线和第二天线提供射频功率和所需的方向电流，以及对读写器的射频输出与分配单元进行阻抗匹配。

2.根据权利要求1的基于HF频段的全方位通道识别天线系统，其特征在于：第二天线单匝矩形线圈的电流方向保持不变，第一天线单匝矩形线圈的电流方向相对于第二天线单匝矩形线圈的电流方向交替改变。

3.根据权利要求1的基于HF频段的全方位通道识别天线系统，其特征在于：所述第一天线的单匝矩形线圈和第二天线的单匝矩形线圈平行且正对的设置。

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