CN101727566A - 具有不同角度天线之无线射频识别读取装置 - Google Patents

Abstract

一种具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，包括有若干个讯号天线，以互不平行且互不共线之角度设置，该各个讯号天线具有一预定之天线场型且使用一预定之载波频率；一无线收发器，连接该讯号天线；一讯号转换单元，连接该无线收发器；一频率产生器，用以产生该讯号天线所需之载波频率；一微处理器，连接该讯号转换单元及该频率产生器。本发明以不同角度讯号天线之设置，将各讯号天线之天线场型中辐射电场较小之方向角以其它角度设置之讯号天线之天线场型中辐射电场较大之方向角弥补，使得在多个讯号天线同时使用下，天线场型中辐射电场所涵盖之范围变大，且于各方向角皆有均匀之分布。

Description

具有不同角度天线之无线射频识别读取装置

技术领域

本发明有关于一种无线射频识别读取装置之设计，特别是关于一种具有不同角度天线之无线射频识别读取装置。

背景技术

无线射频识别系统(Radio Frequency Identification，RFID)是针对接触式系统的缺点而发展出来，该系统主要由读取装置(Reader)和标签(Tag)所组合而成，利用射频讯号以无线方式传送标签内的信息至读取装置中，且同时使用此射频讯号来做无线传能，使标签本身不需使用电池就可以永久工作。无线射频识别系统不光是只有设计读取装置和标签，其相关的应用软件和服务的商机是十分的庞大的，目前国内已有许多的公司相继投入如标签的设计、读取装置的设计及无线射频识别系统相关的应用软件之开发工作。

无线射频识别系统具有长距离读取、不须正视、同时可读取多数标签等优势，但是系统的可靠度受到标签之天线与读取装置之天线影响。天线中之电流所产生的电磁脉波向外以光速辐射时，辐射电场的方向(称为极化方向)与电磁波前进方向垂直。而辐射电场仅与两个参数有关：一为与距离有关的部份，其大小与距离成反比；另一与方位角有关，而此一辐射电场大小与方位角间之关系，就定义为天线场型(antenna pattern)，天线场型各方向角之辐射电场大小不同，故使得读取装置与标签传递时有方向性的问题。另外，标签之天线与读取装置之天线一旦正交，便会有无法吸收能量或无法接收到讯号之问题产生，而在实际使用时，标签的位置常会随机移动，并且摆置的方向不定，就会因为夹角之问题而导致读取效果不佳。

美国专利第7,042,413号专利案中，其揭露一种以平板材料所制成之具有三轴向天线数组之标签，该标签包括有一第一偶极天线及一第二偶极天线，该第一偶极天线与该第二偶极天线间互不平行且互不相交而构建形成一平面，一第三偶极天线设置在该平面往外投射之方向上。该专利案利用将一平板材料切割折曲而制成具有三轴向天线数组之标签，虽然避免标签接收时之角度问题，但是仅改变标签之天线设置，仍会受限于读取装置之天线之天线场型各方向角之辐射电场大小影响，在某些方向上仍无法传输讯号。

发明内容

本发明所欲解决之技术问题

鉴于以上所述，读取装置与标签间之讯号传输与接收会受到各种外在因素之影响，例如读取装置本身所使用天线之天线场型、天线与标签之天线间的夹角、不同之使用场合、环境中各种不同电场磁场之干扰、标签与读取装置两者之动态对应状况......等影响，导致在某些方向角上之读取效果较差，甚至会无法接收到讯号。

读取装置本身所使用天线之天线场型中，辐射电场于各方位角之分布大小不同，于辐射电场过小之处会有讯号传输与接收间的死角存在。读取装置之天线与标签之天线间的夹角一旦互相垂直，就算两者距离再近，亦可能无法传输或接受到讯号，还会使得讯号强度与距离的关联性变低，无法凭借讯号强度做一些标签的定位等判断，应用效果不佳。在不同之使用场合下，像是在工业场合或是商业场合中，会有各种不同电场磁场之干扰，而在传输或接收时造成噪声。

缘此，本发明之一目的即是提供一种具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，其提供不同角度之天线设置，使得读取装置所使用天线之天线场型中没有读取死角，能传输及接收各方向之讯号。

本发明之另一目的即是提供一种具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，其提供不同角度之天线设置，使读取装置之天线和标签之天线间无论以何种夹角摆置，皆能顺利传输及接收。

本发明解决问题之技术手段

本发明为解决习知技术之问题所采用之技术手段为一种具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，包括有若干个讯号天线，以互不平行且互不共线之角度设置，该各个讯号天线具有一预定之天线场型且使用一预定之载波频率。一微处理器先后透过一讯号转换单元及一无线收发器连接该若干个讯号天线，以及经由一频率产生器连接该无线收发器。该微处理器更连结有一记忆单元，该记忆单元中储存有一标签识别码数据库。

本发明对照先前技术之功效

经由本发明所采用之技术手段，以不同角度讯号天线之设置，将各讯号天线之天线场型中辐射电场较小之方向角以其它角度设置之讯号天线之天线场型中辐射电场较大之方向角弥补，使得在多个讯号天线同时使用下，天线场型中辐射电场所涵盖之范围变大，且于各方向角皆有均匀之分布。当标签处在其中一讯号天线接收效果较差之方向角上时，则会是另一个讯号天线接收效果较好之方向角。如此一来，不论标签如何移动，读取装置皆能有良好的传输及接收效果。

亦因为各讯号天线以不同之指向角度设置，避免了天线夹角所产生之讯号传输与接收之问题。于本发明之第一实施例中，各个讯号天线以互相垂直之指向角度设置，当其中一讯号天线之指向角度和标签之天线正交时，虽然与标签之天线正交之讯号天线，其传输与接收效果变差，但其它讯号天线中会有至少一讯号天线不与该标签之天线正交，而有较好之传输及接收效果，藉由多个讯号天线间的互补作用，而使读取装置始终保持良好之传输与接收效果。

本发明所采用的具体实施例，将藉由以下之实施例及附呈图式作进一步之说明。

附图说明

图1显示本发明具有不同角度天线之无线射频识别读取装置第一实施例之立体图；

图2显示本发明第一实施例之控制电路方块图；

图3显示本发明第一实施例之第一讯号天线之天线场型之示意图；

图4显示本发明第一实施例之第二讯号天线之天线场型之示意图；

图5显示本发明第一实施例之第三讯号天线之天线场型之示意图；

图6显示本发明第一实施例之第一讯号天线、第二讯号天线及第三讯号天线同时使用时之天线场型之示意图；

图7显示本发明第二实施例之控制电路方块图。

具体实施方式

参阅图1所示，其显示本发明具有不同角度天线之无线射频识别读取装置第一实施例之立体图。无线射频识别读取装置100包括有一壳体1、一第一讯号天线2a、一第二讯号天线2b及一第三讯号天线2c。第一讯号天线2a、第二讯号天线2b及第三讯号天线2c在一空间中以互相垂直之指向角度X、Y、Z设置，且具有一预定之天线场型及使用一预定之载波频率f。于本发明之第一实施例中，第一讯号天线2a、第二讯号天线2b及第三讯号天线2c虽然以互相垂直之指向角度X、Y、Z设置，但亦可因应使用者及使用环境之需求，以其它于空间中互不平行且互不共线之指向角度设置。

一无线电波RF向该无线射频识别读取装置100传送而来，由于无线电波RF垂直于第一讯号天线2a之指向角度X及第三讯号天线2c之指向角度Z，故第一讯号天线2a及第三讯号天线2c之接收状况较差，甚至会无法接收到无线电波RF。但此时因为设置的关系，使得第二讯号天线2b与无线电波RF互相平行，反而有最佳之接收状况。

参阅图2所示，其显示本发明第一实施例之控制电路方块图。本发明第一实施例之控制电路包括有一微处理器3，其先后透过一讯号转换单元4及一无线收发器5连接该第一讯号天线2a、第二讯号天线2b及第三讯号天线2c，以及经由一频率产生器6连接该无线收发器5，用以控制频率产生器6产生载波频率f供第一讯号天线2a、第二讯号天线2b及第三讯号天线2c使用。微处理器3更连结有一记忆单元7，记忆单元7中储存有一标签识别码数据库71。

当一无线射频识别标签8经由无线射频识别标签8之标签天线81发送一识别讯号S1至无线射频识别读取装置100时，无线收发器5则会透过第一讯号天线2a、第二讯号天线2b及第三讯号天线2c接收该识别讯号S1，并传送至讯号转换单元4中。讯号转换单元4将接收之识别讯号S1转换为一数字型态识别讯号S2后传送至微处理器3中，微处理器3则依据接收之数字型态识别讯号S2判别出无线射频识别标签8之标签识别码I，并送至记忆单元7中之标签识别码数据库71中储存，以供之后应用。

参阅图3所示，其显示本发明第一实施例之第一讯号天线之天线场型示意图。第一讯号天线2a具有一天线场型P1，天线场型P1在一天线场型平面H1上各方向角之辐射电场大小不同。而于天线场型P1中辐射电场愈小之处，讯号传输及接收的状况愈差，甚至产生通讯上的死角。

参阅图4及图5所示，其显示本发明第一实施例之第二讯号天线之天线场型示意图及第三讯号天线之天线场型示意图。相较于第一讯号天线2a之天线场型P1，虽然第二讯号天线2b之天线场型P2及第三讯号天线2c之天线场型P3之形状不变，但由于第二讯号天线2b及第三讯号天线2c以不同之指向角度Y、Z设置，使得在天线场型平面H2及天线场型平面H3上辐射电场于各方向角之大小分布便有所差异。

参阅图6，其显示本发明第一实施例之不同讯号天线同时使用时之天线场型示意图。当第一讯号天线2a、第二讯号天线2b及第三讯号天线2c同时使用时，原各天线场型P1、P2、P3中辐射电场较小之区域被辐射电场较大之区域掩盖，而在一天线场型平面H上得到于各方向角上均有良好的辐射电场大小分布之一天线场型P4。于本发明之第一实施例中，各天线场型P1、P2、P3、P4虽然仅显示在天线场型平面H1、H2、H3、H上之辐射电场分布，但天线场型P4在三维空间中依旧于各方向角上有良好的辐射电场大小分布，没有通讯上的死角。

参阅图7所示，其显示本发明第一实施例之控制电路方块图。此一实施例之无线射频识别读取装置100’之控制电路大致上与前述第一实施例相同，故相同之构件乃标示以相同之组件编号，以资对应。其差异之处在于无线射频识别读取装置100’之微处理器3，其透过一讯号转换单元4a及一无线收发器5a连接第一讯号天线2a，微处理器3再透过一讯号转换单元4b及一无线收发器5b连接第一讯号天线2b以及透过一讯号转换单元4c及一无线收发器5c连接第一讯号天线2c。此外，微处理器3同样是经由频率产生器6连接各个无线收发器5a、5b、5c，用以控制频率产生器6产生载波频率f供第一讯号天线2a、第二讯号天线2b及第三讯号天线2c使用。微处理器3同样连结有记忆单元7，记忆单元7中储存有标签识别码数据库71。

利用模块化的方式将第一讯号天线2a、第二讯号天线2b及第三讯号天线2c分别连结讯号转换单元4a、4b、4c及无线收发器5a、5b、5c，使得接收的信息不用再统一由单一组件来执行，不但可以降低信息处理上的负担，于其它方面的应用上，还可做到多频段的接收，用以同时对应多个无线射频识别标签。

由以上之实施例可知，本发明所提供之具有不同角度天线之无线射频识别读取装置确具产业上之利用价值，故本发明业已符合于专利之要件。惟以上之叙述仅为本发明之第一实施例说明，凡精于此项技艺者当可依据上述之说明而作其它种种之改良，惟这些改变仍属于本发明之发明精神及以下所界定之专利范围中。

Claims (8)

1.一种具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，用以接收由一无线射频识别标签所发出之一识别讯号，藉该识别讯号判别该无线射频识别标签之标签识别码，其特征是，该装置包括：

若干个讯号天线，在一空间中以互不平行且互不共线之指向角度设置，该各个讯号天线具有一预定之天线场型且使用一预定之载波频率；

一无线收发器，连接该讯号天线，透过该讯号天线接收该无线射频识别标签所发出之识别讯号；

一讯号转换单元，连接该无线收发器，用以将该接收之识别讯号转换为数字型态识别讯号；

一频率产生器，用以产生该讯号天线所需之载波频率；

一微处理器，连接该讯号转换单元及该频率产生器，用以控制该频率产生器产生该载波频率及依据该接收之数字型态识别讯号判别该无线射频识别标签之标签识别码。

2.如权利要求1所述的具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，其特征是，该微处理器更连接有一储存有标签识别码数据库之记忆单元。

3.如权利要求1所述的具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，其特征是，该讯号天线包括单极天线、偶极天线之一。

4.如权利要求1所述的具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，其特征是，该若干个讯号天线包括以互相垂直之角度设置之一X轴向讯号天线、一Y轴向讯号天线及一Z轴向讯号天线。

5.一种具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，用以接收由一无线射频识别标签所发出之一识别讯号，藉该识别讯号判别该无线射频识别标签之标签识别码，其特征是，该装置包括：

若干个讯号天线，在一空间中以互不平行且互不共线之指向角度设置，该各个讯号天线具有一预定之天线场型且使用一预定之载波频率；

若干个无线收发器，分别连接该各个讯号天线，透过该讯号天线接收该无线射频识别标签所发出之识别讯号；

若干个讯号转换单元，分别连接该各个无线收发器，用以将该接收之识别讯号转换为数字型态识别讯号；

一频率产生器，用以产生该讯号天线所需之载波频率；

一微处理器，连接该各个讯号转换单元及该频率产生器，用以控制该频率产生器产生该载波频率及依据该接收之数字型态识别讯号判别该无线射频识别标签之标签识别码。

6.如权利要求5所述之具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，其特征是，该微处理器更连接有一储存有标签识别码数据库之记忆单元。

7.如权利要求5所述之具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，其特征是，该讯号天线包括单极天线、偶极天线之一。

8.如权利要求5所述之具有不同角度天线之无线射频识别读取装置，其特征是，该若干个讯号天线包括以互相垂直之角度设置之一X轴向讯号天线、一Y轴向讯号天线及一Z轴向讯号天线。

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