CN102496036A - 用于收发分集的天线切换装置及rfid读写器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于收发分集的天线切换装置，包括连接在多个发射天线和多个射频输出端之间的发射通道、连接在多个接收天线和多个接收射频输入端之间的接收通道以及分别与所述发射通道和接收通道连接的控制单元，所述控制单元输出控制信号到所述发射通道和接收通道，分别使所述发射通道接通一个或多个发射天线及发射射频输出端，使所述接收通道接通一个或多个接收天线或接收射频输入端。本发明还涉及一种RFID读写器。实施本发明的用于收发分集的天线切换装置及RFID读写器，具有以下有益效果：其切换时间较短、插入损耗较小。

Description

用于收发分集的天线切换装置及RFID读写器

技术领域

本发明涉及射频领域，更具体地说，涉及一种用于收发分集的天线切换装置及RFID读写器。

背景技术

    在无线通信系统中，衰落效应是影响通信质量的主要因素之一。由多径传播引起的快衰落深度可达30～40dB。标签和读写器天线周围由于散射﹑反射和折射体的存在，由多径传播引起的快衰落严重影响到多标签读取的完备性，即多径效应引起的漏读现象。如果想利用加大发射功率﹑增加天线尺寸和高度等方法来克服这种漏读是不现实的，更何况这种方式还会带来对其他无线设备的干扰。而采用分集接收技术可大大降低深衰落的概率，分集技术通过多个不同信道来传递信号，不同的信道具有不同的多径传播特性，然后合成或选择其中信号幅度较大﹑信噪比最佳的一路信号作为最终的接收信号，这样就降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。但是，通常的分集收发中采用的天线切换装置的切换时间较长、插入损耗较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述切换时间较长、插入损耗较大的缺陷，提供一种切换时间较短、插入损耗较小的用于收发分集的天线切换装置及RFID读写器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于收发分集的天线切换装置，包括连接在多个发射天线和多个射频输出端之间的发射通道、连接在多个接收天线和多个接收射频输入端之间的接收通道以及分别与所述发射通道和接收通道连接的控制单元，所述控制单元输出控制信号到所述发射通道和接收通道，分别使所述发射通道接通一个或多个发射天线及发射射频输出端，使所述接收通道接通一个或多个接收天线或接收射频输入端。 

在本发明所述的一种用于收发分集的天线切换装置中，所述发射通道或接收通道包括多个分别连接在一个所述发射天线或接收天线及一个所述发射射频输出端或接收射频输入端的开关单元，所述每个开关单元还包括一个开关控制端，每个所述开关单元的开关控制端分别与所述控制单元的一个输出端口连接。

在本发明所述的一种用于收发分集的天线切换装置中，所述开关单元包括由至少两个同向串联的二极管和二极管组成的二极管串、分别串接在所述二极管串两端的第一、第二电容以及由所述二极管串正端引出的开关控制端，所述开关单元还包括通过所述二极管串连接在所述开关控制端和地之间的开关直流通道。 

在本发明所述的一种用于收发分集的天线切换装置中，所述二极管为PIN二极管。

在本发明所述的一种用于收发分集的天线切换装置中，所述二极管串包括同向连接的第一二极管和第二二极管，所述第一二极管正端和所述第二二极管负端电连接，所述第一二极管的负端通过第一电容连接在该开关单元对应的发射射频输出端或接收天线；所述第二二极管的正端通过第二电容连接在其对应的发射天线或接收射频输入端。 

在本发明所述的一种用于收发分集的天线切换装置中，所述开关直流通道包括与所述二极管串串接的限流电阻、第一电感和第二电感；所述发射通道中的开关直流通道依次通过其对应的开关控制端、限流电阻、第一电感、第二二极管正极、第一二极管负极和第二电感连接到地；所述接收通道中的开关直流通道依次通过其对应的开关控制端、第一电感、第二二极管正极、第一二极管负极、第二电感及限流电阻连接到地。 

在本发明所述的一种用于收发分集的天线切换装置中，所述接收通道还包括多个分别连接在该接收通道所包括的每个所述开关单元中第一二极管正极与地之间的接地通道，所述接地通道由所述控制单元控制其通断。 

在本发明所述的一种用于收发分集的天线切换装置中，所述接地通道包括第三电容、第四电容、第三二极管及接地直流通道，所述开关单元中第一二极管正极通过第三电容连接到所述第三二极管的负极，所述第三二极管的正极通过第四电容接地；所述第三二极管正极还与接地控制端电连接；所述接地直流通道通过所述第三二极管连接在所述接地控制端和地之间，包括接地限流电阻和第三电感，所述接地控制端依次通过接地限流电阻、所述第三二极管正极、所述第三二极管负极和所述第三电感连接到地；所述第三二极管为PIN二极管。

在本发明所述的一种用于收发分集的天线切换装置中，所述多个发射天线分别与所述多个接收天线为同一个天线。

本发明还揭示了一种RFID读写器，包括多个天线，还包括用于收发分集的天线切换装置，所述天线切换装置为上述的天线切换装置。 

实施本发明的用于收发分集的天线切换装置及RFID读写器，具有以下有益效果：由于在多个发射天线及发射射频输出端之间或接收天线及接收射频输入端之间上分别连接有发射通道或接收通道，且在控制单元的控制下接通上述一个或多个发射天线及发射射频输出端或一个或多个接收天线及接收射频输入端。因此其切换时间较短、插入损耗较小。

附图说明

图1是本发明用于收发分集的天线切换装置及RFID读写器实施例中天线切换装置的结构示意图；

图2是所述实施例发射通道中开关单元及其直流通道的电路原理图；

图3是所述实施例接收通道中开关单元及其接地通道的结构示意图；

图4是所述实施例接收通道中开关单元及其直流通道的电路原理图；

图5是所述实施例接收通道中接地通道的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明用于收发分集的天线切换装置及RFID读写器实施例中，图1示出了该用于收发分集的天线切换装置的结构。在本实施例中，为便于叙述，只给出了包括两个天线，其每个天线均为接收天线和发射天线为一体（即每个天线既是接收天线又是发射天线）的情况；在其他一些情况下，上述天线可以包括多条，例如，4条或8条，同时，也可以是独立的接收天线和发射天线，例如，4条独立发射天线和4条独立的接收天线等。这些情况与本实施例的区别仅仅在于接收单元、发射单元的个数不同，控制单元输出的控制信号数量不同以及各单元间的连接方法（连接到不同的端口及天线）不同，这些不同之处对于本领域技术人员而言，都是可以从本实施例中推导而得的。对于本实施例而言，上述用于收发分集的天线切换装置包括连接在多个天线（即图1中的天线1、天线2，分别为发射天线和接收天线）和射频输出端5之间的发射通道3、连接在多个天线（即图1中的天线1、天线2，分别为发射天线和接收天线）和接收射频输入端6之间的接收通道4以及分别与发射通道3和接收通道4连接的控制单元7，控制单元7输出控制信号到发射通道3和接收通道4，在发射时，使发射通道3接通一个天线（即图中天线1或天线2中的一个）及发射射频输出端5，在接收时，使接收通道4接通一个接收天线（即图中天线1或天线2中的一个）和接收射频输入端5。如图1所示，发射通道3包括多个分别连接在一个发射天线及发射射频输出端5的开关单元；接收通道4也包括多个分别连接在一个接收天线及接收射频输入端6之间的开关单元；请参见图1，发射通道3包括分别连接到天线1、天线2上和发射射频输出端5之间的第一开关单元31、第二开关单元32；而接收通道4包括分别连接在天线1、天线2和接收射频输入端6之间的第三开关单元41、第四开关单元42；换句话说，每个通道都包括与天线数量一致、且分别连接在各天线与射频输入/输出端之间的开关单元；每个开关单元还包括一个开关控制端，多个开关单元的开关控制端分别与控制单元7的一个输出端口连接。即，控制单元7分别输出不同的控制信号到各开关单元。上述开关单元在一个通道（例如发射通道3或接收通道4）内时，其结构是相同的，而在不同通道内的开关单元的结构可能不同。例如，在本实施例中，发射通道3内的两个开关单元的结构相同；接收通道4内的两个开关单元结构也相同；但发射通道3和接收通道4内的开关单元之间的结构略有不同，后面有较为详细的描述。

在本实施例中，如图2所示，发射通道3中的开关单元（即第一开关单元31、第二开关单元32）分别包括由至少两个同向串联的二极管组成的二极管串（参见图2中的虚线框部分）、分别串接在二极管串两端的第一、第二电容（在本实施例中，上述第一电容为电容C5，第二电容为电容C1）以及由上述二极管串正端引出的开关控制端（图2中标记为TX_CTRL1和TX_CTRL2），开关单元还包括通过上述二极管串连接在所述开关控制端和地之间的开关直流通道。上述二极管均为PIN二极管；在上述二极管串中，包括同向连接的第一二极管（例如图2中的D1）和第二二极管（例如图2中的D3），第一二极管正端和第二二极管负端电连接，第一二极管的负端通过第一电容连接在该开关单元对应的发射射频输出端；第二二极管的正端通过第二电容连接在其对应的发射天线；而其开关直流通道包括与所述二极管串串接的限流电阻（图2中的电阻R1、电阻R2）、第一电感（图2中的电感L1，电感L2）和第二电感（图2中的电感L5，发射通道3中的两个开关单元共用该电感）；所述发射通道中的开关直流通道依次通过其对应的开关控制端、限流电阻、第一电感、第二二极管正极、第一二极管负极和第二电感连接到地。如图2所示，在本实施例中，发射通道3中的第一开关单元31用三个同向串联的二极管D3、D2、D1作为开关控制该开关单元的开启和关闭。其中，对于其交流通路而言，用电容C5连接射频发射端口5和同向串联的二极管D1、D2、D3中的D1负极，二极管D3的正极连接电容C1并通过电容C1与天线1相连；对其直流通路而言，电阻R1与其控制信号端TX_CTRL1和电感L1相连，并通过电感L1与同向串联的二极管D3、D2、D1中的D3正极相连，经过二极管串后，二极管D1的负极通过电感L5接地。电感L1、电感L5的作用是隔交流通直流，阻止高频信号进入直流通路，电阻R1用来调节直流通路电流强度（即限流），使三个二极管获得合适的工作电流，接地的电容C22作为旁路电容滤去可能经过电感L1的高频信号，防止高频信号经电阻R1影响后端电路性能。第二开关单元32的工作原理与第一开关单元31相同，此处不再赘述。 

如图3所示，在本实施例中，接收通道4中的开关单元与发射通道3中的开关单元稍有不同，主要表现在接收通道4中的开关单元中的二极管串不是如发射通道3中一样由三个二极管同向组成，而是由两个二极管同向组成，这两个二极管分别是第一二极管和第二二极管，第一二极管负极连接到接收天线端（在本实施例中，由于接收天线和发射天线合二为一，所以上述接收天线端仍然是天线1，天线2中的一个），第二二极管的正极连接在接收射频输入端口6；而每个开关单元中的开关直流通道依次通过其对应的开关控制端（图3中标注为RX_CTRL1、RX_CTRL2、）、第一电感（图3中的电感L6，电感L8）、第二二极管正极、第一二极管负极、第二电感（图3中的电感L7，电感L9）及限流电阻（图3中的电阻R5，电阻R6）连接到地。而接收通道4中的开关单元的其他部分大致与发射通道3中的开关单元相同。此外，如图4所示，在接收通道中，还包括多个分别连接在每个其包括的开关单元中第一二极管正极与地之间的接地通道；图4中示出了与第三开关单元41连接的第三接地通道43；而在本实施例中，第四开关单元42上同样连接有相同结构仅只是控制信号不同的接地通道。也就是说，上述接地通道由控制单元7控制其通断。如图4、5所示，接地通道包括第三电容（图5中电容C14）、第四电容（图5中电容C15）、第三二极管（图5中二极管D21）及接地直流通道，第三开关单元中第一二极管正极通过第三电容连接到第三二极管的负极，第三二极管的正极通过第四电容接地；第三二极管正极还与接地控制端（图5中标注为RS_CTRL1）电连接；所述接地直流通道通过第三二极管连接在接地控制端和地之间，包括接地限流电阻（图5中电阻R9）和第三电感（图5中电感L14），接地控制端依次通过接地限流电阻、第三二极管正极、第三二极管负极和第三电感连接到地；在本实施例中，第三二极管为PIN二极管。

由图4、5中可以看出，第三开关单元41用两个同向串联的二极管D13、D14作为开关控制该开关单元的导通和关闭。对于其交流通路而言，用电容C6连接天线1和二极管D14的负极，二极管D14的正极连接二极管D13的负极和第三接地通道43,二极管D13的正极与电容C7连接并通过电容C7接入接收射频输入端口6；而对其直流通路而言，电感L6连接控制信号RX_CTRL1和二极管D13的正极，二极管D13的负极与二极管D14的正极和第三接地通道43连接，二极管D14的负极连接电感L7，并通过电感L7与电阻R5串联接地。其中电阻R5用来调节直流通路电流强度，使两个二极管获得合适的工作电流，电容C26、电容C34的作用为滤去直流通路中的高频信号。第四开关单元42的工作原理与接收通路1相同，此处不再赘述。

第三接地通道43使用二极管D21作为开关，控制该通路的导通和关闭。交流通路用电容C14连接第三开关单元41和二极管D21的阴极，二极管D21的阳极与电容C15连接并通过电容C15接地。直流通路用电阻R9连接控制信号RS_CTRL1和二极管D21的阳极，二极管D21阴极与电感L14连接并通过电感L14接地。此处电阻R9用于调节直流通路工作电流的大小，使二极管工作在合适的电流下。电容C30的作用为滤去直流通路中的高频信号。与第四开关单元42连接的接地通道的工作原理与此相同，此处不再赘述。

综上所述，当天线作为发射天线时，此时发射通道开启，连接发射射频输出端口与天线；接收通路关闭，断开天线与接收射频输入端的连接；接地通道导通，阻止发射大信号窜入到接收通路，影响接收后端电路的性能。

当天线作为接收天线时，此时发射通道关闭，断开射频发射输出端与天线的连接；接收通路开启，连接天线与接收射频输入端；接地通道关闭，断开接收通道与地的连接，阻止天线接收信号被旁路耗散。当天线闲置时，发射通路关闭，断开发射射频输出端与天线的连接；接收通路关闭，断开天线与接收射频输入端的连接；接地隔离通路开启，将发射大信号旁路隔离阻止其它端口的大信号窜入接收通路，影响其它接收通路的接收性能。

在本实施例中，可由一个以上单元天线开关电路组成，各单元共用发射射频输出端和接收射频输入端，各单元天线开关电路之间无电气连接，故各单元天线开关电路中的发射通道、接收通道、接地通道的导通或截止状态不相互影响；一路单元天线开关电路控制一个天线端口，进而控制与天线端口连接的天线的收发。

在本实施例中，上述控制单元7输出的各控制信号分为高电平、低电平两种控制状态。当信号为高电平时，相应通路开启；当信号为低电平时，相应通路关闭。

例如，以天线1为发射天线，天线2为接收天线简述本实施例的工作过程：控制信号TX_CTRL1为高电平，第一开关单元31中的同向串联的二极管D3、D2、D1导通，发射通道开启；控制信号TX_CTRL2处于低电压状态，第二开关单元32关闭。天线2作为接收天线，则控制信号RX_CTRL2为高电平，同向串联的二极管D15、D16导通，第四开关单元42开启；控制信号RX_CTRL1为低电平，第三开关单元41关闭。进一步地，控制信号RS_CTRL1为高电平，二极管D21导通，连接在第三开关单元41上的接地通道导通，防止射频信号传入；RS_CTRL2信号处于低电压状态，连接在第四开关单元42上的接地通道关闭，防止接收到的信号被隔离耗散。

在本实施例中，还揭示了一种RFID读写器，该读写器包括多个天线，这些天线均可以作为单独的发射天线或接收天线，也可以收发天线合一；在该读写器中还包括用于使得上述天线可以任意切换的收发分集的天线切换装置，而这个天线切换装置就是上面描述的天线切换装置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于收发分集的天线切换装置，其特征在于，包括连接在多个发射天线和多个射频输出端之间的发射通道、连接在多个接收天线和多个接收射频输入端之间的接收通道以及分别与所述发射通道和接收通道连接的控制单元，所述控制单元输出控制信号到所述发射通道和接收通道，分别使所述发射通道接通一个或多个发射天线及发射射频输出端，使所述接收通道接通一个或多个接收天线或接收射频输入端。

2.根据权利要求1所述的用于收发分集的天线切换装置，其特征在于，所述发射通道或接收通道包括多个分别连接在一个所述发射天线或/和接收天线及一个所述发射射频输出端或接收射频输入端的开关单元，所述每个开关单元还包括一个开关控制端，每个所述开关单元的开关控制端分别与所述控制单元的一个输出端口连接。

3.根据权利要求2所述的用于收发分集的天线切换装置，其特征在于，所述开关单元包括由至少两个同向串联的二极管和二极管组成的二极管串、分别串接在所述二极管串两端的第一、第二电容以及由所述二极管串正端引出的开关控制端，所述开关单元还包括通过所述二极管串连接在所述开关控制端和地之间的开关直流通道。

4.根据权利要求3所述的用于收发分集的天线切换装置，其特征在于，所述二极管为PIN二极管。

5.根据权利要求4所述的用于收发分集的天线切换装置，其特征在于，所述二极管串包括同向连接的第一二极管和第二二极管，所述第一二极管正端和所述第二二极管负端电连接，所述第一二极管的负端通过第一电容连接在该开关单元对应的发射射频输出端或接收天线；所述第二二极管的正端通过第二电容连接在其对应的发射天线或接收射频输入端。

6.根据权利要求5所述的用于收发分集的天线切换装置，其特征在于，所述开关直流通道包括与所述二极管串串接的限流电阻、第一电感和第二电感；所述发射通道中的开关直流通道依次通过其对应的开关控制端、限流电阻、第一电感、第二二极管正极、第一二极管负极和第二电感连接到地；所述接收通道中的开关直流通道依次通过其对应的开关控制端、第一电感、第二二极管正极、第一二极管负极、第二电感及限流电阻连接到地。

7.根据权利要求6所述的用于收发分集的天线切换装置，其特征在于，所述接收通道还包括多个分别连接在该接收通道所包括的每个所述开关单元中第一二极管正极与地之间的接地通道，所述接地通道由所述控制单元控制其通断。

8.根据权利要求7所述的用于收发分集的天线切换装置，其特征在于，所述接地通道包括第三电容、第四电容、第三二极管及接地直流通道，所述开关单元中第一二极管正极通过第三电容连接到所述第三二极管的负极，所述第三二极管的正极通过第四电容接地；所述第三二极管正极还与接地控制端电连接；所述接地直流通道通过所述第三二极管连接在所述接地控制端和地之间，包括接地限流电阻和第三电感，所述接地控制端依次通过接地限流电阻、所述第三二极管正极、所述第三二极管负极和所述第三电感连接到地；所述第三二极管为PIN二极管。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的用于收发分集的天线切换装置，其特征在于，所述多个发射天线分别与所述多个接收天线为同一个天线。

10.一种RFID读写器，包括多个天线，其特征在于，还包括用于收发分集的天线切换装置，所述天线切换装置为权利要求9所述的天线切换装置。

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