CN102708387A - 多频段rfid读写器及其读写方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多频段RFID读写器，包括一多频段射频天线，以收发至少两个不同频段的射频信号；一射频选择模块，以根据输入的射频信号选择不同的射频处理单元；一射频处理模块，包括至少两个不同频段的射频处理单元；一微处理器，以对所述射频处理单元送出的信号进行解码，并将解码后的数据传输至一数据终端。本发明多频段RFID读写器，通过设计可收发不同频段射频信号的多频段射频天线，解决了传统多天线系统的电磁兼容问题，可自动对进入感应范围的不同频段的射频标签进行识别和读写；同时，本发明多频段读写器具有物理尺寸小、成本低、结构简单，损耗小等优点。

Description

多频段RFID读写器及其读写方法

技术领域

本发明涉及一种RFID读写器，特别涉及一种可自动识别多种频率RFID标签的多频段RFID读写器。

背景技术

RFID射频识别技术是21世纪十大重要技术之一，它是一种非接触式的自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对目标对象自动识别并获取相关的数据，按照工作的频率可以分为低频(120k～135kHz)、高频(13.56MHz)、超高频(860～960MHz)以及微波(2.4G～5.8GHz)。

读写器设计是射频识别技术的关键技术，伴随着RFID技术的广泛应用，对双频或多频读写器的使用越来越广泛。

例如中国发明专利CN200810230154.4中披露的一种“多频段RFID智能读写器及其控制方法”，其主要技术思想是通过其内部四个不同频段的“无线射频识别模块”来实现多频读写，从说明书部分可以看出，这四个“无线射频识别模块”各自独立工作，标签在该读写器上之后，需人工操作读写器上的“切换键”来选择合适频段的“识别模块”。这种方案虽然比携带不同频段的读写器要方便，但仍不够智能。简单地组合不同频段的识别模块(结合说明书部分，应理解为不同的识别模块包含其各自频段的天线)使得读写器的物理尺寸增大，读写器的结构更复杂，更重要的是，不同频段的识别模块之间的兼容性差，相互间的电磁干扰大。

中国专利CN201120273712.2中公开了“一种读取多频段电子标签的RFID手持机”，该手持机同样将有不同频段的天线和RFID模块结合在一起，不同之处在于，该方案通过一软件自动控制各频段模块之间的切换，该软件替代了前述专利中的切换键，实现了自动识别，但仍不能解决电磁兼容的问题，不利于读写器小型化。

目前的市场上的双频或多频读写器也都是将高频和低频的天线一起拼入读写器中，不同频段的天线在连接各自的读写模块，这样简单将现有频段的天线和读写模块组合在一起虽可实现多频读写的功能，但存在兼容性差、损耗大、相互干扰大，不利于小型化等缺点。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种多频段RFID读写器。

本发明所要解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种多频段RFID读写器，其特征在于包括：

一多频段射频天线，以收发至少两个不同频段的射频信号；

一射频选择模块，以根据输入的射频信号选择不同的射频处理单元；

一射频处理模块，包括至少两个不同频段的射频处理单元，以对射频信号进行预处理；

一微处理器，以对所述射频处理单元送出的信号进行解码，并将解码后的数据传输至一数据终端。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发高频和超高频两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一高频处理单元和一超高频处理单元。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发高频和微波两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一高频处理单元和一微波处理单元。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发超高频和微波两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一超高频处理单元和一微波处理单元。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发低频和高频两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一低频处理单元和一高频处理单元。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发低频和超高频两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一低频处理单元和一超高频处理单元。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发低频和微波两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一低频处理单元和一微波处理单元。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发高频、超高频和微波三种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括高频处理单元、超高频处理单元和微波处理单元。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发低频、高频和超高频三种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括低频处理单元、高频处理单元和超高频处理单元。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发低频、高频和微波三种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括低频处理单元、高频处理单元和微波处理单元。

进一步，所述多频段射频天线至少可收发低频、超高频和微波三种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括低频处理单元、超高频处理单元和微波处理单元。

较佳的，所述多频段射频天线至少可收发低频、高频、超高频和微波四种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括低频处理单元、高频处理单元、超高频处理单元和微波处理单元。

一种多频段RFID读写器的读写方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.主动循环发送不同频段的寻卡指令；

S2.多频段射频天线成功接收标签返回的RF信号；

S3.射频选择模块逐一地判断该RF信号是否符合不同频段的协议，根据所符合协议的类型选择不同的处理单元；

S4.相应的处理单元对信号进行解调、滤波处理；

S5.处理过的信号送入微处理器40解码；

S6.将微处理器40解码后的数据传输至数据终端。

本发明多频段RFID读写器，通过设计可收发不同频段射频信号的多频段射频天线，解决了传统多天线系统的电磁兼容问题，可自动对进入感应范围的不同频段的射频标签进行识别和读写；同时，本发明多频段读写器具有物理尺寸小、成本低、结构简单，损耗小等优点。

附图说明

图1为本发明多频段RFID读写器结构示意图。

图2为本发明实施例1中的多频段射频天线的结构示意图。

图3为本发明实施例1结构示意图。

图4为本发明实施例2中的多频段射频天线的结构示意图。

图5为本发明实施例2结构示意图。

图6为本发明实施例3中的多频段射频天线的结构示意图。

图7为本发明实施例3结构示意图。

图8为本发明实施例4中的多频段射频天线的结构示意图。

图9为本发明实施例4结构示意图。

图10为本发明RFID读写方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，本发明多频段RFID读写器，多频段射频天线10可收发不同频段的射频信号，当有标签进入磁场感应区域时，其天线产生感应电流，从而RFID标签获得能量被激活，并向读写器发出自身编码等信息。多频段射频天线10接收标签发出的载波信号后，由射频选择模块20根据该信号的频率，送至射频处理模块30进行解调、滤波等预处理。随后，该信号被送至微处理器40进行解码，解码后的数据通过被传输至数据终端，该数据传输可通过微处理器40上的通信装置401传输至外部的数据终端(外部设备，图中未示出)，该数据终端可为一计算机或PDA等。通信装置401可包括RS232控制器、RS485控制器、USB接口控制器、韦根接口控制器中的一种或几种，也可以是其他RFID射频通讯中常用的数据传输技术。微处理器40解码后的数据传输和处理是公知技术，本发明中的描述是为了更清楚的阐述本发明，不是对本发明的限制。

本发明多频段RFID读写器向标签写入信息的过程与读取信息的过程完全相反，本领域内技术人员只要知道读取时方法的处理过程，很容易就知道写入的方法，以下实施例均就读取过程进行表述，写入过程不再赘述。

实施例1

参见图2，在本实施例中，多频段射频天线10为一种双频天线，该天线将倒F型天线与线圈天线设计为一个整体，从而实现多频功能，可同时收发高频或超高频的射频信号。多频段射频天线10主要由射频辐射单元102和天线调谐匹配单元6组成，射频辐射单元102通过馈电线和短路线120连接到地面150上。当射频辐射单元102具有电流时，将引起地面电流的激励，最终的场是由辐射单元电流及它在地面上的镜像电流共同形成。射频辐射单元102包括第一辐射部304和第二辐射部303，第一辐射部304为螺旋绕制多层的线圈，第二辐射部303为围绕第一辐射部304的未封闭金属部。天线调谐匹配单元6包括高频天线调谐单元和超高频天线匹配单元，射频辐射单元102通过短路线120与地面150连接，所述天线调谐匹配单元6连接在射频辐射单元102和地面150之间，短路线120靠近第二辐射部303未封闭处。第一辐射部304的外端与所述第二辐射部303的一端连接，所述第二辐射部的另一端与短路线120连接，所述多频天线调谐匹配单元6与所述第一辐射部的内端连接。第一辐射部304实现的是高频信号的接收，第二辐射部303实现的是超高频的接收，可通过天线调谐匹配单元6和辐射单元102的有效工作长度共同确定所接收信号的频段，辐射单元102的有效工作长度为对应频段的1/4波长。

参见图3，射频处理模块30包括高频处理单元32和超高频处理单元33，当高频的RFID标签92进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10接收该高频标签92发出的信号后送至射频选择模块20，射频选择模块20判断该信号为高频信号，相应地将信号送至高频处理单元32。

本发明中，射频选择模块20判断该信号的方法是逐一地判断该信号符合哪一个频段的射频通信协议，如符合高频段的协议，则判断该信号为高频信号，如符合超高频的协议，则判断为超高频信号。

当超高频的RFID标签93进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10同样可以接收该超高频标签93发出的信号，此时射频选择模块20判断该信号为超高频信号，相应地将信号送至超高频处理单元33进行解调、滤波等预处理。

实施例2

参见图4，本实施例中多频段射频天线10可同时收发低频信号和微波信号，天线的原理图与实施例1类似，只是将射频辐射单元102两个天线辐射部的有效工作部分长度分别设计为低频信号和微波信号波长的1/4，第二辐射部301为微波信号的辐射单元，第一辐射部302为低频信号的辐射单元，相应地天线调谐匹配单元6应包括一低频信号调谐单元和一微波信号匹配单元。

RFID天线的匹配电路是本领域公知技术，本发明不再详述天线调谐匹配单元6中匹配电路的设计原理。

参见图5，当低频的RFID标签91进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10接收该低频标签91发出的信号后送至射频选择模块20，射频选择模块20判断该信号为低频信号，相应地将信号送至低频处理单元31。

当2.4GHz的微波标签94进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10同样可以接收该微波标签94发出的信号，此时射频选择模块20判断该信号为微波信号，相应地将信号送至微波处理单元34进行解调和滤波处理。

射频选择模块20判断信号频段的方法与实施例1相同。

同理，实施例1和实施例2还可以变化出不同的方案，通过调整多频段射频天线10中辐射单元102的两个辐射部的有效工作长度，并相应调整天线调谐匹配单元6中的匹配电路，还可以使该多频段射频天线10同时收发任意两种频率的信号。与此用时，只要相应地将射频处理模块30中的处理单元设计为相应频率的处理单元，即可实现本发明目的。

按照前段所述，本发明还可用于以下不同频段的标签同时读写：

a.低频标签和高频标签，多频段射频天线10中两个天线辐射部的有效工作长度分别为低频信号和高频信号波长的1/4，相应的射频处理模块30中的处理单元分别为低频处理单元31和高频处理单元32；

b.低频标签和超高频标签，多频段射频天线10中两个天线辐射部的有效工作长度分别为低频信号和超高频信号波长的1/4，相应的射频处理模块30中的处理单元分别为低频处理单元31和超高频处理单元33；

c.高频标签和微波标签，多频段射频天线10中两个天线辐射部的有效工作长度分别为高频信号和微波信号波长的1/4，相应的射频处理模块30中的处理单元分别为高频处理单元32和微波处理单元34；

d.超高频标签和微波标签，多频段射频天线10中两个天线辐射部的有效工作长度分别为超高频信号和微波信号波长的1/4，相应的射频处理模块30中的处理单元分别为超高频处理单元33和微波处理单元34。

实施例3

参见图6，在本实施例中，多频段射频天线10为一种三频段收发天线，组成结构如图2所述，与图2中的双频天线的不同之处在于辐射单元102可以实现三个频段的谐振，射频辐射单元102的第二辐射部中未封闭处对面部分为一类凹形部。该射频辐射单元102包含有三个可用的天线子单元，可分别与高频、超高频和微波三种频率的信号发生谐振，其原理同样是通过调整天线单元的有效工作长度。天线调谐匹配单元6相应的要包括高频调谐单元、超高频匹配单元和微波匹配单元。

参见图7，射频处理模块30包括高频处理单元32、超高频处理单元33和微波处理单元34。当高频的RFID标签92进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10接收该高频标签92发出的信号后送至射频选择模块20，射频选择模块20判断该信号为高频信号，相应地将信号送至高频处理单元32进行解调和滤波处理。

当超高频的RFID标签93进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10同样可以接收该超高频标签93发出的信号，此时射频选择模块判断该信号为超高频信号，相应地将信号送至超高频处理单元33进行解调和滤波处理。

当微波RFID标签94进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10同样可以接收该微波标签94发出的信号，此时射频选择模块判断该信号为微波信号，相应地将信号送至微波处理单元34进行解调和滤波处理。

同理，实施例3亦可变化出不同的方案，通过调整多频段射频天线10中三个天线子单元的有效工作长度，并相应地匹配天线调谐匹配单元6，还可以使该多频段射频天线时同时收发任意三种频率的信号。另外再相应地将射频处理模块30中的处理单元设计为相应频率的处理单元，即可实现本发明目的。

例如将多频段射频天线10中三个天线单元的有效工作长度分别设计为低频信号、高频信号、超高频信号波长的1/4，相应的射频处理模块30中的处理单元分别为低频处理单元31、高频处理单元32和超高频处理单元33，即可自动读写低频、高频和超高频三种不同的标签。

将多频段射频天线10中三个天线单元的有效工作长度分别设计为低频信号、高频信号、微波信号波长的1/4，相应的射频处理模块30中的处理单元分别为低频处理单元31、高频处理单元32和微波处理单元34，即可自动读写低频、高频和微波三种不同的标签。

将多频段射频天线10中三个天线单元的有效工作长度分别设计为低频信号、超高频信号、微波信号波长的1/4，相应的射频处理模块30中的处理单元分别为低频处理单元31、超高频处理单元33和微波处理单元34，即可自动读写低频、高频和超高频三种不同的标签。

低频的RFID标签91进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10接收该低频标签91发出的信号后送至射频选择模块20，射频选择模块20判断该信号为低频信号，相应地将信号送至低频处理单元31。

实施例4

多频段射频天线10可收发低频、高频、超高频和微波四个频段的信号。如图8所示，原理同上述实施例1～3，射频辐射单元102中包含四个天线子单元，有效工作长度分别设计为低频信号、高频信号、超高频和微波信号波长的1/4。天线调谐匹配单元6包括一低频调谐单元、高频匹配单元、超高频匹配单元、微波匹配单元，相应的射频处理模块30中的处理单元分别为低频处理单元31、高频处理单元32、超高频处理单元33和微波处理单元34，即可自动读写低频、高频、超高频和微波三种不同的标签。

参见图9，低频的RFID标签91进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10接收该低频标签91发出的信号后送至射频选择模块20，射频选择模块20判断该信号为低频信号，相应地将信号送至低频处理单元31。

当高频的RFID标签92进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10接收该高频标签92发出的信号后送至射频选择模块20，射频选择模块20判断该信号为高频信号，相应地将信号送至高频处理单元32进行解调和滤波处理。

当超高频的RFID标签93进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10同样可以接收该超高频标签93发出的信号，此时射频选择模块判断该信号为超高频信号，相应地将信号送至超高频处理单元33进行解调和滤波处理。

当微波RFID标签94进入读写器的磁场感应区域时，多频段射频天线10同样可以接收该微波标签94发出的信号，此时射频选择模块判断该信号为微波信号，相应地将信号送至微波处理单元34进行解调和滤波处理。

本发明多频段RFID读写器，通过设计可收发不同频段射频信号的多频段射频天线，解决了传统多天线系统的电磁兼容问题，可自动对进入感应范围的不同频段的射频标签进行识别和读写；同时，本发明多频段读写器具有物理尺寸小、成本低、结构简单，损耗小等优点。

实施例5

本发明多频段RFID读写器的读写方法，请参见图10，包括以下步骤：

S1.主动循环发送不同频段的寻卡指令，该寻卡指令通过多频段天线10的不同天线单元发出；

S2.多频段射频天线成功接收标签返回的RF信号，并将该信号传至射频选择模块20；

S3.射频选择模块20逐一判断该RF信号是否符合不同频段的通信协议，然后根据其所符合的协议选择射频处理模块中相应的处理单元进行处理；

S4.相应的处理单元对信号进行解调、滤波处理；

S5.处理过的信号送入微处理器40解码；

S6.将微处理器40解码后的数据传输至数据终端。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (13)

1.一种多频段RFID读写器，其特征在于包括：

一多频段射频天线，以收发至少两个不同频段的射频信号；

一射频选择模块，以根据输入的射频信号选择不同的射频处理单元；

一射频处理模块，包括至少两个不同频段的射频处理单元，以对射频信号进行预处理；

一微处理器，以对所述射频处理单元送出的信号进行解码，并将解码后的数据传输至一数据终端。

2.如权利要求1所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发高频和超高频两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一高频处理单元和一超高频处理单元。

3.如权利要求1所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发高频和微波两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一高频处理单元和一微波处理单元。

4.如权利要求1所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发超高频和微波两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一超高频处理单元和一微波处理单元。

5.如权利要求1、2、3或4所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发高频、超高频和微波三种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括高频处理单元、超高频处理单元和微波处理单元。

6.如权利要求1所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发低频和高频两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一低频处理单元和一高频处理单元。

7.如权利要求1所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发低频和超高频两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一低频处理单元和一超高频处理单元。

8.如权利要求1、2、6或7所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发低频、高频和超高频三种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括低频处理单元、高频处理单元和超高频处理单元。

9.如权利要求1所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发低频和微波两种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括一低频处理单元和一微波处理单元。

10.如权利要求1、3、6或9所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发低频、高频和微波三种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括低频处理单元、高频处理单元和微波处理单元。

11.如权利要求1、4、7或9所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发低频、超高频和微波三种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括低频处理单元、超高频处理单元和微波处理单元。

12.如权利要求1、2、3、4、6、7或9所述的多频段RFID读写器，其特征在于，所述多频段射频天线至少可收发低频、高频、超高频和微波四种射频信号，对应的所述射频处理模块至少包括低频处理单元、高频处理单元、超高频处理单元和微波处理单元。

13.一种多频段RFID读写器的读写方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.主动循环发送不同频段的寻卡指令；

S2.多频段射频天线成功接收标签返回的RF信号；

S3.射频选择模块逐一地判断该RF信号是否符合不同频段的协议，根据所符合协议的类型选择不同的处理单元；

S4.相应的处理单元对信号进行解调、滤波处理；

S5.处理过的信号送入微处理器40解码；

S6.将微处理器40解码后的数据传输至数据终端。

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