CN103218642A - 一种多天线超高频电子标签读写器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多天线超高频电子标签读写器，除包含接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、通信、主控模块，该读写器还包括天线模组和开关模块，该天线模组包含多个天线，该开关模组包含多个定向耦合设备、第一一对多开关及第二一对多开关，该第一一对多开关的公共端接该发射模组的发射通道输出，该第一一对多开关的多路端口分别接各定向耦合设备的发射端口，各定向耦合设备的公共端口接对应天线，各定向耦合设备的接收端口接第二一对多开关的多路端口，该第二一对多开关的公共端口接一天线检测模块与该接收模组，通过本发明，不仅降低了成本，而且不容易损坏天线开关，提高了系统可靠性。

Description

一种多天线超高频电子标签读写器
技术领域
本发明属于电子标签(RFID)领域，涉及一种超高频电子标签读写器，具体为一种多天线超高频电子标签读写器。
背景技术
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性自动识别目标对象并获取相关信息，实现自动识别。作为一项关键技术，RFID由于其众多便利的特点和广泛的应用领域，越来越受到人们的普遍关注。RFID技术有着十分广泛的应用前景，其可以应用于物流仓储中的仓库管理、身份识别、交通运输、食品医疗、动物管理、门禁防盗以及工业军事等多种领域，给人们生活带来了极大的便利。
在RFID系统中，相对于13.56MHz及更低频率的系统而言，超高频识别技术(UHF RFID)由于其工作频段电磁波的波长较短，因此标签可以采用物理尺寸相对很小的天线收发信号，从而为标签的小型化和低成本奠定了基础，因此超高频射频识别技术(UHF RFID)是近年来的重点发展方向。
目前对于超高频技术，国际标准ISO 18000-6C规定了860-960MHz的工作频段，ISO18000-4规定了2.45GHz的工作频段，而世界各国也分别制定了各自国家的许可工作频段，大概每个频段4～20MHz宽度不等，如我国规定840-845MHz及920-925MHz频段用作UHF RFID。对于UHF RFID系统简单而言，由标签(Tag)、RFID读写设备(Reader)以及应用软件平台构成。标签和RFID读写设备是UHF RFID系统的硬件基础，其工作原理为：(1)RFID读写设备发射电磁波给标签，对标签进行指令控制、信息写入读出操作；(2)标签一方面接收RFID读写设备发射来的电磁波信号，另一方面，对于无源标签而言，利用RFID读写设备发射来的电磁波转化为直流电源电压，作为标签的工作电源；(3)标签将RFID读写设备发射的电磁波通过背向散射机制将标签的信息返回RFID读写设备。
可见，读写器作为UHF RFID硬件基础的RFID读写设备，其性能对于UHFRFID系统至关重要。目前，读写器分便携式和固定式两种，普遍采用直接变频技术，即接收到的射频信号直接送到零中频下变频器进行下变频得到基带信号，滤除直流后在低频对基带信号进行处理。便携式读写器因体积原因，一般只有一个天线，而固定式读写器因性能要求严格，普遍是多天线的，典型的多天线扩展的超高频电子标签读写器如图1示。该读写器包括天线101、环形器102、发射模块103、接收模块104、锁相环电路105、数字处理电路106以及包括电源、通信、主控等模块的其他电路107。其中天线101由多个天线(A1/A2/A3/A4)及一个一对多开关S1构成。
然而，现有的读写器一般直接将原单天线的读写器增加开关扩展板构成，这样不需要改动原有布局，略微修改控制软件即可，成本和难度均较低，但可靠性不高，天线开关容易损坏，且各天线需要独立的天线检测电路，而天线检测比较复杂，如果增加天线检测则会显著增加成本，使用简单的短路型天线虽然方便检测但是对天线局限性太大，而且简单测量开路短路来判断天线电性能对系统的保护欠佳。
发明内容
为克服上述现有技术存在的问题，本发明之目的在于提供一种多天线超高频电子标签读写器，其通过包含两个一对多开关的开关模块将多个天线与发射模组及接收模组相连，并利用一个天线检测模块实现了对多个天线的检测，不仅降低了成本，而且不容易损坏天线开关，提高了系统可靠性。
为达上述及其它目的，本发明提供一种多天线超高频电子标签读写器，至少包含接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、通信、主控模块，除此之外，该读写器还包括天线模组和开关模块，该天线模组包含多个天线，该开关模组包含多个定向偶合设备、第一一对多开关及第二一对多开关，该第一一对多开关的公共端接该发射模组的发射通道输出，该第一一对多开关的多路端口分别接各定向耦合设备的发射端口，各定向耦合设备的公共端口接对应天线，各定向耦合设备的接收端口接第二一对多开关的多路端口，该第二一对多开关的公共端口接一天线检测模块与该接收模组。
进一步地，该第二一对多开关的公共端口通过一单刀双掷开关接该天线检测模块与该接收模组。
进一步地，该天线检测模块包括匹配衰减电路、检波放大电路以及模数转换电路，用于接收通过第二一对多开关及单刀双掷开关收集的天线反射信号，将天线反射的信号转换为直流电压，并根据直流电压的大小获得天线的当前情况。
进一步地，该定向耦合设备为环形器或定向耦合器。
进一步地，定向耦合设备的数量与天线的数量相应。
进一步地，该天线模组包含的天线数量为大于或等于2。
与现有技术相比，本发明一种多天线超高频电子标签读写器，通过利用包含两个一对多开关的开关模块将多个天线与发射模组及接收模组相连，并利用一个天线检测模块实现了对多个天线的检测，不仅降低了成本，而且不容易损坏天线开关，提高了系统的可靠性。
附图说明
图1为现有技术中超高频电子标签读写器的电路结构图；
图2为本发明一种多天线超高频电子标签读写器的系统架构图；。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种多天线超高频电子标签读写器的系统架构图。如图2所示，本发明一种多天线超高频电子标签读写器，包括天线模组201、开关模块202、发射模组203、接收模组204、锁相环模块205、数字处理电路206、包含电源、通信、主控等模块的其他电路207以及天线检测模块208。
其中，天线模组201包括N个天线；开关模块202包括N个耦合设备(环形器或定向耦合器，以下以环形器进行说明)和两个一对多开关S1、S2，一对多开关S1的公共端接发射模组203的发射通道输出，即功率放大器，一对多开关S1的多路端口分别接对应端口环形器的发射端口，环形器的公共端口接对应天线，环形器的接收端口接另一一对多开关S2的多路端口，一对多开关S2的公共端口接天线检测模块208的输入端，天线检测模块208的输出接接收通道的输入端口。
在本发明较佳实施例中，天线A1-A4构成天线模块201，一对多开关S1、S2和环形器1-4组成开关模块202，接收和发射通道不变，改变环形器与天线的连接方法，即发射通道输出(功率放大器PA)接一对多开关S1(第一一对多开关S 1)的公共端，一对多开关S1的多路端口分别接对应端口环形器的发射端口，环形器的公共端口接对应的天线，环形器的接收端口接至另一一对多开关S2(第二一对多开关S2)的多路端口，该一对多开关S2的公共端口接天线检测模块输入，天线检测模块208的输出接接收通道的输入端口。
天线检测模块208由单刀双掷开关S3、匹配衰减电路、检波放大电路和模数转换电路(ADC)组成，其作用是检测天线是否接上或接上的天线是否电性能完好。天线检测模块208接一对多开关S2的公共端，用于将天线反射的信号转换为直流电压，并根据直流电压的大小获得天线的当前情况。当需要进行天线检测试时，单刀双掷开关S3被接至匹配衰减电路并进行天线检测，当需要正常通信时，单刀双掷开关S3被接至接收通道的输入端口，由于天线检测模块内部的检测处理为现有技术，在此不予赘述。
在本发明较佳实施例中，发射模组203的功率放大器(PA)输出经一对多开关S1，从发射端口Poi接入环形器i的发射端口后从环形器i的公共端口进入天线Ai，当天线Ai未接或电性能损坏时，电磁能量被全反射，但反射的能量被环形器分路进入接收的一对多开关S2。由于现有技术的反射能量反复经过一对多开关使得开关损耗形成的热量聚积容易损坏一对多开关，因为本发明的能量不论天线接与不接或好坏均只单次经过开关，故设计合理时不会因开关损耗形成的热量聚积而损坏一对多开关，而且现有技术天线检测需要在各天线接口附近完成取样和检测，电路有损耗且复杂。而本发明将反射能量通过一对多开关S2收集到一起，这样天线检测只需要一套，而且因为天线检测模块工作时单刀双掷开关S3将反射能量接至匹配衰减电路，不存在二次反射，检测结果更加可靠，使用本天线检测模块检测的是真实的反射，对所检测的天线没有开路型或短路型的特殊要求。
可见，本发明一种多天线超高频电子标签读写器，通过利用包含两个一对多开关的开关模块将多个天线与发射模组及接收模组相连，并利用一个天线检测模块实现了对多个天线的检测，不仅降低了成本，而且不容易损坏天线开关，提高了系统的可靠性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (6)

1.一种多天线超高频电子标签读写器，至少包含接收模组、发射模组、数字处理电路、锁相环模块以及电源、通信、主控模块，其特征在于：该读写器还包括天线模组和开关模块，该天线模组包含多个天线，该开关模组包含多个定向耦合设备、第一一对多开关及第二一对多开关，该第一一对多开关的公共端接该发射模组的发射通道输出，该第一一对多开关的多路端口分别接各定向耦合设备的发射端口，各定向耦合设备的公共端口接对应天线，各定向耦合设备的接收端口接第二一对多开关的多路端口，该第二一对多开关的公共端口接一天线检测模块与该接收模组。
2.如权利要求1所述的一种多天线超高频电子标签读写器，其特征在于：该第二一对多开关的公共端口通过一单刀双掷开关接该天线检测模块与该接收模组。
3.如权利要求2所述的一种多天线超高频电子标签读写器，其特征在于：该天线检测模块包括匹配衰减电路、检波放大电路以及模数转换电路，用于接收通过第二一对多开关及单刀双掷开关收集的天线反射信号，将天线反射的信号转换为直流电压，并根据直流电压的大小获得天线的当前情况。
4.如权利要求1所述的一种多天线超高频电子标签读写器，其特征在于：该定向耦合设备为环形器或定向耦合器。
5.如权利要求1所述的一种多天线超高频电子标签读写器，其特征在于：定向耦合设备的数量与天线的数量相应。
6.如权利要求1所述的一种多天线超高频电子标签读写器，其特征在于：该天线模组包含的天线数量为大于或等于2。
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