CN103297157A - 一种多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法，包括如下步骤：开机时，利用发射模组输出一低功率纯载波信号，并通过天线检测模块检测天线反射回来的该纯载波信号的大小以判断天线是否连接或电性能完好；于读写器每次正常发送命令时，通过天线检测模块动态检测天线反射回来的调制信号的大小以判断天线是否连接或电性能完好，本发明通过采用动态检测最大限度保证了天线实时可用，提高了系统可靠性。

Description

一种多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法

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的天线检测方法，具体为一种多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法。

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ISO18000-6C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、主控、通信等模块的其他电路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，各天线需要独立的天线检测电路，且现有技术一般实施单次天线检测，而很多场景需要移动读写器或天线以进行有效通信，开机检测正常不代表该天线始终正常，移动会造成天线接口等松动而出现电接触问题，造成无法正常通信。

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的天线检测方法，其通过采用动态检测最大限度保证天线实时可用，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的天线检测方法，包括如下步骤：

步骤一，开机时，利用发射模组输出一低功率纯载波信号，并通过天线检测模块检测天线反射回来的该纯载波信号的大小以判断天线是否连接或电性能完好；

步骤二，于读写器每次正常发送命令时，通过天线检测模块动态检测天线反射回来的调制信号的大小以判断天线是否连接或电性能完好。

进一步地，步骤一包括如下步骤：

发射模组的功率放大器输出一安全的低功率纯载波信号；

在天线选择信号的控制下，该纯载波信号经第一一对多开关的公共端进入第i路发射端口输出，并通过耦合设备i进入第i个天线；

若第i个天线未接或电性能损坏时，电磁能量被全反射或大部反射，其反射的能量被耦合设备i分路经由耦合设备i的公共端口到达接收端口，并在天线选择信号的控制下到达第二一对多开关的公共端口；

天线检测控制信号控制单刀双掷开关接通天线检测模块的匹配衰减电路；

检测放大电路对被匹配衰减电路衰减后的信号进行检波和放大，其直流电压经模数转换后进入数字处理系统进行处理。

进一步地，步骤二还包括如下步骤：

于读写器每次正常发送命令时，设置天线检测控制信号控制单刀双掷开关接通天线检测模块的匹配衰减电路；

在脉冲宽度调制PIE码的高电平时段对检测放大的直流进行一点或多点采样；

利用检波电压和反射功率成正比的特性判断反射能量的高低，进而判断天线状态；

在读写器发送命令完毕等待标签返回时，设置天线检测控制信号控制单刀双掷开关接通读写器接收模块准备正常通信

进一步地，判断天线状态的方式为：电压异常则天线异常，否则正常。

进一步地，若已连接天线但检测到天线异常，则立即关闭发射链路以保护读写器并报警。

进一步地，该低功率纯载波信号的功率为0～20dBm。

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的天线检测方法，通过在读写器每次正常发送命令时动态检测天线的连接状况以最大限度保证天线实时可用，避免了移动读写器或天线时可能造成的损毁器件及通信失败问题，提高了系统可靠性和通信的成功率。

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天线检测方法所应用之多天线超高频电子标签读写器的系统架构图；

图3为本发明一种多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法的步骤流程图。

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天线检测方法所应用之多天线超高频电子标签读写器的系统架构图。如图2所示，该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、及包括电源、主控、通信等模块的其他电路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个定向耦合设备(环形器或定向耦合器，下面以环形器进行说明)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。

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S1)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检测电路(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。

图3为本发明一种多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法的步骤流程图。如图3所示，本发明一种多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法，包括如下步骤：

步骤301，天线开机检测，开机时，功率放大器(PA)输出一安全(保证即使全反射也不至于损毁功放、开关等部件)的定功率纯载波信号如0～20dBm，在天线选择信号AntSel的控制下，该功率信号(纯载波信号)经发射一对多开关S1的公共端进入第i路发射端口输出Poi，然后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，电磁能量被全反射或大部反射，其反射的能量被环形器i分路经由环形器i的公共端口到达接收端口Pii，在天线选择信号AntSel的控制下，Pii由接收一对多开关S2的多路端口到达其公共端口，天线检测控制信号AntSel2控制单刀双掷开关S3接通天线检测模块的匹配衰减电路，由匹配衰减电路完全吸收反射的能量，而天线检测模块的检测放大电路对被匹配衰减电路衰减后的信号进行检波和放大，其直流电压经模数转换后进入数字处理系统进行处理，若该Ai开路或损毁则发出警告并避免使用该端口，若正常则标记Ai正常以备进一步通信使用。

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；现有技术天线检测需要在各天线附近完成取样和检测，电路有损且复杂，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。

第二步，动态检测。由于很多场景需要移动读写器或天线以进行有效通信，开机检测正常不代表该天线始终正常，移动会造成天线接口等松动而出现电接触问题，在读写器每次正常发送命令时(此时发射链路为全功率发射由脉冲宽度调制PIE码调制的ASK调制信号)，设置天线检测控制信号AntSel2控制单刀双掷开关S3接通天线检测模块的匹配衰减电路，在PIE码的高电平时段(此时发射电路发送纯载波)对检波放大的直流进行一点或多点采样，利用检波电压和反射功率成正比的特性判断反射能量的高低，进而判断天线状态(是否连接或电性能良好)，电压异常(若电路设计时记录正确连接天线时的检波电压为高，则检波电压为低代表异常，若电路设计时记录正确连接天线时的检波电压为低，则检波电压为高代表异常)则天线异常，否则正常，若已连接天线但检测到天线异常，则立即关闭发射链路以保护读写器并报警，说明天线有电连接问题需要外界干预；在读写器发送命令完毕等待标签返回时，设置天线检测控制信号AntSel2控制单刀双掷开关S3接通读写器接收模块准备正常通信。

可见，本发明一种多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法，通过在读写器每次正常发送命令时动态检测天线的连接状况以最大限度保证天线实时可用，避免了移动读写器或天线时可能造成的损毁器件及通信失败问题，提高了系统可靠性和通信的成功率。

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的天线检测方法，包括如下步骤：

步骤一，开机时，利用发射模组输出一低功率纯载波信号，并通过天线检测模块检测天线反射回来的该纯载波信号的大小以判断天线是否连接或电性能完好；

步骤二，于读写器每次正常发送命令时，通过天线检测模块动态检测天线反射回来的调制信号的大小以判断天线是否连接或电性能完好。

2.如权利要求1所述的多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法，其特征在于，步骤一包括如下步骤：

发射模组的功率放大器输出一安全的低功率纯载波信号；

在天线选择信号的控制下，该纯载波信号经第一一对多开关的公共端进入第i路发射端口输出，并通过耦合设备i进入第i个天线；

若第i个天线未接或电性能损坏时，电磁能量被全反射或大部反射，其反射的能量被耦合设备i分路经由耦合设备i的公共端口到达接收端口，并在天线选择信号的控制下到达第二一对多开关的公共端口；

天线检测控制信号控制单刀双掷开关接通天线检测模块的匹配衰减电路；

检测放大电路对被匹配衰减电路衰减后的信号进行检波和放大，其直流电压经模数转换后进入数字处理系统进行处理。

3.如权利要求1所述的多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法，其特征在于，步骤二还包括如下步骤：

于读写器每次正常发送命令时，设置天线检测控制信号控制单刀双掷开关接通天线检测模块的匹配衰减电路；

在脉冲宽度调制PIE码的高电平时段对检测放大的直流进行一点或多点采样；

利用检波电压和反射功率成正比的特性判断反射能量的高低，进而判断天线状态；

在读写器发送命令完毕等待标签返回时，设置天线检测控制信号控制单刀双掷开关接通读写器接收模块准备正常通信

4.如权利要求3所述的多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法，其特征在于，判断天线状态的方式为：电压异常则天线异常，否则正常。

5.如权利要求4所述的多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法，其特征在于：若已连接天线但检测到天线异常，则立即关闭发射链路以保护读写器并报警。

6.如权利要求1所述的多天线超高频电子标签读写器的天线检测方法，其特征在于：该低功率纯载波信号的功率为0～20dBm。

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