CN103679088A - 辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，该电波信号辐射场形转换装置包括：一传输线，具有一第一端及一第二端，该第二端相对于该第一端；一接收天线，连接该传输线的第一端，用以接收一射频识别读取器所发出的一第一读取电波信号；以及一转换读取单元，连接该传输线的第二端，用以将该第一读取电波信号转换成不同辐射场形的一第二读取电波信号。藉此，可在不增加任何有源元件或转换电路的情形下，直接转换射频电波信号的辐射场形，让射频电波信号可以传输到原本无法到达的位置，进而解决射频识别标签的读取死角问题。
Description
技术领域
本发明是关于一种电波信号辐射场形转换装置，特别是关于一种辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置。
背景技术
在无线电通讯上，天线是电磁波传送与接收的主要元件，因此两通讯端能否顺利达到通讯的功能，主要取决于两端天线的特性与电波传输路程。天线的特性如：电场极化匹配、辐射方向及增益大小等；而电波传输路径更是主要的关键因素，如：水泥墙的衰减、铁皮厂房的屏蔽及金属密封空间的阻隔等，都会造成传输通讯功能失效。
在射频识别(RFID)技术的应用上，也同样会遭遇到类似问题。
请参阅图1，其是显示已知射频识别读取器对应射频识别标签的示意图。当射频识别读取器X及读取器Y的天线对应到射频识别标签T的无法读取方向时，将无法进行标签信息读取。
另外，已知射频识别标签使用时大都会贴附在物品的侧边，以便后续射频识别系统能方便读取。然而，物品在存放或载运的过程中，普遍会采用堆栈的方式配置以节省空间，因此，容易造成射频识别标签被其它物品挡住，致使读取电波信号被阻隔或屏蔽，而无法达到射频识别标签执行通讯功能。特别是在钢铁业的钢板产品上，由于钢板尺寸大小不一，且都是以堆栈方式存放或装载，因此，当射频识别标签贴附在钢板侧边而遭遇到上述情况时，便会发生射频识别标签无法读取的情况。
请参阅图2，其是显示已知射频识别标签位于钢板夹缝中的示意图。当射频识别标签T位于钢板S的夹缝中时，射频识别读取器X的电波信号无法传入钢板S的夹缝中，以致射频识别读取器X无法读取标签信息。
射频电波信号亦会受到水泥墙的厚度或层数的影响而发生信号衰减；同样地，射频电波信号也会受到泥土或柏油路面的影响，甚至是土中的含水量多寡也会产生不同程度的影响，而使得电波信号无法穿透地面太深。已知埋设于地下的管路，除了工程图中可追查出管路的布线情形与实际位置外，其它的工程单位并无法得知即将施工的路面下，是否埋有其它的管路，故经常发生挖破瓦斯管或自来水管的意外。
请参阅图3，其是显示已知射频识别标签埋设于地下管线上的示意图。如图3所示，已知已有提出将射频识别标签T埋设于地下管线P上，其目的是让施工单位在施工前，能以手持式射频识别读取器X先进行地下管线确认，以确保施工安全。惟，上述系统在实测时，便发现射频识别读取器X的电波信号根本无法到达地下深处的射频识别标签T，以致无法读取标签信息及确认管线是否存在。
此外，射频识别读取器天线与射频识别标签天线两者间的极化匹配亦是相当重要的通讯关键因素。
图4显示已知三种天线极化特性示意图。如图4所示，已知天线的极化特性可区分成三种：线性极化、圆极化以及椭圆极化。极化特性的定义为：无线电波的电场大小不变，而方向随时间变化，电场向量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影，若为一直线，称之为线性极化；若是一个圆，则称之为圆极化；而若为一个椭圆，则称之为椭圆极化，而线性极化及圆极化可视为椭圆极化的两个特例。
图5显示已知左旋及右旋圆极化天线特性示意图。如图5所示，圆极化天线依其电场极化旋转方向的不同，又可分为左旋及右旋圆极化天线。
当射频识别读取器天线与射频识别标签天线皆采用相同极化特性的天线时，其通讯效果最佳；反之，若两者采用不同极化特性的天线，其通讯效果将会大幅衰减。例如：线性极化对圆极化，其通讯效果会变得很差；若是左旋圆极化对右旋圆极化，则完全无法进行通讯。
综上所述，已知射频识别读取器在读取射频识别标签时，一旦遭遇读取死角或天线极化特性不匹配，便无法顺利读取标签信息。
因此，有必要提供一创新且具进步性的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，包括：一传输线，具有一第一端及一第二端，该第二端相对于该第一端；一接收天线，连接该传输线的第一端，用以接收一射频识别读取器所发出的一第一读取电波信号；以及一转换读取单元，连接该传输线的第二端，用以将该第一读取电波信号转换成不同辐射场形的一第二读取电波信号。
本发明是利用辐射特性不同的该接收天线及该转换读取单元组成该电波信号辐射场形转换装置，该电波信号辐射场形转换装置可在不增加任何有源元件或转换电路的情形下，直接转换射频电波信号的辐射场形，让射频电波信号可以传输到原本无法到达的位置，进而解决射频识别标签的读取死角问题。此外，该电波信号辐射场形转换装置亦可将射频识别读取器的电波信号转换成与射频识别标签天线极化特性相同的电波信号，使其可顺利读取标签信息，进而解决天线极化特性不匹配导致无法读取标签信息的问题。
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明所述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1显示已知射频识别读取器对应射频识别标签的示意图；
图2显示已知射频识别标签位于钢板夹缝中的示意图；
图3显示已知射频识别标签埋设于地下管线上的示意图；
图4显示已知三种天线极化特性示意图；
图5显示已知左旋及右旋圆极化天线特性示意图；
图6显示本发明辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置的结构示意图；
图7显示本发明转换读取单元另一实施例的结构示意图；
图8显示本发明转换读取单元另一实施例的结构尺寸标示图；
图9显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第一应用例的示意图；
图10显示本发明第一应用例的电波信号辐射场形转换装置的实体图；
图11显示本发明第一应用例的电波信号辐射场形转换装置的另一实施例的实体图；
图12显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第二应用例的示意图；
图13显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第二应用例的实测图；
图14显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第二应用例的另一实测图；及
图15显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第三应用例的示意图。
[主要元件标号说明]
10 电波信号辐射场形转换装置 11 传输线
11a 第一端 11b 第二端
12 接收天线 13 转换读取单元
130 共振式近场耦合结构 C 电容
L 电感 P 地下管线
R 电阻 S 钢板
T 射频识别标签 W1 第一读取电波信号
W2 第二读取电波信号 X 射频识别读取器
Y 射频识别读取器
具体实施方式
请参阅图6，其是显示本发明辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置的结构示意图。本发明的电波信号辐射场形转换装置10包括一传输线11、一接收天线12以及一转换读取单元13。
该传输线11具有一第一端11a及一第二端11b，该第二端11b相对于该第一端11a。在本实施例中，该传输线11为同轴线，且较佳地，该传输线11为50欧姆同轴线。
该接收天线12连接该传输线11的第一端11a，用以接收一射频识别读取器(图未绘出)所发出的一第一读取电波信号W1。在本实施例中，该接收天线12可选自如下的一种：单极天线(monopole antenna)、耦极天线(dipole antenna)、微带式天线(patch antenna)及倒F天线(inverted-F antenna)。此外，该接收天线12的极化特性亦可选自如下的一种：圆极化、椭圆极化及线性极化。
另外，在本实施例中，该第一读取电波信号W1的辐射场形可选自如下的一种：全向性、半球形、线性极化、圆极化及椭圆极化。
该转换读取单元13连接该传输线11的第二端11b，用以将该第一读取电波信号W1转换成不同辐射场形的一第二读取电波信号W2。在本实施例中，该转换读取单元13可选自如下的一种：单极天线(monopole antenna)、耦极天线(dipole antenna)、微带式天线(patch antenna)、倒F天线(inverted-F antenna)、循环天线(loop antenna)及高指向性天线。此外，该转换读取单元13的极化特性亦可选自如下的一种：圆极化、椭圆极化及线性极化。
另外，在本实施例中，该第二读取电波信号W2的辐射场形可选自如下的一种：全向性、半球形、线性极化、圆极化及椭圆极化。
图7显示本发明转换读取单元另一实施例的结构示意图。图8显示本发明转换读取单元另一实施例的结构尺寸标示图。本发明的该转换读取单元13除了可为上述的天线结构外，请配合参阅图7及图8，在另一实施例中，该转换读取单元13亦可为共振式近场耦合结构130。
该共振式近场耦合结构130为由电阻R、电容C及电感L所组成的一共振元件，且较佳地，该共振式近场耦合结构130的共振频率为射频识别系统(由射频识别读取器及射频识别标签所组成)的操作中心频率。
图9显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第一应用例的示意图。图10显示本发明第一应用例的电波信号辐射场形转换装置的实体图。图11显示本发明第一应用例的电波信号辐射场形转换装置的另一实施例的实体图。请配合参阅图9及图10，为解决射频识别标签T的读取死角问题，在本应用例中，该接收天线12是选用单极天线(monopole antenna)，该转换读取单元13是选用循环天线(loop antenna)，而该传输线11是选用50欧姆同轴线。通过上述构成，射频识别读取器X及Y可通过该电波信号辐射场形转换装置10顺利读取原先无法读取的射频识别标签T的信息。
此外，若要进一步提升读取效果，在另一实施例中，该转换读取单元13可置换成具有高增益的高指向性天线，如图11所示。
图12显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第二应用例的示意图。图13显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第二应用例的实测图。图14显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第二应用例的另一实测图。请配合参阅图7及图12～14，为解决电波信号无法传入钢板S的夹缝中的问题，在本应用例中，该转换读取单元13是采用共振式近场耦合结构130，以降低周边物体对该转换读取单元13的影响，而该接收天线12则采用循环天线(即远场天线)来接收电波信号。通过上述构成，该电波信号辐射场形转换装置10可将远场辐射电波信号(第一读取电波信号W1)转换成近场辐射电波信号(第二读取电波信号W2)，故不论夹缝的深度有多深，射频识别读取器X都可通过该电波信号辐射场形转换装置10顺利读取钢板S的夹缝中的射频识别标签T。
图15显示本发明电波信号辐射场形转换装置的第三应用例的示意图。请配合参阅图6及图15，为解决电波信号无法传输至地下管线P上的射频识别标签T的问题，在本应用例中，该接收天线12及该转换读取单元13皆设计成具有半球形辐射场形的天线，例如：微带式天线(patch antenna)或倒F天线(inverted-F antenna)，而该传输线11则采用50欧姆同轴线。上述构成可作为读取地下管线P的射频识别标签T专用的电波信号辐射场形转换装置10，而其具体实施方式是说明如下。
首先，于每一段地下管线P上的特定位置加装一个可供识别的射频识别标签T，并于埋土覆盖时，同步埋设上述的电波信号辐射场形转换装置10，在埋设过程中，让该电波信号辐射场形转换装置10的转换读取单元13尽量靠近地下管线P上的射频识别标签T，该接收天线12则距离路面约30至50公分。此外，为避免该传输线11因地层变动或其它因素拉扯而造成断线，较佳地，该传输线11是以弯曲形状埋设。
本发明是利用辐射特性不同的该接收天线12及该转换读取单元13组成该电波信号辐射场形转换装置10，该电波信号辐射场形转换装置10可在不增加任何有源元件或转换电路的情形下，直接转换射频电波信号的辐射场形，让射频电波信号可以传输到原本无法到达的位置，进而解决射频识别标签的读取死角问题。此外，该电波信号辐射场形转换装置10亦可将射频识别读取器的电波信号转换成与射频识别标签天线极化特性相同的电波信号，使其可顺利读取标签信息，进而解决天线极化特性不匹配导致无法读取标签信息的问题。
上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明，因此本领域技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利要求范围应如上述的权利要求范围所列。
Claims (14)
1.一种辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，包括：
一传输线，具有一第一端及一第二端，该第二端相对于该第一端；
一接收天线，连接该传输线的第一端，用以接收一射频识别读取器所发出的一第一读取电波信号；以及
一转换读取单元，连接该传输线的第二端，用以将该第一读取电波信号转换成不同辐射场形的一第二读取电波信号。
2.根据权利要求1所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该传输线为同轴线。
3.根据权利要求2所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该传输线为50欧姆同轴线。
4.根据权利要求1所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该接收天线选自如下的一种：单极天线、耦极天线、微带式天线及倒F天线。
5.根据权利要求1所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该接收天线的极化特性选自如下的一种：圆极化、椭圆极化及线性极化。
6.根据权利要求1所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该转换读取单元选自如下的一种：单极天线、耦极天线、微带式天线、倒F天线、循环天线及高指向性天线。
7.根据权利要求6所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该转换读取单元的极化特性选自如下的一种：圆极化、椭圆极化及线性极化。
8.根据权利要求1所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该第一读取电波信号的辐射场形选自如下的一种：全向性、半球形、线性极化、圆极化及椭圆极化。
9.根据权利要求1所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该第二读取电波信号的辐射场形选自如下的一种：全向性、半球形、线性极化、圆极化及椭圆极化。
10.根据权利要求1所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该转换读取单元为共振式近场耦合结构。
11.根据权利要求10所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该共振式近场耦合结构为一共振元件，其包括至少一电阻、至少一电容及至少一电感。
12.根据权利要求10所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该共振式近场耦合结构的共振频率为射频识别系统的操作中心频率。
13.根据权利要求10所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该第一读取电波信号为远场辐射电波信号。
14.根据权利要求10所述的辅助读取射频识别标签的电波信号辐射场形转换装置，其中该第二读取电波信号为近场辐射电波信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20160706 Termination date: 20171121 |