CN103699919B - 一种双矩形框三维通道装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频识别技术领域，具体地说是一种双矩形框三维通道装置，其特征在于射频读写器的射频信号输出端与功率分配器相连接，射频读写器的控制信号输出端分别与两个天线切换模块的控制端相连接，功率分配器的两路射频信号输出端分别与天线切换模块的射频信号输入端相连接，每个天线切换模块的输出端分别与两个匹配器相连接，每个匹配器均与一个射频天线相连接，本发明与现有技术相比，具有能够实现标签三维读取、漏读率低、天线间无耦合、布线简单等优点。

Description

一种双矩形框三维通道装置

技术领域

本发明涉及射频识别（RFID, Radio Frequency Identification）技术领域，具体地说是一种能够实现标签三维读取、漏读率低、天线间无耦合、布线简单的双矩形框三维通道装置。

背景技术

在现有射频识别技术领域，射频识别系统一般包括射频天线、用于控制射频信号发射及接收的读写模块，以及固定在待识别物品上的射频标签，使用时射频天线输出射频信号，对射频标签进行读取，射频标签上携带的信息再经射频天线反馈至读写模块内的信号接收电路，对接收到的信息进行处理后，即可完成对射频标签以及其所表示的物体的ID识别。在该系统中，射频天线是整个射频识别系统的重要组成部分，其完成射频识别系统中磁场的发射和接收。当将射频识别技术应用于三维通道装置时，需要将射频天线做成天线框的形式，多个框形天线组成天线阵列，天线阵列完成对标签的三维读取。

现有的三维通道装置通常采用两个或三个天线框重叠互补的形式，各天线依次轮询工作，相邻两框形天线可以相互弥补对方盲区，从而实现了标签的三维读取。但现有的三维通道装置存在以下问题：第一，天线切换电路与匹配器电路采用一体式设计，都在匹配板上，并且信号传输采用交直流分开的形式，即射频信号和控制信号分别通过射频线号线和控制信号线传送，匹配器较为复杂，匹配板连接线材较多，不利于生产及维护；第二，所有天线匹配电路均在一个电路板中，导致天线相互影响，耦合问题严重，读取性能下降，不利于稳定读取标签；第三，采用三个天线框形式的三维通道，与采用两个天线框形式的三维通道相比，由于三个天线轮询工作，天线轮询时间一定，所以每个天线读取的时间减少，当多个标签同时通过通道装置时，由于时间较短，可能存在漏读现象。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点和不足，提出一种能够实现标签三维读取、漏读率低、天线间无耦合、布线简单的双矩形框三维通道装置。

本发明可以通过以下措施达到：

一种双矩形框三维通道装置，设有射频读写器、功率分配器、天线切换模块、匹配器以及射频天线，其特征在于射频读写器的射频信号输出端与功率分配器相连接，射频读写器的控制信号输出端分别与两个天线切换模块的控制端相连接，功率分配器的两路射频信号输出端分别与天线切换模块的射频信号输入端相连接，每个天线切换模块的输出端分别与两个匹配器相连接，每个匹配器均与一个射频天线相连接。

本发明中与同一个天线切换模块相连接的两个射频天线被固定在同一通道支架上，两个射频天线线圈均绕制为矩形，且上下固定，两个射频天线线圈部分重叠，重叠部分的面积占每个射频天线线圈总面积的1/5-1/3，优选为1/4，将四个射频天线分别固定在两个通道支架上，即可对两个通道支架之间的区域进行监测。

本发明中所述射频读写器中设有微控芯片、与微控芯片相连接的射频发射电路、与微控芯片相连接的射频接收电路以及与微控芯片相连接的切换控制电路；

所述功率分配器中设有功率分配电路以及与功率分配电路输出端相连接的相位切换电路，其中功率分配电路为将输入的射频信号按1:1功率比分为两路的功率分配电路，功率分配电路的射频信号输入端设有主线圈，射频信号输出端设有用于与主线圈耦合的两个匝数相同的次级线圈，相位切换电路用于将输入的射频信号的相位改变180°；

所述天线切换模块中设有控制驱动电路以及与控制驱动电路相连接的交直流输出电路；

所述匹配器中设有交直流处理电路、与交直流处理电路输出端相连接的阻抗匹配电路、与阻抗匹配电路的输出端相连接的高频开关电路；

其中射频读写器的射频发射电路的输出端与功率分配器中的功率分配电路的输入端相连接，切换控制电路的输出端分别与相位切换电路、天线切换模块相连接，射频接收电路与功率分配器射频信号反馈端相连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）实现标签三维读取，漏读率低：两个框型天线轮询工作，相互弥补对方盲区，从而实现了标签的三维读取，相比三个天线框形式，由于轮询时间一定，所以每个天线读取的时间增加三分之一，当多个标签同时通过通道装置时，天线有足够的时间读取标签，从而有效降低漏读率，大大提高了装置读取多标签的性能；（2）天线间无耦合，读取性能好：每个天线的匹配电路均单独设计，一个天线对应一个匹配板，解决了两个天线之间相互影响的问题，天线间无耦合，读取性能好，能够稳定读取标签；（3）抗干扰能力强：天线切换电路与匹配器电路采用分体方式设计，这种分体式设计有助于抑制射频信号谐波产生，降低了信号对发射强度的干扰，提高了装置的抗干扰能力；（4）布线简单，便于生产和维护：天线切换电路与匹配器电路采用分体方式设计，并且信号传输采用交直流合并的形式，将控制信号叠加至射频信号，叠加后的信号通过射频信号线传送匹配器电路，天线匹配电路简单，匹配板连接线材少，便于生产及维护；（5）生产成本低：采用两个天线框形式实现标签三维读取，相比三个天线框形式，天线个数减少，相应匹配电路也减少一个，而且天线匹配电路采用交直流合并的形式，匹配板连接线材数量减少，降低单个设备生产工作量，有利于降低产品成本。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的另一种结构示意图。

附图标记：射频读写器1、功率分配器2、天线切换模块3、匹配器4、射频天线5、射频天线6、射频射频天线7、射频天线8、微控芯片9、射频发射电路10、切换控制电路11、射频接收电路12、功率分配电路13、相位切换电路14、控制驱动电路15、交直流输出电路16、交直流处理电路17、匹配电路18、高频开关电路19。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明提出的一种双矩形框三维通道装置，包括：射频读写器1、功率分配器2、天线切换模块3、匹配器4，天线阵列，所述天线阵列采用两个矩形天线框重叠互补的形式，每阵列中两天线轮询工作，相互弥补对方盲区，两天线阵列同时工作，在两天线阵列中间形成一个磁场相对均匀的通道，从而能够实现标签的三维读取。

所述射频读写器1：共三个输出端，其中一个输出端通过控制信号线与天线切换模块相连接，另外两个输出端分别通过射频信号线和控制线号线与功率分配器相连接，用于产生射频信号、相位切换信号以及天线切换信号，其中天线切换控制信号传送至天线切换模块，射频信号和相位切换信号传送至功率分配器。所述射频读写器1包括微控芯片9、射频发射电路10、切换控制电路11和射频接收电路12，所述微控芯片9是整个射频读写器的中心控制单元，既控制射频读写器的发射和接收，又控制各个模块之间的切换；所述射频发射电路10，通过选择核心晶体管搭建电路，实现调制信号的功率放大，并通过射频信号线向下一级传递；所述切换控制电路11，接收微控芯片的指令，通过控制信号线控制功率分配器完成相位切换和天线切换模块完成天线切换；所述射频接收电路12，接收射频天线返回的标签信息，并进行解码，并把这些信息传递给微控芯片进行处理。

所述功率分配器2：输入端分别通过射频信号线和控制信号线与射频读写器相连接，输出端通过射频信号线与两个天线切换模块相连接，接收来自射频读写器的射频信号和相位切换信号，实现射频信号的功率平均分配和相位切换，并向外输出两路射频信号。所述功率分配器2包括功率分配电路13和相位切换电路14，所述功率分配电路13，通过搭建阻容值电路实现射频信号按功率比1:1平均分配至两路；所述相位切换电路14，设有高频开关，根据相位切换信号把功分电路输出端的其中一路射频信号实现0°或者180°相位切换。

所述天线切换模块3：共有两个输入端、两个输出端，一个输入端通过控制信号线与射频读写器相连接，另一个输入端通过射频信号线与功分器相连接，两个输出端分别通过两条射频线号线与两个匹配器相连接，接收来自射频读写器的控制信号和来自功分器的射频信号，完成对天线的切换控制，并实现交流与直流的合并。所述天线切换模块3包括控制驱动电路15和交直流输出电路16，所述控制驱动电路15，设有高频开关，根据来自射频读写器的天线切换信号，驱动不同的高频开关，实现天线之间的切换；所述交直流输出电,16，实现交流与直流的合并，将控制信号叠加至射频信号，叠加后的信号通过射频线传送至匹配器。

所述匹配器4：输入端通过射频信号线与天线切换模块相连接，完成对天线的控制和匹配。所述匹配器包括交直流处理电路17、匹配电路18和高频开关电路19，所述交直流处理电路17，根据射频信号线传递的控制信号，打开天线对应的高频开关，使射频信号通过天线向外发射；所述匹配电路18对天线进行阻抗匹配和谐振变换，发出的射频信号尽可能多的到达天线，并通过天线辐射出去；所述高频开关电路19设有高频开关，高频开关在天线不工作时将射频信号传输线与匹配器断开，避免射频信号传输线中存在的分布参数对除所连接天线线圈外的其他天线线圈造成影响。

本发明包括两个天线阵列，所述每个天线阵列采用两个矩形天线框重叠互补的形式，第一天线阵列包括射频天线5和射频天线6，第二天线阵列包括射频射频天线7和射频天线8，每个天线的匹配器电路均单独设计，一个天线对应一个匹配器，解决了两个天线之间相互影响的问题，天线间无耦合，读取性能好，能够稳定读取标签。

如图1和图2所示，天线切换电路与匹配器电路采用分体方式设计，这种分体式设计有助于抑制射频信号谐波产生，降低信号对发射强度的干扰，提高装置的抗干扰能力。所述天线切换电路，可以实现在一条射频线中，交流和直流一起通过，并且在匹配器端实现分离，主要优点是布线简单，减少线材种类，降低单个设备生产工作量，有利于降低产品成本。

射频信号输入至天线切换模块，经过控制驱动电路，将射频信号分时切换至不同的射频输出口，同时射频信号经交直流输出电路时，交直流输出电路实现交流与直流的合并，将控制信号叠加至射频信号，叠加后的信号经射频信号线传送至匹配器的输入端，经过匹配器的交直流处理电路，将交流和直流分开后各自形成回路。

射频信号中所叠加的控制信号用于驱动天线匹配电路中的高频开关，通过该高频开关保证天线线圈在不工作时，射频信号传输线与天线线圈为断开状态，消除该射频信号传输线中存在的分布参数对天线线圈造成的影响，进而保证天线工作性能，消除天线线圈间的相互干扰，经直流处理电路后得到的射频信号，经过匹配电路，将对应天线的频率谐振至13.56M，输出阻抗变换至50Ω，然后将射频信号辐射至空中。

Claims (1)

1.一种双矩形框三维通道装置，设有射频读写器、功率分配器、天线切换模块、匹配器以及射频天线，其特征在于射频读写器的射频信号输出端与功率分配器相连接，射频读写器的控制信号输出端分别与两个天线切换模块的控制端相连接，功率分配器的两路射频信号输出端分别与天线切换模块的射频信号输入端相连接，每个天线切换模块的输出端分别与两个匹配器相连接，每个匹配器均与一个射频天线相连接；

与同一个天线切换模块相连接的两个射频天线被固定在同一通道支架上，两个射频天线线圈均绕制为矩形，且上下固定，两个射频天线线圈部分重叠，重叠部分的面积占每个射频天线线圈总面积的1/5-1/3；

所述射频读写器中设有微控芯片、与微控芯片相连接的射频发射电路、与微控芯片相连接的射频接收电路以及与微控芯片相连接的切换控制电路；

所述功率分配器中设有功率分配电路以及与功率分配电路输出端相连接的相位切换电路，其中功率分配电路为将输入的射频信号按1:1功率比分为两路的功率分配电路，功率分配电路的射频信号输入端设有主线圈，射频信号输出端设有用于与主线圈耦合的两个匝数相同的次级线圈，相位切换电路用于将输入的射频信号的相位改变180°；

所述天线切换模块中设有控制驱动电路以及与控制驱动电路相连接的交直流输出电路；所述控制驱动电路设有高频开关，根据来自射频读写器的天线切换信号，驱动不同的高频开关，实现天线之间的切换；所述交直流输出电路实现交流与直流的合并，将控制信号叠加至射频信号，叠加后的信号通过射频线传送至匹配器；所述天线切换模块共有两个输入端、两个输出端，一个输入端通过控制信号线与射频读写器相连接，另一个输入端通过射频信号线与功分器相连接，两个输出端分别通过两条射频信号线与两个匹配器相连接，接收来自射频读写器的控制信号和来自功分器的射频信号，完成对天线的切换控制，并实现交流和直流的合并；

所述匹配器中设有交直流处理电路、与交直流处理电路输出端相连接的阻抗匹配电路、与阻抗匹配电路的输出端相连接的高频开关电路；所述交直流处理电路根据射频信号线传递的控制信号，打开天线对应的高频开关，使射频信号通过天线向外发射；所述匹配电路对天线进行阻抗匹配和谐振变换，发出的射频信号尽可能多的到达天线，并通过天线辐射出去；所述高频开关电路设有高频开关，高频开关在天线不工作时将射频信号传输线与匹配器断开，避免射频信号传输线中存在的分布参数对除所连接天线线圈外的其他天线线圈造成影响；

射频读写器的射频发射电路的输出端与功率分配器中的功率分配电路的输入端相连接，切换控制电路的输出端分别与相位切换电路、天线切换模块相连接，射频接收电路与功率分配器射频信号反馈端相连接。