CN108365329B - 辐射场变化的低频通信天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种辐射场变化的低频通信天线，包括：三组分天线及控制器；每组分天线均包括一可控增益放大器及一线圈；三组分天线的可控增益放大器的增益倍数通过所述控制器控制调节；三组分天线的线圈的位置关系使得三者的辐射角度不同。本发明的一种辐射场变化的低频通信天线，可实现天线辐射场的方向及强度的可调。

Description

辐射场变化的低频通信天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及的是一种辐射场变化的低频通信天线。
背景技术
目前，RFID(无线射频识别)技术等已经广泛使用，标签进入读写系统天线发射的磁场后，便可与读写系统之间进行射频通信，从而可以进行相应的数据传输及记录。例如，用户可以佩戴电子标签卡，读写系统通过读取电子标签卡来确定到过某个读写区域。在一些情况下，为了用户的便利考虑，读写区域范围是较大的且用户无需定点打卡，如果在该区域中分布设置较多天线则成本较大，少了则读写系统的天线并无法保证在此区域内均保持较强的磁场强度，只能在某些位置点处有较强的信号，由于用户是具有流动性的，并不能保证处于区域中的用户标签能够被读取到。
因而，有必要改进这些读写系统的天线，在节省天线成本的基础上，保证天线能够与流动的电子标签等对象进行较强的通信，无需电子标签刻意地到达某个位置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种辐射场变化的低频通信天线，可实现天线辐射场的方向及强度的可调。
为解决上述问题，本发明提出一种辐射场变化的低频通信天线，包括：三组分天线及控制器；每组分天线均包括一可控增益放大器及一线圈；三组分天线的可控增益放大器的增益倍数通过所述控制器控制调节；三组分天线的线圈的位置关系使得三者的辐射角度不同。
根据本发明的一个实施例，所述三组分天线的线圈分别为第一线圈、第二线圈和第三线圈，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的辐射面两两垂直。
根据本发明的一个实施例，所述第一线圈为“O”字型线圈，所述第二线圈和第三线圈均为“8”字型线圈；其中，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的线圈面层叠设置，且所述第二线圈和第三线圈错位90度。
根据本发明的一个实施例，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈均为“O”字型线圈；其中，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的线圈面两两垂直。
根据本发明的一个实施例，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈均为棒状线圈；其中，第一线圈、第二线圈和第三线圈的轴向方向两两垂直。
根据本发明的一个实施例，所述控制器通过控制各个可控增益放大器的增益倍数之比在工作过程中不断变化，使得空间中磁感应强度最强的信号位置点相对天线的角度和距离在天线辐射场可覆盖的范围内不断变化。
根据本发明的一个实施例，空间中某点a处磁感应强度为B＝K1*Ba1+K2*Ba2+K3*Ba3，Ba1、Ba2、Ba3分为为第一线圈、第二线圈、第三线圈在各自可控增益放大器单位放大下a点处的磁感应强度，K1、K2、K3分别为第一线圈、第二线圈、第三线圈对应的可控增益放大器的增益倍数；所述控制器控制K1、K2、K3三者之比在工作过程中不断变化。
根据本发明的一个实施例，所述天线辐射场可覆盖的范围通过控制三个极值比来确定，该三个极值比为：K1为0而K2和K3不为零、K2为0而K1和K3不为零、K3为0而K1和K2不为零。
根据本发明的一个实施例，所述控制器通过控制各个可控增益放大器的增益倍数之比在工作过程中不断变化，以使磁感应强度最强的信号在一定时间内扫过指定区域。
根据本发明的一个实施例，每组分天线还均包括一输入级；各输入级的输出端分别连接对应的可控增益放大器，各输入级的输入端均连接同一信号输入端。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：
通过设置三组分天线，三组分天线中的三个线圈辐射角度不同，且三个可控增益放大器的增益可调，从而一方面通过调节增益来实现天线整体辐射强度的可调，从而达到触发距离的自由可控的目的，同时，由于三组分天线的辐射信号具有方向性，使得总辐射信号是矢量，在增益不同的情况下，总辐射信号的方向和强度都会发生变化，从而可使得在覆盖区域中最强信号点的位置不会固定在一个地方，实现最强信号点的位置可流动性；
通过调节三个增益倍数之比使其不断变化，使得整体的辐射场的方向及大小均在不断地变化，从而磁感应强度最强的信号位置点也在不断的变化，当然该位置点所变化的范围仍然是处于天线辐射场可覆盖的范围内，那么当电子标签等对象在流动时，可通过磁感应强度最强的信号位置点的流动来经过该电子标签，使得电子标签至少有一定的时间是处于磁感应强度最强的信号位置点的，从而两者可以实现较强的通信。
附图说明
图1为本发明一实施例的辐射场变化的低频通信天线的结构示意图；
图2为本发明一实施例的线圈位置关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
在一个实施例中，辐射场变化的低频通信天线可以包括：三组分天线及控制器。该低频通信天线可以用在读写系统中，与RFID标签等实现通信。控制器可以通过MCU(MicroControl Unit)实现。
每组分天线均包括一可控增益放大器及一线圈。可控增益放大器是用来对辐射信号的强度进行增益调节的，线圈则是信号的辐射部件，两者之间相互连接。三组分天线的可控增益放大器的增益倍数通过所述控制器控制调节，三个可控增益放大器之间是相互独立的，相互之间不受影响。三组分天线的线圈的位置关系使得三者的辐射角度不同。
参看图1，三组分天线的可控增益放大器分别为第一可控增益放大器12、第二可控增益放大器22、第三可控增益放大器32，三组分天线的线圈分别为第一线圈11、第二线圈21和第三线圈31，分别一一对应连接。第一可控增益放大器12、第二可控增益放大器22、第三可控增益放大器32可以均与同一控制器(图中未示出)连接。可控增益放大器和线圈都可以是现有的相关部材，本发明实施例重要的是线圈的关系及整体的控制。
通过设置三组分天线，三组分天线中的三个线圈辐射角度不同，且三个可控增益放大器的增益可调，从而一方面通过调节增益来实现天线整体辐射强度的可调，从而达到触发距离的自由可控的目的，同时，由于三组分天线的辐射信号具有方向性，使得总辐射信号是矢量，在增益不同的情况下，总辐射信号的方向和强度都会发生变化，从而可使得在覆盖区域中最强信号点的位置不会固定在一个地方，实现最强信号点的位置可流动性。
在一个实施例中，继续参看图1，所述三组分天线的线圈分别为第一线圈11、第二线圈21和第三线圈31，所述第一线圈11、第二线圈21和第三线圈31的辐射面两两垂直。由于辐射面两两垂直(面与面之间)，构成了空间直角坐标系中的三维方向，此时的空间覆盖范围及可调范围是最大的，矢量的计算也更方便，辐射场的控制也更方便。当三组分天线的辐射强度相同时，则总辐射场会处于平衡的位置，而若其中的一组分天线的辐射强度更强时，则总辐射场会更偏向于该分组天线的辐射角度。
优选的，所述第一线圈为“O”字型线圈，所述第二线圈和第三线圈均为“8”字型线圈。其中，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的线圈面层叠设置，且所述第二线圈和第三线圈错位90度。参看图2，第一线圈11的正面设置第二线圈21，第三线圈(图2中未示出)可以设置在背面(当然，三者的层叠关系也不限于此)，第三线圈与第二线圈之间错位90度，例如，第二线圈21的“8”字在第一线圈11上正放，第三线圈的“8”字在第一线圈11上侧放。层叠可以减小整个天线的体积。由于“O”字型线圈的辐射面是相对于其线圈面的水平面，而“8”字型线圈的辐射面是相对“8”字横向地垂直于其线圈面的水平面的，因而如此设置三个线圈可以保证三个辐射面两两垂直。
可以理解，“O”字型线圈、“8”字型线圈并非一定要非常的圆滑，可以有一些棱角或线段等等，本实施例中仅是描述了其大致的形状不应作为限定。
优选的，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈均为“O”字型线圈。其中，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的线圈面两两垂直。如上所述的，“O”字型线圈的辐射面是相对于其线圈面的水平面，那么三个线圈的线圈面两两垂直设置即可保证三个辐射面两两垂直。
优选的，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈均为棒状线圈，可以是鞭状天线。其中，第一线圈、第二线圈和第三线圈的轴向方向两两垂直，保证三个辐射面两两垂直。
本发明实施例中的天线可以是工作于125KHz频段的全向天线，可以通过低频触发，当然也不限于此，可以根据需要选择合适频段的天线。
在一个实施例中，所述控制器通过控制各个可控增益放大器的增益倍数之比在工作过程中不断变化，使得空间中磁感应强度最强的信号位置点相对天线的角度和距离在天线辐射场可覆盖的范围内不断变化。
通过调节三个增益倍数之比使其不断变化，使得整体的辐射场的方向及大小均在不断地变化，从而磁感应强度最强的信号位置点也在不断的变化，当然该位置点所变化的范围仍然是处于天线辐射场可覆盖的范围内，那么当电子标签等对象在流动时，可通过磁感应强度最强的信号位置点的流动来经过该电子标签，使得电子标签至少有一定的时间是处于磁感应强度最强的信号位置点的，从而两者可以实现较强的通信。
具体的，空间中某点a处磁感应强度为B＝K1*Ba1+K2*Ba2+K3*Ba3。Ba1、Ba2、Ba3分为为第一线圈、第二线圈、第三线圈在各自可控增益放大器单位放大下a点处的磁感应强度，Ba1、Ba2、Ba3是具有方向性的矢量，它们的大小可以相同，得到的B为三个矢量的和，同样为矢量。K1、K2、K3分别为第一线圈、第二线圈、第三线圈对应的可控增益放大器的增益倍数。
所述控制器控制K1、K2、K3三者之比在工作过程中不断变化，该变化可以是周期性的变化，每个周期的时长从变化所带来的效果来说越短越好，当然也要根据实际情况来设置时长。优选来说，磁感应强度最强的信号位置点的变化最好是短间距的位置变化，甚至可以理解为位置是连续地变化的。
优选的，所述天线辐射场可覆盖的范围通过控制三个极值比来确定，该三个极值比为：K1为0而K2和K3不为零、K2为0而K1和K3不为零、K3为0而K1和K2不为零，这是区域所能达到的最远距离，通过这些极值比可以限定区域的范围。各个增益倍数的调节可以在控制器内设相应的指令来实现自动调节。
优选的，所述控制器通过控制各个可控增益放大器的增益倍数之比在工作过程中不断变化，以使磁感应强度最强的信号在一定时间内扫过指定区域。
该指定区域可以预划定，并通过设置各个可控增益放大器的增益倍数之比的值及各个值所应出现的顺序，来控制磁感应强度最强的信号位置点的变化情况，使得在一定时间内这些点能够覆盖整个指定区域，一遍完成后可以再扫一遍，如此周而复始。
在一个实施例中，每组分天线还可以均包括一输入级，图1中示出为第一输入级13、第二输入级23和第三输入级33。各输入级的输出端分别连接对应的可控增益放大器，各输入级的输入端均连接同一信号输入端，接收输入信号。输入级可以对输入的信号进行隔离、调理等等不限。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种辐射场变化的低频通信天线，其特征在于，包括：三组分天线及控制器；每组分天线均包括一可控增益放大器及一线圈；三组分天线的可控增益放大器的增益倍数通过所述控制器控制调节；三组分天线的线圈的位置关系使得三者的辐射角度不同；
所述三组分天线的线圈分别为第一线圈、第二线圈和第三线圈，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的辐射面两两垂直；
所述第一线圈为“O”字型线圈，所述第二线圈和第三线圈均为“8”字型线圈；其中，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的线圈面层叠设置，且所述第二线圈和第三线圈错位90度。
2.如权利要求1所述的辐射场变化的低频通信天线，其特征在于，所述控制器通过控制各个可控增益放大器的增益倍数之比在工作过程中不断变化，使得空间中磁感应强度最强的信号位置点相对天线的角度和距离在天线辐射场可覆盖的范围内不断变化。
3.如权利要求2所述的辐射场变化的低频通信天线，其特征在于，空间中某点a处磁感应强度为B＝K1*Ba1+K2*Ba2+K3*Ba3，Ba1、Ba2、Ba3分别为 第一线圈、第二线圈、第三线圈在各自可控增益放大器放大下a点处的磁感应强度，K1、K2、K3分别为第一线圈、第二线圈、第三线圈对应的可控增益放大器的增益倍数；所述控制器控制K1、K2、K3三者之比在工作过程中不断变化。
4.如权利要求3所述的辐射场变化的低频通信天线，其特征在于，所述天线辐射场可覆盖的范围通过控制三个极值比来确定，该三个极值比为：K1为0而K2和K3不为零、K2为0而K1和K3不为零、K3为0而K1和K2不为零。
5.如权利要求2所述的辐射场变化的低频通信天线，其特征在于，所述控制器通过控制各个可控增益放大器的增益倍数之比在工作过程中不断变化，以使磁感应强度最强的信号在一定时间内扫过指定区域。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的辐射场变化的低频通信天线，其特征在于，每组分天线还均包括一输入级；各输入级的输出端分别连接对应的可控增益放大器，各输入级的输入端均连接同一信号输入端。
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