CN108595995A - 一种用于中频射频识别卡的检测天线系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于中频射频识别卡的检测天线系统及检测方法，该系统包括：时序通信装置，用于按时序向信号处理装置发送开关控制信号和调制信号，按时序接收识别卡回送数据；信号处理装置，用于根据调制信号产生发射功率信号，接收识别卡回送信号并将其解调成回送数据发送至时序通信装置；电路调节装置，用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整和精细匹配；不同方向的多组、不同位置的多个并排设置的信号收发天线装置，用于发射功率信号并接收识别卡回送信号。本发明提出的多组、多个信号收发天线装置能形成多方位、大范围且分布均匀的磁场，以解决目前单圈发射天线的磁场强度分布不均匀，作用范围小，有方向性等问题。

Description

一种用于中频射频识别卡的检测天线系统及检测方法
技术领域
本发明属于中频射频识别卡的远距离读取设备技术领域，涉及一种用于中频射频识别卡(尤其是身份证卡)的检测天线系统及检测方法。
背景技术
对于应用越来越广泛的被动式射频识别卡，可以做到不需自带能源，不需直接接触，就可在一定距离之外读取它的信息。发明专利名称为《中频射频识别卡的远距离读卡头》、专利号为ZL200610114597.8的发明专利中，特别是针对身份证卡的远距离读取，提出了单边带的接收方法。接收过程中只分离出有用信息的一个边带，而将载频加以强力抑制，载频中位于该边带的噪声提前在发射通道中已被抑制。这就使得收发共用框形天线时，在上百瓦的激发功率下，接收机放大器仍能正常地、高灵敏地工作。但该发明专利与现在通行的做法一样，将收发天线摆放于人行过道的一侧，或收发分置于过道两侧。图1示意图中，人行过道左侧放置了一个单圈发射天线1，右侧放了一个单圈接收天线2，均用粗线条表示，该单圈发射天线和该单圈接收天线均连接至时序通信装置3，箭头表示方向为行进方向。
这种结构的问题是：
如图2所示，人员行进中，当所携带的身份证6平面与单圈框型天线4平面平行时，身份证在人行过道中心一段较长距离中，能够和磁力线交连耦合，有最灵敏的检测；在另一方向上，即如果身份证平面与行走方向垂直，例如身份证平放在胸前的口袋里，如图3，将只在刚进入过道的位置A和即将离开过道的位置C的短距离中，才可能有和磁力线较好的交连耦合，而在过道中心B位置一段较长的距离上，身份证平面与磁力线平行，没有交连耦合。读取身份证全部信息约需0.3秒，即使人员放慢了行进速度，A、C位置的两段短暂耦合难以支持这种读取。
如果只在一个侧面放置一个收发共用的框形天线，或者一个侧面放置发射天线，另一侧放置接收天线，由于接收机灵敏度可以做得很高，实验结果是：能不能读身份证卡只取决于发射天线能不能给身份证卡提供足够的能量，与接收天线几乎没有关系。由图2、图3中单圈天线假想磁力线平面5上的磁力线分布可以看出，发射天线的高频场强将随身份证到发射天线平面的距离加大而急剧减小。虽然加大功率可能使最大读卡距离加长，但同时由于近距离时场强过大，卡被“堵塞”，反而不能被读出。
因此，需要一种新的用于中频射频识别卡(例如身份证卡)的检测天线系统及检测方法。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于中频射频识别卡的检测天线系统及检测方法，本发明的检测系统及检测方法中，多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置相互补充，能够形成分布均匀的磁场，加大作用范围，以解决目前单圈发射天线的磁场强度分布不均匀和作用范围小的问题。多组这样的天线布置在不同方向上轮流工作，使得可以检测到几乎以任何角度进入的射频识别卡，解决了单圈天线存在方向性的问题。
本发明的一个方面，提供了一种用于中频射频识别卡的检测天线系统，包括：时序通信装置，用于接收上位机发来的控制命令，根据该控制命令按时序向信号处理装置发送开关控制信号和调制信号，并按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机；信号处理装置，用于在开关控制信号的控制下，根据调制信号产生发射功率信号并发送至多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，接收识别卡回送数据信号对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；电路调节装置，用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，用于接收发射功率信号，从不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置。
进一步地，所述电路调节装置包括：阻抗转换器、非平衡-平衡转换器和调谐器；所述阻抗转换器和所述非平衡-平衡转换器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整和单/双极性转换，所述调谐器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗精细匹配。
进一步地，所述信号处理装置包括：发射功率产生器，用于在开关控制信号的控制下，根据调制信号产生发射功率信号并传送至收发双工器；收发双工器，用于接收发射功率信号和识别卡回送数据信号，对发射功率信号和识别卡回送数据信号进行分离，将发射功率信号传送至所述多个并排设置的信号收发天线装置，并将识别卡回送数据信号发送至接收放大解调器；接收放大解调器，用于对识别卡回送数据信号放大后进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至时序通信装置。
进一步地，所述阻抗转换器与所述多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置连接，所述非平衡-平衡转换器连接至所述阻抗转换器，所述调谐器连接至所述非平衡-平衡转换器，所述收发双工器连接至所述调谐器，所述发射功率产生器和所述接收放大解调器均连接至所述收发双工器，所述时序通信装置连接至所述发射功率产生器和所述接收放大解调器。
本发明的另一方面，提供了一种用于中频射频识别卡的检测天线系统，包括：时序通信装置，用于根据上位机传送的控制命令，按时序向多个信号处理装置发送开关控制信号和调制信号，并按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机；多个信号处理装置，用于分别接收各自相应的开关控制信号和调制信号，在各自的开关信号控制下，根据调制信号产生发射功率信号并传送至对应的电路调节装置，分别接收相应的识别卡回送数据信号并对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据发送至所述时序通信装置；多个电路调节装置，用于分别对相连接的信号处理装置和信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；多组按一定间隔并排设置的多个信号收发天线装置，多组信号收发天线装置用于分别接收发射功率信号，从不同方向、不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从不同方向、不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置，不同方向上的发射在时间上是轮流的。
进一步地，所述多个信号调节装置的每一个均包括：阻抗转换器、非平衡-平衡转换器和调谐器；所述阻抗转换器和所述非平衡-平衡转换器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整和单/双极性转换，所述调谐器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗精细匹配。
进一步地，所述多个信号处理装置的每一个均包括：发射功率产生器，用于在各自的开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至收发双工器；收发双工器，用于接收发射功率信号和识别卡回送数据信号，对发射功率信号和识别卡回送数据信号进行分离，将发射功率信号传送至相应的所述多个并排设置的信号收发天线装置，并将识别卡回送数据信号传送至接收放大解调器；接收放大解调器，用于对识别卡回送数据信号进行放大后解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置。
进一步地，所述阻抗转换器与所述多个并排设置的信号收发天线装置连接，所述非平衡-平衡转换器连接至所述阻抗转换器，所述调谐器连接至所述非平衡-平衡转换器，所述收发双工器连接至所述调谐器，所述发射功率产生器和所述接收放大解调器均连接至所述收发双工器，所述时序通信装置连接至所述发射功率产生器和所述接收放大解调器。
本发明的还一方面，提供了一种用于中频射频识别卡的检测方法，包括以下步骤：利用时序通信装置接收上位机发来的控制命令，根据该控制命令向信号处理装置发送开关控制信号和调制信号；利用信号处理装置在开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至所述多个并排设置的信号收发天线装置；利用电路调节装置对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；利用多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置接收发射功率信号，从不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从该不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置；利用信号处理装置接收识别卡回送数据信号并对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；利用时序通信装置按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机。
本发明的又一方面，提供了一种用于中频射频识别卡的检测方法，包括以下步骤：利用时序通信装置根据上位机发来的控制命令，按时序向多个信号处理装置发送开关控制信号和调制信号；利用多个信号处理装置分别接收各自相应的开关控制信号和调制信号，在各自的开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至各自对应的多个电路调节装置；利用多个电路调节装置分别对相连接的信号处理装置和信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；利用不同方向上的多组、每组有多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，多组信号收发天线装置分别接收发射功率信号，从不同方向、不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从不同方向、不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置，不同方向上的发射在时间上是轮流的；利用多个信号处理装置分别接收识别卡回送数据信号并对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；利用时序通信装置按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机。
与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明的检测天线系统及检测方法中的多个并排设置的信号收发天线装置，该多个并排设置的信号收发天线装置相互补充能够形成大范围的分布均匀的磁场，以解决目前单圈发射天线的磁场强度分布不均匀和作用范围小的问题；
2.在本发明的检测天线系统及检测方法中，将多组上述收发天线装置按不同方向布置，并按时序分时工作，不仅能够通过每组并排设置的信号收发天线装置形成分布均匀的磁场，而且由于多组信号收发天线装置布置在多个方向上，使得该系统可以检测到几乎是以任何角度进入的射频识别卡(身份证卡)，只要中频射频识别卡不是完全平行于地面，不论其在携带者的什么位置，即不论其放在携带者的胸前还是裤侧的口袋中，都能取得良好的读取数据信息的效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，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，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为现有技术中收发天线分置过道两边的远距离读取身份证示意图；
图2为现有技术中身份证与单圈框型天线平行时的磁场交连耦合情况；
图3为现有技术中身份证平面与单圈框型天线平面垂直时的磁场交连耦合情况；
图4为本发明第一实施例的用于中频射频识别卡的检测天线系统的连接框图；
图5为本发明第一实施例的用于中频射频识别卡的检测天线系统的逻辑图；
图6为本发明的两圈并联框型天线之间的磁场；
图7为本发明的两个分置于过道两侧的并联收发共用框形天线；
图8为本发明的进口到出口之间放置三个垂直于行进方向的并联框型天线；
图9为本发明第一实施例的用于中频射频识别卡的检测方法步骤图；
图10为本发明第二实施例的用于中频射频识别卡的检测天线系统的连接框图；
图11为本发明第二实施例的用于中频射频识别卡的检测天线系统的逻辑图；
图12为本发明第二实施例的用于中频射频识别卡的检测方法步骤图，
图13为本发明实施例的时序通信装置的电路图；
图14为本发明实施例的收发双工器的电路图；
图15为本发明实施例的调谐器、非平衡-平衡转换器、阻抗转换器的电路图，
在附图中，1-单圈发射天线，2-单圈接收天线，3-时序通信装置，4-单圈框型天线，5-单圈天线假想磁力线平面，6-身份证，7-双圈框型天线，8-双圈天线假想磁力线平面，9-两个分置于过道两侧的并联收发共用框形天线，10-三个垂直于行进方向的并联框型天线，11-收发双工器的发射功率输入端，12-收发双工器与调谐器(至收发共用天线)连接端，13-收发双工器的识别卡回送信号输出端。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
图4为本发明第一实施例的用于中频射频识别卡(简称“识别卡”)的检测天线系统的连接框图，如图4所示，本发明提供的用于中频射频识别卡的检测天线系统，包括：时序通信装置，用于接收上位机发来的控制命令，根据该控制命令按时序向信号处理装置发送开关控制信号和调制信号，并按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理(例如身份证卡的解密)后被上传至所述上位机；信号处理装置，用于在开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并发送至多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，接收识别卡回送数据信号对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；电路调节装置，用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，用于接收发射功率信号，从不同位置通过空间感应向识别卡发射该发射功率信号，并从不同位置收集识别卡被激发后的回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置。所述时序通信装置电连接至所述信号处理装置，所述信号处理装置电连接至所述电路调节装置，所述电路调节装置电连接至所述多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置。参考图5可知，信号的传递为：时序通信装置-信号处理装置-电路调节装置-多个并排设置的信号收发天线装置-电路调节装置-信号处理装置-时序通信装置。例如，信号收发天线装置可以是收发共用框形天线。多个并排设置的信号收发天线装置相对于单圈信号收发天线装置能够形成更加均匀的磁场并加大作用距离。例如，图6为本发明的两圈并联框型天线之间的磁场。由图6可知，在两个并联的单圈框型天线形成的双圈框型天线7之间，双圈天线假想磁力线平面8上的磁力线密度即磁场强度相对图2和图3更加均匀。因此，本发明的检测天线系统中的多个并排设置的信号收发天线装置之间的相互补充能够形成分布均匀的磁场，并加大了在一定方向上的作用距离，解决了目前单圈发射天线的磁场强度分布不均匀和检测范围小的问题。由于使用了所述的电路调节装置，使得多个并排设置的天线可以共用一个发射功率系统，实现电路上的并联。
多个并排设置的信号收发天线装置的例子可以是图7中两个并联且分置于识别卡行进过道两侧的收发共用框形天线9，也可以是图8中，识别卡行进过道进口到出口之间放置的、多个垂直于行进方向的并联收发共用框形天线10。
所述电路调节装置包括：阻抗转换器、非平衡-平衡转换器和调谐器；所述阻抗转换器和所述非平衡-平衡转换器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整和单/双极性转换，所述调谐器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗精细匹配。由于高频功率一般都通过50欧姆同轴电缆传送，是不平衡或不对称的传送。框型天线具有左右对称性，而且阻抗较高，因此必须经过非平衡-平衡转换器和阻抗转换器才能与同轴电缆连接。为了调整方便，在传输电缆的另一端设置有调谐器，以便根据场地情况在一定距离之外实现完善的50欧姆阻抗精细匹配。
时序通信装置可以通过上位机的通讯口接收上位机的控制，并把读取的中频射频识别卡的信息进行处理，例如身份证数据解密，然后上传。
所述信号处理装置包括：发射功率产生器，用于在开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至收发双工器；收发双工器，用于接收发射功率信号和识别卡回送数据信号，对发射功率信号和识别卡回送数据信号进行分离，将发射功率信号传送至所述多个并排设置的信号收发天线装置，并将天线装置收集到的识别卡回送数据信号发送至接收放大解调器；接收放大解调器，用于对识别卡回送数据信号进行放大后解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置。其中，所述收发双工器由两个带通或带阻滤波器构成，所述带通或带阻滤波器为LC滤波器、螺旋滤波器、陶瓷滤波器或声表面波滤波器中任一种，或其组合。
所述阻抗转换器与所述多个并排设置的信号收发天线装置连接，所述非平衡-平衡转换器连接至所述阻抗转换器，所述调谐器连接至所述非平衡-平衡转换器，所述收发双工器连接至所述调谐器，所述时序通信装置连接至所述收发双工器，所述发射功率产生器和所述接收放大解调器均连接至所述发射功率产生器和所述接收放大解调器。
对应于第一实施例的用于中频射频识别卡的检测天线系统，如图9所示，本发明提供的用于中频射频识别卡的检测方法，包括以下步骤：利用时序通信装置接收上位机发来的控制命令，根据该控制命令向信号处理装置发送开关控制信号和调制信号；利用信号处理装置在开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至所述多个并排设置的信号收发天线装置；利用电路调节装置对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；利用多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置接收发射功率信号，通过空间感应从不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从该不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置；利用信号处理装置接收识别卡回送数据信号并对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；利用时序通信装置按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机。本发明的检测方法中的多个并排设置的信号收发天线装置之间的相互补充能够形成较大范围的、分布均匀的磁场，以解决目前发射天线的磁场强度分布不均匀和作用范围小的问题。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。另外，由于方法实施例与系统实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
图10为本发明第二实施例的用于中频射频识别卡的检测天线系统的另一连接框图，参见图10，本发明提供的用于中频射频识别卡的检测天线系统，包括：时序通信装置，用于根据上位机传送的控制命令，按时序向多个信号处理装置发送开关控制信号和调制信号，并按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机；多个信号处理装置，用于分别接收各自相应的开关控制信号和调制信号，在各自的开关控制信号的控制下，根据调制信号产生发射功率信号并传送至对应的电路调节装置，分别接收相应的识别卡回送数据信号并对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据发送至所述时序通信装置；多个电路调节装置，用于分别对相连接的信号处理装置和信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；多组按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，多组信号收发天线装置被布置在不同方向上，多组信号收发天线装置用于分别接收发射功率信号，从不同方向、不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置，不同方向上的发射在时间上是轮流的。所述时序通信装置电连接至所述多个信号处理装置，各所述信号处理装置电连接至相对应的各所述电路调节装置，各所述电路调节装置电连接至相对应的各组按一定间隔并排设置的信号收发天线装置。如上所述，每组信号收发天线装置中的多个并排设置的信号收发天线装置相对于单个信号收发天线装置能够形成更加均匀的磁场。在本实施例中，多组这样并排设置的信号收发天线装置被分别布置在多个方向上，例如，如图7所示，两个间隔70公分的并联框型收发共用天线作为一组，分置于识别卡行进过道两侧；另有一组间隔35公分的三个并联的信号收发天线装置，如图8所示，被布置在识别卡行进过道进口到出口之间。由于布置了两组信号收发天线装置，可以确保从正向和侧向等两个方位检测中频射频识别卡(身份证)，只要中频射频识别卡不是完全平行于地面，不论其在携带者的什么位置，即不论身份证放在携带者的胸前还是裤侧的口袋中，一般来讲都是与地面垂直的，都能取得良好的读取数据信息的效果。
综上，由于提出了将多组按一定间隔并排设置的信号收发天线布置在不同方向上的结构，使得以几乎任何角度进入的识别卡都能被检测到。
图8表示的实施例中，过道入口、出口以及过道中部，安装了多个并联的、与过道行进方向垂直的框型天线，也就是说，让人员穿过框型天线，而不仅仅从天线侧面经过。解决了放置于过道两侧的天线难以检测垂直于行进方向的识别卡(身份证)的问题。为了方便表示，图7和图8分开示意了两套天线，而实际上该两套天线同时安装在过道上，相互垂直，分时工作，例如两个方向的两组天线可以每隔约25毫秒轮流进行检测。由于图8中的框型天线要允许人员穿过，所以它的底部必须在地面，顶部高度应该超过人的身高，高度可以2米左右。实测证明，在检测过道中，对于图8中的框型天线，能够得到相当理想的磁场均匀度。对于图7中的框型天线，底部到地面，上部到过道顶部，可以保持一定距离。例如底部离地面0.5米，上部离过道顶部0.5米，以节省功率，另外，两侧并联的框型天线之间间隔只能是过道宽度，约0.7米，不能更小。实测结果是，该方向上过道中心的场强约为天线框(即过道两个侧面)中心的一半，不过已经可以得到很好的读卡功能。
所述多个电路调节装置的每一个均包括：阻抗转换器、非平衡-平衡转换器和调谐器；所述阻抗转换器和所述非平衡-平衡转换器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整和单/双极性转换，所述调谐器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗精细匹配。由于高频功率一般都通过50欧姆同轴电缆传送，是单极性不平衡或不对称的传送。框型天线阻抗较高，左右对称，是双极性设备，因此必须经过阻抗转换器、非平衡-平衡转换器和才能和同轴电缆连接。为了调整方便，在框型天线和非平衡-平衡转换器之间的阻抗转换器只进行初步的阻抗调整，非平衡-平衡转换器通过同轴电缆与调谐器连接，以便工作人员在一定距离之外根据场地情况实现完善的50欧姆精细阻抗匹配。
时序通信装置可以通过与上位机通信的通讯口接收上位机的控制，并把读取的身份证卡信息解密后上传。
所述多个信号处理装置的每一个均包括：发射功率产生器，用于在开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至收发双工器；收发双工器，用于接收发射功率信号和识别卡回送数据信号，对发射功率信号和识别卡回送数据信号进行分离，将发射功率信号传送至所述多个并排设置的信号收发天线装置，并将识别卡回送数据信号传送至接收放大解调器；接收放大解调器，用于对识别卡回送数据信号进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至时序通信装置。其中，所述收发双工器由两个带通或带阻滤波器构成，所述带通或带阻滤波器可以是LC滤波器、螺旋滤波器、陶瓷滤波器或声表面波滤波器中任一种，或其组合。
因此，参考图11，当设置两组并排设置的信号收发天线装置，一组并排设置的信号收发天线装置为如图7所示两个并联且分置于识别卡行进过道两侧的收发共用框形天线，另一组并排设置的信号收发天线装置为如图8所示，识别卡行进过道进口到出口之间放置三个甚至更多个垂直于行进方向的并联收发共用框形天线，正向和侧向两组收发共用框型天线分别并联后，经过各自的阻抗转换器、非平衡-平衡转换器、传输电缆和调谐器，分别连接到两个通道的收发双工器。时序通信装置中的微电脑单片机用开关控制信号按时序轮流打开两个通道的发射功率产生器，并且用调制信号对两个通道的发射功率信号进行调制，轮流从正交的两个方向对中频射频识别卡例如身份证卡进行检测和读取。时序通信装置还与上位机进行通信，接受上位机的控制命令，并把检测到的中频射频识别卡的信息经处理(例如身份证数据的解密)送到上位机。发射功率信号经过相应通道的收发双工器馈给框型天线。而框型天线收集到的识别卡回送数据信号经过相应通道的收发双工器分离出来，传送给相应通道的接收放大解调器。两个通道解调出的接收数据交给时序通信装置处理。
对应于第二实施例的用于中频射频识别卡的检测天线系统，如图12所示，本发明提供的用于中频射频识别卡的检测方法，包括以下步骤：利用时序通信装置接收上位机发来的控制命令，按时序向多个信号处理装置发送调制信号和开关控制信号，开关控制信号是轮流发出的，时序通信装置并按时序接收相应的识别卡回送数据；利用多个信号处理装置分别接收各自相应的开关控制信号和调制信号，在开关信号控制下，根据调制信号产生发射功率信号并传送至各自对应的多个电路调节装置；利用多个电路调节装置分别对相连接的信号处理装置和信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；利用多组按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，各组设置在各个不同方向上，各组分别轮流接收发射功率信号，从不同方向、不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从不同方向、不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置；利用多个信号处理装置分别接收识别卡回送数据信号并对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；利用时序通信装置按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理(例如身份证数据解密)后被上传至所述上位机。本实施例的检测方法中将多组上述收发天线装置按不同方向布置，并按时序分时工作，不仅能够通过每组并排设置的信号收发天线装置形成分布均匀的磁场，而且由于多组信号收发天线装置布置在多个方向上，使得该系统可以检测到几乎是以任何角度进入的射频识别卡(身份证卡)，只要中频射频识别卡不是完全垂直于地面，不论其在携带者的什么位置，即不论其放在携带者的胸前还是裤侧的口袋中，都能取得良好的读取数据信息的效果。
综上，由于提出的分时检测方法，多组不同方向的天线装置分时工作，从而得以实现几乎是全方位的检测。
本发明的用于中频射频识别卡的检测天线系统第一实施例总体结构如图4所示。本实施例的检测天线系统包括：时序通信装置、发射功率产生器、接收放大解调器、收发双工器、调谐器、非平衡-平衡转换器、阻抗转换器和多个并排设置的信号收发天线，各部分的结构如下：
时序通信装置
如图13所示，本实施例的时序通信装置由开关控制信号输出插座CN5、调制信号输出插座CN2、时钟信号输出插座CN6、RS232串口通信转换芯片IC1、发射功率监测探头输入插座J2、解密专用模块接口插座CN4、LED八段数码显示接口插座J1和单片机U2构成，其连接关系如下：开关控制信号输出插座CN5的第1脚连接至单片机U2的第18脚，调制信号输出插座CN2的第1脚连接至单片机U2的第16脚，晶体振荡器OSC的第3脚的输出连接至单片机U2的第10脚，并且还提供给二分频器U6A的第3脚，二分频器由第5脚输出，经隔直电容连接到时钟信号输出插座CN6的第1脚，RS232串口通信转换芯片IC1的第9脚连接至单片机U2的第3脚，RS232串口通信转换芯片IC1的第10脚连接至单片机U2的第4脚，RS232串口通信转换芯片IC1的第7脚连接至上位机通信接口CN12的第1脚，RS232串口通信转换芯片IC1的第8脚连接至上位机通信接口CN12的第3脚，发射功率监测探头插座J2的第1脚连接至单片机U2的第5脚，发射功率监测探头插座J2的第3脚连接至单片机U2的第6脚，解密专用接口CN4的第2脚连接至单片机U2的第1脚，解密专用接口CN4的第3脚连接至单片机U2的第2脚，解密专用接口CN4的第4脚连接至单片机U2的第28脚，解密专用接口CN4的第5脚连接至单片机U2的第27脚，解密专用接口CN4的第6脚连接至单片机U2的第22脚，解密专用接口CN4的第7脚连接至单片机U2的第21脚，LED八段数码显示接口J1的第2脚连接至单片机U2的第13脚，LED八段数码显示接口J1的第3脚连接至单片机U2的第11脚，LED八段数码显示接口J1的第4脚连接至单片机U2的第23脚，LED八段数码显示接口J1的第5脚连接至单片机U2的第26脚，LED八段数码显示接口J1的第6脚连接至单片机U2的第25脚，LED八段数码显示接口J1的第7脚连接至单片机U2的第24脚。
本实施例的时序通信装置的工作原理如下：二分频器U6A经过CN6向发射功率产生器提供13.56Mhz基准时钟信号，单片机U2经过CN5向发射功率产生器提供开关控制信号，还经过CN2向它提供调制信号。单片机由它的第15腿接收解码器送来的识别卡串行回送数据。由于要对身份证进行解密处理，单片机U2选用国产STC芯片，设置了与公安部身份证解密专用模块的接口CN4。单片机U2还具有A/D转换功能，能将发射功率探头监测到的信号(由J2输入)转换为数字，由连接至J1(使用了单片机的标准SPI接口)的LED多个八段数码管进行显示，对发射-反射功率进行监视，以便于人员通过调谐器进行精细匹配，得到最高的检测灵敏度，并防止大功率反射损坏机器。当检测到身份证时，LED八段数码管还可以显示身份证号。
27.12Mhz的晶体振荡器OSC产生单片机工作时钟，同时它也是接收放大解调器中解码器的时钟。经U6A二分频后作为发射功率产生器的基准时钟。
IC1完成单片机串口信号与RS232接口电平的转换，经CN12与上位机通信。
发射功率产生器
本实施例的发射功率产生器与专利(发明专利名称为《中频射频识别卡的远距离读卡头》、专利号为ZL200610114597.8，以下简称“授权专利”)中的发送模块(授权专利图3)功能类似，能产生13.56Mhz的发射功率信号并接收时序通信装置TXD106信号的调制。只是根据新的功率要求选用了更大功率的器件，并能接受上述时序通信装置单片机发出的开关控制信号的开关控制，故在此不做赘述。
接收放大解调器
本实施例的接收放大解调器相当于授权专利图2(C)所示前置放大器、授权专利图4接收模块的副载频解调、放大、整形电路器，还有授权专利图5数字模块三者的组合。收发双工器分离出来的识别卡回送信号经前置放大器放大后，解调出847Khz副载频，再经由放大、整形，变为对称方波，由授权专利图5中的解码器解出码率为106Kbps的识别卡回送数据，发送至时序通信装置中的单片机U2的第15腿进行处理，故在此不做赘述。本实施例的接收放大解调器与授权专利的区别在于：解码器时钟已由13.56Mhz改为27.12Mhz以提高性能。
收发双工器
如图14所示，本实施例中的收发双工器由图中标有A、B、C、D、E的5组LC滤波器和一个12.7125Mhz的声表面波滤波器SAW组成。其中A、C和E是13.56Mhz带通/12.7125Mhz带阻滤波器；B和D是13.56Mhz带阻/12.7125Mhz带通滤波器。发射功率信号由发射功率输入端11输入，可以通过A、C，经过与调谐器连接端12，最终发送到天线发射，而其中的12.7125Mhz边带噪声被A、B和C所滤除。天线接收到的识别卡回送信号经过同一个连接端12输入，被A、C阻扰，只能经由D到达SAW，由识别卡回送信号输出端13输出到接收解调放大器。天线上的13.56Mhz信号由于被D的阻扰和E的过滤，不能进入SAW。声表面波滤波器具有非常陡峭的滤波曲线，能将12.7125Mhz的识别卡回送信号中混有的13.56Mhz信号滤除的十分干净，实现收发信号的良好分离，因此接收放大解调器才有高灵敏度的接收。
由于发射功率大，图14中L11、L21、L3、L4均用多股漆包线在外径27毫米的T106-6的铁粉芯磁环上绕制，其它电感可用T80-6小磁环绕制。由于找不到适合的高稳定、高耐压、高功率容量的电容，图中电容均为多个石英电容串/并联而成。声表面波滤波器是定制的12.7125Mhz带通声表面波滤波器。
调谐器、非平衡-平衡转换器、阻抗转换器
如图15所示，收发双工器经高频插座P1与调谐器连接。调谐器由一个绕在T106-6铁粉芯磁环线圈L1和两个耐压1000V的空气可变电容CV11、CV12组成。调谐器置于人员工作室内，经数米长的50欧姆同轴电缆连接到处于检测过道顶部的非平衡-平衡转换器。非平衡-平衡转换器是在外径40毫米的T157-6铁粉芯磁环上，用0.8平方毫米的耐高温绝缘多股铜芯导线，三线并绕而成。阻抗转换器由C11、C12、C13和C14构成，它们和多个并联设置的信号收发天线的电感形成谐振回路，适当选取C11、C12与C13、C14的比例，就可使得连接到同轴电缆的天线阻抗接近50欧，而更精细的匹配则依靠工作室内的人员根据LED数码显示的发射/反射功率之比，调节调谐器的CV11、CV12来完成。同上原因，图中固定电容均为多个石英电容串/并联而成。
R11和R12的作用是为了增加天线带宽，使用了高频大功率薄膜电阻。
多个并排设置的信号收发天线装置
多个框型信号收发天线装置是用导体直径约1.5毫米的单圈塑料绝缘普通电力铜线，相互平行，相隔一定距离并排设置，如图7、图8所示。其中，每一个信号收发天线装置相当于授权专利图2(A)所示框式谐振天线，故在此不再赘述。
对于第二实施例而言，除了公用的时序通信装置外，其它电路部分只是使用了两套如第一实施例的结构，按时序轮流工作。在公用的、如图13描述的时序通信装置中，只要在单片机U2的17腿上再增加一个开关控制信号，这样，两个开关信号分别控制两套发射功率产生器轮流工作。在两套接收放大解调器分别将识别卡回送信号经过解码器解码，成为两路串行数据送到公用的时序通信装置之后，用一个简单的数字逻辑电路，就可根据这两个开关信号选出相应的一路识别卡回送数据，交给公用时序通信装置中单片机U2的15腿进行处理，故在此不赘述。除了检测身份证之外，本发明的检测天线系统和检测方法还可以对于物流标签进行检测，在这种情况下，信号收发天线装置的安装与检测身份证时的人流过道不同，高度要求不到2米，因此可以在物流标签检测通道的侧向(宽度方向)和正向(长度方向)设置多个并联的信号收发天线装置之外，再增加一组与地面平行(高度方向)的检测天线，实现对物流标签的三维检测。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于中频射频识别卡的检测天线系统，其特征在于，包括：
时序通信装置，用于接收上位机发来的控制命令，根据该控制命令按时序向信号处理装置发送开关控制信号和调制信号，并按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机；
信号处理装置，用于在开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并发送至多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，接收识别卡回送数据信号对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；
电路调节装置，用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；
多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，用于接收发射功率信号，从不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号传送至所述信号处理装置。
2.根据权利要求1所述的用于中频射频识别卡的检测天线系统，其特征在于，所述电路调节装置包括：阻抗转换器、非平衡-平衡转换器和调谐器；
所述阻抗转换器和所述非平衡-平衡转换器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整和单/双极性转换，所述调谐器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗精细匹配。
3.根据权利要求2所述的用于中频射频识别卡的检测天线系统，其特征在于，所述信号处理装置包括：
发射功率产生器，用于在开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至收发双工器；
收发双工器，用于接收发射功率信号和识别卡回送数据信号，对发射功率信号和识别卡回送数据信号进行分离，将发射功率信号传送至多个并排设置的信号收发天线装置，并将识别卡回送数据信号发送至接收放大解调器；
接收放大解调器，用于对识别卡回送数据信号放大后进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至时序通信装置。
4.根据权利要求3所述的用于中频射频识别卡的检测天线系统，其特征在于，所述阻抗转换器与所述多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置连接，所述非平衡-平衡转换器连接至所述阻抗转换器，所述调谐器连接至所述非平衡-平衡转换器，所述收发双工器连接至所述调谐器，所述发射功率产生器和所述接收放大解调器均连接至所述收发双工器，所述时序通信装置连接至所述发射功率产生器和所述接收放大解调器。
5.一种用于中频射频识别卡的检测天线系统，其特征在于，包括：
时序通信装置，用于根据上位机传送的控制命令，按时序向多个信号处理装置发送开关控制信号和调制信号，按时序接收相应的识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机；
多个信号处理装置，用于分别接收各自相应的开关控制信号和调制信号，并在各自的开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至对应的电路调节装置，分别接收相应的识别卡回送数据信号并对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；
多个电路调节装置，用于分别对相连接的信号处理装置和信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；
多组按一定间隔并排设置的信号收发天线装置，每组信号收发天线装置用于分别接收发射功率信号，从不同方向、不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从不同方向、不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置，其中，发射该发射功率信号不同方向上的发射在时间上是轮流的。
6.根据权利要求5所述的用于中频射频识别卡的检测天线系统，其特征在于，所述多个信号调节装置的每一个均包括：阻抗转换器、非平衡-平衡转换器和调谐器；
所述阻抗转换器和所述非平衡-平衡转换器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整和单/双极性转换，所述调谐器用于对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗精细匹配。
7.根据权利要求6所述的用于中频射频识别卡的检测天线系统，其特征在于，所述多个信号处理装置的每一个均包括：
发射功率产生器，用于在各自的开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至收发双工器；
收发双工器，用于接收发射功率信号和识别卡回送数据信号，对发射功率信号和识别卡回送数据信号进行分离，将发射功率信号传送至多个并排设置的信号收发天线装置，并将识别卡回送数据信号传送至接收放大解调器；
接收放大解调器，用于对识别卡回送数据信号进行放大后解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置。
8.根据权利要求7所述的用于中频射频识别卡的识别卡回送数据识别卡回送数据，其特征在于，所述阻抗转换器与所述多个并排设置的信号收发天线装置连接，所述非平衡-平衡转换器连接至所述阻抗转换器，所述调谐器连接至所述非平衡-平衡转换器，所述收发双工器连接至所述调谐器，所述发射功率产生器和所述接收放大解调器均连接至所述收发双工器，所述时序通信装置连接至所述发射功率产生器和所述接收放大解调器。
9.一种基于权利要求1所述的用于中频射频识别卡的检测天线系统实现的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用时序通信装置接收上位机发来的控制命令，根据该控制命令向信号处理装置发送开关控制信号和调制信号；
在开关控制信号的控制下利用信号处理装置根据调制信号产生发射功率信号并传送至多个并排设置的信号收发天线装置；
利用电路调节装置对信号处理装置与信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；
利用多个按一定间隔并排设置的信号收发天线装置接收发射功率信号，从不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从该不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置；
利用信号处理装置接收识别卡回送数据信号并对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；
利用时序通信装置按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机。
10.一种基于权利要求5所述的用于中频射频识别卡的检测天线系统实现的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用时序通信装置根据上位机发来的控制命令，按时序向多个信号处理装置发送开关控制信号和调制信号；
利用多个信号处理装置分别接收各自相应的开关控制信号和调制信号，并在各自的开关控制信号的控制下根据调制信号产生发射功率信号并传送至各自对应的多个电路调节装置；
利用多个电路调节装置分别对相连接的信号处理装置和信号收发天线装置之间电路进行阻抗调整、单/双极性转换，并进行阻抗精细匹配；
利用不同方向的多组按一定间隔并排设置的信号收发天线装置中的每组信号收发天线装置分别接收发射功率信号，从不同方向、不同位置向识别卡发射该发射功率信号，并从不同方向、不同位置收集识别卡回送数据信号，并将该识别卡回送数据信号发送至所述信号处理装置，其中，该发射功率信号在不同方向上的发射在时间上是轮流的；
利用多个信号处理装置分别接收识别卡回送数据信号并对其进行解调，并将解调后的识别卡回送数据传送至所述时序通信装置；
利用时序通信装置按时序接收识别卡回送数据，该识别卡回送数据经处理后被上传至所述上位机。
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