CN109409484A - 基于rfid的双圈切换层板式天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置设有电源模块、射频读写器、双路匹配板以及天线阵列，射频读写器与电源模块相连接，射频读写器的射频信号输出端经射频线与双路匹配板的输入端相连，所述双路匹配板的输出端与天线阵列相连，其特征在于所述天线阵列由两个锯齿形天线重叠互补组成，即两个锯齿形天线并排相对放置，锯齿部分相互嵌合，本发明相对于现有技术，天线个数减少，成本降低：由多个竖立式天线改为单独层板形式天线，安装简单，可改造性强：采用两天线切换的工作方式，天线之前互补从而消除盲区，有效的降低了漏读率。

Description

基于RFID的双圈切换层板式天线装置
技术领域：
本发明涉及图书的射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)系统，尤其是一种能够实现层板形式天线识别图书标签、有效节约成本的基于RFID的双圈切换层板式天线装置。
背景技术：
RFID(Radio Frequency Identification)又称无线射频识别，是通过电磁场来实现信息传递的一种非接触式通信技术，在目前的射频识别领域，其典型系统一般包括读写模块、天线及标签。其中读写模块用于对射频信号的发射与接收，天线用于在读写模块及标签之间传递信息，每个标签具有唯一的电子编码，附着在被识别物体上。
目前，图书馆的管理上所消耗的人力较多，由于书籍数量较多，造成图书分类、图书盘点等工作费时费力，因此RFID智能书架应运而生。目前市面上智能书架天线多为竖立式，需要在每层书架上放置多组天线以实现稳定读取，由于天线数量较多，天线安装的复杂度及天线成本随之上升。同时，竖立式天线需要在前后左右层增加金属屏蔽，防止窜读，导致书架通透性下降从而影响书架的整体美观。
发明内容：
针对竖立式天线所存在的缺点和不足，提出一种双圈切换的层板型天线，天线采用单个层板形式，大大降低了安装复杂度及成本，同时，天线采用两相位差90°的锯齿形天线的形式，实现了层板形式识读标准图书标签。两天线互相弥补了对方的盲区，有效的提高了标签识读的成功率的基于RFID的双圈切换层板式天线装置。
本发明可以通过以下措施达到：
一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置，设有电源模块、射频读写器、双路匹配板以及天线阵列，射频读写器与电源模块相连接，射频读写器的射频信号输出端经射频线与双路匹配板的输入端相连，所述双路匹配板的输出端与天线阵列相连，其特征在于所述天线阵列由两个锯齿形天线重叠互补组成，即两个锯齿形天线并排相对放置，锯齿部分相互嵌合。
本发明锯齿型天线中连续设有两个以上的锯齿形结构，两个以上的锯齿形结构沿层板长度方向延伸，锯齿形天线可以采用PCB印刷电路实现，每个锯齿形结构长度方向的宽度大于宽度方向的宽度，即与层板的长度方向相同的天线部分的宽度小于另一其余部分的宽度，从而使天线在与标签垂直方向上辐射的磁场最大。
本发明所述锯齿形天线中的锯齿结构为方形齿结构，即锯齿形天线绕制为弓字型，因此每个锯齿形结构中具有两条与层板长度方向垂直的竖边，由于锯齿型天线的两竖边方向相反，在两边中间位置处磁场相互抵消从而出现一个不可避免的盲区，因此需要双路天线，使得两天线的盲区互相抵消。
本发明两个锯齿形天线以90°相位差进行重叠互补，两天线分时工作，相邻两竖边互相弥补对方盲区，大大增加标签的可读区域，从而实现标签的稳定读取、提高读取成功率。
本发明所述射频读写器，输入端与电源模块相连，用于产生射频信号、天线选择信号，这些信号通过射频线送至双路匹配板，所述双路匹配板输入端与射频读写器相连，输出端与对应的天线相连，用于对相应的天线进行阻抗匹配，将对应天线的频率谐振至11.0592M，输出阻抗变换至50Ω，从而保证射频读写器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。同时，天线选择信号经过匹配板处理用于选择双路匹配板中的一路进行输出；所述天线阵列，其中两天线分别与双路匹配板中的一路相连，两天线分时工作；所述电源模块为整个通道装置提供电源。
本发明的射频读写器由射频输出电路、正压电路、负压电路、射频输出接口组成，其中射频输出电路用于完成射频信号的处理、放大及匹配功能，保证射频信号有足够的输出功率，正压电路、负压电路用于提供天线选择信号，当射频读写器工作时，交流的射频信号与直流的天线选择信号叠加，通过射频输出接口与射频线，传至双路匹配板上。
本发明所述射频读写器将射频信号与天线选择信号叠加，通过一条射频线输出，使单条射频线即可传输射频信号又可传输天线选择信号，去除射频选择信号线，减少了走线数量，增加安装的便捷性。
由于标签采用13.56M的图书标签，使用过程中重叠率较高，为保证重叠标签的读取成功率，本发明的射频读写器输出信号的频率为11.0592M。
本发明的双路匹配板由射频输入接口、天线选择电路、天线选择电路、天线匹配电路组成、天线匹配电路组成组成，所述匹配板接收到来自读写器的信号后，将其分离提取得到单独的射频信号及天线选择信号，在只有交流信号时，两天线选择电路处于关闭状态，射频信号将不被传至后续电路，当匹配板接收到叠加有正压的信号时，其中的正压信号使电线选择电路处于打开状态，同时，其中的射频信号通过匹配电路传至天线，完成标签读取，此时天线选择电路处于关闭状态，天线断路，减少了对天线的影响，提高天线的稳定性；当匹配板接收到叠加有负压的信号时，天线处于工作状态，天线3处于断路状态，由天线完成标签读取工作。
本发明在工作时，执行以下操作：系统上电，射频读写器完成初始化流程；射频读写器初始化完成后，输出天线选择信号、射频信号，其中天线选择信号送至双路匹配板，使天线处于工作状态，同时匹配板对天线4进行匹配，将天线频率谐振至11.0592M，输出阻抗变换至50Ω；射频信号传送至工作状态的天线4，进行标签读取；当天线完成标签读取后，射频读写器发送天线选择信号，使天线5进入工作状态，进行标签读取。
本发明相对于现有的图书系统用天线，具有以下显著优点：(1)天线个数减少，成本降低：由多个竖立式天线改为单独层板形式天线，减天线个数，降低成本。(2)安装简单，可改造性强：相比竖立式天线，层板形式天线简化了安装步骤，降低了安装难度，同时，层板形式天线与非智能书架结构类似，便于旧馆改造。(3)漏读率低：采用两天线切换的工作方式，天线之前互补从而消除盲区，有效的降低了漏读率。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明中天线阵列的示意图。
附图3是本发明中读写器多路切换部分结构示意图。
附图4是本发明中双路匹配板的示意图。
附图标记:电源模块1、射频读写器2、双路匹配板3、天线4、天线5、射频输出电路6、正压电路7、负压电路8、射频输出接口9、射频输入接口10、天线选择电路11、天线选择电路12、匹配电路13、匹配电路14。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明提出的一种双路切换的天线装置，所述装置包括：电源模块1、射频读写器2、双路匹配板3、天线阵列。
所述天线阵列采用两路形式，由两个锯齿形天线重叠互补组成，使得两天线的盲区互相抵消，大大增加了标签的读取稳定性，有效的提高了读取成功率。
所述射频读写器2，输入端与电源模块相连，用于产生射频信号、天线选择信号，这些信号通过射频线送至双路匹配板3.
所述双路匹配板3，输入端与射频读写器相连，输出端与对应的天线相连，用于对相应的天线进行阻抗匹配，将对应天线的频率谐振至11.0592M，输出阻抗变换至50Ω，从而保证射频读写器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。同时，天线选择信号经过匹配板处理用于选择双路匹配板中的一路进行输出。
所述天线阵列，其中两天线分别与双路匹配板中的一路相连，两天线分时工作。
所述电源模块1，为整个通道装置提供电源。
实施例2：
如图2所示，本发明的天线阵列采用层板形式，由于标签与天线垂直，传统矩形天线无法进行稳定读取。为保证层板形式天线能够读取图书标签，本发明采用锯齿型天线，将锯齿形天线的竖边加宽、横边缩窄，从而使天线在与标签垂直方向上辐射的磁场最大。由于锯齿型天线的两竖边方向相反，在两边中间位置处磁场相互抵消从而出现一个不可避免的盲区，因此需要双路天线，使得两天线的盲区互相抵消。
所述双路天线为锯齿形，两天线以90°相位差进行重叠互补。
天线阵列采用两锯齿形天线重叠互补的形式，两天线分时工作，相邻两竖边互相弥补对方盲区，大大增加标签的可读区域，从而实现标签的稳定读取、提高读取成功率。
实施例3：
如图3所示，本发明的读写器由射频输出电路6、正压电路7、负压电路8、射频输出接口9组成，其中射频输出电路6用于完成射频信号的处理、放大及匹配功能，保证射频信号有足够的输出功率，正压电路5、负压电路8用于提供天线选择信号。当读写器工作时，交流的射频信号与直流的天线选择信号叠加，通过射频输出接口9与射频线，传至双路匹配板上。
所述读写器将射频信号与天线选择信号叠加，通过一条射频线输出，使单条射频线即可传输射频信号又可传输天线选择信号，去除射频选择信号线，减少了走线数量，增加安装的便捷性。
由于标签采用13.56M的图书标签，使用过程中重叠率较高，为保证重叠标签的读取成功率，本发明的读写器输出信号的频率为11.0592M。
实施例4：
如图4所示，本发明的双路匹配板由射频输入接口11、天线选择电路12、天线选择电路13、天线匹配电路组成14、天线匹配电路组成15组成。所述匹配板接收到来自读写器的信号后，将其分离提取得到单独的射频信号及天线选择信号。在只有交流信号时，两天线选择电路处于关闭状态，射频信号将不被传至后续电路。当匹配板接收到叠加有正压的信号时，其中的正压信号使电线选择电路11处于打开状态，同时，其中的射频信号通过匹配电路13传至天线4，完成标签读取。此时天线选择电路12处于关闭状态，天线4断路，减少了对天线3的影响，提高天线的稳定性。
当匹配板接收到叠加有负压的信号时，天线4处于工作状态，天线3处于断路状态，由天线4完成标签读取工作。
实施例5：
步骤1：系统上电，射频读写器完成初始化流程。
步骤2：射频读写器初始化完成后，输出天线选择信号、射频信号，其中天线选择信号送至双路匹配板，使天线4处于工作状态，同时匹配板对天线4进行匹配，将天线频率谐振至11.0592M，输出阻抗变换至50Ω；
步骤3：射频信号传送至工作状态的天线4，进行标签读取；
步骤4：当天线4完成标签读取后，射频读写器发送天线选择信号，使天线5进入工作状态，进行标签读取。
本发明相对于现有的图书系统用天线，具有以下显著优点：(1)天线个数减少，成本降低：由多个竖立式天线改为单独层板形式天线，减天线个数，降低成本。(2)安装简单，可改造性强：相比竖立式天线，层板形式天线简化了安装步骤，降低了安装难度，同时，层板形式天线与非智能书架结构类似，便于旧馆改造。(3)漏读率低：采用两天线切换的工作方式，天线之前互补从而消除盲区，有效的降低了漏读率。

Claims (8)

1.一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置，设有电源模块、射频读写器、双路匹配板以及天线阵列，射频读写器与电源模块相连接，射频读写器的射频信号输出端经射频线与双路匹配板的输入端相连，所述双路匹配板的输出端与天线阵列相连，其特征在于所述天线阵列由两个锯齿形天线重叠互补组成，即两个锯齿形天线并排相对放置，锯齿部分相互嵌合。
2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置，其特征在于锯齿型天线中连续设有两个以上的锯齿形结构，两个以上的锯齿形结构沿层板长度方向延伸，每个锯齿形结构长度方向的宽度大于宽度方向的宽度，即与层板的长度方向相同的天线部分的宽度小于另一其余部分的宽度，从而使天线在与标签垂直方向上辐射的磁场最大。
3.根据权利要求2所述的一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置，其特征在于所述锯齿形天线中的锯齿结构为方形齿结构，即锯齿形天线绕制为弓字型，因此每个锯齿形结构中具有两条与层板长度方向垂直的竖边，由于锯齿型天线的两竖边方向相反，在两边中间位置处磁场相互抵消从而出现一个不可避免的盲区，因此需要双路天线，使得两天线的盲区互相抵消。
4.根据权利要求3所述的一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置，其特征在于两个锯齿形天线以90°相位差进行重叠互补，两天线分时工作，相邻两竖边互相弥补对方盲区，大大增加标签的可读区域，从而实现标签的稳定读取、提高读取成功率。
5.根据权利要求3所述的一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置，其特征在于所述射频读写器，输入端与电源模块相连，用于产生射频信号、天线选择信号，这些信号通过射频线送至双路匹配板，所述双路匹配板输入端与射频读写器相连，输出端与对应的天线相连，用于对相应的天线进行阻抗匹配，将对应天线的频率谐振至11.0592M，输出阻抗变换至50Ω，从而保证射频读写器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，同时，天线选择信号经过匹配板处理用于选择双路匹配板中的一路进行输出；所述天线阵列，其中两天线分别与双路匹配板中的一路相连，两天线分时工作；所述电源模块为整个通道装置提供电源。
6.根据权利要求1所述的一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置，其特征在于射频读写器由射频输出电路、正压电路、负压电路、射频输出接口组成，其中射频输出电路用于完成射频信号的处理、放大及匹配功能，保证射频信号有足够的输出功率，正压电路、负压电路用于提供天线选择信号，当射频读写器工作时，交流的射频信号与直流的天线选择信号叠加，通过射频输出接口与射频线，传至双路匹配板上。
7.根据权利要求1所述的一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置，其特征在于所述射频读写器将射频信号与天线选择信号叠加，通过一条射频线输出，使单条射频线即可传输射频信号又可传输天线选择信号，去除射频选择信号线，减少了走线数量，增加安装的便捷性；射频读写器输出信号的频率为11.0592M。
8.根据权利要求1所述的一种基于RFID的双圈切换层板式天线装置，其特征在于双路匹配板由射频输入接口、天线选择电路、天线选择电路、天线匹配电路组成、天线匹配电路组成组成，所述匹配板接收到来自读写器的信号后，将其分离提取得到单独的射频信号及天线选择信号，在只有交流信号时，两天线选择电路处于关闭状态，射频信号将不被传至后续电路，当匹配板接收到叠加有正压的信号时，其中的正压信号使电线选择电路处于打开状态，同时，其中的射频信号通过匹配电路传至天线，完成标签读取，此时天线选择电路处于关闭状态，天线断路，减少了对天线的影响，提高天线的稳定性；当匹配板接收到叠加有负压的信号时，天线处于工作状态，天线3处于断路状态，由天线完成标签读取工作。
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