CN111079457A - 一种rfid读写器的桥接电调谐天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种RFID读写器的桥接电调谐天线，包括天线壳体以及耦合天线；所述天线壳体内设有辐射天线以及功分器；所述功分器的一个输出端与辐射天线连接；所述天线壳体内设有无线能量收集单元、控制单元以及调谐单元；所述功分器的另一个输出端与无线能量收集单元的输入端连接；所述无线能量收集单元的输出端用于给控制单元供电；控制单元用于产生三角波信号给调谐单元；所述调谐单元与辐射天线连接。本发明能够根据天线性能的恶化程度，自动调谐匹配电路，优化天线性能，增加整个RFID读写器读写距离；本发明通过收集电磁波信号转化给桥接电调谐天线供电，不需要额外外部供电。

Description

一种RFID读写器的桥接电调谐天线
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种RFID读写器的桥接电调谐天线。
背景技术
UHF RFID读写器天线属于面积型微带型天线，天线带宽为1%，主流增益为2-8dBi，FCC频率范围902~928MHz，驻波<1.4.受限于接地板的尺寸和面积，天线一旦出厂，这些指标将无法更改。
RFID读写器天线作为一个电磁波辐射单元，对金属环境敏感,要求辐射场净空。但是在工业环境中，结构件全部为金属，天线安装空间和位置受限，使得各项指标恶化严重。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种RFID读写器的桥接电调谐天线。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种RFID读写器的桥接电调谐天线，包括天线壳体以及耦合天线；所述天线壳体内设有辐射天线以及功分器；所述耦合天线与功分器的输入端连接；所述功分器的一个输出端与辐射天线连接；所述耦合天线用于与RFID读写器天线耦合；
所述天线壳体内设有无线能量收集单元、控制单元以及调谐单元；所述功分器的另一个输出端与无线能量收集单元的输入端连接；所述无线能量收集单元的输出端用于给控制单元供电；控制单元用于产生三角波信号给调谐单元；所述调谐单元与辐射天线连接。
本发明进一步设置为，所述RFID读写器的桥接电调谐天线还包括传输馈线；所述耦合天线通过传输馈线与功分器的输入端连接。
本发明进一步设置为，所述无线能量收集单元包括低通滤波模块、桥式整流模块以及稳压模块；所述功分器的另一个输出端与低通滤波模块的输入端连接；所述低通滤波模块的输出端与桥式整流模块的输入端连接；所述桥式整流模块的输出端与稳压模块的输入端连接；所述稳压模块的输出端与控制单元连接。
本发明进一步设置为，所述低通滤波模块包括电容C2以及电感L2；所述桥式整流模块包括二极管D2、二极管D3、二极管D4以及二极管D5；所述稳压模块包括开关稳压芯片U1；所述功分器的另一个输出端与电感L2的一端连接；所述电感L2的另一端通过电容C2接地；所述电感L2的另一端分别与二极管D2的正极、二极管D3的负极、二极管D4的正极以及二极管D5的负极连接；所述二极管D3的正极以及二极管D5的正极接地；所述二极管D2的负极以及二极管D4的与开关稳压芯片U1输入端连接；所述开关稳压芯片U1的输出端与控制单元连接。
本发明进一步设置为，所述无线能量收集单元还包括超级电容C4；所述超级电容C4与桥式整流模块的输出端连接。
本发明进一步设置为，所述控制单元包括施密特触发模块以及低通滤波模块；所述低通滤波模块的电源端与无线能量收集单元的输出端连接；所述低通滤波模块的输入端与施密特触发模块输出端连接；所述低通滤波模块的输出端与调谐单元连接。
本发明进一步设置为，所述施密特触发模块包括施密特触发器U2A、施密特触发器U2B、电阻R4、电阻R5以及电容C7；所述低通滤波模块包括运算放大器U3A、电阻R3以及电容C5；
所述施密特触发器U2A的输入端通过电容C7接地；所述施密特触发器U2A的输入端依次通过电阻R4以及电阻R5后与施密特触发器U2A的输出端连接；所述施密特触发器U2A的输出端与施密特触发器U2B的输入端连接；所述施密特触发器U2B的输出端与运算放大器U3A的负输入端连接；所述运算放大器U3A的负输入端通过电阻R3与运算放大器U3A的输出端连接；所述电容C5与电阻R3并联；所述运算放大器U3A的输出端与调谐单元连接；
所述控制单元还包括电感L3、电容C4以及可调电阻VR1；所述无线能量收集单元的输出端与电感L3的一端连接；所述电感L3另一端通过电容C6接地；所述电感L3另一端与可调电阻VR1的一端连接；所述可调电阻VR1的另一端与运算放大器U3A的电源端连接；所述可调电阻VR1的调节端与运算放大器U3A的正输入端连接。
本发明进一步设置为，所述调谐单元包括变容二极管D1；所述变容二极管D1的正极接地；所述变容二极管D1的负极与功分器的一个输出端连接；所述变容二极管D1的负极与控制单元的输出端连接。
本发明的有益效果：1.本发明采用耦合天线与RFID读写器天线耦合，不需要物理连接；本发明的天线壳体与RFID读写器天线分离设置，故天线壳体的尺寸灵活，可以安装到尺寸受限的环境中；3.桥接电调谐天线能够根据天线性能的恶化程度，自动调谐匹配电路，优化天线性能，增加整个RFID读写器读写距离；4.可以使用在任何UHF RFID读写器上，不受限厂家和读写器类型；5.本发明通过收集电磁波信号转化给桥接电调谐天线供电，不需要额外外部供电，并且全部是逻辑器件，功耗极低。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明与RFID读写器天线配合的结构示意图；
图2是本发明的原理图；
图3是本发明功分器、无线能量收集单元以及调谐单元配合的电路图；
图4是本发明控制单元的电路图；
其中：1-天线壳体；2-耦合天线；3-功分器；4-无线能量收集单元；5-调谐单元；6-RFID读写器天线。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
由图1至图4可知；本实施例所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，包括天线壳体1以及耦合天线2；所述天线壳体1内设有辐射天线以及功分器3；所述耦合天线2与功分器3的输入端连接；所述功分器3的一个输出端与辐射天线连接；所述耦合天线2用于与RFID读写器天线6耦合；其中，图中并未画出辐射天线；
所述天线壳体1内设有无线能量收集单元4、控制单元以及调谐单元5；所述功分器3的另一个输出端与无线能量收集单元4的输入端连接；所述无线能量收集单元4的输出端用于给控制单元供电；控制单元用于产生三角波信号给调谐单元5；所述调谐单元5与辐射天线连接。
具体地，本实施例所述的种RFID读写器的桥接电调谐天线，在使用的时候首先将耦合天线2与RFID读写器天线6正对放置，耦合天线2与RFID读写器天线6进行无线能量传输耦合；信号从RFID读写器天线6辐射到耦合天线2，损耗约为-2.8dB至-3.0dB。耦合天线2将信号传输至天线壳体1的输入口即附图中的P2端口，P2端口功率经过功分器3分配，其中50%信号传输到辐射天线的馈电口即图中的P1端口，另外50%信号送到无线能量收集单元4，无线信号转换成3V直流电源，给控制单元供电，控制单元从而能够产生1.2MHz频率的三角波信号，将该1.2MHz频率的三角波信号加到P1端口的调谐单元5上，从而产生变化的电容给辐射天线，从而达到自动调谐天线阻抗和频率的效果。
本实施例采用耦合天线2与RFID读写器天线6耦合，不需要物理连接；本实施例的天线壳体1与RFID读写器天线6分离设置，故天线壳体1的尺寸灵活，可以安装到尺寸受限的环境中；3.本实施例的桥接电调谐天线能够根据天线性能的恶化程度，自动调谐匹配电路，优化天线性能，即相当于在传统的RFID读写器天线6增加本实施例的桥接电调谐天线，对RFID读写器天线6进行拓展，从而增加整个RFID读写器天线6的读写距离；本实施例可以使用在任何UHF RFID读写器上，不受限厂家和读写器类型；本实施例通过收集电磁波信号转化给桥接电调谐天线供电，不需要额外外部供电，并且全部是逻辑器件，功耗极低。
本实施例所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，所述RFID读写器的桥接电调谐天线还包括传输馈线；所述耦合天线2通过传输馈线与功分器3的输入端连接。上述设置能够使得耦合天线2与天线壳体1分离设置，便于耦合天线2与RFID读写器天线6进行耦合。
本实施例所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，所述无线能量收集单元4包括低通滤波模块、桥式整流模块以及稳压模块；所述功分器3的另一个输出端与低通滤波模块的输入端连接；所述低通滤波模块的输出端与桥式整流模块的输入端连接；所述桥式整流模块的输出端与稳压模块的输入端连接；所述稳压模块的输出端与控制单元连接。本实施例所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，所述低通滤波模块包括电容C2以及电感L2；所述桥式整流模块包括二极管D2、二极管D3、二极管D4以及二极管D5；所述稳压模块包括开关稳压芯片U1；所述功分器3的另一个输出端与电感L2的一端连接；所述电感L2的另一端通过电容C2接地；所述电感L2的另一端分别与二极管D2的正极、二极管D3的负极、二极管D4的正极以及二极管D5的负极连接；所述二极管D3的正极以及二极管D5的正极接地；所述二极管D2的负极以及二极管D4的与开关稳压芯片U1输入端连接；所述开关稳压芯片U1的输出端与控制单元连接。
具体地，信号从功分器3的另一个输出口输出之后，经过电感L2以及电容C2组成的低通滤波模块后，信号被送给由二极管D2、二极管D3、二极管D4以及二极管D5组成的桥式整流模块，从而转换为电压不稳定的直流电压，再此电压进入开关稳压芯片U1，不稳定的直流电压被稳压到3.3V直流电压VCC，从而给控制单元进行供电。
本实施例所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，所述无线能量收集单元4还包括超级电容C4；所述超级电容C4与桥式整流模块的输出端连接。通过设置超级电容C4，能够对桥式整流模块输出的电压进行储能，从而能够提高桥接电调谐天线的效率。
本实施例所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，所述控制单元包括施密特触发模块以及低通滤波模块；所述低通滤波模块的电源端与无线能量收集单元4的输出端连接；所述低通滤波模块的输入端与施密特触发模块输出端连接；所述低通滤波模块的输出端与调谐单元5连接。
本实施例所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，所述施密特触发模块包括施密特触发器U2A、施密特触发器U2B、电阻R4、电阻R5以及电容C7；所述低通滤波模块包括运算放大器U3A、电阻R3以及电容C5；
所述施密特触发器U2A的输入端通过电容C7接地；所述施密特触发器U2A的输入端依次通过电阻R4以及电阻R5后与施密特触发器U2A的输出端连接；所述施密特触发器U2A的输出端与施密特触发器U2B的输入端连接；所述施密特触发器U2B的输出端与运算放大器U3A的负输入端连接；所述运算放大器U3A的负输入端通过电阻R3与运算放大器U3A的输出端连接；所述电容C5与电阻R3并联；所述运算放大器U3A的输出端与调谐单元5连接；
所述控制单元还包括电感L3、电容C4以及可调电阻VR1；所述无线能量收集单元4的输出端与电感L3的一端连接；所述电感L3另一端通过电容C6接地；所述电感L3另一端与可调电阻VR1的一端连接；所述可调电阻VR1的另一端与运算放大器U3A的电源端连接；所述可调电阻VR1的调节端与运算放大器U3A的正输入端连接。
具体地，施密特触发器U2A、施密特触发器U2B、电阻R4、电阻R5以及电容C7组成的施密特触发模块输出1.2Mhz的方波信号，该1.2Mhz的方波信号经过由运算放大器U3A、电阻R3以及电容C5组成的低通滤波模块，从而输出0-3V的1.2MHz三角波信号给调谐单元5从而进行电容的调节。
本实施例所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，所述调谐单元5包括变容二极管D1；所述变容二极管D1的正极接地；所述变容二极管D1的负极与功分器3的一个输出端连接；所述变容二极管D1的负极与控制单元的输出端连接。
具体地，控制单元输出的0-3V的1.2MHz三角波信号加到变容二极管D1负极，0V-3V时变容二极管D1的电容在0.1pF-9.8pF之间改变，从而使辐射天线的阻抗和频率产生改变，从而使天线适应多金属电磁环境，达到自适应作用。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种RFID读写器的桥接电调谐天线，其特征在于：包括天线壳体（1）以及耦合天线（2）；所述天线壳体（1）内设有辐射天线以及功分器（3）；所述耦合天线（2）与功分器（3）的输入端连接；所述功分器（3）的一个输出端与辐射天线连接；所述耦合天线（2）用于与RFID读写器天线（6）耦合；
所述天线壳体（1）内设有无线能量收集单元（4）、控制单元以及调谐单元（5）；所述功分器（3）的另一个输出端与无线能量收集单元（4）的输入端连接；所述无线能量收集单元（4）的输出端用于给控制单元供电；控制单元用于产生三角波信号给调谐单元（5）；所述调谐单元（5）与辐射天线连接。
2.根据权利要求1所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，其特征在于：所述RFID读写器的桥接电调谐天线还包括传输馈线；所述耦合天线（2）通过传输馈线与功分器（3）的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，其特征在于：所述无线能量收集单元（4）包括低通滤波模块、桥式整流模块以及稳压模块；所述功分器（3）的另一个输出端与低通滤波模块的输入端连接；所述低通滤波模块的输出端与桥式整流模块的输入端连接；所述桥式整流模块的输出端与稳压模块的输入端连接；所述稳压模块的输出端与控制单元连接。
4.根据权利要求3所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，其特征在于：所述低通滤波模块包括电容C2以及电感L2；所述桥式整流模块包括二极管D2、二极管D3、二极管D4以及二极管D5；所述稳压模块包括开关稳压芯片U1；所述功分器（3）的另一个输出端与电感L2的一端连接；所述电感L2的另一端通过电容C2接地；所述电感L2的另一端分别与二极管D2的正极、二极管D3的负极、二极管D4的正极以及二极管D5的负极连接；所述二极管D3的正极以及二极管D5的正极接地；所述二极管D2的负极以及二极管D4的与开关稳压芯片U1输入端连接；所述开关稳压芯片U1的输出端与控制单元连接。
5.根据权利要求3所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，其特征在于：所述无线能量收集单元（4）还包括超级电容C4；所述超级电容C4与桥式整流模块的输出端连接。
6.根据权利要求1所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，其特征在于：所述控制单元包括施密特触发模块以及低通滤波模块；所述低通滤波模块的电源端与无线能量收集单元（4）的输出端连接；所述低通滤波模块的输入端与施密特触发模块输出端连接；所述低通滤波模块的输出端与调谐单元（5）连接。
7.根据权利要求6所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，其特征在于：所述施密特触发模块包括施密特触发器U2A、施密特触发器U2B、电阻R4、电阻R5以及电容C7；所述低通滤波模块包括运算放大器U3A、电阻R3以及电容C5；
所述施密特触发器U2A的输入端通过电容C7接地；所述施密特触发器U2A的输入端依次通过电阻R4以及电阻R5后与施密特触发器U2A的输出端连接；所述施密特触发器U2A的输出端与施密特触发器U2B的输入端连接；所述施密特触发器U2B的输出端与运算放大器U3A的负输入端连接；所述运算放大器U3A的负输入端通过电阻R3与运算放大器U3A的输出端连接；所述电容C5与电阻R3并联；所述运算放大器U3A的输出端与调谐单元（5）连接；
所述控制单元还包括电感L3、电容C4以及可调电阻VR1；所述无线能量收集单元（4）的输出端与电感L3的一端连接；所述电感L3另一端通过电容C6接地；所述电感L3另一端与可调电阻VR1的一端连接；所述可调电阻VR1的另一端与运算放大器U3A的电源端连接；所述可调电阻VR1的调节端与运算放大器U3A的正输入端连接。
8.根据权利要求1所述的一种RFID读写器的桥接电调谐天线，其特征在于：所述调谐单元（5）包括变容二极管D1；所述变容二极管D1的正极接地；所述变容二极管D1的负极与功分器（3）的一个输出端连接；所述变容二极管D1的负极与控制单元的输出端连接。
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