TWI472195B - Radio frequency and capacitance hybrid antenna drive method - Google Patents

Description

射頻與電容混合天線驅動方法

本發明係提供一種射頻與電容混合天線驅動方法，尤指利用控制晶片切換讓電容式近接感應器先透過天線偵測物體進入感應範圍後，再切換讓電磁波作用電路透過同一天線進行感應，進而達到在相同使用效果下，可節省耗費之電能及減少所產生熱能。

按，隨著無線技術不斷的研發精進，其相關產品不斷的問世，且各種產品不僅讓人們生活更為便利，在產業運用上也可帶來便利、省時、防盜等許多使用上的優勢，其中尤以無線射頻(RFID，Radio Frequency Identification)所帶來的運用以隨處可見，如公司、住家的門禁、儲值卡等，而在產業中，則是將RFID使用在倉管上。

現在一般的倉管運用是將天線設置呈門狀或片狀，利用後端電路連接天線，且天線設置在出入口處，並在貨品上設置RFID標籤(RFID tag)，當工作人員直接搬運或利用推車搬運貨品時，便可利用貨品上的RFID標籤接收天線發射的電磁波，且產生電能後將貨品相關資料回傳至天線，天線接收到貨品相關資料訊號後再透過後端電路傳輸至系統，便可達到自動化統計、倉管之效果。

但因RFID無線識別技術，是後端電路透過天線於固定的時間週期不斷的發射電磁波，來進行對RFID標籤的能量傳輸以及信號讀取，因為無論是否有卡片在範圍內需要偵測，後端電路都會透過天線不斷發射電磁波，此工作模式不但會產生持續發熱、高溫的問題，並且對於電力的浪費亦非常龐大，是以，相關廠商便針對此一方式不斷進行研發與改良，便產生了應用紅外線或電容感應方式來作一般感應，並於感應到貨品靠近時再啟動RFID感應。

但不論紅外線的光學反應區或電容感應技術的感應天線，都需要額外迴路以及空間以供個別電路之工作所需，以電容感應技術來說，這樣的設計不僅會因雙天線讓成本提高，也需要更大的空間來安置雙天線，針對這樣的缺失，便有廠商將電容感應及RFID感應之天線都設計呈渦流狀，並將二天線設計呈間隔狀，藉此讓單一天線便可供電容感應及RFID感應使用，但相鄰狀之二天線相互會形成干擾，若在一天線使用時將另一天線關掉並接地，則另一天線將會成為屏障或阻隔物，讓感應之範圍、效果變差，若另一天線關掉呈浮接狀，則另一天線將會成為使用中天線的輻射對象而被同化，讓另一天線之場形跟匹配產生變更或破壞，由於另一天線與後端電路之匹配改變導致電磁能轉換電磁波的效率降低，便會再耗費相同電能之情況下，讓訊號的強度、傳輸距離等都變差。

目前之無線識別方法在使用上，仍存在缺失有待改善，如：

(一)該RFID感應方式，無論偵測範圍內是否有卡片都會不斷發射電磁波，導致有持續發熱、高溫及耗電量大的缺失。

(二)同時設置RFID感應及紅外線或電容感應時，且設置有二天線讓二者分別連接時，不僅讓成本提高，設置佔用的空間也隨之增大。

(三)若將電容感應及RFID感應之天線設置呈相鄰或間隔狀，則二天線相互會形成干擾，若將其中一天線關掉並接地或關掉呈浮接狀，則又會產生屏障、阻隔使感應之範圍、效果變差，或場形跟匹配產生變更或破壞讓電磁波轉換效率降低之情況，而具有讓訊號的強度及傳輸距離都變差之問題。

上述習用之無線識別方法，因具有諸多問題與缺失，此即為本發明人與從事此行業者所亟欲改善之目標所在。

故，發明人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種可省電、降溫且具低成本、小體積之射頻與電容混合天線驅動方法的發明專利者。

本發明之主要目的乃在於，該控制晶片切換感應模組之電容式近接感應器先透過天線偵測物體進入感應範圍內，控制晶片再切換讓電磁波作用電路透過天線與物體進行感應，由於耗電多且產生高熱之電磁波作用電路僅在物體靠近時才運作，而耗電量較小且產生熱能少之電容式近接感應器則進行長時間偵測，便可在相同使用效果下，具有省電及降溫之優勢，進而達到節能減碳之環保目的。

本發明之次要目的乃在於該電磁波作用電路及電容式近接感應器利用切換方式共用單一天線，不僅減少了天線設置成本，且天線設置所需佔用的空間也隨之減少。

本發明之另一目的乃在於，該電磁波作用電路及電容式近接感應器以切換方式來共用單一天線，即可避免產生相互干擾、屏障、阻隔或變更及破壞場形跟匹配之問題，讓電容感應或射頻感應時，感應範圍、感應效果及訊號強度都不會受影響而降低或減弱，更不需針對場形跟匹配進行調整，藉此達到提昇產品使用效果及減少維修之目的。

本發明之又一目的乃在於，本方法僅在控制晶片及感應模組或切換模組上進行變更，若客戶已架設傳統的射頻型式感應系統，其僅需針對後端電路作更換而不需要更換全部構件，即可降低設置成本，讓市場接受度提昇。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二圖所示，係為本發明較佳實施例之方塊圖、電路圖，由圖中可以清楚看出，其係包括控制晶片1、感應模組2及天線3，其中：該控制晶片1為電性連接於感應模組2，且感應模組2為電性連接於天線3(亦可為電磁線)，感應模組2為具有呈並聯方式之電容式近接感應器21及電磁波作用電路22，其電磁波作用電路22可為射頻(RF，Radio Frequency)電路，射頻電路可為無線射頻辨識(RFID，Radio Frequency Identification)、無線射頻電路(Radio Frequency Circuit)或無線射頻應用(Radio Frequency Application)等不同型式，且電磁波作用電路22內具有可改變天線頻率之天線耦合電路221；此外，控制晶片1為與預設外部處理系統電性連接。

請參閱第一、二、三圖所示，係為本發明較佳實施例之方塊圖、電路圖及步驟流程圖，由圖中可以清楚看出，本發明運作時之處理流程為包括：

(100)處理開始。

(101)控制晶片1將天線3切換成為感應模組2內電容式近接感應器21之天線3。

(102)電容式近接感應器21透過天線3偵測是否有物體進入感應範圍內，若為是，進行步驟(103)，若為否，進行步驟(101)。

(103)控制晶片1接收到電容式近接感應器21之偵測訊號後，控制晶片1切換天線3成為感應模組2內電磁波作用電路22之天線3。

(104)電磁波作用電路22透過天線3進行感應。

(105)控制晶片1接收電磁波作用電路22之感應訊號，再傳輸感應訊號至預設外部處理系統進行工作應用，再進行步驟(101)。

透過上述步驟可得知，處理開始後，控制晶片1先切換成為感應模組2內電容式近接感應器21透過天線3進行感應，讓天線3成為電容式近接感應器21運作時所需的感應極板(sensing electrode)，當偵測到物體接近感應範圍時，電容式近接感應器21傳輸偵測訊號至控制晶片1，控制晶片1再切換成為電磁波作用電路22透過天線3與物體上之RFID標籤(RFID tag)進行感應，控制晶片1接收電磁波作用電路22之感應訊號後，再傳輸給預設外部處理系統進行工作應用，完成後，控制晶片1再切換成為電容式近接感應器21透過天線3進行感應，由於電容式近接感應器21透過天線3進行感應時，不僅耗電量較小且天線3產生之熱能也較少，便可讓電磁波作用電路22僅在物體靠近時才運作，且預設外部處理系統完成工作應用後馬上切換回電容式近接感應器21進行運作，進而達到在相同使用效果下，可節省電能及降溫之效果，進而達到節能減碳之環保目的。

上述之外部系統可能為電腦、伺服器或工業電腦等，工作應用則可能為產品進出記錄、存貨量計算、是否需進行補貨等處理工作，也可為送出產品與送出產品之清單核對，若有差異即發出警訊之應用，然而有關外部系統及工作應用係為習知之技術，且該細部構成非本案發明要點，茲不再贅述。

此外，因為電磁波作用電路22及電容式近接感應器21利用切換方式共用單一天線3，便可讓原本需架設雙天線之佔用空間減少，更可避免雙天線同時運作時相互干擾、同化之情況，且天線3與電路之匹配又不會改變，則不需經過調整便具有相同的轉換電磁波效率，再者，由於天線3之大小跟電容感應距離成正比，使得電磁波作用電路22及電容式近接感應器21透過天線3進行感應之感應範圍是相近似的，所以電路與天線的匹配也不需再經過設計、調整，由於既有的射頻型式感應系統已使用之情形下，原有天線可直接使用，僅需對後方電路進行變更，進而可降低設置成本。

此外，射頻電路亦可作用於無線充電，當偵測到物體接近感應範圍時，電容式近接感應器21傳輸偵測訊號至控制晶片1，控制晶片1再切換成為電磁波作用電路22透過天線3與物體上之感應線圈進行感應充電，完成後，控制晶片1再切換成為電容式近接感應器21透過天線3進行感應。

請參閱第一、二、四、五、六、七圖所示，係為本發明較佳實施例之方塊圖、電路圖、另一實施例之方塊圖、電路圖、又一實施例之方塊圖、電路圖，由圖中可以清楚看出，該感應模組2除可具有呈並聯方式之電磁波作用電路22及電容式近接感應器21，且感應模組2與控制晶片1及天線3串聯，藉由分時多工方式，便可讓控制晶片1控制電磁波作用電路22及電容式近接感應器21進行切換，且二者又可一起運用單一天線3；此外，感應模組2亦可透過切換模組4來與控制晶片1及天線3電性連接，感應模組2具有第一切換元件41時，第一切換元件41為與控制晶片1、電磁波作用電路22、電容式近接感應器21及天線3電性連接，感應模組2具有第一切換元件41及第二切換元件42時，第一切換元件41為電性連接於控制晶片1及感應模組2之電磁波作用電路22，第二切換元件42則電性連接於控制晶片1、感應模組2之電磁波作用電路22及電容式近接感應器21，不論具有單一第一切換元件41之感應模組2或具有第一切換元件41及第二切換元件42之感應模組2，皆是利用控制晶片1傳輸訊號讓第一切換元件41及第二切換元件42進行切換，使得天線3與電磁波作用電路22或電容式近接感應器21電性連接，其僅具切換電磁波作用電路22或電容式近接感應器21讓單一天線3可作電磁波或電容感應之功能即可，非因此即侷限本發明之專利範圍，如利用其他修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

上述本發明之射頻與電容混合天線驅動方法於實際使用時，為具有下列各項優點，如：

(一)該控制晶片1控制感應模組2之電磁波作用電路22及電容式近接感應器21進行切換，讓電容式近接感應器21先透過天線3進行偵測，待物體進入感應範圍內，再切換讓電磁波作用電路22透過天線3進行感應，藉此讓耗電量較小且產生熱能少之電容式近接感應器21進行長時間偵測，而電磁波作用電路22僅在物體靠近時才運作，進而達到在相同使用效果下，具有省電及降溫之優勢。

(二)由於控制晶片1控制切換電磁波作用電路22及電容式近接感應器21，讓單一天線3便可供二者使用，不僅降低產品成本，且設置所需佔用的空間也隨之減少。

(三)因電磁波作用電路22及電容式近接感應器21為切換來輪流使用單一天線3，即可避免相互干擾、屏障、阻隔或變更及破壞場形跟匹配之情形，便可讓電容感應或射頻感應時具有良好的感應範圍、感應效果、訊號強度，藉此達到在相同使用效果下減少調整、維修之目的。

(四)在既有的射頻型式感應系統已架設使用之情況下，僅需針對後端電路更換為本發明之控制晶片1與感應模組2或切換模組4，由於不需要更換全部構件，進而可降低設置成本。

故，本發明為主要針對射頻與電容混合天線驅動方法，而可利用控制晶片1切換感應模組2之電容式近接感應器21先使用天線3進行偵測，在偵測到物體進入感應範圍內時，控制晶片1再切換電磁波作用電路22來使用天線3進行感應，並於完成工作運用後，再切換為電容式近接感應器21使用天線3，以降低耗電量及減少產生熱能為主要保護重點，惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明上述之射頻與電容混合天線驅動方法於實施、操作時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼　審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發，倘若　鈞局貴審委有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，至感德便。

1．．．控制晶片

2．．．感應模組

21．．．電容式近接感應器

22．．．電磁波作用電路

221．．．天線耦合電路

3．．．天線

4．．．切換模組

41．．．第一切換元件

42．．．第二切換元件

第一圖　係為本發明較佳實施例之方塊圖。

第二圖　係為本發明較佳實施例之電路圖。

第三圖　係為本發明較佳實施例之步驟流程圖。

第四圖　係為本發明另一實施例之方塊圖。

第五圖　係為本發明另一實施例之電路圖。

第六圖　係為本發明又一實施例之方塊圖。

第七圖　係為本發明又一實施例之電路圖。

Claims (7)

1. 一種射頻與電容混合天線驅動方法，其係包括控制晶片、感應模組及天線，且該感應模組為具有電容式近接感應器及電磁波作用電路，該控制晶片為與預設外部處理系統電性連接，其運作時之處理流程為包括：(A)處理開始；(B)該控制晶片將該天線切換成為該感應模組內該電容式近接感應器之天線；(C)該電容式近接感應器透過該天線偵測是否有物體進入感應範圍內，若為是，進行步驟(D)，若為否，進行步驟(B)；(D)該控制晶片接收到該電容式近接感應器之偵測訊號後，該控制晶片切換該天線成為該感應模組內該電磁波作用電路之天線；(E)該電磁波作用電路透過該天線進行感應；(F)該控制晶片接收該電磁波作用電路之感應訊號，再傳輸感應訊號至該預設外部處理系統進行工作應用，再進行步驟(B)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之射頻與電容混合天線驅動方法，其中該感應模組與該控制晶片及該天線串聯，該感應模組為具有呈並聯方式之該電容式近接感應器及該電磁波作用電路，該電磁波作用電路可為射頻(RF，Radio Frequency)電路，且該電磁波作用電路內具有可改變天線頻率之天線耦合電路。
3. 如申請專利範圍第2項所述之射頻與電容混合天線驅動方法，其中該射頻電路可為無線射頻辨識(RFID，Radio Frequency Identification)、無線射頻電路(Radio Frequency Circuit)或無線射頻應用(Radio Frequency Application)型式。
4. 如申請專利範圍第1項所述之射頻與電容混合天線驅動方法，其中該感應模組亦可透過切換模組來與該控制晶片及該天線電性連接，該感應模組為具有呈並聯方式之該電容式近接感應器及該電磁波作用電路，該電磁波作用電路可為射頻(RF，Radio Frequency)電路，且該電磁波作用電路內具有可改變天線頻率之天線耦合電路。
5. 如申請專利範圍第4項所述之射頻與電容混合天線驅動方法，其中該感應模組具有第一切換元件，該第一切換元件為與該控制晶片、該電磁波作用電路、該電容式近接感應器及該天線電性連接。
6. 如申請專利範圍第4項所述之射頻與電容混合天線驅動方法，其中該感應模組具有第一切換元件及第二切換元件，該第一切換元件為電性連接於該控制晶片及該感應模組之該電磁波作用電路，該第二切換元件則電性連接於該控制晶片、該感應模組之該電磁波作用電路及該電容式近接感應器。
7. 如申請專利範圍第4項所述之射頻與電容混合天線驅動方法，其中該射頻電路可為無線射頻辨識(RFID，Radio Frequency Identification)、無線射頻電路(Radio Frequency Circuit)或無線射頻應用(Radio Frequency Application)型式。