CN103618139A - 射频天线去耦合方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频通信技术领域，具体的说是一种特别适用于射频识别***中的射频天线阵列的射频天线去耦合方法及装置，其特征在于将要送向天线线圈的射频信号先经过去耦合电路的去耦处理后，再依次经过阻抗变换电路、谐振变换电路处理后经天线线圈发射，其中待发送射频信号经射频传输线送入/出去耦合电路，去耦合电路等效的射频信号传输线长度和去耦合电路两端所连接射频信号传输线的长度之和为射频信号二分之一波长的整数倍，本发明与现有技术相比能够有效降低损耗，提高射频识别***检测准确率。

Description

射频天线去耦合方法及装置

技术领域

 本发明涉及射频通信技术领域，具体的说是一种特别适用于射频识别***中的射频天线阵列的射频天线去耦合方法及装置。

背景技术

众所周知，射频天线是射频识别***的重要组成部分，其完成射频识别***中射频信号的发射和接收，当两片（或更多）天线组成天线阵列时，两天线间的相关性会增加，这就导致天线间相互耦合的程度加强，给***识别效率带来不利影响。

在现有的应用中，解决天线间的耦合主要有以下三种方法：第一种是在天线线圈中增加开关器件，通过控制开关器件闭合及关断，实现射频天线的去耦合，但这种方法会增加***复杂程度和控制难度，提高***生产及维护成本，而且常用的开关器件有机械式和半导体式，机械式开关使用寿命有限，而半导体式开关高频特性差，***损耗、反射系数等较大，这两种开关器件的引入都会对射频信号传输***造成较为不利的影响，因此引入开关器件的使用局限性较大；第二种是通过让射频天线在工作频点失谐去耦合，在现有的技术应用中常采用在射频天线电路中或天线电路外增加失谐电路，通过控制该失谐电路在不同时间的工作与否，实现天线的去耦合，但这种方法会降低射频信号的品质因数及传输效率，增加控制处理的复杂程度和难度；第三种是通过信号正交的方法去耦合，这种方法对射频天线发射正交信号的要求较高，同时对射频天线阵列应用的数量有较大限制，不同数量正交信号的产生极大程度的限制了此方法的应用范围，因此，如何提供一种低损耗、高稳定性、适合多天线阵列应用的天线去耦合方法是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点和不足，提出一种能够解决射频天线阵列应用过程中因耦合造成的能量损耗问题和精确性下降问题的射频天线去耦合方法及装置。

    本发明通过以下措施达到：

    一种射频天线去耦合方法，其特征在于将要送向天线线圈的射频信号先经过去耦合电路的去耦处理后，再依次经过阻抗变换电路、谐振变换电路处理后经天线线圈发射，其中待发送射频信号经射频传输线送入/出去耦合电路，去耦合电路等效的射频信号传输线长度和去耦合电路两端所连接射频信号传输线的长度之和为射频信号二分之一波长的整数倍。

    一种射频天线去耦合装置，包括射频读写模块、两个以上的匹配电路以及两个以上的天线线圈，其中匹配电路与天线线圈一一对应连接，其特征在于设有去耦合电路，射频读写模块的射频信号输出端与去耦合电路的输入端相连接，匹配电路由阻抗变换电路、谐振变换电路相连接，去耦合电路的输出端分别与两个以上的匹配电路中的阻抗变换电路相连接，匹配电路中的谐振变换电路的输出端与天线线圈相连接。

    本发明中去耦合电路中设有电感、电容元件，去耦合电路采用LC组成π型电路或LC组成的L型电路或LC组成的T型电路，或上述电路的组合电路，在工作过程中完成对射频信号传输线带宽、品质因数、阻抗、相移、反射系数等参数的等效，并有效实现***损耗的降低。

    本发明中阻抗变换电路由变压器式变换电路实现，初级线圈与次级线圈协同工作，完成射频信号的阻抗匹配；谐振变换电路采用LC串联谐振或LC并联谐振方式实现。

    本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）去耦效果明显：采用传输线等效原理，配合特殊匹配电路形式，能从根本上去除耦合问题；（2）损耗低、能量传输效率高：在不增加失谐电路及传输线长度的基础上调整匹配电路形式及各参数，达到去耦合效果，去除外加失谐电路所带来的损耗；（3）简洁、应用范围广：电路形式简洁，适用于少数量射频天线组合及多天线阵列使用；（4）稳定性高：射频信号耦合的去除，不仅能提高整个***的能量利用率，同时还能提高***的稳定性即准确性。

附图说明：

附图1是本发明中实施例1的结构示意图。

附图2是本发明中实施例1的另一种结构示意图。

附图3是本发明中去耦合电路以及匹配电路的一种结构示意图。

附图4是本发明中去耦合电路以及匹配电路的一种结构示意图。

附图5是本发明中去耦合电路以及匹配电路的一种结构示意图。

附图6是本发明中去耦合电路以及匹配电路的一种结构示意图。

附图7是本发明中去耦合电路以及匹配电路的一种结构示意图。

附图8是本发明中去耦合电路以及匹配电路的一种结构示意图。

附图9是本发明中去耦合电路以及匹配电路的一种结构示意图。

附图标记：射频读写模块1、功率分配器2、去耦合电路3、匹配电路4、天线线圈5、阻抗变换电路6、谐振变换电路7。

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。

如附图所示，本发明中去耦合电路可以采用I，II，III,IV,V,VI,VII几种结构中的任意一种，下面分别对其进行说明。

实施例1：

如附图1所示，本发明提出了一种射频天线去耦合方法及装置，设有用于产生射频读/写信号的射频读写模块1，用于将射频读写模块1输出的射频信号分为多路的功率分配器2，与功率分配器2输出端相连接的去耦合电路3，与去耦合电路3输出端相连接的两个以上的匹配电路4，分别与两个以上的匹配电路4一一对应连接的两个以上的天线线圈5；

其中射频读写模块1输出的射频信号经射频信号传输线送入功率分配器2，经功率分配器2分为多路后，送入去耦合电路3，去耦合电路3又经射频信号传输线将处理后的射频信号送入匹配电路4，此处根据具体实施的需要，射频读写模块1输出的射频信号可以直接经射频信号传输线送入去耦合电路3，如附图2所示；

此时当某个（或某几个）天线处于工作状态时，射频信号由射频读写模块1发出，直接（或经过功率分配器2）传输至天线射频信号输入端，射频信号进入天线后，经过匹配电路完成阻抗匹配后，经天线线圈将射频信号发射至空间区域，进而完成该空间标签的读取；当天线处于不工作状态时，该天线前级部件（射频读写模块1或功率分配器2）的射频输出端为断路状态，此时若连接在天线射频信号输入端的射频信号传输线长度（其中S表示射频信号传输线长度，λ为射频信号在射频信号传输线中传输时的波长，n为自然数），根据断路传输线理论，此时等效为天线射频信号输入端为断路状态；鉴于在实际应用过程中，使用射频信号波长二分之一整数倍长度的射频信号传输线局限性较大，故采用去耦合电路3等效特定长度射频信号传输线特性。

去耦合电路3实现射频信号传输线的等效，达到等效的射频信号传输线总长度，即去耦合电路3等效的射频信号传输线长度和去耦合电路两端所连接射频信号传输线的长度之和，为射频信号二分之一波长的整数倍，即（其中S表示等效的射频信号传输线总长度，λ为射频信号在传输线中传输时的波长，n为自然数），从而实现所使用射频信号传输线与去耦合电路的特性同射频信号波长二分之一整数倍长度的射频信号传输线的特性相同。

整个装置在正常工作时，即电路中有射频信号传输的过程中，射频信号通过射频信号传输线进入去耦合电路3，去耦合电路3将此射频信号传输至射频天线的匹配电路4，经过匹配电路4的阻抗匹配后，射频信号输出至天线线圈5，线圈将射频信号发射至空中，完成该区域标签的读取；整个电路在不工作时，连接射频读写模块1（或功率分配器2）的射频信号传输线的A端为断路状态，此时射频信号传输线与去耦合电路3完全等效为射频信号二分之一波长整数倍长度的射频信号传输线，此时匹配电路4中阻抗变换电路的射频输入端为等效断路（即外接射频信号波长二分之一整数倍的断路传输线），由天线线圈端向阻抗变换电路看，阻抗变换电路处于失配状态，在此状态下，此天线周围有射频信号时亦不会聚集能量即天线阵列应用过程中，不工作天线不耦合工作天线所发射的射频信号，达到天线去耦合目的。

实施例2：

如附图3所示，本发明中去耦合电路Ⅰ采用LC组成π型电路，匹配电路4中的阻抗变换电路6采用变压器电路结构，谐振变换电路7采用电容实现；

当采用上述结构时，去耦合电路Ⅰ中LC组成的双端口去耦网络，实现带宽、品质因数、阻抗、相移、反射系数等参数与射频信号传输线的等效；阻抗变换电路6为变压器组成的阻抗变换电路，通过变压器初、次级线圈匝数比的不同完成阻抗匹配，根据变压器初、次级线圈两端的功率相等，两端电压比与匝数比相同，射频信号传输线的特征阻抗为50Ω，同时根据功率公式，可得知阻抗匹配电路完成的阻抗变换比为匝数比的平方；谐振变换电路为由LC组成的并联型谐振电路，电路中L即天线线圈自身电感参与该电路谐振，由LC并联谐振参考LC谐振频率公式可知，外接补偿电容C与谐振频率即天线线圈电感值有关，例如谐振点为13.56MHz，天线线圈电感为3μH，此时补偿电容容值应为46pF。

实施例3：

如附图4及附图5所示，本发明中去耦合电路Ⅱ及去耦合电路Ⅲ采用LC组成L型电路，该去耦合电路形式形成的双端口网络接入电路***，达到去耦合效果。所述电路中串联电感L实现相位、阻抗等变换，接地电容C1补偿调节各电路参数。该去耦合电路形式结构简单、方便调试及应用。

实施例4：

如附图6所示，本发明中去耦合电路Ⅳ采用LC组成T型电路，L1、L2及C1相互配合使用实现去耦合效果，T型电路的负电阻效应能较好的提高该电路的Q值，提高电路***稳定型。

实施例5：

如附图7及附图8所示，本发明中去耦合电路Ⅴ及去耦合电路Ⅵ采用LC组成复合型型电路，上述复合型去耦合电路可看作以下几种形式的等效：双L型去耦合电路组合、L型和T型去耦合电路组合、L型和π型电路组合。上述复合型去耦合电路具有所组合基本形式的优点，同时具有更改的稳定性。

实施例6：

如附图9所示，本发明中去耦合电路Ⅶ采用LC组成复合型电路，上述复合型去耦合电路可看作以下几种形式的等效：双π型去耦合电路组合、L型和π型电路组合、L型和T型及L型去耦合电路组合。上述复合型去耦合电路具有所组合基本形式的优点，同时具有更改的稳定性。

    本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）去耦效果明显：采用传输线等效原理，配合特殊匹配电路形式，能从根本上去除耦合问题；（2）损耗低、能量传输效率高：在不增加失谐电路及传输线长度的基础上调整匹配电路形式及各参数，达到去耦合效果，去除外加失谐电路所带来的损耗；（3）简洁、应用范围广：电路形式简洁，适用于少数量射频天线组合及多天线阵列使用；（4）稳定性高：射频信号耦合的去除，不仅能提高整个***的能量利用率，同时还能提高***的稳定性即准确性。

Claims (4)

1.一种射频天线去耦合方法，其特征在于将要送向天线线圈的射频信号先经过去耦合电路的去耦处理后，再依次经过阻抗变换电路、谐振变换电路处理后经天线线圈发射，其中待发送射频信号经射频传输线送入/出去耦合电路，去耦合电路等效的射频信号传输线长度和去耦合电路两端所连接射频信号传输线的长度之和为射频信号二分之一波长的整数倍。

2. 一种射频天线去耦合装置，包括射频读写模块、两个以上的匹配电路以及两个以上的天线线圈，其中匹配电路与天线线圈一一对应连接，其特征在于设有去耦合电路，射频读写模块的射频信号输出端与去耦合电路的输入端相连接，匹配电路由阻抗变换电路、谐振变换电路相连接，去耦合电路的输出端分别与两个以上的匹配电路中的阻抗变换电路相连接，匹配电路中的谐振变换电路的输出端与天线线圈相连接。

3.根据权利要求2所述的一种射频天线去耦合装置，其特征在于去耦合电路中设有电感、电容元件，去耦合电路采用LC组成π型电路或LC组成的L型电路或LC组成的T型电路。

4.根据权利要求2所述的一种射频天线去耦合装置，其特征在于阻抗变换电路由变压器式变换电路实现，初级线圈与次级线圈协同工作，完成射频信号的阻抗匹配，谐振变换电路采用LC串联谐振或LC并联谐振方式实现。

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