CN103699917B - Rfid无耦合密集架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于射频识别技术的文档管理设备领域，具体的说是一种能够有效避免多层、多个密集架体之间的耦合效应，进而降低漏检率，提高文档管理效率的RFID无耦合密集架，包括架体、射频读写器，架体上设有两个以上用于将架体分隔为多层的横向隔板，其特征在于横向隔板采用金属材质，横向隔板上设有射频天线，射频天线经匹配器与射频读写器相连接，本发明与现有技术相比，通过采用底板天线形式和天线匹配的方法，实现密集架的层与层之间、前面与后面之间、相邻架体之间无耦合，具有无窜读、可级联、成本低等优点。

Description

RFID无耦合密集架

技术领域

本发明涉及基于射频识别技术的文档管理设备领域，具体的说是一种能够有效避免多层、多个密集架体之间的耦合效应，进而降低漏检率，提高文档管理效率的RFID无耦合密集架。

背景技术

近年来，我国档案事业取得了长足的发展，档案事业的规模日益扩大，对档案管理的要求也越来越严格。为了对密集架中的档案进行准确管理，已经逐步采用RFID(射频识别，Radio Frequency Identification )技术来实现，RFID又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，采用射频识别技术可实现档案的自动查找、盘点和定位，实现了档案的智能化管理，节省了大量人力，提高了档案管理的效率。

现有的密集架多采用竖立天线的形式，密集架为双面，分别称为前面和背面，每层密集架放置多个隔板，天线嵌入在隔板中，实现对档案盒的读取。但是由于天线采用竖立的放置形式，标签的贴标规则采用与天线平行的方向，此种方式不可避免的造成密集架的层与层之间、前面与背面之间、相邻架体之间存在耦合现象，并且现有技术中天线匹配部分主要采用功率匹配方式，当天线不工作时，天线线圈通过匹配器可以形成一个闭合回路，当相邻天线工作时，不工作的天线也可能耦合到射频能量，这些耦合问题都会造成 标签检测不准确，窜读问题严重。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种在不提高生产成本的前提下，能够有效避免多层、多个密集架体之间的耦合效应，进而降低漏检率，提高文档管理效率的RFID无耦合密集架。

本发明可以通过以下措施达到：

一种RFID无耦合密集架，包括架体、射频读写器，架体上设有两个以上用于将架体分隔为多层的横向隔板，其特征在于横向隔板采用金属材质，横向隔板上设有射频天线，射频天线经匹配器与射频读写器相连接。

本发明中射频读写器中设有射频信号发送/接收电路、微控芯片、多路器，其中微控芯片分别与射频信号发送/接收电路、多路器相连接，所述射频信号发送/接收电路包括用于产生高频信号的晶振、与晶振输出端相连接的调制电路、与调制电路输出端相连接的功率放大电路、用于接收天线送入信息的包络检波电路、与包络检波电路输出端相连接的中频解调电路、与中频解调电路输出端相连接的比较判决电路，比较判决电路的输出端与微控芯片相连接，功率放大电路的输出端与多路器的射频信号输入端相连接，所述多路器中设有并行的两路以上的射频信号开关电路，多路器中两条以上射频信号开关电路的输出端分别与两个以上的匹配器相连接，匹配器的输出端与射频天线线圈相连接，多路器在微控芯片的控制下，控制两路以上的射频信号开关电路的通断，使射频信号发送电路送出的射频读写信号经某路射频信号开关电路送至与该路射频信号开关电路相连接的匹配器以及射频天线。

本发明中多路器还设有滤波电路，滤波电路设置在射频信号开关电路的前端，用于对输入的射频信号进行滤波去耦处理。

本发明中匹配器包括与多路器的一路输出端相连接的交直流导通电路、输入端分别与多路器的输出端以及交直流导通电路的输出端相连接的阻抗变换电路，以及与阻抗变换电路的输出端相连接的谐振匹配电路，其中交直流导通电路中设有高频开关，接收多路器送出的天线控制信号，当控制信号为高电平时，交直流导通电路导通，当输入端为低电平时，该电路断开，阻抗变换电路中设有隔离电路和阻容变换电路，隔离电路采用变压器结构实现，用于实现对输入、输出之间的隔离，阻容变换电路用于将天线阻抗匹配到50欧姆，谐振匹配电路采用LC串联谐振或LC并联谐振方式，用于将射频信号匹配到13.56MHz。

本发明中射频信号发送/接收电路可以与两个以上的多路器相连接，每个多路器的控制端均与射频读写器中的微控芯片相连接，每个多路器中设有两条以上的射频信号开关电路，每条射频信号开关电路对应连接匹配器和射频天线，通过增加多路器及与其向配合的匹配器和射频天线，能够实现多级密集架装置的级联。

本发明中横向隔板上可以设有两个封装在板体内的水平放置的射频天线线圈，用于检测后续放置在横向隔板上不同区域的物品上的射频标签。

本发明中优选将架体分为前后向两个存放空间，并相应的在架体的每个横向隔板中设有两个分别用于检测前、后空间中RFID标签的射频天线。

本发明中射频天线线圈可以绕制为矩形。

本发明与现有技术相比，通过采用底板天线形式和天线匹配的方法，实现密集架的层与层之间、前面与后面之间、相邻架体之间无耦合，具有无窜读、可级联、成本低等优点，具体包括：（1）无耦合，无窜读问题：通过采用底板天线形式和天线匹配方法，并结合独特的标签贴标规则，实现了密集架的层与层之间、前面与背面之间、相邻架体之间无耦合，从而解决了密集架的窜读问题。（2）天线数量少，结构简单：每层密集架只需在底板中安装两个天线，前面与背面各一个，相比竖立天线形式，大大减少了天线的数量，并且不需要将天线嵌入隔板中，结构简单，安装方便；（3）可实现多节密集架级联：本发明采用多节密集架级联的形式，一个读写器连接多个多路器，每个多路器连接一节密集架，多路器将读写器发出的射频信号依次分配给密集架的每一层，这样可以实现用一个读写器管理多个密集架的多层天线，从而实现多节密集架的级联，实现大量密集标签的读取；（4）节约成本：采用多节密集架级联的形式，实现一个读写器管理多节密集架，与每节密集架连接一个读写器的方式相比，减少了读写器的数量；采用底板天线的形式，与竖立天线形式相比，减少了天线的数量，而且不需要功分器，大大降低了生产成本。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的电路结构框图。

附图3是本发明中匹配器的结构框图。

附图4是本发明的使用状态示意图。

附图5是本发明实施例1中所采用的电路结构框图。

附图标记：架体1、横向隔板2、射频天线3、射频信号发送/接收电路4、微控芯片5、多路器6、匹配器7、交直流导通电路8、阻抗变换电路9、谐振匹配电路10、射频标签11、上位机12、

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1所示，本发明提出一种RFID无耦合密集架，包括架体1、射频读写器，架体上设有两个以上用于将架体分隔为多层的横向隔板2，其特征在于横向隔板2采用金属材质，横向隔板上设有射频天线3，射频天线3经匹配器与射频读写器相连接。

如附图2所示，本发明中射频读写器中设有射频信号发送/接收电路4、微控芯片5、多路器6，其中微控芯片5分别与射频信号发送/接收电路4、多路器6相连接，所述射频信号发送/接收电路4包括用于产生高频信号的晶振、与晶振输出端相连接的调制电路、与调制电路输出端相连接的功率放大电路、用于接收天线送入信息的包络检波电路、与包络检波电路输出端相连接的中频解调电路、与中频解调电路输出端相连接的比较判决电路，比较判决电路的输出端与微控芯片相连接，功率放大电路的输出端与多路器的射频信号输入端相连接，所述多路器6中设有并行的两路以上的射频信号开关电路，多路器中两条以上射频信号开关电路的输出端分别与两个以上的匹配器7相连接，匹配器7的输出端与射频天线3线圈相连接，多路器6在微控芯片5的控制下，控制两路以上的射频信号开关电路的通断，使射频信号发送电路送出的射频读写信号经某路射频信号开关电路送至与该路射频信号开关电路相连接的匹配器7以及射频天线3。

本发明中多路器6还设有滤波电路，滤波电路设置在射频信号开关电路的前端，用于对输入的射频信号进行滤波去耦处理。

如附图3所示，本发明中匹配器7包括与多路器6的一路输出端相连接的交直流导通电路8、输入端分别与多路器6的输出端以及交直流导通电路8的输出端相连接的阻抗变换电路9，以及与阻抗变换电路9的输出端相连接的谐振匹配电路10，其中交直流导通电路8中设有高频开关，接收多路器6送出的天线控制信号，当控制信号为高电平时，交直流导通电路8导通，当输入端为低电平时，该电路断开，阻抗变换电路9中设有隔离电路和阻容变换电路，隔离电路采用变压器结构实现，用于实现对输入、输出之间的隔离，阻容变换电路用于将天线阻抗匹配到50欧姆，谐振匹配电路10采用LC串联谐振或LC并联谐振方式，用于将射频信号匹配到13.56MHz。

本发明中射频信号发送/接收电路4可以与两个以上的多路器6相连接，每个多路器6的控制端均与射频读写器中的微控芯片5相连接，每个多路器6中设有两条以上的射频信号开关电路，每条射频信号开关电路对应连接匹配器7和射频天线，通过增加多路器6及与其向配合的匹配器和射频天线，能够实现多级密集架装置的级联。

如附图4所示，本发明中横向隔板2上可以设有两个封装在板体内的水平放置的射频天线3线圈，用于检测后续放置在横向隔板2上不同区域的物品上的射频标签11。

本发明中优选将架体1分为前后向两个存放空间，并相应的在架体1的每个横向隔板2中设有两个分别用于检测前、后空间中RFID标签的射频天线3，本发明中射频天线3线圈可以绕制为矩形。

实施例1：

如图5所示，本发明提出一种六层双面RFID无耦合密集架，包括架体、射频读写器、多路器、匹配器、底板天线、控制线号线a、射频信号线b、通讯信号线c，还设有能够与射频读写器经通信电路进行通信的上位机12。

所述密集架本体可以为六层双面密集架，两面分别称为前面和背面，密集架本体的层数可根据实际应用需要而定，优选为六层，

所述射频读写器，输入端通过通讯信号线与上位机12相连接，输出端与多路器相连接，用于生成控制信号、射频信号和通讯信号，其中控制信号包括多路器切换控制信号和天线切换控制信号，多路器切换控制信号直接传送给多路器，用于控制多路器的通断，天线切换控制信号经多路器传送给匹配器，用于控制天线的通断；读写器是整个档案管理的核心，控制射频信号的流向、控制信号的通断，接收上位机的命令，实现相关的操作；一个读写器可连接多个多路器，根据应用条件的不同，可连接的多路器也有所差别。

所述多路器6，共有两个输入端、十二个输出端，两个输入端为控制信号输入和射频信号输入，分别通过控制信号线和射频信号线与读写器相连接，十二个输出端分别接前面和背面的六个匹配器；多路器的通断受读写器发送的多路器切换控制信号的控制，并接收来自读写器发送的射频信号，将一路射频信号转换成十二路射频信号。

所述匹配器7，输入端与多路器6相连接，输出端与射频天线3相连接，接收来自多路器6的射频信号和天线切换控制信号，多路器6用于控制天线的通断，将射频信号的能量传送给天线，并完成对天线的匹配，减少射频能量反射，提高天线的能量利用率；

本发明中一个读写器可连接多个多路器（本实施例中为两个），每个多路器连接一节密集架，多路器将读写器发出的射频信号依次分配给密集架的每一层，这样可以实现用一个读写器管理多个密集架的多层天线，从而实现多节密集架的级联，实现大量密集标签的读取。

实施例2：

如图4所示，本发明采用底板天线的形式，能够实现密集架的层与层之间、前面与背面之间、相邻架体之间无耦合；

所述射频天线为矩形天线框的形式，每层密集架放置两个天线，前面和背面各一个，分别称为前面天线和背面天线，两个矩形天线框相互平行，并平行镶嵌在横向隔板或底板的金属结构件内；

使用时，档案盒放置在密集架横向隔板或底板上，射频标签粘贴在档案盒的底部，与横向隔板内封装的射频天线所在的平面平行，且距天线所在平面很近，为了提高读取成功率，射频标签应放置在矩形天线框的检测区域内；

本发明中射频标签与横向隔板中射频天线所在的平面平行，且距射频天线很近，射频天线需要很少的射频能量即可检测到标签，所以射频读写器需要发出的射频能量很少，通过控制射频读写器的输出功率，保证上层天线工作时，下层天线无法耦合到上层天线发出的射频能量；并且密集架的上下层天线之间还安装有金属结构件，横向隔板或底板的金属材质能够吸收天线向下的磁场，使得下层天线无法耦合到上层天线发出的射频能量，从而实现密集架的层与层之间无耦合。

本发明中每层密集架的前面天线和背面天线都镶嵌在横向隔板或底板的金属结构件内，金属结构件能够吸收磁场所发出的射频能量，将前面天线和背面天线发出的射频能量限定在各自的天线框区域内，当前面天线工作时，背面天线无法耦合到前面天线所发出的射频能量，背面的标签也无法获得前面天线所发出的射频能量，从而实现密集架的前面与背面之间无耦合效应。

本发明中矩形天线框的每个边产生一个围绕该边的环形磁场，相邻架体的标签只有处于环形磁场内时才能够被检测到，由于射频天线嵌在金属材质的横向隔板或底板内，金属能够吸收磁场所发出的射频能量，所以天线所在平面无射频能量，本发明采用独特的标签贴标规则，将标签贴于档案盒的底部，距离天线所在平面很近，所以相邻架体的标签不会被激活，从而实现相邻架体之间无耦合。

实施例3：

如图3所示，本发明提采用天线匹配的方法，能够实现密集架的前面与背面之间无耦合；所述多路器可以包括射频输入电路、切换控制电路和射频输出电路，所述射频输入电路，射频信号来自射频读写器，并包含滤波及去耦电路；所述切换控制电路，控制各路射频输出端口，每一路对应一个高频开关，切换控制电路根据多路器切换控制信号，决定打开哪一路高频开关，从而使该路射频信号导通；所述射频输出电路，由高频开关控制其通断，当该路导通时，射频信号可以输出至匹配器。

本发明中匹配器采用天线匹配的方法，与传统的功率匹配相比，天线匹配在无天线切换控制信号时，天线线圈不能形成闭合回路，所以天线不能够传递射频能量.

所述匹配器主要由个部分组成：交直流导通电路、阻抗变换电路、谐振匹配电路，所述交直流导通电路，输入与多路器相连接，接收多路器传送的天线控制信号，交直流导通电路内设有高频开关，根据天线切换控制信号，控制射频信号的通断，当输入端为高电平时，电路导通，当输入端为低电平时，电路关断；所述阻抗变换电路，输入分别与多路器和交直流导通电路相连接，接收多路器传送的射频信号，阻抗变换电路包括隔离电路和阻容变换电路，隔离电路采用变压器实现，同交直流导电路共同作用，实现输入与输出之间的隔离，阻容变换电路设有电阻和电容，与隔离电路共同作用，将天线阻抗匹配到50欧姆；谐振匹配电路采用LC串联谐振或LC并联谐振方式实现，用于将射频信号匹配到13.56MHz。

本发明中每层密集架包含两个天线，前面天线和背面天线，当前面天线工作时，多路器将天线切换控制信号和射频信号传送给匹配器，匹配器中的交直流导通电路导通，射频信号传送至前面天线，此时背面天线不工作，对应的交直流导通电路断开，隔离电路不导通，将输入与输出断开，天线线圈不能形成闭合回路，所以此时背面天线不能耦合能量，从而实现了前面与背面之间无耦合。

本发明与现有技术相比，通过采用底板天线形式和天线匹配的方法，实现密集架的层与层之间、前面与后面之间、相邻架体之间无耦合，具有无窜读、可级联、成本低等优点，具体包括：（1）无耦合，无窜读问题：通过采用底板天线形式和天线匹配方法，并结合独特的标签贴标规则，实现了密集架的层与层之间、前面与背面之间、相邻架体之间无耦合，从而解决了密集架的窜读问题。（2）天线数量少，结构简单：每层密集架只需在底板中安装两个天线，前面与背面各一个，相比竖立天线形式，大大减少了天线的数量，并且不需要将天线嵌入隔板中，结构简单，安装方便；（3）可实现多节密集架级联：本发明采用多节密集架级联的形式，一个读写器连接多个多路器，每个多路器连接一节密集架，多路器将读写器发出的射频信号依次分配给密集架的每一层，这样可以实现用一个读写器管理多个密集架的多层天线，从而实现多节密集架的级联，实现大量密集标签的读取；（4）节约成本：采用多节密集架级联的形式，实现一个读写器管理多节密集架，与每节密集架连接一个读写器的方式相比，减少了读写器的数量；采用底板天线的形式，与竖立天线形式相比，减少了天线的数量，而且不需要功分器，大大降低了生产成本。

Claims (1)

1.一种RFID无耦合密集架，包括架体、射频读写器，架体上设有两个以上用于将架体分隔为多层的横向隔板，其特征在于横向隔板采用金属材质，横向隔板上设有射频天线，射频天线经匹配器与射频读写器相连接；其中架体分为前后向两个存放空间，并相应的在架体的每个横向隔板中设有两个分别用于检测前、后空间中RFID标签的射频天线；还设有档案盒和RFID标签，RFID标签贴于档案盒的底部，档案盒放在架体的隔板上；

射频读写器中设有射频信号发送/接收电路、微控芯片、多路器，其中微控芯片分别与射频信号发送/接收电路、多路器相连接，所述射频信号发送/接收电路包括用于产生高频信号的晶振、与晶振输出端相连接的调制电路、与调制电路输出端相连接的功率放大电路、用于接收天线送入信息的包络检波电路、与包络检波电路输出端相连接的中频解调电路、与中频解调电路输出端相连接的比较判决电路，比较判决电路的输出端与微控芯片相连接，功率放大电路的输出端与多路器的射频信号输入端相连接，所述多路器中设有并行的两路以上的射频信号开关电路，多路器中两条以上射频信号开关电路的输出端分别与两个以上的匹配器相连接，匹配器的输出端与射频天线线圈相连接；多路器还设有滤波电路，滤波电路与射频信号开关电路的输入端相连接；

匹配器包括与多路器的一路输出端相连接的交直流导通电路、输入端分别与多路器的输出端以及交直流导通电路的输出端相连接的阻抗变换电路，以及与阻抗变换电路的输出端相连接的谐振匹配电路，阻抗变换电路中设有隔离电路和阻容变换电路，隔离电路采用变压器结构实现，谐振匹配电路采用LC串联谐振或LC并联谐振方式，用于将射频信号匹配到13.56MHz；其中交直流导通电路中设有高频开关，接收多路器送出的天线控制信号，当控制信号为高电平时，交直流导通电路导通，当输入端为低电平时，该电路断开；

射频信号发送/接收电路与两个以上的多路器相连接，每个多路器的控制端均与射频读写器中的微控芯片相连接，每个多路器中设有两条以上的射频信号开关电路，每条射频信号开关电路对应连接匹配器和射频天线；横向隔板上设有两个封装在板体内的水平放置的射频天线线圈，射频天线线圈绕制为矩形。