CN205193838U - 异形天线的三维通道装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种异形天线的三维通道装置，包括电源模块；射频读写器，其输入端连接电源模块的输出端；时分复用模块，其输入端连接射频读写器的输出端；以及两个异形天线组，其均连接时分复用模块的输出端；两个异形天线组中的一个包括产生的磁场方向相同且具有间距的两个并行天线框，另一个包括产生的磁场方向相反且具有间距的两个并行天线框；其中，电源模块用于提供电源，射频读写器用于产生射频信号和控制信号，时分复用模块用于在控制信号的作用下将射频信号传输至两个异形天线组，两个异形天线组用于将射频信号发送出去检测周围的射频标签并在检测到射频标签时反馈信号至射频读写器。本实用新型可提高标签的检测效率并降低成本。

Description

异形天线的三维通道装置

技术领域

本实用新型涉及射频识别(RFID，RadioFrequencyIdentification)技术领域，特别是涉及一种异形天线的三维通道装置。

背景技术

RFID***一般主要包括控制射频信号发射、接收以及信息处理的读写器，与读写器相匹配的射频天线，需要被检测识别的射频标签。在正常工作时，读写器负责发送按照一定协议编码的数据命令，其经过读写器内部的调制和功放电路后，会产生一定功率的带有命令的射频信号，通过射频天线辐射到射频天线周围的一定区域，当符合条件的射频标签进入该磁场区域，磁场携带的能量会激活射频标签，射频标签可以解析出读写器发送的命令信息，并根据命令把自身携带的相关信息调制到磁场上通过射频天线反馈至读写器的接收电路，读写器对接收到的信息解析后，进行相应的记录或者声光指示，完成对射频标签的检测和读取。在RFID***中，射频天线起着至关重要的作用，它决定了读写器发射的射频信号读取的空间范围和方向，在现有的三维通道装置中，一般是由多个射频天线组成天线阵列，然后通过切换射频天线实现标签的三维读取。

现有三维通道装置的天线阵列一般由六个或者四个天线组成。六个天线阵列分布一般是通道两侧各有三个矩形框天线，三个天线之间会有一定的重叠，并且为了实现无盲区读取，会有功率分配器、天线切换单元来进行相应天线的控制工作，在进行天线切换和功率分配的过程中会需要较长的轮询时间，且读写器的发射功率会相应的减弱相应的检测距离会减小。四个天线阵列与六天线阵列的分布类似，只是四天线阵列在上下两个框的重叠面积上更大，标签的可读取范围以及检测效果上会有更大程度的降低，且轮训工作一个周期的时间较长，检测较多的标签时漏读或者读取不完整的现象比较严重。对于六天线和四天线阵列组，不工作的天线对工作的天线也会有较大的影响。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种异形天线的三维通道装置，实现标签的三维读取的同时有效降低漏读率。

一种异形天线的三维通道装置，包括：

电源模块；

射频读写器，所述射频读写器的输入端连接所述电源模块的输出端，用于产生携带有标签读取和操作的射频信号和控制时分复用模块的控制信号；

时分复用模块，所述时分复用模块的输入端连接所述射频读写器的输出端，用于在所述控制信号的作用下将射频信号传输至两个异形天线组；以及

两个异形天线组，所述两个异形天线组均连接所述时分复用模块的输出端，用于将射频信号发送出去检测周围的射频标签并在检测到所述射频标签时反馈信号至所述射频读写器；

其中，所述两个异形天线组中的一个包括产生的磁场方向相同且具有间距的两个并行天线框，另一个包括产生的磁场方向相反且具有间距的两个并行天线框。

以上所述异形天线的三维通道装置，采用两个异形天线组，两个异形天线组中的并行天线框之间均具有一定的间距，没有重叠的部分，可提高标签的检测高度；两个异形天线组中的一个所包含的两个并行天线框产生的磁场方向相同，另一个所包含的两个并行天线框产生的磁场方向相反，使得两个异形天线组产生的磁场具有互补效应，增大了标签的检测范围；两个异形天线组在控制信号的作用下可分时工作，且两个异形天线组可以快速切换，可有效提高标签的检测效率；两个异形天线组不用如现有技术一样设置天线切换模块和功率分配模块，可有效降低生产成本。

在其中一个实施例中，所述电源模块包括：

转换电路，用于将外部电源转换为可为所述射频读写器和时分复用模块提供的低压直流电。

在其中一个实施例中，所述射频读写器包括：

微控芯片；

与所述微控芯片连接的射频发射电路；

与所述微控芯片相连接的射频接收电路；以及

与所述微控芯片连接的控制电路；

所述射频发射电路用于产生携带有标签读取和操作的射频信号，所述射频接收电路用于接收所述两个异形天线组在检测到射频标签时反馈的信号，所述微控芯片用于对所述反馈的信号进行分析，所述控制电路用于产生控制所述时分复用模块的控制信号。

在其中一个实施例中，所述时分复用模块包括：

切换控制电路；以及

分别与所述两个异形天线组连接的高频开关；

所述切换控制电路用于在所述控制信号的作用下驱动所述高频开关的打开与闭合；

所述高频开关共同连接一个与所述射频发射电路连接的输入端，所述高频开关均具有一个输出端，且所述高频开关通过所述输出端与所述对应的异形天线组连接；

其中，当所述切换控制电路在所述控制信号的作用下驱动所述高频开关闭合时，与所述高频开关对应连接的异形天线组开始工作，所述射频发射电路将产生的射频信号发送至所述异形天线组；当所述切换控制电路在所述控制信号的作用下驱动所述高频开关打开时，与所述高频开关对应连接的异形天线组停止工作将所述射频发射电路产生的射频信号与所述异形天线组隔离开。

在其中一个实施例中，所述控制信号为电流信号，对应的，所述切换控制电路为电流转换电路，且所述电流转换电路通过将所述电流信号转换为强电流信号驱动所述高频开关的打开与闭合。

在其中一个实施例中，所述两个异形天线组均连接有对所述异形天线组进行阻抗匹配的天线匹配模块，所述天线匹配模块的输入端连接对应所述高频开关的输出端，所述天线匹配模块的输出端连接所述异形天线组；

其中，当所述切换控制电路在所述控制信号的作用下驱动所述高频开关闭合时，所述天线匹配模块对所述异形天线组进行阻抗匹配，将所述异形天线组的频率谐振至13.56M，输出阻抗变换至50Ω，同时，所述异形天线组开始工作，所述射频发射电路将产生的射频信号发送至所述异形天线组。

在其中一个实施例中，所述并行天线框为梯形天线框。

在其中一个实施例中，所述梯形天线框为直角梯形天线框。

在其中一个实施例中，所述直角梯形天线框的非直角底角的角度为45度。

在其中一个实施例中，所述两个异形天线组中的两个直角梯形天线框的斜边相互对齐平行放置，且所述两个直角梯形天线框的斜边之间的垂直距离与其中任一个直角梯形天线框的较短的底边的长度之间的比值为1：5。

附图说明

图1为一实施例的异形天线的三维通道装置的结构图；

图2为图1中两个异形天线组的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一实施例的异形天线的三维通道装置包括：

电源模块110；

射频读写器120，射频读写器120的输入端连接所述电源模块110的输出端；

时分复用模块130，时分复用模块130的输入端连接射频读写器120的输出端；以及

两个异形天线组150和160，两个异形天线组均连接时分复用模块130的输出端；

所述两个异形天线组中的一个(本实施例中为异形天线组150)包括产生的磁场方向相同且具有间距的两个并行天线框，另一个(本实施例中为异形天线组160)包括产生的磁场方向相反且具有间距的两个并行天线框；

其中，电源模块110用于向射频读写器120和时分复用模块130提供电源，射频读写器120用于产生携带有标签读取和操作的射频信号和控制时分复用模块130的控制信号，时分复用模块130用于在控制信号的作用下将射频信号传输至两个异形天线组，两个异形天线组用于将射频信号发送出去检测周围的射频标签并在检测到射频标签时反馈信号至射频读写器120。

以上所述异形天线的三维通道装置，采用两个异形天线组，两个异形天线组中的并行天线框之间均具有一定的间距，没有重叠的部分，可提高标签的检测高度；两个异形天线组中的一个所包含的两个并行天线框产生的磁场方向相同，另一个所包含的两个并行天线框产生的磁场方向相反，使得两个异形天线组产生的磁场具有互补效应，增大了标签的检测范围；两个异形天线组在控制信号的作用下可分时工作，且两个异形天线组可以快速切换，可有效提高标签的检测效率；两个异形天线组不用如现有技术一样设置天线切换模块和功率分配模块，可有效降低生产成本。

其中，电源模块110包括转换电路，转换电路用于将外部电源转换为可为射频读写器120和时分复用模块130提供的低压直流电。外部电源通常为高压交流市电，必须经过转换之后才可以使用，以保证使用的合适性与安全性。

射频读写器120包括：

微控芯片；

与微控芯片连接的射频发射电路；

与微控芯片相连接的射频接收电路；以及

与微控芯片连接的控制电路。

射频发射电路用于产生携带有标签读取和操作的射频信号，射频接收电路用于接收两个异形天线组在检测到射频标签时反馈的信号，微控芯片用于对反馈的信号进行分析，控制电路用于产生控制时分复用模块的控制信号。微控芯片可以采用不同的处理芯片，其还可以实现标签检测后的信息解码、数据上报、权限判断等功能。射频读写器120是完成射频信号生成及最终反馈的标签信号接收的处理中心，本实施例中，射频读写器120还产生控制信号以控制时分复用模块130。

具体的，时分复用模块130包括切换控制电路和分别与两个异形天线组连接的高频开关，切换控制电路用于在控制信号的作用下驱动高频开关的打开与闭合，高频开关共同连接一个与射频发射电路连接的输入端，高频开关均具有一个输出端，高频开关通过输出端与对应的异形天线组连接；其中，当切换控制电路在控制信号的作用下驱动高频开关闭合时，与高频开关对应连接的异形天线组开始工作，射频发射电路将产生的射频信号发送至异形天线组；当切换控制电路在控制信号的作用下驱动高频开关打开时，与高频开关对应连接的异形天线组停止工作将射频发射电路产生的射频信号与异形天线组隔离开。在本实施例中，由于采用两个异形天线组分时工作的形式，可在采用最少数量的高频开关和切换控制电路的情况下，极大增加标签的可读区域，且两个异形天线组分时轮询工作，可相互弥补对方盲区，从而能够实现标签的三维读取、有效降低漏读率。

由于控制信号实现的是对高频开关的控制，因此，产生控制信号的控制电路可以是简单的产生开关信号控制的电路，其可以与微控芯片集成在一起，也可以为与微控芯片连接的单独的一个控制电路。控制信号可以为电流信号，对应的切换控制电路为电流转换电路，电流转换电路通过将电流信号转换为强电流信号驱动高频开关的打开与闭合。通常射频读写器120产生的电流信号比较弱，无法控制高频开关，转换为强电流信号后即可控制高频开关，也可以提高控制的准确性，在两个异形天线组切换时，提高切换的成功率，进而提高标签的读取率。

如图1所示，两个异形天线组均连接有对异形天线组进行阻抗匹配的天线匹配模块140，天线匹配模块140的输入端连接对应高频开关的输出端，天线匹配模块140的输出端连接异形天线组；其中，当切换控制电路在控制信号的作用下驱动高频开关闭合时，天线匹配模块140对异形天线组进行阻抗匹配，将异形天线组的频率谐振至13.56M，输出阻抗变换至50Ω，同时，异形天线组开始工作，射频发射电路将产生的射频信号发送至异形天线组。由天线匹配模块140进行阻抗匹配后，可保证射频读写器120发出的射频信号尽可能多的到达工作的异形天线组，并通过异形天线组辐射出去。

如图2所示，两个异形天线组150和160中两个并行的天线框均为梯形天线框。为了保证三维通道装置的标签的可读区域足够大，本实施例增加了梯形天线框的高度，且并行的梯形天线框之间具有一定的间距，避免了天线框之间的重叠，因此，不用依靠天线之间的重叠面积消除检测盲区，可直接增加对标签的可读区域面积。由于两个异形天线组形成的磁场分别在对应的异形天线组中间会存在一个不同方向的盲区，该盲区会对通道之间的摆放间距产生一定的影响，因此，需要不同方向的磁场弥补中间盲区，故而本实施例中采用两个中间方向相反的异形天线组互补的形式，具体如图2所示，图中左侧异形天线组中并行放置的天线框可产生相同的磁场方向，右侧异形天线组中并行放置的天线框可产生相反的磁场方向。

为更好的实现互补，如图2所示，天线框均为直角梯形天线，且直角梯形天线框的非直角底角的角度为45度，如图2中所标注的角度θ＝45°。

如图2所示，两个异形天线组中的梯形天线框在放置时，梯形天线框的两个斜边之间的间距大小可以改变中间区域的标签读取盲区，且两个斜边的间距越小，水平方向检测距离越远。为达到减小盲区的效果，两个异形天线组中的两个直角梯形天线框的斜边相互对齐平行放置，且两个直角梯形天线框的斜边之间的垂直距离与其中任一个直角梯形天线框的较短的底边的长度之间的比值为1：5，即图2中标注的L:D为5:1。

具体的，本实施例可通过以下方式实现：

电源模块110连接外部电源上电，射频读写器120完成相关参数的初始化，建立相关的通讯连接；

射频读写器120的基本数据正常加载完成后，输出控制信号和射频信号，其中控制信号传送至时分复用模块130并控制时分复用模块130中的一个高频开关导通，使对应的异形天线组150处于工作状态，同时天线匹配模块140对异形天线组150进行阻抗匹配，将其频率谐振至13.56M，输出阻抗变换至50Ω；

射频信号通过打开的高频开关被传输到经过天线匹配模块140完成匹配的异形天线组150，异形天线组150工作并发射出相应方向的空间磁场；

异形天线组150完成其周围空间磁场内标签的读取之后，控制信号控制时分复用模块130切换至下一高频开关导通，使对应的异形天线组160处于工作状态，同时异形天线组160的匹配模块140对异形天线组160进行阻抗匹配，将异形天线组160的频率谐振至13.56M，输出阻抗变换至50Ω；

射频信号通过打开的高频开关被传输到经过匹配模块140完成匹配的异形天线组160，异形天线组160工作并发射出和异形天线组150方向互补的空间磁场，完成通道范围内三维标签的读取；

异形天线组160对空间内的标签检测完成后，控制信号控制时分复用模块130切换对应的高频开关导通使异形天线组150工作，依次轮询重复上述过程。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种异形天线的三维通道装置，其特征在于，包括：

电源模块；

射频读写器，所述射频读写器的输入端连接所述电源模块的输出端，用于产生携带有标签读取和操作的射频信号和控制时分复用模块的控制信号；

时分复用模块，所述时分复用模块的输入端连接所述射频读写器的输出端，用于在所述控制信号的作用下将射频信号传输至两个异形天线组；以及

两个异形天线组，所述两个异形天线组均连接所述时分复用模块的输出端，用于将射频信号发送出去检测周围的射频标签并在检测到所述射频标签时反馈信号至所述射频读写器；

其中，所述两个异形天线组中的一个包括产生的磁场方向相同且具有间距的两个并行天线框，另一个包括产生的磁场方向相反且具有间距的两个并行天线框。

2.根据权利要求1所述的异形天线的三维通道装置，其特征在于，所述电源模块包括：

转换电路，用于将外部电源转换为可为所述射频读写器和时分复用模块提供的低压直流电。

3.根据权利要求1所述的异形天线的三维通道装置，其特征在于，所述射频读写器包括：

微控芯片；

与所述微控芯片连接的射频发射电路；

与所述微控芯片相连接的射频接收电路；以及

与所述微控芯片连接的控制电路；

所述射频发射电路用于产生携带有标签读取和操作的射频信号，所述射频接收电路用于接收所述两个异形天线组在检测到射频标签时反馈的信号，所述微控芯片用于对所述反馈的信号进行分析，所述控制电路用于产生控制所述时分复用模块的控制信号。

4.根据权利要求3所述的异形天线的三维通道装置，其特征在于，所述时分复用模块包括：

切换控制电路；以及

分别与所述两个异形天线组连接的高频开关；

所述切换控制电路用于在所述控制信号的作用下驱动所述高频开关的打开与闭合；

所述高频开关共同连接一个与所述射频发射电路连接的输入端，所述高频开关均具有一个输出端，且所述高频开关通过所述输出端与所述对应的异形天线组连接；

其中，当所述切换控制电路在所述控制信号的作用下驱动所述高频开关闭合时，与所述高频开关对应连接的异形天线组开始工作，所述射频发射电路将产生的射频信号发送至所述异形天线组；当所述切换控制电路在所述控制信号的作用下驱动所述高频开关打开时，与所述高频开关对应连接的异形天线组停止工作将所述射频发射电路产生的射频信号与所述异形天线组隔离开。

5.根据权利要求4所述的异形天线的三维通道装置，其特征在于，所述控制信号为电流信号，对应的，所述切换控制电路为电流转换电路，且所述电流转换电路通过将所述电流信号转换为强电流信号驱动所述高频开关的打开与闭合。

6.根据权利要求4或5所述的异形天线的三维通道装置，其特征在于，所述两个异形天线组均连接有对所述异形天线组进行阻抗匹配的天线匹配模块，所述天线匹配模块的输入端连接对应所述高频开关的输出端，所述天线匹配模块的输出端连接所述异形天线组；

其中，当所述切换控制电路在所述控制信号的作用下驱动所述高频开关闭合时，所述天线匹配模块对所述异形天线组进行阻抗匹配，将所述异形天线组的频率谐振至13.56M，输出阻抗变换至50Ω，同时，所述异形天线组开始工作，所述射频发射电路将产生的射频信号发送至所述异形天线组。

7.根据权利要求1所述的异形天线的三维通道装置，其特征在于，所述并行天线框为梯形天线框。

8.根据权利要求7所述的异形天线的三维通道装置，其特征在于，所述梯形天线框为直角梯形天线框。

9.根据权利要求8所述的异形天线的三维通道装置，其特征在于，所述直角梯形天线框的非直角底角的角度为45度。

10.根据权利要求8或9所述的异形天线的三维通道装置，其特征在于，所述两个异形天线组中的两个直角梯形天线框的斜边相互对齐平行放置，且所述两个直角梯形天线框的斜边之间的垂直距离与其中任一个直角梯形天线框的较短的底边的长度之间的比值为1：5。