谐振天线的自动选择性衰减的制作方法

本发明总体上涉及电子商品防盗(“EAS”)系统，更特别地，涉及EAS标签检测性能的改进。

背景技术：

EAS系统使用EAS发送器来激励检测区域中存在的标记或标签。发送器周期性地产生特定频率的电磁能量的突发脉冲(burst)，以激励EAS标签。当检测区域中的标记标签在突发脉冲的时间期间被激励时，标记标签将生成通常可被接收器检测到的电磁信号。一种类型的EAS系统利用声磁(AM)标记。在U.S.专利No.4510489和No.4510490中描述了AM型EAS系统的总体操作。如已知的，许多常见的AM型EAS系统中的发送器或激励器将发送58kHz的电磁能量的突发脉冲或脉冲，然后监听来自在检测区域中存在的EAS标签的响应。

技术实现要素：

本发明涉及具有自给的自动选择性衰减的电子商品防盗(EAS)谐振天线系统。天线谐振电路对远程放置的EAS收发器所生成的激励器信号作出响应。激励器信号包括交流(AC)电能的周期性突发脉冲，当该周期性突发脉冲被施加到天线谐振电路时产生能够激励EAS标记标签的电磁场。衰减控制系统远离EAS收发器设置在天线谐振电路的位置处。衰减控制系统检测在天线谐振电路处接收的每个周期性突发脉冲，并且对检测作出响应以在预定时间选择性减小天线谐振电路的Q因子。尤其是，在没有来自EAS收发器或其他远程电路的任何其他控制信号的情况下，衰减控制系统排他性地基于在天线谐振电路处接收的周期性突发脉冲启动用于减小Q因子的定时触发信号。有益地选择预定时间以减少激励器信号的每个突发脉冲的后沿处的振铃(ringing)。在接收到下一个周期性突发脉冲之前，衰减控制系统将天线谐振电路的Q因子自动地恢复到较高的Q因子值。

根据一个方面，衰减控制系统检测每个周期性突发脉冲的开始，并且响应于此在预定延迟之后生成开关控制信号以选择性减小Q因子。例如，预定延迟可以对应于每个周期性突发脉冲的预定持续时间。因此，在与每个突发脉冲的结束对应的预定时间处减小Q因子。

在天线谐振电路的位置处部署电源系统。电源系统对周期性突发脉冲中包含的电力进行整流和滤波，以向衰减控制系统提供电力的主源。如此，连接电源系统以从远程放置的EAS收发器接收激励器信号的至少一部分。电源耦接到衰减控制系统的至少一个组件。

本发明还涉及一种电子商品防盗(EAS)系统。EAS系统包括EAS系统控制器以及如上所述的谐振天线系统，其中EAS系统控制器包括EAS收发器。谐振天线系统远离EAS系统控制器放置并且通过天线线缆耦接到EAS系统控制器。谐振天线系统包括如上所述的衰减控制系统。

本发明还涉及一种选择性控制EAS系统中的天线谐振电路的Q因子的方法。该方法涉及使用部署在天线谐振电路的位置处的衰减控制系统。衰减控制系统检测由远程放置的EAS发送器所生成的激励器信号。激励器信号包括交流(AC)电能的周期性突发脉冲，当该周期性突发脉冲被施加到天线谐振电路时产生能够激励EAS标记标签的电磁场。该方法还涉及：响应于检测操作衰减控制系统以生成开关控制信号，以及通过控制与天线谐振电路连接的至少一个开关元件使用开关控制信号来减小天线谐振电路的Q因子。衰减控制系统控制开关控制信号的定时从而在预定时间减小Q因子，其中预定时间被选择以减小每个周期性突发脉冲的后沿处的振铃。

附图说明

图1是可用于理解本发明的EAS系统的正视图。

图2是图1中的EAS系统的俯视图。

图3是可用于图1和图2中的EAS系统的天线基座的部分剖视图。

图4是包括EAS收发器的EAS系统控制器的框图。

图5A至图5C示出可以被用作EAS激励器系统的部分的若干不同类型的谐振电路。

图6示出可用于激励EAS系统中的标记标签的电磁能量的示例性突发脉冲，其中衰荡(ring-down)的时间段相对长。

图7示出可用于激励EAS系统中的标记标签的电磁能量的示例性突发脉冲，其中衰荡的时间段减少。

图8是可用于理解EAS系统的框图，在EAS系统中，从EAS激励器信号源远程地执行衰减操作，而不需要EAS系统控制器与谐振天线系统之间的附加电路。

图9示出并联谐振天线电路中的示例性开关装置和耗散元件。

图10示出串联谐振天线电路中的示例性开关装置和耗散元件。

图11示出可用于从与激励器信号关联的AC电压的周期性突发脉冲中提取功率的电源的示例性布置。

图12是可用于理解在一个天线系统中设置双激励器线圈的情况下进行自动衰减的EAS系统的框图。

具体实施方式

参照附图描述本发明。附图并非按比例绘制，提供它们仅仅是为了例示本发明。以下，参照用于例示的示例应用来描述本发明的若干方面。应该理解，阐述许多具体细节、关系和方法来提供对本发明的全面理解。然而，相关领域的普通技术人员将容易认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下实践本发明，或者用其他方法来实践本发明。在其他情形下，没有详细示出熟知的结构或操作，以避免使本发明模糊不清。本发明不受动作或事件的例示顺序的限制，因为一些动作可以与其他动作或事件以不同的次序发生和/或同时发生。此外，并非需要用所有例示的动作或事件来实现按照本发明的方法。

在EAS系统中，用于将电磁能量辐射到EAS检测区域中的谐振电路将具有相对高的Q。因此，用于激励谐振电路的电能的突发脉冲将不在每个突发脉冲结束时即刻终止，而是将随时间推移而缓慢衰荡。延长的衰荡时间段是有问题的，因为它们妨碍了EAS接收器检测EAS检测区域中的标记标签的能力。为了减轻该问题，在天线的位置处并且远离突发脉冲源的谐振电路中可以选择性增加电阻损耗。在每个突发脉冲终止时暂时在谐振电路中选择性增加电阻损耗以增大衰减，由此减小谐振电路的Q。以此方式减小Q有益地减少了衰荡时间并且改进了EAS的性能。与在(可以远离天线放置的)突发脉冲源处增加电阻损耗相反地，通过在天线处直接增加电阻损耗来得到改进的衰荡控制。此外，可以在不修改传统的现有EAS控制系统或者控制系统与远程放置的天线之间的电路的情况下，得到改进的自动衰减。因此，改进可以是容易地对现有EAS系统进行改造，从而以最小成本改进性能。

现在参照附图，其中相似的参考指示符指相似的元件，在图1至图3中示出示例性的EAS检测系统100。EAS检测系统通常将位于与安全设施的入口/出口104相邻的位置。EAS检测系统100使用专门设计的EAS标记标签(“标签”)，EAS标记标签被施加于商店商品或者储存在安全设施内的其它物品。在安全设施处可以由被授权的人员来去激活或去除标签。例如，在零售环境中，可以由商店雇员来去除标签。当激活的标签112在接近入口/出口的EAS检测区域108中时，EAS检测系统将检测到此标签的存在并且将发出警报或者生成一些其它合适的EAS响应。因此，EAS检测系统100的一种用处是检测和防止未经授权地从受控制区域带走商品或产品。

本领域中熟知多种不同类型的EAS检测方案。例如，已知类型的EAS检测方案可以包括磁系统、声磁系统、射频类型系统和微波系统。为了描述创造性布置，应该假定EAS检测系统100是声-磁(AM)类型系统。另外，应该理解，本发明在这方面不受限制，并且其他类型的EAS检测方法也可以用于本发明。

示例性EAS检测系统100包括一对基座102a、102b，基座102a、102b的位置以已知的距离隔开(例如，在入口/出口104的相对侧)。典型地，基座102a、102b由底部106a、106b稳定和支承。一般地，每个基座102a、102b将包括适于辅助检测特殊的EAS标签的一个或多个天线，如本文中描述的。其他类型的天线布置也是可能的。例如，一个或多个EAS天线可以部署在与检测区域相邻的墙壁、顶棚或地板中。为了方便，将针对基座类型EAS配置描述创造性的布置。另外，应理解，本发明在这方面不受限制，并且本文中描述的布置可应用于期望控制谐振天线的衰减的任何类型的EAS系统。

EAS基座102a可以包括至少一个天线302，天线302适于发送或产生电磁激励器信号场并且接收由检测区域108中的标记标签生成的响应信号。在一些实施例中，可以将相同的天线用于接收功能和发送功能二者。然而，基座102b可以包括至少一个第二天线302b。第二天线可以适于发送或者产生电磁激励器信号场并且/或者接收由检测区域108中的标记标签生成的响应信号。在本文所述发明的某些实施例中，基座102a、102b中设置的天线可以包括谐振电路，该谐振电路包括传统的导电线环形式的激励器线圈。该类型的天线通常用于AM型EAS基座。在一些实施例中，可以在每个基座中使用单个天线，并且单个天线以时分复用(time multiplexed)的方式选择性地耦接到EAS接收器和EAS发送器。然而，在一些情况下，如所示出的，在每个基座中包括两个天线(或激励器线圈)可以是有益的，其中上部天线位于下部天线上方。

位于基座102a、102b中的天线电气耦接到系统控制器110，系统控制器110控制EAS检测系统的操作，以执行如本文中描述的EAS功能。系统控制器可以位于与基座分开的位置处的单独的底架内，使得控制器远离天线。例如，系统控制器110可以位于顶棚中，顶棚位于基座正上方或者与基座相邻。

EAS检测系统是本领域中熟知的，因此在这里将不进行详细描述。然而，将提供对此系统的操作的简要描述，帮助理解创造性布置。使用声磁(AM)型EAS检测系统的天线来生成用作标记标签激励器信号的电磁场。标记标签激励器信号致使检测区域108内的标记标签中包含的条带(例如，由磁致伸缩或铁磁非晶金属形成的条带)机械振动。由于刺激信号，标签将由于磁致伸缩效用发生谐振和机械振动。在刺激信号终止之后，该振动将持续短时间。条带的振动致使其磁场变化，这可以在接收器天线中感应出AC信号。该感应信号用于指示检测区域108内存在条带。

现在参照图4，提供了有助于理解系统控制器110的布置的框图。系统控制器包括处理器416(诸如微控制器或中央处理单元(CPU))。系统控制器还包括计算机可读存储介质(诸如其上存储有被配置为实现EAS系统的方法、过程或功能中的一个或多个的指令(例如，软件代码)的一个或多个集合的存储器418)。指令(即，计算机软件)可以包括EAS检测模块420以有助于标记标签的EAS检测。这些指令还可以在其执行期间完全或至少部分驻留在处理器416内。

系统还包括至少一个EAS收发器408，EAS收发器408包括发送器电路410和接收器电路412。发送器电路和接收器电路电气耦接到天线302a和/或天线302b。可以提供合适的复用布置来促进使用单个天线(例如，天线302a或302b)进行接收和发送操作二者。在天线302a、302b处可以同时发生发送操作，此后，在每个天线处可以同时发生接收操作，以监听已经被激励的标记标签。替代地，可以选择性控制发送操作，使得在发送标记标签激励器信号时，仅一个天线是活动的。由发送器电路(发送器)410将输入激励器信号施加到一个或多个天线。

系统控制器110的附加组件可以包括通信接口424，通信接口424被配置为促进从系统控制器110到远程放置的EAS系统服务器的有线和/或无线通信。系统控制器还可以包括：用于定时目的的实时时钟；警报426(例如，可听警报、视觉警报或这二者)，在EAS检测区域108内检测到活动的标记标签时警报可以被激活。电源428向系统控制器110的各种组件提供必要的电力。在图4中省略了从电源到各种系统组件的电气连接，从而避免使本发明模糊不清。

本领域的技术人员将认可，图4中例示的系统控制器架构代表可用于本发明的系统架构的一种可能的示例。然而，本发明在这方面不受限制，并且在任何情况下可以不受限制地使用任何其他合适的架构。包括但不限于专用集成电路、可编程逻辑阵列和其他硬件装置的专用硬件实现方式可以类似地被构造为实现本文中描述的方法。

天线302a、302b包括谐振电路。如此，天线将包括电感组件L和电容元件C。通常以与图3中示出的激励器线圈相似的激励器线圈的形式来设置电感元件。激励器线圈可以包括缠绕电介质形式的多个导电线环。选择激励器线圈和电容元件以提供适于激励EAS标签的期望谐振频率。现在参照图5A，用于本发明的谐振电路可以包括串联谐振电路500a，串联谐振电路500a包括电容器C和电感器(激励器线圈)L。谐振电路被如上所述的发送器突发脉冲源激励。在替代实施例中，天线302a、302b可以包括并联谐振电路500b，相似地，并联谐振电路500b包括电容器C和电感器(激励器线圈)L。进一步替代地，天线可以包括混合(串联-并联)谐振电路。混合谐振电路可以包括串联电容器C_s、并联电容器C_p和电感器(激励器线圈)L。

本领域的技术人员将认可，谐振电路的质量因子或Q因子是无量纲参数，用于表征谐振电路中的衰减量。计算Q因子的方法在本领域中是熟知的，因此将不在此进行详细描述。然而，通常，较高的Q指示谐振电路中发生的能量的较小耗散(较小衰减)，并且较低的Q指示电路中能量的较大耗散(较大衰减)。如本领域中已知的，谐振电路中的能量耗散通常是由于电路中的电阻或欧姆损耗形式的耗散元件导致的。

在EAS系统中的天线谐振电路实际上正在被激励的时间期间，期望谐振电路具有高的Q因子，以期较高的效率。但是，具有高质量因子的谐振器具有低衰减，使得在结束时间处去除了能量源之后，它们振铃达较长时间段。在图6中，振铃效果602是明显的，图6示出由EAS发送器生成的交流激励器信号突发脉冲将具有开始时间603和结束时间604。当向如图6中所示的不完全衰减谐振电路施加激励器脉冲时，交流激励器信号突发脉冲600的电流振动将具有振铃时间t_r1，在振铃时间t_r1期间，在激励器脉冲结束时间604之后，振动随时间推移而缓慢减小。在某些情况下，该振铃效果可以使得较难检测EAS标签。

现在参照图7，施加到谐振电路的具有较大衰减量的激励器信号700将在激励器信号突发脉冲的终止在结束时间704处终止之后具有较快衰荡702(较少振铃)。但是如果被应用于突发脉冲的整个持续时间，增大的衰减将使电路的效率较低。因此，有益的是，仅在对应于突发脉冲结束的时间704才自动选择性增大衰减。该选择性增大衰减使衰荡时间减少，而不对电路效率造成不利影响。

图7示出施加到图6中的相同谐振电路的突发脉冲信号700，但是在突发脉冲结束时施加自动衰减。可以观察到，图7中的衰荡702相比于时间段6内的衰荡较快速地发生。特别地，图7中的衰荡时间是t_r2，t_r2的持续时间比t_r1短得多。如本领域中已知的，EAS激励器信号可以包括在时间上周期性分隔的多个激励器信号突发脉冲600、700。

用于远程设置(例如，在突发脉冲源处或在控制系统100处)的串联谐振电路的自动衰减电路可以提供有限的衰减量。但是，发送器和天线之间的布线中存在的寄生电抗将固有地限制此衰减的效用。这是因为，为了衰减目的增加到控制系统处的电路的耗散元件或电阻元件物理地远离谐振电路的激励器线圈。另外，已经发现，当天线利用具有远程放置的衰减电路的串联谐振电路时，仍得到可接受量的衰减效用。相反地，已经发现，用于远离天线设置的并联谐振电路的衰减电路将具有极小的作用或者根本没有作用。天线与衰减电路之间的电路中的寄生电抗足以基本限制远程衰减电路与并联谐振电路的交互。如此，已经发现，用于利用并联谐振电路的天线的远程衰减电路对于减少振铃有极小的效用或者没有效用。相似地，已经发现，用于混合天线谐振电路的远程放置的衰减电路对于减少振铃作用有极小的效用或者没有效用。根据上文，应该理解，直接在天线处促进自动衰减的布置特别有益地用于利用并联谐振电路或混合谐振电路的系统。此外，对于所有三种类型的谐振电路，已经发现，减少衰荡时间的最有效的方式是通过将开关耗散元件(例如，电阻器)与激励器线圈并联放置。为了使效用最大，开关耗散元件应该与激励器线圈直接并联连接或者非常接近地连接。

现在参照图8，示出使正好在天线谐振电路的位置处的谐振天线自动衰减的EAS系统，而不需要从远程EAS发送器802或EAS系统控制器801供应的控制信号。不需要任何控制信号意指，本文中描述的自动衰减系统可以有益地被改造成其中EAS系统控制器801不生成控制信号以促进自动衰减的系统。创造性布置包括具有高的Q因子的天线谐振电路，其中，位于谐振电路处的衰减电路自动地增大在激励器信号突发脉冲结束处的衰减(降低Q因子)，从而减少振铃时间。

在图8中示出的示例性布置中，天线系统800包括部署在天线系统外壳803中的天线谐振电路804。天线系统800远离EAS系统控制器801和EAS收发器802。天线系统外壳803可以包括天线基座(诸如，基座102a、102b)；但本发明在这方面不受限制。例如，天线外壳803还可以包括容纳天线谐振电路并且部署在与EAS检测区域相邻的地板、墙壁或顶棚中的凹陷或隔室。另外，在天线外壳803处或其内部存在自动天线谐振电路衰减系统。衰减系统是天线系统800的部分，并且被布置为自动选择性执行正好在此谐振电路的位置处的天线谐振电路804的衰减。根据本发明的一个方面，衰减系统促进在没有任何冗长的介入线缆或布线的情况下，选择性地将耗散元件(例如，电阻器814)直接连接到天线谐振电路(例如，直接连接到激励器线圈)。

在图8中示出的示例性实施例中，天线谐振电路804包括混合(串联-并联)型谐振电路，混合型谐振电路包括串联电容器C_s、并联电容器C_p和电感器或激励器线圈L。提供用于使天线谐振电路804选择性衰减的电阻器814和电子控制的开关元件816。开关元件816被部署为当正在施加激励器信号突发脉冲时开关元件816处于开路配置，使得在该时间期间将没有电流流过电阻器814。因此，当施加激励器信号时天线谐振电路将不衰减，并且将具有相对高的质量因子或Q因子。在激励器信号突发脉冲结束时，以下描述的衰减系统控制电路将生成开关控制信号807以自动地控制(闭合)开关元件816以允许电流流过电阻器814。电阻器将用于增大天线谐振电路804中的衰减，使得谐振电路的Q将自动减小。可以针对其他类型的天线谐振电路使用相似的布置。例如，图9示出与选择性受控的衰减电路的并联天线谐振电路，该衰减电路包括电阻器814a和开关816a，其中，闭合开关以增大衰减(减小Q因子)。图10示出串联类型的天线谐振电路，在该天线谐振电路中，选择性受控的衰减电路包括电阻器814b和开关816，其中，闭合开关以增大衰减(减小Q因子)。

如图8中所示，示例性衰减控制系统包括突发脉冲检测和触发信号模块818、延迟装置822和开关控制信号驱动电路824。以上模块的精确布置并不是关键，只要开关控制信号驱动电路824生成信号以在适宜时间暂时控制开关元件816。特别地，应该控制开关元件以增大天线谐振电路在每个激励器脉冲结束处的衰减。在所示出的示例中，突发脉冲检测和触发信号模块818检测激励器信号突发脉冲的开始并且向延迟装置822发送触发信号。延迟装置将触发信号延迟达与激励器信号突发脉冲的已知长度(例如，1.6mS)对应的预定时间段。在该延迟时间之后，触发信号从延迟装置被传输到开关控制信号驱动电路824，以在突发脉冲结束时在短时间段内生成必要的开关控制信号807。开关控制信号807在激励器信号突发脉冲的衰荡期间将开关元件816致动短暂的时间段。开关元件为了减小Q而被激活的精确时间量并不是关键，只要在天线处接收到下一个激励器信号突发脉冲之前应该去除额外的衰减。举例来说，在每个激励器信号突发脉冲结束时，可以激活开关元件达100μs的时间段。

在一些情况下，EAS系统控制器801与天线外壳803之间仅有的连接将是将EAS收发器耦接到天线谐振电路的天线线缆805。在这样的系统中，不容易获得在天线外壳处可用的可以用于为本文中描述的自动衰减电路供电的主电源。期望避免当利用基于天线的自动衰减系统改造这样的现有系统时现有系统控制器和天线线缆被修改。因此，可以远离系统控制器801和EAS收发器802二者设置用于天线外壳803处的衰减控制系统的电源808。根据本发明的一方面，电源可以从激励器信号突发脉冲提取用于自动衰减系统的功率。

图11中示出了用于自动衰减系统的示例性电源808的详细图。电源将来自EAS发送器的周期性激励器信号突发脉冲的一部分转换成适于为天线外壳处的自动衰减控制电路供电的主电源电压。例如，在AM型EAS系统中，激励器信号包括AC波形，该AC波形包含载波频率为58KHz的周期性1.6毫秒(mS)突发脉冲。在此情形下，电源808可以包括用于将AC波形转换成脉冲DC的整流器902、用于对脉冲DC信号进行平滑或滤波的一个或多个电容器906、910和电压调节装置912(诸如齐纳二极管)。为了避免使本发明模糊不清，未示出电源808与自动衰减控制系统的各种组件之间的连接。然而，将认可，来自电源808的输出电压可以耦接到包括衰减控制系统818、822和824的元件中的一个或多个。

图8中示出的布置描绘了其中仅设置单个天线谐振电路804的天线系统800。然而，如以上相对于图1至图3所述的，某些类型的EAS天线系统可以包括可以被独立激励的两个单独的激励器线圈。例如，两个激励器线圈可以部署在单个天线基座中。在此情况下，可以针对每个天线谐振电路设置本文中示出和描述的单独的自动衰减系统。替代地，根据激励器线圈的精确配置和它们在特定EAS系统中被使用的方式，两个衰减系统之间可以共享包括自动衰减系统的组件或模块中的一个或多个，从而避免不需要的组件重复。

现在参照图12，示出与以上针对图8描述的天线系统类似的天线系统1200的示例性布置，但是包括两个天线谐振电路804而非一个。使用天线线缆805、1205将激励器突发脉冲分别传输到每个天线谐振电路。如果EAS系统被布置为同时激励两个天线谐振电路，则可以使用单个自动衰减系统来选择性控制两个天线谐振电路中的衰减。在此情况下，与以上针对图8描述的模块相似地，自动衰减系统可以包括突发脉冲检测和触发信号模块818以及延迟装置822。突发脉冲检测和触发信号模块818以及延迟装置822可以如图12中所示地布置，从而从在一条天线线缆(例如，天线线缆805)上被传输到天线系统的激励器突发脉冲中提取定时信息。

两个单独的开关控制信号驱动器824-1和824-2均从延迟装置822接收触发信号。开关控制信号驱动器824-1、824-2分别生成开关控制信号807-1、807-2，以同时控制分别与天线谐振电路804-1、804-2关联的开关816。单个公共电源808可以通过使用包含在激励器突发脉冲中并且通过一条天线线缆(例如，天线线缆805)被传输到天线系统的电力的小部分，为天线系统1200中的所有模块提供主电力。突发脉冲检测和延迟模块(818、822)的单个集合在此情况下是可接受的，只要在天线线路1205上接收的激励器信号突发脉冲具有与在天线线路805上接收的激励器信号突发脉冲相同的定时。

虽然已经相对于一个或多个实现方式例示和描述了本发明，但本领域的技术人员在阅读和理解了本说明书和附图后将想到等同的替代和修改。另外，虽然可能已经仅相对于若干实现方式中的一个公开了本发明的特定特征，但此特征可以与其他实现方式的一个或多个其他特征组合，这对于任何给定或特定应用可以是期望和有益的。因此，本发明的广度和范围不应该受上述实施例中的任意一个限制。相反，应该按照以下权利要求及其等同物来限定本发明的范围。