专利名称：Rfid读取器的制作方法
技术领域：
本公开的方案涉及一种射频识别(RIFD)读取器。
背景技术：
射频识别(RIFD)是一种提供能够通过利用射频(RF)传输识别附着至物体的标签来识别、跟踪和控制远程物体的基础的技术。RFID是一种通过将微型芯片和天线附着至物体来识别物体的使用无线电波的非接触式自动识别技术。在RFID中，通常可以识别物体而不管物体的封装状态、物体的表面的材料、环境变化的存在等。另外，与现有的条码系统相比，RFID具有大量信息交换、长识别距离和除金属之外的障碍物传输的优点。由于诸多优点，RFID作为工业领域的下一代技术近来已经成为关注的焦点。RFID 系统使用包括低频(125kHz、135kHz)、高频(13. 56MHz)、超高频(433MHz、 860MHz至960MHz)和微波0.4GHz)的各种频带，并且这些频带的使用和应用彼此不同。在这些频带中，由于长距离信号传输和相对高速传输，超高频带扩展到包括配送和后勤的所有生活领域。RFID系统通常包括RFID读取器和标签。RFID读取器设置有嵌入式天线或外置式天线。天线通过发射有源信号形成电磁波，即，RF场。如果标签进入RF场，则标签接收从 RFID读取器的天线发射的有源信号并且利用接收到的有源信号将存储在标签中的信息发送到RFID读取器。然后，RFID读取器接收并分析由标签发送的信息，从而获取标签所附着的物体的标识(ID)信息。由RFID读取器获取的物体的ID信息提供了能够有效地用于后勤/配送管理的基础，其中后勤/配送管理包括配送、装配、价格变更、销售等。然而，在标签和RFID读取器之间的通信中，无线电波环境发生变化，例如，由经过 RF场的标签的位置和速度、附着有标签的物体的封装材料、地面等引起的反射波的存在。根据无线电波环境的变化，产生了由RFID接收到的数据的出错率、稳定性、识别距离等的差别。因此，所述差别变成降低电子标签的识别率以及降低RFID系统的可靠性的主要原因。
发明内容
本公开的实施例提供了一种RFID读取器，所述RFID读取器能够通过动态地控制 RFID读取器的天线辐射方向图来扩展标签的识别范围并且通过降低接收数据的出错率而与标签稳定地通信。根据本公开的一个方案，提供一种RFID读取器，所述RFID读取器包括天线单元， 其配置为将输入的RF信号分配成多个信号并且通过将分配信号的振幅或相位设定为彼此不同而分别通过多个天线来发送分配信号；以及信号处理单元，其通过一个传输线连接至所述天线单元，所述信号处理单元将附加有DC信号的RF信号发送到天线单元。在本公开的一些示例性实施例中，所述天线单元可以包括RF/DC分离器，其配置为接收来自所述信号处理单元的RF信号以便分开输出DC信号和RF信号；RF分配器，其配置为将由RF/DC分离器输入的RF信号分配成多个信号；以及多个移相器，其配置为调节由 RF分配器输入的多个信号的相位。在本公开的一些示例性实施例中，天线单元可以包括RF/DC分离器，其配置为接收来自信号处理单元的RF信号以便分开输出DC信号和RF信号；RF分配器，其配置为将由 RF/DC分离器输入的RF信号分配成多个信号；多个移幅器(amplitude shifter)，其配置为调节由RF分配器输入的多个信号的振幅；以及多个移相器，其配置为调节分别由移幅器输入的多个信号的相位。在本公开的一些示例性实施例中，天线单元可以包括RF/DC分离器，其配置为接收来自信号处理单元的RF信号以便分开输出DC信号和RF信号；RF分配器，其配置为将由 RF/DC分离器输入的RF信号分配成多个信号；多个移相器，其配置为调节由RF分配器输入的多个信号的相位；以及多个移幅器，其配置为调节分别由移相器输入的多个信号的振幅。在本公开的一些示例性实施例中，天线单元可以包括包络检测器，其配置为检测由RF/DC分离器输入的RF信号的包络电平；以及天线控制器，其配置为利用由包络检测器施加的信号作为控制信号来控制移幅器和移相器。在本公开的一些示例性实施例中，天线控制器可以利用由RF/DC分离器输入的DC 信号作为驱动电源。在本公开的一些示例性实施例中，信号处理单元可以包括RF发送/接收单元，其通过一个传输线连接至天线单元，所述RF发送/接收单元将通过对基带信号执行上变频而获得的RF信号发送到天线单元或者执行由天线单元输入的RF信号到基带信号的下变频； 以及控制器，其电连接至RF发送/接收单元，所述控制器生成用于调节分配信号的振幅或相位的控制信号。在本公开的一些示例性实施例中，所述控制器利用振幅调制方式生成控制信号。在本公开的一些示例性实施例中，RF发送/接收单元包括DC电平移位器，所述DC 电平移位器配置为将附加有DC信号的上变频后的RF信号发送到天线单元。
通过下面结合附图对实施例的说明，本公开的这些和/或其它的方案和优点将变得显而易见且更易于理解，其中图1为示出根据本公开的实施例的RFID读取器的构造的框图；图2为示出图1中的RF发送/接收单元的构造的框图；以及图3为示出图1中的天线单元的构造的框图。
具体实施例方式下文中，将参考附图详细地说明本公开的示例性实施例。图1为示出根据本公开的实施例的RFID读取器的构造的框图。参考图1，RFID读取器包括信号处理单元和天线单元300，所述信号处理单元具有控制器100和RF发送/接收单元200。天线单元300通过多个接插天线发送/接收RF信号。多个接插天线中的每一个连接至移相器和移幅器，从而动态地控制天线的辐射方向图。
RF发送/接收单元200执行RF信号的上变频/下变频功能。也就是说，RF发送 /接收单元200包括RF接收单元和RF发送单元。RF接收单元去除通过天线单元接收到的 RF信号的噪声成分并且仅对期望频带内的信号进行放大。然后，RF接收单元对放大后的信号执行下变频并且将下变频后的信号输出到控制器100。RF发送单元执行由控制器100输入的数据到RF信号的上变频。然后，RF发送单元将上变频后的信号输出到天线单元300。控制器100对由RF接收单元接收到的信号进行解调，或将调制后的信号发送到RF 发送/接收单元200。控制器100通过通信协议来控制RFID读取器和标签之间的无线电通信，并且向标签周期性地发送信息请求信号。控制器100分析并提取标签识别信息。另外，控制器100 生成用于控制天线单元300的移相器和移幅器的信号。图2为示出图1中的RF发送/接收单元的构造的框图。参考图2，RF发送/接收单元200包括RF发送单元210、DC电平移位器220、RF接收单元230和双工器240。RF发送单元210包括混频器211、功率放大器(PA) 212和带通滤波器(BPF)213。 混频器211对基带信号执行到RF信号的上变频，并且PA 212对RF信号进行放大以具有足以在RFID和标签之间通信的功率。BPF 213去除不必要的频率成分并且仅输出期望频带内的信号。RF接收单元230包括BPF 233、低噪声放大器(LNA) 232和混频器231。BPF 233 去除不必要的频率成分并且仅输出期望频带内的信号。LNA 232限制BPF 233的输出信号的噪声成分并且将受限制的输出信号放大到具有控制器100能够处理的大小的信号。混频器231执行RF信号到基带信号的下变频。DC电平移位器220对从RF发送单元210输出的RF信号进行升压。也就是说，DC 电平移位器220输出通过对输入的RF信号附加DC电压而获得的RF信号。DC电压与RF信号结合并且通过一个传输线被发送到天线单元300。因此，DC电压用作驱动天线单元300 的电源。双工器240将信号分别发送到发送终端的路径和接收终端的路径。双工器为BPF 并且具有三个端口。DC电平移位器220和RF接收单元的BPF 233分别连接至双工器240 的两个端口，并且天线单元300连接至双工器240的中央端口。因此，从DC电平移位器220 输出的信号仅被发送到天线单元300，并且通过天线单元300接收到的信号仅被发送到RF 接收单元230的BPF233。图3为示出图1中的天线单元的构造的框图。参考图3，天线单元300包括RF/DC分离器310、包络检测器320、RF分配器330、 移幅器340、移相器350、天线控制器360和多个接插天线。RF/DC分离器310接收由DC电平移位器220升压的RF信号。RF/DC分离器310 将DC电压成分与升压后的RF信号分离并且将DC电压作为驱动电源提供给移幅器340、移相器350和天线控制器360。包络检测器320接收由RF/DC分离器310去除了 DC成分的RF信号。包络检测器 320通过检测AM调制信号的包络电平对在控制器100中生成的控制信号进行解码。包络检测器320的输出信号施加到天线控制器360上。
由RF/DC分离器310去除了 DC成分的RF信号施加到RF分配器330上。RF分配器330分别通过多个传输线将RF信号发送到移幅器340。移幅器340和移相器350通过控制天线的辐射方向图来提高RFID读取器的标签识别率。移幅器340分别输出具有不同振幅的RF信号。移相器350以电的方式或物理方式产生相位差。例如，移相器350可以利用诸如电容器的集总元件以电的方式产生相位差，或者可以通过变换微带传输线(分布元件 (distributed element))的物理长度来产生相位差。移相器350控制分别通过多个接插天线发送的RF信号的相位以使所述相位彼此不同。相位控制能够根据RFID读取器和标签之间的通信环境的变化等来改善接收率的下降。例如，如果在RFID标签沿其移动的路径上的一方向上存在金属壁，则直接从RFID标签接收到的信号和通过由金属壁反射而接收到的信号具有彼此不同的相位。设置有具有带有不同相位的辐射方向图的接插天线的根据本实施例的RFID读取器能够接收到具有不同相位的两个信号，从而提高由标签发送的信号的接收率。天线控制器360接收包络检测器320的输出信号。包络检测器320的输出信号为用于控制移幅器340和移相器350的控制信号，并且所述控制信号由控制器100生成。因此，确定了移幅器340和移相器350的移位程度。如上所述配置的RFID读取器的控制器100通过通信协议来控制RFID读取器和标签之间的无线电通信并且向标签周期性地发送信息请求信号。控制器100分析并提取标签识别信息。另外，控制器100生成用于控制移相器350和移幅器340的信号。利用AM调制方式对用于控制移相器350和移幅器340的控制信号和用于控制 RFID读取器和标签之间的无线电通信的信号进行调制。在这种情况下，在两个信号之间存在空白时间，并且因此首先生成用于控制移相器350和移幅器340的控制信号。在经过空白时间之后，生成了用于控制RFID读取器和标签之间的无线电通信的信号。通过DC电平移位器220对利用AM调制方式调制后的两个信号进行升压，并且将升压后的信号发送到天线单元300。RF/DC分离器310从升压后的信号中仅提取DC电压成分，并且将DC电压作为驱动电源提供给移幅器340、移相器350和天线控制器360。去除了 DC成分的信号施加到包络检测器320和RF分配器330上。包络检测器 320检测控制信号的包络的值并且提取用于控制移相器350和移幅器340的控制信号。从包络检测器320输出的控制信号通过天线控制器360控制移相器350和移幅器340来调节 RF信号的相位和振幅。用于控制RFID和标签之间的无线电通信的信号通过RF分配器330 施加到多个移幅器340上。信号经过移幅器340和移相器350，以便分别通过多个接插天线发送具有不同相位和振幅的RF信号。因此，可以提高RFID读取器和标签之间的无线电通信的发送/接收率。而且，用于驱动天线控制器360的电源不通过单独的线提供，而是DC 电压通过DC电平移位器220与RF信号结合并且通过传输线被发送到天线控制器360，从而防止干扰现象并且简化RFID的结构。根据本公开的实施例，能够通过动态地控制RFID读取器的天线辐射方向图来扩展识别范围，并且能够通过降低发送/接收数据的出错率来稳定地执行RFID读取器和标签之间的通信。
而且，当具有不同相位和振幅的RF信号被分别发送到多个天线时，仅设置一个传输线是足够的，从而可以防止信号干扰现象并且简化RFID读取器的结构。尽管已经示出并说明了本公开的几个实施例，但是本领域技术人员将理解的是， 可以在不偏离本公开的原理和精神的情况下对所述实施例进行变型，本公开的范围限定在权利要求及其等同内容中。
权利要求
1.一种用于通过多个天线向标签发送信息请求信号或者接收包含标签识别信息的标签信号的射频识别(RFID)读取器，所述RFID读取器包括天线单元，其配置为将输入的RF信号分配成多个信号并且通过将分配信号的振幅或相位设定为彼此不同而分别通过多个天线来发送所述分配信号；以及信号处理单元，其通过一个传输线连接至所述天线单元，所述信号处理单元将附加有 DC信号的RF信号发送到所述天线单元。
2.根据权利要求1所述的RFID读取器，其中，所述天线单元包括RF/DC分离器，其配置为接收来自所述信号处理单元的所述RF信号以便分开输出所述 DC信号和所述RF信号；RF分配器，其配置为将由所述RF/DC分离器输入的所述RF信号分配成多个信号；以及多个移相器，其配置为调节由所述RF分配器输入的所述多个信号的相位。
3.根据权利要求1所述的RFID读取器，其中，所述天线单元包括RF/DC分离器，其配置为接收来自所述信号处理单元的所述RF信号以便分开输出所述 DC信号和所述RF信号；RF分配器，其配置为将由所述RF/DC分离器输入的所述RF信号分配成多个信号； 多个移幅器，其配置为调节由所述RF分配器输入的所述多个信号的振幅；以及多个移相器，其配置为调节分别由所述移幅器输入的所述多个信号的相位。
4.根据权利要求1所述的RFID读取器，其中，所述天线单元包括RF/DC分离器，其配置为接收来自所述信号处理单元的所述RF信号以便分开输出所述 DC信号和所述RF信号；RF分配器，其配置为将由所述RF/DC分离器输入的所述RF信号分配成多个信号； 多个移相器，其配置为调节由所述RF分配器输入的所述多个信号的相位；以及多个移幅器，其配置为调节分别由所述移相器输入的所述多个信号的振幅。
5.根据权利要求2所述的RFID读取器，其中，所述天线单元包括包络检测器，其配置为检测由所述RF/DC分离器输入的所述RF信号的包络电平；以及天线控制器，其配置为利用由所述包络检测器施加的信号作为控制信号来控制所述移相器。
6.根据权利要求3所述的RFID读取器，其中，所述天线单元包括包络检测器，其配置为检测由所述RF/DC分离器输入的所述RF信号的包络电平；以及天线控制器，其配置为利用由所述包络检测器施加的信号作为控制信号来控制所述移幅器和所述移相器。
7.根据权利要求4所述的RFID读取器，其中，所述天线单元包括包络检测器，其配置为检测由所述RF/DC分离器输入的所述RF信号的包络电平；以及天线控制器，其配置为利用由所述包络检测器施加的信号作为控制信号来控制所述移幅器和所述移相器。
8.根据权利要求6所述的RFID读取器，其中，所述天线控制器利用由所述RF/DC分离器输入的所述DC信号作为驱动电源。
9.根据权利要求7所述的RFID读取器，其中，所述天线控制器利用由所述RF/DC分离器输入的所述DC信号作为驱动电源。
10.根据权利要求1所述的RFID读取器，其中，所述信号处理单元包括RF发送/接收单元，其通过一个传输线连接至所述天线单元，所述RF发送/接收单元将通过对基带信号执行上变频而获得的RF信号发送到所述天线单元或者执行由所述天线单元输入的所述RF信号到基带信号的下变频；以及控制器，其电连接至所述RF发送/接收单元，所述控制器生成用于调节所述分配信号的振幅或相位的控制信号。
11.根据权利要求10所述的RFID读取器，其中，所述控制器利用振幅调制方式生成所述控制信号。
12.根据权利要求10所述的RFID读取器，其中，所述RF发送/接收单元包括DC电平移位器，所述DC电平移位器配置为将附加有所述DC信号的上变频后的RF信号发送到所述天线单元。
全文摘要
本发明提供了一种射频识别(RFID)读取器，所述RFID读取器包括天线单元和信号处理单元。所述天线单元将输入的RF信号分配成多个信号并且通过将分配信号的振幅或相位设定为彼此不同而分别通过多个天线来发送分配信号。所述信号处理单元通过一个传输线连接至所述天线单元，并且将附加有DC信号的RF信号发送到所述天线单元。因此，所述RF信号的振幅和相位被设定为可变的，从而可以通过动态地控制所述RFID读取器的天线辐射方向图来扩展识别范围并且通过降低接收数据的出错率而与标签稳定地通信。
文档编号G06K7/00GK102254132SQ20111013037
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者朴焄, 林载焕, 西学民 申请人:Ls产电株式会社