专利名称：用于旋转场的相位耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及产生用于定向无关(orientation-ind印endent)标签检测和数字合成技术的动态增强电磁场的动态控制、数字相控的多天线元件，其中动态增强电磁场提高电子商品监视(EAS)系统的信号灵敏度。
2.相关技术的描述
电子商品监视(EAS)系统通常包括(a)标签、(b)询问天线以及(c)询问电子设备，它们每一个都在整个系统性能中具有特定的作用。
EAS环形天线基座通常安装在零售店的出口附近并将基于对固定至商品的谐振标签的检测在从商店未经许可地移出商品时报警。系统包括用于产生电磁场的临近于基座的发射器单元以及用于检测由谐振标签在询问场中的存在而引起的信号的接收器单元。
EAS中的一些期望特征包括在检测区域中没有盲点或空白区域；在天线附近的询问场足够强以在嘈杂的环境中检测谐振标签的存在，但在远离天线的地方足够弱以符合规定，并且检测性能不受谐振标签的定向的影响。
抑制远场发射的一种方法是将0-环天线在中间机械地扭转180°以形成8-环。 然而，由于磁场线平行于标签的平面分布而在图形8的交叉处附近产生检测空白区域。这导致比在磁场线垂直于标签平面分布时获得的最优检测显著降低的检测。
另一种方法，EP0186483(Curtis等人，采用包括第一 0-环天线以及与第一 0-环天线共面的第二 8-环天线的天线系统。在这种配置中，当两个天线被同时驱动且具有相移时产生环形极化的询问场，以便由标签接收到的能量无论定向如何都是相同的。
EP0579332 (Rebers)中公开的不同的天线结构包括双环天线线圈，其中一个线圈是串联谐振电路的一部分，而另一个线圈是并联谐振电路的一部分；串联和并联谐振电路互连以形成由单功率源驱动的模拟相移网络。
等效模拟相移网络被包括在涉及用于旋转发射场中的相位不灵敏接收器的 EP1041503 (Kip)中。
另一种方法，U. S.专利No. 6，166，706 (Gallagher III等人，产生包括在覆盖上部和下部的8-环中的一部分或二者时与电驱动8-环共面的磁耦合中心环的旋转场。通过该天线配置，磁感应在8-环的相位和中心环的相位之间产生90°相位差从而产生旋转场。在U. S.专利No. 6，836，216 (Manov等人中，在四个天线线圈中电流流动的方向被分别控制以在询问区中产生在某些优选定向上(垂直、正交或平行于出口通道)极化的合成磁场。在U. S.专利No. 6，081，238 (Alicot)中描述了多种天线配置，其中天线相互之间的相位相差90°以改进询问场的分布。所有的EAS系统都利用谐振效应，例如磁致弹性谐振(如声磁致伸缩或AM)以及电磁谐振(RF线圈标签)。EAS标签对施加的激励表现出二阶响应，且谐振行为通过时域中的脉冲响应和频域中的频率响应进行数学描述。脉冲响应和频率响应来自傅里叶变换对， 该傅里叶变换对提供了标签询问的两种可选的方式脉冲听取询问和扫频询问。当与工作频率(典型地低于IOMHz)下的且位于感应耦合起主导作用的近场区中的询问区域的波长进行比较时，EAS天线电尺寸较小。最普遍使用的是平面环，因为其简单且成本低。标签激励需要磁通量基本上与AM标签的长度相切且与感应线圈标签正交。单天线环元件不可避免地产生相对于标签位置和定向的非均勻的询问区。实际上，至少两个天线元件用于切换场的方向，从而产生更均勻的询问区。对于定向问题的先前解决方案包括同时调相或顺序地交替多个天线元件。EP0186483(Curtis等人公开了一种天线结构(见
图1)，包括在被异相90°驱动时产生恒定旋转场的图形-8环(或2-环)元件11以及O-环(或1-环)元件12。Curtis 的天线结构平衡不好，因为O环产生显著大于图形8-环的场。EP0645840 (Rebers)提出了一种使用2_环元件14和3_环元件13的改进的结构 (见图幻。3-环相对于1环(见图1)在远场消除方面还具有优势，虽然其在Curtis和 EP0645840 (Rebers)的发明中均没有受到关注。对于接收的信号是以载波信号上的调制的形式存在的连续传输来说，接收的信号的相位对标签定向是敏感的。同步解调或相位敏感检测在实际上不断旋转标签的旋转场不能很好地工作。需要正交接收器计算以消除相位敏感。EP1041503 (Kip)公开了一种解决了相位敏感问题的接收器(见图3)。U. S.专利No. 6，081，238 (Alicot)公开了一种使用两个相邻的共面单环的天线结构(见图4)，其中相互耦合引入了 90°的相移，从而产生相对不自由的检测图案。通过相互耦合所致的相移的一个实际问题是其需要高Q以在两个环之间诱导90°的相移，导致脉冲听取询问过度的振铃。而且，耦合环上的感应电流将不具有如馈送环上的电流那样大的幅度，并且两个环的检测图案将不均勻。公开在同样的专利中的是改变两个环之间的相位差(同相或异相)以切换场方向的实用方案(见图幻。从两个环接收的信号被偏移90°以随后进行混合。当两个天线环同相(在如图6中所示的时间间隔A中)时，不存在远场消除。公开在同样的专利中的是一种通过将单环分成四个分配有0°、90°、180°和 270°的相位的相同面积的元件，如图7中所示。上述方法和方案具有其特定的问题和限制。Curtis忽略了接收器和远场消除。 EP0579332 (Rebers)使用RC相移电路，如果将该电路用于脉冲听取系统中，则不仅引入插入损耗而且导致谐振问题。而且，RC相移电路由于其受限的带宽而不能在频率范围上很好地工作。对于脉冲听取系统，在发射和接收的过程中顺序地交替2-环和3-环较为简单。 Alicot还使用用于正交接收器的相移电路。对于远场消除，Alicot将单环分成四个相同面积的元件。由于检测性能极大地取决于每个环元件的尺寸，因此具有远场消除的四-元件天线与没有远场消除的二-元件天线相比将具有简化的检测。
此处引用的所有文献通过引用整体结合于此。
发明的简要概述
本发明的一个目的是取消用于发射和接收两者的模拟相移电路，从而消除插入损耗并由此改进信噪比。从每个天线元件接收的信号被数字化或使用适当的数字处理技术进行处理。
本发明的另一个目的是在获得符合规定的基本上远场消除的同时增大天线元件的尺寸。
对于异相90°驱动的两个元件，在远场中的矢量和不为0，如图8中所示，因而需要附加的远场消除技术。
本发明改进的调相方法是三个天线元件在被异相120°驱动，导致在远场中产生为0的矢量和，如图9中所示。
提供一种电子商品监视系统，包括天线结构，天线结构包括三个或更多个环，每一个环连接至用于产生相应电磁场的独立发射驱动器，其中发射驱动器布置成以独立发射驱动器的电磁场的矢量和在远场为0的方式驱动环，且其中不存在与另一矢量分隔180°相位的矢量。
提供一种用于检测安全标签的动态控制的电子商品监视系统，其中天线元件的阵列被数字调相并有源驱动成同时发射以产生具有各自矢量的多个电磁场，且其中系统改变每一个矢量之间的相位以与安全标签交互来影响标签检测。
包括多个天线结构的电子商品监视系统，其中每一个天线结构包括三个或更多个环且其中每一个天线结构连接至单个发射驱动器。发射驱动器布置成以发射驱动器的电磁场的矢量和在远场中为0的方式驱动天线结构的环，且其中不存在与另一矢量分隔180° 相位的矢量。
包括多个天线结构的电子商品监视系统，其中每一个天线结构包括三个或更多个环，这些环缠绕在电磁芯结构周围且其中每一个天线结构连接至单个发射驱动器。发射驱动器布置成以发射驱动器的电磁场的矢量和在远场中为0的方式驱动缠绕在天线结构的所述电磁芯结构周围的环，且其中不存在与另一矢量分隔180°相位的矢量。
附图的几个视图的简要说明
将结合下面的附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，且其中
图1为EP0186483 (Curtis)中描述的现有技术的天线结构；
图2为EP0645840 (Rebers)中描述的另一现有技术的天线结构；
图3为EP1041503 (Kip)中描述的现有技术的接收器；
图4为U. S.专利No. 6,081, 238 (Alicot)中描述的另一现有技术的天线结构；
图5为图4的天线结构的功能框图6为用于激励图4-5的天线结构的时序图7为U. S.专利No. 6，081，238 (Alicot)中示出的不同天线元件调相的简单说明；图8为非0远场矢量和的简单说明；图9为本发明的具有远场消除的相控方法的简单说明；图9A示出了本发明的系统的框图；图10为根据本发明的直接数字合成器的高层次视图；图11为根据本发明的数字相移网络；图12为根据本发明的数字上转换器；图13为用于基本上远场抑制的受约束的矢量和；图14示出了使用下转换对接收的信号进行数字处理；相移网络；图15为作为多个接收天线的数据的平方和而计算出新的复合信号的产生的框图；图16示出了使用两组不同的相移产生来自接收天线阵列的两个复合接收信号的示意图；图17示出了用于通过使用对多个接收天线的数据进行的平方和操作计算来产生新的复合信号的框图；图18示出了天线元件的阵列被动态调相并被有源驱动成同时发射的框图；图19示出了天线元件的阵列被动态调相并被组合进接收器单元以改进检测的框图；图20示出了利用动态调相的宽通道检测的示意图；图21描述了包括在例如铁氧体陶瓷材料的电磁芯周围的绕组的示例性天线元件；图22描述了本发明的环形天线的等距图；图23描述了本发明的铁氧体芯天线的侧面图；图M为具有环形天线的读取器/发射器/驱动器板接口的框图；图24A是使用本发明的相位耦合器的读取器/发射器/驱动器板接口的框图；图25为具有铁氧体芯天线的读取器/发射器/驱动器板接口的框图；图26k为本申请的系统的一部分的等距图，其中位于检查站处的两个环形天线通过使用本发明的耦合器的单个读取器/发射器/驱动器板进行驱动；图^B为本申请的系统的一部分的等距图，其中位于检查站处的单个环形天线和去激励器(deactivator)通过使用本发明的耦合器的单个读取器/发射器/驱动器板进行驱动；图27为本发明的相位耦合器的示例性电路构造。发明的详细描述本发明20(见图9A)涉及动态控制的电子商品监视(EAS)系统，其中天线元件 (Ant. 1、Ant. 2. . . Ant. K)的阵列被数字调相并被有源驱动成同时发射22，并被数字调相且随后被组合进接收器单元M以改进安全标签10的检测。所有这些从中央协调器沈(例如处理器)来布置。特别地，发射和接收询问场被数字扫描以便检测可在期望位置被增强而对抑制在某些其它位置的标签定向仍然不敏感。在本发明的一个表现形式中，使用直接数字合成器(DDQ数字地执行用于同时发射的多个天线元件的有源调相。
图10示出了 DDS 100的高层次图。控制输出频率的相位三角(phase delta) 101 被累积(即在时间上数字积分)并量化以产生通过正弦/余弦查找表103映射的索引102， 从而产生输出RF波形104。在相位累积105之后，在量化之前将期望相位偏移106增加至结果中。相位三角和相位偏移可根据RF频谱的宽范围上的每个样本周期被动态设置或改变。
例如，十分之一(1/10)的相位三角和百分之一(1/100)的相位偏移表明在10个时间样本中，得到具有360/100度的相移的一个正弦曲线。DDS输出随后被提供至数字-模拟转换器(DAC) 107和低通滤波器108以产生模拟的发射波形。使用不同的相位偏移寄存器，每一个天线元件对应一个相位偏移寄存器，以产生数字调相网络从而相同的查找表可时分复用成产生多个RF波形。而且，由于正弦和余弦均可从相同的查找表输出，因此容易生成具有90°的相位隔离的一对发射信号。
在本发明的另一个表现形式中，使用数字相移、上转换网络执行用于同时发射的多天线元件的有源调相。模板同相(I)和正交(Q)基带信号首先被设计并提供至数字相移网络，随后提供至数字上转换器(DUC)。图11示出了使用乘法器和加法器的网络得到的数字相移网络200，根据以下旋转矩阵执行多个矢量旋转
权利要求
1.一种电子商品监视系统，包括多个天线结构，每一个天线结构包括三个或更多个环且其中每一个天线结构连接至单个发射驱动器，其中所述发射驱动器被布置成以所述发射驱动器的所述电磁场的矢量和在远场中为零的方式驱动所述天线结构的所述环，且其中不存在与另一矢量分隔180°相位的矢量。
2.如权利要求1所述的电子商品监视系统，进一步包括多个电子板且其中每一个电子板上具有两个独立的发射驱动器，且其中所述发射驱动器中的一个驱动第一天线结构而其中所述发射驱动器中的另一个驱动第二天线结构。
3.如权利要求2所述的电子商品监视系统，其中所述天线结构中的每一个通过相位耦合器耦合至所述单个发射驱动器，所述相位耦合器将发射驱动器信号转换成两个不同的相位驱动器信号以驱动天线结构的第一组环和第二组环。
4.如权利要求3所述的电子商品监视系统，其中所述两个不同的相位驱动器信号中的一个具有0°的相位，而所述两个不同的相位驱动器信号中的另一个具有90°的相位。
5.如权利要求3所述的电子商品监视系统，其中所述两个不同的相位驱动器信号中的每一个是所述发射驱动器信号的功率的一半。
6.如权利要求1所述的电子商品监视系统，进一步包括电子板且其中每一个电子板上具有两个独立的发射驱动器，且其中所述发射驱动器中的一个驱动天线结构，而其中所述发射驱动器中的另一个驱动去激励器天线。
7.一种电子商品监视系统，包括多个天线结构，每一个天线结构包括三个或更多个环，这些环缠绕在电磁芯结构周围且其中每一个天线结构连接至单个发射驱动器，且其中所述发射驱动器被布置成以所述发射驱动器的所述电磁场的矢量和在远场中为零的方式驱动缠绕在所述天线结构的所述电磁芯结构周围的所述环，且其中不存在与另一矢量分隔 180°相位的矢量。
8.如权利要求7所述的电子商品监视系统，其中所述电磁芯包括铁氧体陶瓷材料或复合的铁和绝缘材料以形成铁氧体芯天线。
9.如权利要求8所述的电子商品监视系统，进一步包括多个电子板，且其中每一个电子板上具有两个独立的发射驱动器，且其中所述发射驱动器中的一个驱动第一铁氧体芯天线，而其中所述发射驱动器中的另一个驱动第二铁氧体芯天线。
10.如权利要求9所述的电子商品监视系统，其中所述铁氧体芯天线中的每一个通过相位耦合器耦合至所述单个发射驱动器，所述相位耦合器将发射驱动器信号转换成两个不同的相位驱动器信号以驱动铁氧体芯天线的第一组环和第二组环。
11.如权利要求10所述的电子商品监视系统，其中所述两个不同的相位驱动器信号中的一个具有0°的相位，而所述两个不同的相位驱动器信号中的另一个具有90°的相位。
12.如权利要求10所述的电子商品监视系统，其中所述两个不同的相位驱动器信号中的每一个是所述发射驱动器信号的功率的一半。
13.如权利要求8所述的电子商品监视系统，进一步包括多个电子板，且其中每一个电子板上具有两个独立的发射驱动器，且其中所述发射驱动器中的一个驱动铁氧体芯天线， 而其中所述发射驱动器中的另一个驱动去激励器天线。
全文摘要
本发明涉及一种动态控制的电子商品监视(EAS)系统，其中天线元件的阵列被数字调相并被有源驱动以同时发射，且被数字调相并被组合进接收器单元以对检测进行改进。特别地，多个发射/接收信号的各个频率和相位快速变化以允许发射场图案和接收场灵敏度的自动控制(操纵)。本发明通过数字调相和动态计算机控制的方式获得如下特性足够的远场消除、不自由检测以及在使用单个发射驱动器驱动整个天线结构时不论标签定向如何不降低的检测性能。无论是环形天线或铁氧体芯天线，均使用相位耦合器，从而允许更有效的系统操作或例如去激励器天线操作的附加特性。
文档编号H01Q1/22GK102484318SQ200980159041
公开日2012年5月30日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年4月30日
发明者H·昂, 曾可丰 申请人:检查站系统股份有限公司