背景技术：
射频识别（rfid）系统在许多不同的应用中广泛使用。例如，包括相关联的读取器的rfid系统允许个人使用可被rfid读取器读取的与该个人相关联的rfid卡来访问建筑物和电子服务（例如对警报系统进行装备（arm）和解除装备（disarm））。
随着rfid系统的使用增加并且读卡器的设计变得更加紧凑（包括更小和更薄的读取器），来自环境影响的对这些读取器性能的影响将可能增加。例如，读卡器将可能被安装在许多不同的位置中以及许多不同类型的表面上，除其它表面之外，例如在建筑物的壁上、在木制门框上、以及在传导壁表面上。虽然可以在其上安装这些rfid读取器的非传导表面（例如木头和石头）不影响读取器的性能，但是当读取器安装在例如包括金属（例如铜或铝）的表面的传导表面上时，读取器的性能可能被不利地影响。特别地，诸如铜，铝或钢之类的传导表面可能对读卡器天线的磁场分布具有负面影响。此负面影响可导致例如下降的读卡器检测范围。因此，这些读卡器并不总是独立于在其上安装读卡器的表面的性质而提供可接受的性能。
技术实现要素：
为了克服这些和其他挑战，本文公开了广泛的发明原理的各方面。
在一个实施例中，提供了射频识别（rfid）天线结构，其包括具有多个回路的固定天线，一个或多个另外的电感回路和与所述一个或多个另外的电感回路耦合的开关装置。rfid天线结构还包括控制器，其被配置成控制开关装置以选择性地切换一个或多个另外的电感回路以改变固定天线的电感。
在另一个实施例中，提供了一种射频识别（rfid）读取器，其包括被配置成生成载频信号的频率发生器，耦合到频率发生器的输出的lc匹配电路，和耦合到lc匹配电路的输出并具有一个或多个可切换电感线圈的天线。rfid读取器还包括控制器，其与天线耦合并且被配置成基于影响天线阻抗的周围传导环境来控制天线的一个或多个可切换电感线圈。
在另一实施例中，提供了用于补偿射频识别（rfid）中的传导环境的方法。该方法包括选择性地切换一个或多个电感回路以使一个或多个电感回路与rfid设备的固定天线谐振地耦合，以基于传导环境改变天线的谐振操作。
附图说明
图1是示出根据一个或多个实施例的系统的框图。
图2是示出根据一个或多个实施例的天线配置的图。
图3是根据一个或多个实施例的天线配置的等效电路图。
图4和图5是示出根据一个或多个实施例的电感的等效电路图。
图6是示出测量的电感的曲线图。
图7是根据一个或多个实施例的自动调谐配置的框图。
图8是示出根据一个或多个实施例的用于自动调谐配置的控制装置的表。
图9是根据一个或多个实施例的开关装置的图。
图10是根据一个或多个实施例的方法的流程图。
图11是根据一个或多个实施例的读卡器的图。
具体实施方式
本文描述的示例性实施例提供了用于说明性目的的细节，并且在结构和设计方面经受许多变化。然而应当认识到的是，实施例不被限制到所示出或描述的特别公开的实施例。应当理解，在情况可能暗示或使得方便时，考虑各种省略和等同物的替代，但是这些旨在覆盖应用或实现而不脱离权利要求的精神或范围。
另外，应当理解的是，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被视为是限制性的。本文中的术语“一”，“一个”和“该”不表示数量的限制，而是表示所引用对象中至少一个的存在。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。
各种实施例可以包括rfid系统，其具有rfid读取器，例如可安装的读卡器，其补偿来自周围的传导环境（例如导电材料，诸如形成在其上安装读取器的表面的金属）的读卡器的负面行为（behavior）。应当注意，虽然结合具有特定操作特性的rfid读卡器描述了各种实施例，但是各种实施例不被限制到特定的rfid读取器或任何特定的操作环境。因此，一个或多个实施例可以结合不同rfid读卡器或rfid装置中受周围环境（特别是导电环境）影响的其他设备使用。
如本文更详细地描述的，一个或多个实施例提供了补偿传导环境对rfid设备的影响的系统和方法。这些实施例可以包括用于设计非接触式读卡器的天线的一个或多个切换电感的使用，其中开关用作基于在其上安装读卡器的表面的类型以及例如金属（在表面中）和读卡器内的天线之间的距离的电感的控制。特别地，在各种实施例中，通过使用电感切换来针对不同的安装表面控制读取器的天线的电感值的变化来提供用于维持在不同环境中（例如，安装在不同导电表面上）操作的读取器的相同电感值的控制装置。
可以被配置成例如用于在认证或识别中使用的rfid读卡器系统100的一个实施例包括被配置成发射rfid信号以读取rfid卡104的发射机电路102。可以使用一个或多个不同的rfid发射和读取技术来执行rfid信号的发射和rfid卡104的读取，如由本领域普通技术人员应当认识到的。发射机电路102包括连接到连接到天线108的lc匹配网络106的频率发生器104。rfid读卡器系统100还可以包括键区112（例如，字母数字键区），其被配置成接收一个或多个用户输入（例如，另外的密码）。
在一个或多个实施例中，频率发生器104被配置成生成作为rfid读卡器系统100的操作频率的载频信号（例如，9mhz、13.56mhz或25mhz），该信号然后通过用于到天线108的阻抗匹配的lc匹配网络106。如本文所描述的，各种实施例中的天线108是可切换的电感天线，其包括形成可变天线谐振电路的开关电感器装置110，使得天线
其中
在图2中示出具有开关电感器装置110的天线108的一个实施例。如可以看到的，提供了固定天线200，其是多回路有线天线。应当注意的是，回路202的数目仅仅是针对示例而示出的，并且可以提供另外的或更少的回路，例如基于rfid读卡器系统100的期望的或要求的谐振操作频率。另外，尺寸、形状和回路202之间的间距可以根据期望或需要而变化。在所示实施例中，天线108被配置用于在13.56mhz（例如，供mifare读卡器使用）下操作。
天线108还包括开关电感器装置110，其在所示实施例中具有两个另外的天线回路206和208（也称为回路），其可以分别通过开关210和212被选择性地且独立地切换进入和离开天线108。因此，回路206和208可以被包括作为天线208的一部分或从天线208去除，如期望的或需要的那样，以影响天线108的总电感，例如以补偿影响天线108的操作谐振的导电环境。例如，回路206和208可以被主动地切换进入和离开天线108以调整天线108的谐振频率，使得天线108能够在13.56mhz（或其他期望的频率）下适当地并且一致地操作，而不管周围的导电环境。
应当注意的是，尽管在图2中示出了两个回路206和208，但是可以提供另外的或更少的回路并且将其相对于固定天线200定位在不同的位置处。例如可以根据期望或需要（例如，为了补偿不同类型的导电环境）来改变另外回路的数目、尺寸和间距（诸如回路206和208相对于彼此和固定天线200），使得回路206和208或其他回路可以被安置在固定天线200的最内环形绕组内或在其它位置处。在各种实施例中，回路206和208物理地（和或电地）与回路202分离。
因此，各种实施例中的回路206和208为天线108提供电感切换能力，其允许将rfid读卡器系统100安装到具有不同导电操作环境的不同表面上。可以通过切换开关210和/或212来改变天线108的电感，其通过切换进和出一个或多个回路206和208而引起天线108的谐振操作的变化。例如，控制器214（例如微控制器）可以被提供以控制开关210和212的打开和闭合。
下面提供了测试示例，其中当开关210或212被指示为关时，其意味着开关是打开的（并且对应的回路206和208不是天线108的一部分），并且当开关被指示为开时，其意味着开关是闭合的（并且对应的回路206和208是天线108的一部分）。因此，如在下面的表1中可以看到的，测量的电感取决于开关210和212的开关状态
表1。
下面的表2示出了以六毫米（6mm）的距离位于天线108下面的铜板的测试结果
表2。
下面的表3示出了以六毫米（6mm）的距离位于天线108下面的铝板的测试结果
表3。
下面的表4示出了以六毫米（6mm）的距离位于天线108下面的铁板的测试结果
表4。
下面的表5示出了以六毫米（6mm）的距离位于天线108下面的mu金属板的测试结果
表5。
因此，通过使用下面的条件：
另外，如果例如金属板仅覆盖天线108的一部分，则各种实施例中的开关210被用来校正电感器的变化。在这种情况下，天线108的电感可以被调整到
rc：铜板
ra：铝板
ri：铁板
r：没有金属板，例如石头，木材，混凝土等
rm：mu金属板（通常不用作安装地）。
应当注意的是，开关210和212可以是不同类型的开关。例如，在一些实施例中，开关210和212可以是任何类型的开关设备，例如使用一个或多个场效应晶体管（fet），其中可以提供电阻器来在闭合的fet的情况下调整天线108的谐振的q因数。
因此，根据各种实施例，开关电感器装置110可以被设计成补偿影响天线108的谐振操作的周围金属环境。例如，在一个实施例中，提供了一种天线装置，其包括具有另外的可切换回路206和208的固定天线200。可以基于稍后期望的安装位置（例如，离天线108为6mm）通过首先在离rfid读卡器系统100的天线距离处安置金属板（或可能存在于安装的未来地点处的其它传导材料）来提供开关电感器装置110的设计。然后，通过打开开关210和212来测量天线电感以确定电感（l00mplate）。然后去除金属板，并且通过接通开关212（开关210为开和关）来测量天线电感（l01）。然后期望的条件为l01=l00mplate或l01=l00c=l00a=l00i。如果不满足条件，则可以执行以下各项：
（i）如果测量的天线电感l01<l00mplate，则增加内圈（innerturn）的区域（area）；或者
（ii）如果测量的天线电感l01>l00mplate，则减小内圈的区域，直到满足条件。
如果期望或需要另外的电感步骤，则可以增加或减少回路206的区域，直到实现期望的电感l10为止（其中开关210闭合并且开关212打开）。因此，可以基于特定安装表面的期望的操作条件来设计天线108。
因此，通过选择性地切换开关210和212中的一个或多个，改变了天线108的阻抗（lant），例如以补偿周围的导电环境，其中：
在闭合开关的情况下，
因此，
通过使用一个或多个实施例，可以在传导和非传导环境两者中满足期望的q因数，例如30-40。应该注意的是，在传导环境中，由于较差的场分布和场损耗，金属板对检测范围具有负面影响。此影响可以用更好的q因数来部分地补偿。
通过实施一个或多个实施例，可以为不同的操作条件提供恒定的读卡器检测范围。因此，rfid读卡器系统100可以被安装在不同的环境中和不同类型的安装表面上。例如，在一些实施例中，rfid读卡器系统100可以被安装在不同的导电或非导电表面中并与其耦合，并且提供至少20mm的卡检测范围。在一些实施例中，rfid读卡器系统100具有在从天线108到壁的非常小的距离（例如，6mm或更小）的情况下的设计，并且可以在安装到由一个或多个不同材料（例如，石头，木头，铝，铜，铁，黄铜或钢筋混凝土）形成的结构或表面时操作。在此环境中，rfid读卡器系统100的一个或多个实施例提供下面的操作特性：
（i）天线电感：300nh……3μh（环形圈数：n=1-6）
（ii）天线品质因数：<40
（iii）自谐振频率：>35mhz。
例如，在各种实施例中，rfid读卡器系统100被配置成在为包括一个或多个另外回路的1.0μh至1.4μh的天线电感范围提供谐振匹配的同时进行操作，其可以基于到传导材料（例如，金属板）的距离来被确定。在操作中，开关210和212可以用于补偿电感变化，直到电感对于不同的操作环境几乎是恒定的为止。例如，开关210和212被用来调整rfid读卡器系统100的谐振频率以提供期望或正确的谐振频率，例如在接近的金属板的情况下。切换操作可以用来调谐lant，其中可切换或可移动的电感器直接在天线108内控制磁通量。
图3示出了借助于变压器等效电路300的可切换电感器配置。如可以看到的，天线108由主线圈302表示，并且回路206和208由次级线圈304和306表示。图4和图5示出了当开关210和212被选择性地打开和闭合时的条件。如图4和5中可以看到的，在开关212或210打开的情况下，电感由下式定义：
在开关212闭合的情况下，电感由下式定义：
在开关210闭合的情况下，电感由下式定义：
因此，应当认识到的是，如果开关210或开关212闭合，则天线108的电感由于漏电感
在操作中，通过选择性地切换开关210和212，可以在不同的操作环境中提供恒定的天线电感，包括当rfid读卡器系统100被安装在金属环境中时。例如，如图6的曲线图600中所示，其中垂直轴表示测量的电感，并且水平轴表示以毫米为单位的到金属板的距离，使用本文所述的一个或多个实施例，曲线602示出在导电环境中并且在离金属干扰（例如，金属板）不同的距离处可维持基本恒定的电感。例如，曲线602可以表示其中通过自动调谐配置提供电感范围的配置，其中控制器214（图2中示出）通过切换开关210和212而通过使用反馈来维持在期望的范围内（例如，在1μh或1.02μh的0.1μh内，在一些应用中这对于优化的阻抗匹配是期望的）的恒定阻抗来进行操作。例如，使用查找表，控制器214可以选择性地切换开关210和212，以在离rfid读卡器系统100的天线108的定义的距离下对金属环境进行调整。然而，在其他实施例中，可以提供用户输入（用户切换）。
应当注意的是，曲线604表示当开关210和212两者打开时测量的电感。曲线606表示当开关210打开并且开关212闭合时测量的电感。曲线608表示当开关210闭合并且开关212打开时测量的电感。
一个实施例提供如图7中所示的自动调谐天线配置700。应当注意的是，在不同图中的相似数字表示相似的部分。在此实施例中，被示为控制芯片（例如，pn512mifare芯片）的控制器702连接到阻抗匹配网络704，所述阻抗匹配网络704的输出连接到天线108。在此示出的实施例中，阻抗匹配网络704连接到天线108并经由二极管706和电容器708连接到a/d转换器。自动调谐天线配置700被配置成使用如图8中示出的表800中所示的配置的控制器702在约1μh下操作。表800示出了针对开关状态中的每个的不同条件，并且示出了当读卡器被安装在金属环境境中时维持可接受的卡检测范围。
图9示出了可以被具体实施为开关210和212的开关装置900。在所示实施例中，由具有低电阻的一对金属氧化物半导体（mos）晶体管902和904来提供开关210和212。电容器906和908分别连接在mos晶体管902和904之间，以在mos晶体管902和904的栅极处维持电压恒定。在一些实施例中，开关装置900具有下面的操作特性：
应当注意的是，电子切换仅是开关装置的一个示例。例如，在其他实施例中，可以提供不同的电子开关装置或机械开关装置。另外，可以手动地、自动地或半自动地执行切换。
因此，各种实施例例如为rfid读卡器系统100提供天线装置，其补偿传导环境的冲击（impact）或不利影响。然而，应当认识到的是，可以提供一个或多个实施例以补偿不同rfid应用中的传导环境的冲击或不利影响。
在图10中示出了用于补偿rfid应用中的传导或导电环境的方法1000。方法1000包括在1002处为一个或多个电感回路提供固定环形天线。例如，回路206和208可以被提供在固定天线200的内回路内，如本文所述。方法1000还包括在1004处为电感回路提供开关装置。例如，开关210和212可以被提供有回路206和208，以允许电感回路的选择的和独立的切换。
在具有带有固定环形天线和开关装置的一个或多个电感回路的配置的情况下，然后在1006处确定是否在1006处在传导或导电环境内提供包括具有固定环形天线和开关装置的一个或多个电感回路的天线结构。例如，具有固定环形天线和开关装置的一个或多个电感回路可以形成安装到具有金属板的表面的rfid读卡器系统100的一部分。如果在1006处确定传导或导电环境，则在1010处开关装置被激活。例如，可以选择性地接通和关掉开关210和212中的一个或多个以维持天线结构的恒定阻抗。如果在1006处未确定传导或导电环境，则开关装置不被激活（在1008处）。
因此，可以使用本文所述的一个或多个系统（例如rfid读卡器系统100）来实现或执行方法1000。应当注意的是，方法1000的步骤可以以不同的顺序执行，并且一些步骤可以同时执行。另外，可以重复一些步骤。还可以由控制器214执行步骤，使得控制器214是专用处理机器/专用硬件。
可以在不同的应用或装置中实现各种实施例。例如，图11示出了可以被具体实施为或包括rfid读卡器系统100的一个或多个元件的读卡器1100（例如，rfid读卡器），其被安装到门框1102，所述门框1102在示出的实施例中是金属门框。读卡器1100可以包括一个或多个用户输入1104，其可以被具体实施为或包括图1中所示的键区112（例如，字母数字键区）。在操作中，读卡器1100被配置成读取卡（例如，rfid或智能卡），其可以由当被认证时允许通过门1106访问（例如，其可以获得对建筑物的安全区域的访问）的人携带。读卡器1100可以包括在读卡器1100内的开关210和212（具有连接的部件，例如两个另外的天线回路206和208），以在离固定天线（例如，读卡器1100内的天线108）定义的距离处针对金属环境（例如，金属门框1102）进行调整。因此，即使在传导环境中（在此示例中，安装到包括金属的结构），读卡器1100也在期望或要求的卡检测范围中维持期望或要求的性能特性。
应当注意的是，一个或多个实施例可以包括经由系统总线耦合的一个或多个微处理器（其可以被具体实施为处理器）和存储器。可以由通用微处理器或由专用微处理器（例如asic）提供微处理器。在一个实施例中，系统可以包括可被称为中央处理单元（cpu）的单个微处理器。在另一个实施例中，系统100可以包括两个或更多微处理器，例如提供扫描功能中的一些或大部分的cpu以及执行某些特定功能的专用微处理器，例如以确定距离信息并将该信息与所获取的图像信息相关。技术人员将认识到在两个或更多微处理器之间的处理任务分配的其他方案在本公开的范围内的事实。存储器可以包括一个或多个类型的存储器，包括但不限于：随机存取存储器（ram）、非易失性ram（nvram）等。
应当注意的是，例如各种实施例可以使用不同的标准和协议来在部件之间进行通信。例如，无线通信可被配置成支持例如但不限于以下协议：ieee802.11/802.15/802.16协议族中的至少一个协议，hspa/gsm/gprs/edge协议族中的至少一个协议、tdma协议、umts协议、lte协议、和/或cdma/ixev-do协议族中的至少一个协议。
各图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个块可以表示模块、段或代码的一部分，其包括用于实现指定的（多个）逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应该注意的是，在一些替代的实施方式中，块中注释的功能可以不按照图中注释的顺序发生。例如，接连地示出的两个块实际上可以基本上同时地执行，或者有时可以以相反的顺序执行块，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图图示中的每个块和框图和/或流程图图示中的块的组合可以由执行指定功能或动作的专用基于硬件的系统，或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
下面权利要求中的任何装置或步骤加上功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于与特别要求保护的其它要求保护的元件相结合地执行功能的任何结构、材料或动作。已经为了说明和描述的目的而提出了本公开的描述，但是其不旨在是详尽的或被限制到处于所公开形式中的实施例。在不脱离本公开的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述实施例以便最好地解释实施例的原理和实际应用，并且使得本领域普通技术人员能够理解具有各种修改的实施例，如适合于考虑的特定用途那样。
此外，如本领域技术人员将认识到的，本公开的各方面可以被具体实施为系统、方法或计算机程序产品。因此，各种实施例的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例（包括固件、驻留软件、微代码等），或可以在此全部被通称为“电路”、“模块”、“系统”或“子系统”的组合软件和硬件方面的实施例的形式。此外，本公开的方面可以采取在一个或多个计算机可读介质中包含的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有在其上包含的计算机可读程序代码。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备、或者前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更多具体示例（非详尽列表）包括以下各项：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦除可编程只读存储器（eprom或闪存）、光纤、便携式光盘只读存储器（cd-rom）或类似的dvd-rom和bd-rom、光学存储设备、磁存储设备或者前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可以包含或存储由指令执行系统、装置、或设备使用或与其结合使用的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可以包括具有包含在其中的计算机可读程序代码的传播数据信号，例如在基带中或作为载波的一部分。此类传播的信号可以采取多种形式中的任何形式，包括但不限于电磁、光学、或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是不是计算机可读存储介质并且可以传达，传播或传输程序以由指令执行系统、装置、或设备使用或与其相结合使用的任何计算机可读介质。
可以使用包括但不限于无线、有线（wireline）、光纤电缆、rf等或前述的任何合适的组合的任何适当的媒介来传输在计算机可读介质上包含的程序代码。用于执行一个或多个实施例的操作的计算机程序代码可以以一个或多个编程语言的任何组合来编写，包括诸如java，smalltalk，c++等的面向对象的编程语言和常规程序性编程语言，例如“c”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以完全在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、作为独立的软件包、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后者的情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网（lan）或广域网（wan），或者可以实现到外部计算机的连接（例如，通过使用互联网服务提供商的互联网）。
本文参照根据本文描述实施例的方法，装置（系统）和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述了本公开中的至少一些。将理解的是，流程图图示和/或框图中的每个块以及流程图图示和/或框图中的块的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现一个或多个流程图和/或框图块中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，其可指引计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现一个或多个流程图和/或框图块中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现一个或多个流程图和/或框图块中指定的功能/动作的过程，并且当在一个或多个实施例中实现时，导致将通用计算机/处理器/硬件变换或转换到改进技术技艺的专用计算机/处理器/硬件。
已经为了说明和描述的目的而提出了特定实施例的前述描述。它们并不旨在是详尽的或将实施例限制到所公开的精确形式，并且显然，根据上面教导的许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例以便最好地解释其原理及其实际应用，并且由此使得本领域技术人员能够最佳地利用具有各种修改的各种实施例，如适合于所考虑的特定用途那样。应当理解，在情况可能暗示或使得方便时，考虑各种省略和等同物的替代，但是这些旨在覆盖应用或实现而不脱离权利要求的精神或范围。下面的权利要求绝不旨在将实施例的范围限制到本文描述的特定实施例。