一种基于高频射频识别中的多天线自动匹配系统的制作方法

本发明属于射频识别领域，具体涉及一种基于高频射频识别中的多天线自动匹配系统。

背景技术：

目前基于高频(hf)的射频识别(rfid)技术在各行各业得到了广泛应用，大到第二代居民身份证、银行卡、社保卡和公交卡，小到门禁卡、考勤卡等。因此相应的证卡生产厂家也有几十家之多，不同厂家的证卡虽然都满足国际标准iso14443等协议，但由于技术实力、工艺差异等原因，因此存在较大的性能差异。在实际应用中存在通用读卡器设备因天线与证卡之间谐振频率、阻抗匹配不当而识读困难的情况，特别是需要识读多种跨行业、跨协议的证卡的多功能读卡器，这种现象更为明显，往往对证卡设备的大规模应用造成了很大的阻碍和干扰。

目前的大多数基于hf和rfid技术的读卡设备(主要工作频率是13.56mhz)，其天线谐振电路都是固定谐振频率和阻抗的电路，因此存在兼容性差的问题，总是有对个别卡存在读卡盲区，甚至读不到卡的现象。而这些卡在其他家设备又能正常读写，造成客户对设备质量提出质疑、降低效率、投诉增加的情况。实际原因是因为不同卡片，因为制造商或生产批次的不同，其谐振频率和阻抗都会略有不同，而读卡器的天线感应线圈与其互感通信时，谐振频率和阻抗因此也会有所差异，如果这些差异超出了读卡器硬件和软件的接受范围，就不再能可靠的通信了。

另外，读卡设备的核心器件——射频芯片厂家提供的参考设计往往是双端差分输出的标准电路，而这种电路只适合天线连接线较短(通常小于10cm)的应用情况,而实际使用现场往往需要较长的天线连接线(如大于30cm),这种情况往往就需要使用单端输出的，带屏蔽的射频连接线了。

最后，随着不同证卡类型的增多，实际应用场合往往需要多个天线进行区分，便于使用者操作，因此需要多个不同的天线识别区域。传统解决方案就是集成增加不同的读卡设备，这与集成设备对成本和空间要求较为苛刻的现实相矛盾。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：由于读卡设备的天线谐振电路都是固定谐振频率和阻抗的电路，而不同厂家不同批次的证卡其谐振频率和阻抗会略有不同，因此存在兼容性差的问题，总是有对个别卡存在读卡盲区，甚至读不到卡的现象。目的在于提供一种基于高频射频识别中的多天线自动匹配系统，来解决读卡设备与更多种类证卡的兼容性问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于高频射频识别中的多天线自动匹配系统，包括射频芯片、程控阻抗匹配切换模块、继电器多天线切换模块、mcu模块和多个射频天线，所述射频天线为带常规阻抗匹配谐振电路的射频天线；所述射频芯片连接所述程控阻抗匹配切换模块，所述继电器多天线切换模块连接所述程控阻抗匹配切换模块和所述多个射频天线连接，所述mcu模块连接所述程控阻抗匹配切换模块和所述继电器多天线切换模块。

本发明是在读卡设备的射频天线和射频芯片之间，加入一个由单片机(mcu模块)程序控制的程控阻抗匹配切换模块，用于多路切换开关，通过选择切换不同的开关，改变连接外面的电路，因此实现阻抗匹配和谐振电路性能的可程控的微调，配合读卡设备的固件程序，在读卡过程中根据寻卡过程的响应不同，而实现实时切换，因此能够极大的增加读卡设备的天线匹配范围，兼容更多厂家的不同证卡。在程控阻抗匹配切换模块之后加入一个继电器多天线切换模块，对有多天线识别区域的应用场合，可通过该继电器多天线切换模块切换选择不同的天线感应区，实现分时操作。

进一步的，所述射频芯片和所述程控阻抗匹配切换模块之间设置有双端转单端模块，所述双端转单端模块连接所述射频芯片和所述程控阻抗匹配切换模块。在射频芯片和程控阻抗匹配切换模块之间加入双端转单端模块(又名平衡-非平衡)，能够使用较长的射频连接线连接感应天线(最长可达3m)。再通过程控阻抗匹配切换模块，实现了多种证卡的自动匹配和谐振(在iso14443的typea和typeb以及iso15693等多种协议之间进行切换，并使用不同厂家不同类型的多种证卡)，通过继电器多天线切换模块，可以实现一个射频芯片控制多个读卡区域的证卡识别，便于连接较长的且带屏蔽的天线连接线。

进一步的，所述双端转单端模块包括双端转单端电路，所述双端转单端电路包括：电容c10、电容c11、电容c22、电容c14、电感l1和电感l2，电容c10接地，电容c10的另一端连接所述射频芯片和电感l1，电感l1的另一端连接电容c11和电容c14，电容c14的另一端连接所述射频芯片的另一端和电感l2，电感l2的另一端连接电容c22，电容c22的另一端接地，电容c11的另一端连接所述程控阻抗匹配切换模块。

进一步的，所述程控阻抗匹配切换模块包括程控阻抗匹配切换电路，所述程控阻抗匹配切换电路包括：高频切换开关u11、高频切换开关u13、电感l3、电感l5、电容c60、电容c61、电容c62、电容c63、电容c64、电容c65、电容c66、电容c67、电容c69和电容c70。所述高频切换开关u11包括6个引脚，所述高频切换开关u13包括6个引脚。电感l3连接所述双端转单端电路，电感l3的另一端连接电感l5、电容c60和电容c61，电容c60的另一端连接电容c61的另一端和所述高频切换开关u11的3引脚，所述高频切换开关u11的2引脚接地，所述高频切换开关u11的4引脚连接电容c64和所述mcu模块，电容c64的另一端接地，所述高频切换开关u11的5引脚连接电容c66，电容c66的另一端接地，所述高频切换开关u11的6引脚连接电容c69和所述mcu模块，电容c69的另一端接地。电感l5的另一端连接电容c62、电容c63和所述继电器多天线切换模块，电容c62的另一端连接电容c63的另一端和所述高频切换开关u13的3引脚，所述高频切换开关u13的2引脚接地，所述高频切换开关u13的4引脚连接电容c65和所述mcu模块，电容c65的另一端接地，所述高频切换开关u13的5引脚连接电容c67，电容c67的另一端接地，所述高频切换开关u13的6引脚连接电容c70和所述mcu模块，电容c70的另一端接地。优选的，所述高频切换开关u11的和所述高频切换开关u13的型号均为hws408。

进一步的，所述继电器多天线切换模块包括继电器多天线切换电路，所述继电器多天线切换电路包括：继电器jdq1、电容c56、电容c58、电容c55、电容c50、电阻r1、电阻r5、三极管q1和二极管d22，所述继电器jdq1包括10个引脚。所述多个射频天线包括射频天线a和射频天线b。电容c56连接电容c58和所述程控阻抗匹配切换模块，电容c56的另一端连接继电器jdq1的8引脚，电容c58的另一端连接电容c55和继电器jdq1的9引脚，电容c55的另一端连接所述射频天线a，继电器jdq1的7引脚连接电容c59，电容c59的另一端连接所述射频天线b，继电器jdq1的10引脚连接三极管q1的集电极和二极管d22的阳极，三极管q1的发射极接地，三极管q1的基极连接电阻r1和电阻r5，电阻r5的另一端接地，电阻r1的另一端连接mcu模块，二极管d22的阴极连接电源和继电器jdq1的1引脚。所述多个射频天线包括连接线和连接座外壳，所述连接线和连接座外壳均接地。优选的，所述继电器jdq1的型号为tq2-5v。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明实现了使用同一读卡设备对不同厂家不同证卡种类有效识别，增加了读卡设备的兼容性，也节约了设备成本和设备安装空间，避免资源的不必要的浪费。本发明实现了对较长的且带屏蔽的天线连接线的连接。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的结构图；

图2为双端转单端电路图；

图3为程控阻抗匹配切换电路图；

图4为继电器多天线切换电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所述，本实施例一种基于高频射频识别中的多天线自动匹配系统，包括射频芯片、双端转单端模块、程控阻抗匹配切换模块、继电器多天线切换模块、mcu模块和多个射频天线，射频天线为带常规阻抗匹配谐振电路的射频天线，双端转单端模块连接射频芯片和程控阻抗匹配切换模块，继电器多天线切换模块连接程控阻抗匹配切换模块和多个射频天线连接，mcu模块连接程控阻抗匹配切换模块和继电器多天线切换模块。双端转单端模块包括双端转单端电路，程控阻抗匹配切换模块包括程控阻抗匹配切换电路，继电器多天线切换模块包括继电器多天线切换电路。

在射频芯片的射频输出端接入一个双端转单端(又名平衡-非平衡)的转换电路，再在通常的阻抗匹配和谐振电路之前再串联接入一个可由单片机程序控制的4路切换开关，通过选择切换不同的开关，改变连接外面的电路，因此实现阻抗匹配和谐振电路性能的可程控的微调，配合读卡设备的固件程序，在读卡过程中根据寻卡过程的响应不同，而实现实时切换，因此能够极大的增加读卡设备的天线匹配范围，兼容更多厂家的不同证卡。

最后再增加以及继电器切换电路，对有多天线识别区域的应用场合，可通过该电路切换选择不同的天线感应区，实现分时操作。比传统方案节约了成本和安装设备空间。

通过双端转单端电路，使得可以实用较长的射频连接线连接感应天线(最长可达3m)。通过程控的自动匹配和谐振切换电路，实现了多种证卡的自动匹配和谐振(在iso14443的typea和typeb以及iso15693等多种协议之间进行切换，并使用不同厂家不同类型的多种证卡)，通过继电器多天线切换控制，可以实现一个射频芯片控制多个读卡区域的证卡识别。

双端转单端电路如图2所示，双端转单端电路包括：电容c10、电容c11、电容c22、电容c14、电感l1和电感l2，电容c10接地，电容c10的另一端连接射频芯片和电感l1，电感l1的另一端连接电容c11和电容c14，电容c14的另一端连接射频芯片的另一端和电感l2，电感l2的另一端连接电容c22，电容c22的另一端接地，电容c11的另一端连接程控阻抗匹配切换模块。

程控阻抗匹配切换电路如图3所示，程控阻抗匹配切换电路包括：高频切换开关u11、高频切换开关u13、电感l3、电感l5、电容c60、电容c61、电容c62、电容c63、电容c64、电容c65、电容c66、电容c67、电容c69和电容c70，高频切换开关u11包括6个引脚，高频切换开关u13包括6个引脚。电感l3连接双端转单端电路，电感l3的另一端连接电感l5、电容c60和电容c61，电容c60的另一端连接电容c61的另一端和高频切换开关u11的3引脚，高频切换开关u11的2引脚接地，高频切换开关u11的4引脚连接电容c64和mcu模块，电容c64的另一端接地，高频切换开关u11的5引脚连接电容c66，电容c66的另一端接地，高频切换开关u11的6引脚连接电容c69和mcu模块，电容c69的另一端接地。电感l5的另一端连接电容c62、电容c63和继电器多天线切换模块，电容c62的另一端连接电容c63的另一端和高频切换开关u13的3引脚，高频切换开关u13的2引脚接地，高频切换开关u13的4引脚连接电容c65和mcu模块，电容c65的另一端接地，高频切换开关u13的5引脚连接电容c67，电容c67的另一端接地，高频切换开关u13的6引脚连接电容c70和mcu模块，电容c70的另一端接地。高频切换开关u11和u13的型号均为hws408。

继电器多天线切换电路如图4所示，继电器多天线切换电路包括：继电器jdq1、电容c56、电容c58、电容c55、电容c50、电阻r1、电阻r5、三极管q1和二极管d22，继电器jdq1包括10个引脚。多个射频天线包括射频天线a和射频天线b。电容c56连接电容c58和程控阻抗匹配切换电路，电容c56的另一端连接继电器jdq1的8引脚，电容c58的另一端连接电容c55和继电器jdq1的9引脚，电容c55的另一端连接射频天线a，继电器jdq1的7引脚连接电容c59，电容c59的另一端连接射频天线b，继电器jdq1的10引脚连接三极管q1的集电极和二极管d22的阳极，三极管q1的发射极接地，三极管q1的基极连接电阻r1和电阻r5，电阻r5的另一端接地，电阻r1的另一端连接mcu模块，二极管d22的阴极连接电源和继电器jdq1的1引脚。继电器jdq1的型号为tq2-5v。射频天线a的连接线和连接座外壳均接地，射频天线b的连接线和连接座外壳均接地。

火车站进站闸机，不仅要能识别身份证，还要识别银通卡、电子护照(含港澳通行证、台胞证)、学生证优惠票、残疾军人证等多种证件。自助闸机往往有两个识别区域，一个是身份证和银通卡、学生证优惠票和残疾军人证识读区，一个是电子护照识读区。针对这种应用场合和客户需求，采用本发明方案，可以实现了大批量、多城市的广泛应用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。