專利名稱：一種用于無線射頻識別的雙模天線及無線射頻識別裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線射頻識別應用技術領域，特別涉及一種用于射頻票據(jù)刷卡領域的雙模天線以及無線射頻識別裝置。
背景技術：
無線射頻識別(RFID)是一種非接觸式的自動識別技術。在RFID系統(tǒng)中，識別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)載體成為應答器。應答器中存放的識別信息由閱讀器讀出，在一些應用中，閱讀器不僅可以讀出存放的信息，而且可以對應答器寫入數(shù)據(jù)，讀寫的是通過雙方之間的無線通信來實現(xiàn)的。RFID按應用頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(麗)，相對應的代表性頻率分別為低頻135KHz以下、高頻13. 56MHz、超高頻860M_960MHz、微波 2. 4G，5. 8G。根據(jù)射頻耦合方式的不同，RFID可以分為電感耦合方式(磁耦合)和反向散射耦合方式(電磁場耦合)兩大類。其中，電感耦合方式的載波頻車X (也稱為工作頻率)為13. 56MHz和小于135kHz
的頻段。電感耦合方式的應答器幾乎都是無源的，能量從閱讀器獲得。由于閱讀器產(chǎn)生的磁場強度受到電磁兼容性能有關標準的嚴格限制，因此閱讀器與應答器之間的工作距離很近，一般在一米以下。特高頻(UHF)和超高頻(SHF)采用RFID反向散射耦合方式。當電磁波遇到空間目標(應答器)時，其能量一部分被目標吸收，另一部分以不同的強度被散射到各個方向。在散射的能量中，一部分被散射回了發(fā)射天線(所以說發(fā)射天線也是接收天線)，并被該天線接收對接收信號進行放大和處理，即可獲取目標的有關信息。由于HF票據(jù)為了接收能量而利用電感耦合來感應該磁場，波長較長，屬于電感型天線，因此需要更多的傳導材料來實現(xiàn)。而UHF票據(jù)同樣能夠很容易地獲取相同的近場能量，并且效率和成本效益更高。因此，UHF可以比HF更容易和更高效地用于近場，這意味著 UHF系統(tǒng)能夠在更復雜的環(huán)境比閱讀HF能夠閱讀的更多的信息，包括在液體和金屬含量高環(huán)境。隨著技術的發(fā)展，UHF技術優(yōu)勢越來越明顯，它的全面應用也勢不可擋。HF和UHF 的共同使用也成為時代的需求。因此開發(fā)HF和UHF的雙模應用系統(tǒng)是很有必要。專利200820118681. 1提供了一種無線射頻識別天線模塊，包括基板，設置于基板上的塊狀天線和印刷板電路微帶天線，且印刷板電路微帶天線圍繞該塊狀天線，其中塊狀天線例如是一超高頻天線，印刷電路微帶天線例如是一高頻天線。通過兩個不同頻段的天線共同工作提高了天線模塊的工作頻率范圍。然而，如其所描述的無線射頻識別天線模塊容易造成不同頻段的天線互相干擾的問題，并且，由于單個超高頻天線在識別射頻票據(jù)時存在著識別區(qū)域的局限性以及感應范圍內信號強度的不均勻，天線的讀取高度在某些區(qū)域會降低，使得射頻票據(jù)刷卡范圍受限，也容易產(chǎn)生射頻票據(jù)誤刷和漏刷的現(xiàn)象。
再者，專利申請200410039489. χ提供了一種天線切換式射頻掃描目標自動定位裝置及定位方法，自動定位裝置包括單片機數(shù)據(jù)處理電路、射頻發(fā)射電路、射頻接收電路組成的射頻讀卡器以及射頻讀卡天線，多個天線通過天線切換器與射頻讀卡器連接。多個射頻天線安裝在所要查找目標所處區(qū)域的預定點位，天線切換器根據(jù)接收到的切換指令對射頻讀卡天線進行切換，讀取不同方位的射頻標識卡，對大范圍內帶有射頻標識卡的目標進行查找和定位。但是專利申請200410039489. χ由于其用于射頻定位領域，目的是實現(xiàn)大范圍內目標的自動查找和定位，其裝置和功率的大小都不適用于射頻票據(jù)刷卡領域，也不能解決現(xiàn)有技術中由于天線感應范圍內信號不均勻帶來的射頻票據(jù)誤刷和漏刷的問題。鑒于上述現(xiàn)有的無線射頻識別天線存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種雙模天線以及無線射頻識別裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種用于無線射頻識別的雙模天線，應用于HF和UHF檢票系統(tǒng)的RFID 雙模天線，實現(xiàn)兩款不同頻段天線的高隔離，兼容且互不影響，并提高射頻天線的感應范圍內信號的均勻性，解決由于射頻天線感應范圍內信號的不均勻帶來的射頻票據(jù)誤刷和漏刷的問題。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下一種用于無線射頻識別的雙模天線， 包括基板、設置在基板上的電感耦合閉環(huán)天線和反向散射耦合天線陣列，反向散射耦合天線陣列包含η (η >2，η為整數(shù))個天線子單元，所述相鄰天線子單元以相差360° /n角度均勻分布于HF天線中央；所述反向散射耦合天線陣列還包括用于輪流導通各個天線子單元的射頻切換開關，以及控制射頻切換開關切換的控制電路。本發(fā)明的有益效果是采用上述的天線陣列的組合方式給予了 13. 56MHz天線的磁力線充分的繞射空間，在不影響電感耦合方式的前提下，實現(xiàn)了自己的反向散射耦合，實現(xiàn)了雙模天線共同工作使用；并且由于各個天線子單元均勻分布，且通過切換開關輪流工作，可減小UHF頻段各個天線子單元的相互干擾，并保證了在UHF頻段天線感應范圍內信號的均勻性，實現(xiàn)感應范圍全面、均勻，距離適中的目的，有效的杜絕了由于信號不均勻帶來的射頻票據(jù)在某些區(qū)域讀取高度降低而產(chǎn)生的票據(jù)誤刷和漏刷的現(xiàn)象，保證檢票的安全性，另外由于HF和UHF兩個頻段天線設置在同一塊基板上，節(jié)省了空間，符合射頻票據(jù)刷卡小型化的需要。在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。進一步，所述反向散射耦合天線陣列為陶瓷天線列陣。本發(fā)明還提供了一種無線射頻識別裝置，包括射頻信號處理電路，以及有與所述射頻信號處理電路連接的如上所述的雙模天線。進一步，所述電感耦合閉環(huán)天線為HF頻段天線，所述反向散射耦合天線陣列為 UHF頻段天線。進一步，所述射頻信號處理電路包括與HF頻段天線連接且用于閱讀HF頻段信號的HF閱讀電路，以及與UHF頻段天線連接且用于閱讀UHF頻段信號的UHF閱讀電路。


圖1為本發(fā)明雙模天線一種實施例(以4單元陣列為例)結構示意圖； 圖2為圖1中實施例的票據(jù)區(qū)域示意圖3為本發(fā)明一種無線射頻識別裝置結構框圖； 圖4為本發(fā)明一種實施例中電感耦合閉環(huán)天線的工作原理圖； 圖5為本發(fā)明一種實施例中反向散射耦合天線陣列的工作原理圖； 圖6為本發(fā)明一種實施例中票據(jù)讀取距離范圍標識示意圖； 圖7為本發(fā)明一種實施例中單個陶瓷讀取范圍示意圖； 圖8為本發(fā)明一種實施例中陣列天線讀取范圍示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1所示，一種雙模射頻天線，包括設置在同一個PCB板上的一個閉環(huán)射頻天線 11和一個陶瓷射頻天線陣列12，其中，射頻天線11為電感耦合閉環(huán)天線，工作在高頻HF頻段，射頻天線陣列12為反向散射耦合天線陣列，工作在特高頻UHF頻段。所述的陶瓷天線陣列12包括4個915MHz的陶瓷天線子單元(13，14，15，16)設置于閉環(huán)射頻天線11中央，均勻分布在360°的圓上，每個天線子單元負責自己周圍的感應區(qū)域，且每個天線子單元通過射頻開關(17，18)與控制電路相連接，以很快的切換頻率輪流導通，即避免了各個子天線單元之間的互相干擾。所述陶瓷天線陣列的組合方式，給予了 13. 56MHz天線的磁力線充分的繞射空間，在不影響天線11電感耦合方式的前提下，實現(xiàn)了自己的反向散射耦合，達到兩者同時工作，互不影響的目的。如圖2所示，兩不同頻段天線將同時工作時，當HF頻段13. 56MHz的射頻票據(jù)出現(xiàn)在I區(qū)，II區(qū)，III區(qū)，IV區(qū)的任意地方，由于天線11不會受到天線陣列12的影響，在整個區(qū)域都存在耦合磁力線，HF頻段的射頻信號很容易被感應到，并將信息傳遞給閱讀器進行后處理。當UHF頻段915MHz的射頻票據(jù)出現(xiàn)在偏I區(qū)或中心區(qū)域的時候，若此時I區(qū)天線13 剛好導通，天線處于激活狀態(tài)，票據(jù)中芯片被激活，將信息傳遞給閱讀器，完成信息的讀取， 這時其他區(qū)的天線將不參與這一輪的導通，不會被激活，這一輪導通則只會導通天線13，下一輪導通還是會從天線13開始。若915MHz的射頻票據(jù)出現(xiàn)在偏I區(qū)，而此時I區(qū)天線剛好斷開，II區(qū)天線14開始工作，在14工作期間由于沒有讀取到射頻信號，輪流導通狀態(tài)將繼續(xù)下去，天線15將被繼續(xù)導通掃描，直到下一輪天線13被激活讀取到射頻信號為止。由于切換頻率比較高，射頻票據(jù)出現(xiàn)在感應區(qū)，這個區(qū)域將被掃描數(shù)次，因此不會出現(xiàn)漏刷的狀況。顯而易見的是，陶瓷天線陣列12包括的陶瓷天線子單元的個數(shù)可以為η個，η為大于等于2的任意整數(shù)，η個陶瓷天線子單元設置于閉環(huán)射頻天線11中央，并且相鄰陶瓷天線子單元以相差360° /n的角度均勻分布。如圖3所示，本發(fā)明還提供了一種無線射頻識別裝置，包括HF頻段閱讀電路、UHF 頻段閱讀電路，以及有與所述射頻信號處理電路連接的如上所述的雙模天線。如圖4的一種實施例中電感耦合閉環(huán)天線的工作原理圖，票據(jù)應答器22，其中包括了 HF線圈天線和應答芯片。閱讀器21包括本發(fā)明中的外圍HF閉環(huán)天線23。由于HF頻率的波長較長，約為22. lm，相比閱讀器與應答器之間的距離要大的多，HF閉環(huán)天線23所產(chǎn)生的磁力線穿過票據(jù)天線，在票據(jù)貼現(xiàn)上產(chǎn)生感應電壓來傳遞信息。因此，HF的感應原理可以說是電感耦合方式實現(xiàn)信息傳遞。本發(fā)明中一種實施例中反向散射耦合天線陣列的工作原理圖見圖5，票據(jù)芯片能量由閱讀器提供，UHF天線陣列31發(fā)射的功率Pl經(jīng)空間衰減后到達票據(jù)天線32，到達的功率一部分被票據(jù)應答器吸收，一部分被反射，被反射的部分由閱讀器天線31接收。因此UHF 天線陣列是通過反向散射耦合的方式實現(xiàn)信息的傳遞。圖6為本發(fā)明一種實施例中票據(jù)讀取距離范圍標識示意圖，由于體積限制，單個的陶瓷天線在其周圍半徑25mm的范圍內可保證一定的讀取高度，如圖7所示；單個陶瓷天線的刷卡區(qū)域的局限性使得票據(jù)的刷卡范圍受限，不能滿足特定的用戶習慣；
采用多天線輪流工作使得可刷卡區(qū)均勻分布在天線面上，周圍半徑60mm的范圍內可保證一定的讀取高度，如圖8所示，保證每個區(qū)域都可刷。對比于專利申請200410039489. χ多個射頻天線在裝在所要查找目標所處區(qū)域的預定點位的技術方案，其只能解決在大范圍內帶有射頻標識卡的目標進行查找和定位的問題，不能達到使天線感應范圍內信號均勻，避免射頻票據(jù)誤刷和漏刷的問題。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于無線射頻識別的雙模天線，包括基板、設置在基板上的電感耦合閉環(huán)天線和反向散射耦合天線陣列，其特征在于，所述反向散射耦合天線陣列包含η個天線子單元， η為大于等于2的整數(shù)，所述相鄰天線子單元以相差360° /n角度均勻分布于電感耦合閉環(huán)天線中央；所述反向散射耦合天線陣列還包括用于輪流導通各個天線子單元的射頻切換開關，以及控制射頻切換開關切換的控制電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙模天線，其特征在于，所述反向散射耦合天線陣列為反向散射耦合陶瓷天線列陣。
3.一種無線射頻識別裝置，包括射頻信號處理電路，其特征在于，還包括有與所述射頻信號處理電路連接的如權利要求1或2所述的雙模天線。
4.根據(jù)權利要求3所述的無線射頻識別裝置，其特征在于，所述電感耦合閉環(huán)天線為 HF頻段天線，所述反向散射耦合天線陣列為UHF頻段天線。
5.根據(jù)權利要求4所述的無線射頻識別裝置，其特征在于，所述的射頻信號處理電路包括與HF頻段天線連接且用于閱讀HF頻段信號的HF閱讀電路，以及與UHF頻段天線連接且用于閱讀UHF頻段信號的UHF閱讀電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應用于HF和UHF檢票系統(tǒng)的RFID雙模天線,主要涉及兩款不同頻段天線的高隔離設計，實現(xiàn)完美兼容，互不影響。所述射頻天線包括一種HF頻段的閉環(huán)天線和UHF頻段的陶瓷天線陣列；所述陶瓷天線陣列通過各射頻切換開關由MCU控制切換，以使所述各子天線支路輪流導通。在不影響HF天線磁感應線的前提下實現(xiàn)兩者同時工作。本發(fā)明可解決對UH射頻天線的電磁兼容問題，同時保證讀票的均勻性與杜絕誤讀的現(xiàn)象，保證檢票的安全性。
文檔編號G06K7/00GK102332634SQ20101022401
公開日2012年1月25日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權日2010年7月12日
發(fā)明者申秀美, 章偉, 蘇成月, 許暉 申請人:國民技術股份有限公司