一種射頻識別天線、射頻識別天線的控制單元及控制方法和射頻識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于射頻識別的天線，該天線包括輻射單元和反射電磁波的能力可以改變的至少兩個反射單元，所述反射單元排列在所述輻射單元周圍，所述反射單元為電導(dǎo)體；所述輻射單元發(fā)射電磁波；及所述反射單元反射來自所述輻射單元的電磁波。本發(fā)明還提出了一種射頻識別天線的控制的方法、控制單元及系統(tǒng)。采用本發(fā)明能夠以較低的成本減少讀取空洞。
【專利說明】一種射頻識別天線、射頻識別天線的控制單元及控制方法和射頻識別系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及進(jìn)行近距離波速掃描的天線領(lǐng)域，尤其涉及可以用于射頻識別(RFID，Radio Frequency Identification)的天線令頁域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著RFID技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、物流等多個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，應(yīng)用于FRID技術(shù)的天線的性能也日益受到關(guān)注。RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽，其通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。
[0003]RFID系統(tǒng)是一種無線系統(tǒng)，用于控制、檢測和跟蹤物體，其包括如下基本組成部分:
[0004]1、標(biāo)簽(Tag)，其由標(biāo)簽天線及芯片組成，附著在被控制、檢測或跟蹤的物體上，其中，在RFID系統(tǒng)中通常包括多個標(biāo)簽，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，用以唯一地標(biāo)識被控制、檢測或跟蹤的物體；；
[0005]2、閱讀器(Reader)，其用于讀/寫標(biāo)簽中存儲的信息，可為手持式或固定式，其中RFID系統(tǒng)中通常包括一個閱讀器，其讀取各個標(biāo)簽中存儲的信息(有時還能向標(biāo)簽寫入標(biāo)簽信息，也可稱為讀寫器)，以實(shí)現(xiàn)對于各個標(biāo)簽所附著的物體的控制、檢測或跟蹤；
[0006]3、天線(Antenna)，其連接閱讀器，用于在各個標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號，以在閱讀器和標(biāo)簽之間的傳遞信息。
[0007]RFID按應(yīng)用頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(麗)。目前，UHF RFID技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，與HF RFID技術(shù)相比，UHF RFID技術(shù)具有標(biāo)簽接入速度快、芯片成本低、能實(shí)現(xiàn)物品級的標(biāo)簽識別等優(yōu)點(diǎn)。但是，UHF RFID技術(shù)具有遠(yuǎn)場電磁傳輸?shù)奶匦?，其中的多徑傳輸現(xiàn)象將引起干涉延時效應(yīng)，即多徑效應(yīng)，這種多徑效應(yīng)通常會給閱讀區(qū)域引入讀取空洞(field null)。因此，多徑效應(yīng)將嚴(yán)重影響UHF RFID系統(tǒng)的可靠性。
[0008]在現(xiàn)有技術(shù)中，目前已提出了幾種針對多徑效應(yīng)的解決方案:
[0009]一.目前已提出了一種特殊的閱讀器和天線陣，其利用數(shù)字波束形成(digitalbeam forming)技術(shù)來掃描閱讀區(qū)域。為了利用數(shù)字波束形成技術(shù)，需要修改閱讀器的硬件結(jié)構(gòu)來支持多信道。由于要對閱讀器的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動，因此，此閱讀器天線的實(shí)現(xiàn)成本較聞。
[0010]二.目前已提出了一種針對RFID系統(tǒng)的相位陣列式天線。在采用此天線時，閱讀器需要預(yù)留特定的控制接口。這種天線有如下缺點(diǎn):首先，必須使用移相器(Phaseshifter)，而這種移相器非常貴，因此天線的實(shí)現(xiàn)成本很高；其次，此相位陣列式天線需要使用貼片陣列(patch array),而貼片陣列占用空間較大，使得整個相位陣列式天線過大，因而無法在很多應(yīng)用場景中使用。
[0011]可見，現(xiàn)有技術(shù)中的這些解決方案雖然能減輕多徑效應(yīng)對系統(tǒng)的影響，但實(shí)現(xiàn)成本過高，天線尺寸過大，實(shí)現(xiàn)難度也較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]有鑒于此，本發(fā)明提出一種射頻識別天線、天線的控制單元及其控制方法和系統(tǒng)，本發(fā)明的實(shí)施方式如下:
[0013]一種用于射頻識別的天線，包括輻射單元和反射電磁波的能力可以改變的至少兩個反射單元；所述反射單元排列在所述輻射單元周圍，所述反射單元為電導(dǎo)體；所述輻射單元發(fā)射電磁波；及所述反射單元反射來自所述輻射單元的電磁波。采用此種天線，能夠減小天線尺寸并以較低成本減少空洞。這里所謂“反射電磁波的能力”可以視為反射單元的一種反射特性。反射單元“具有反射電磁波的能力”即指反射單元“具有反射特性”，反之，“不具有反射電磁波的能力”指“不具有反射特性”，即反射單元被禁用。在改變反射單元反射電磁波的能力時，可以對所有的反射單元反射電磁波的能力進(jìn)行更新，也可以根據(jù)反射單元的當(dāng)前狀態(tài)和現(xiàn)在的需要，僅僅改變需要改變其反射電磁波能力的部分反射單元反射電磁波的能力，這樣都能使其中特定的一個或多個反射單元具有反射電磁波的能力。
[0014]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述反射單元可被手動調(diào)整來改變其反射所述電磁波的能力，從而使得一個或多個反射單元具有反射電磁波的能力而其它反射單元被禁用。此種方案使得天線結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可以根據(jù)需求動態(tài)調(diào)整反射單元反射電磁波的能力，進(jìn)而調(diào)整天線的掃描方向。
[0015]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述反射單元可響應(yīng)于外部的控制信號而改變其反射電磁波的能力，從而使得所述反射單元中的一個或多個具有反射所述電磁波的能力而其它反射單元被禁用。此種方案中采用控制信號來動態(tài)調(diào)整反射單元的反射能力，使對于天線反射單元的控制更為準(zhǔn)確。
[0016]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述天線進(jìn)一步包括:控制單元；所述控制單元根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述反射單元反射電磁波的能力，以使其中一個或多個反射單元具有反射電磁波的能力而其它反射單元被禁用。此種方案可以實(shí)現(xiàn)對于反射單元的自動控制，減少人為干預(yù)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，每一反射單元包括N個串聯(lián)的塊和N-1個二極管，其中，N為大于I的整數(shù)，每兩個相鄰的塊之間串聯(lián)一個二極管，并且所述N-1個二極管的導(dǎo)通方向相同；每一個塊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢小于二極管的偏置電壓，當(dāng)施加在二極管上的偏置電壓改變時反射單元(102)反射電磁波的能力改變。此方案能以低成本實(shí)現(xiàn)對于反射單元反射能力的自動調(diào)整。
[0017]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述反射單兀為表面鍍有導(dǎo)電金屬層的板，所述導(dǎo)電金屬層上被蝕刻出所述N個塊，并且每兩個相鄰的塊之間焊接有一個二極管。此方案能以低成本實(shí)現(xiàn)對于反射單元反射能力的自動調(diào)整，并且加工工藝簡單。
[0018]在本發(fā)明一實(shí)施例中，每一反射單元為平面的矩形板；并且，每一反射單元中，所述N個塊為N個大小相同的矩形塊，且每一矩形塊的長度和寬度都不超過λ/2，其中，λ為所述天線的工作頻率所對應(yīng)的電磁波的波長。此方案設(shè)計(jì)簡單、加工工藝更為簡單、并且各個塊自身產(chǎn)生的感應(yīng)電流對天線的福射電場基本無影響。
[0019]在本發(fā)明一實(shí)施例中，每一反射單元到與所述發(fā)射電磁波的輻射單元的距離相同；和/或，所述至少一個反射單元沿圓形曲線或?qū)ΨQ多邊形曲線排列。采用此方案，反射單元的設(shè)計(jì)更為容易、加工工藝也很簡單。
[0020]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述控制單元具有下述功能，即確定來自所述天線中饋線的射頻信號，再根據(jù)確定得到的所述射頻信號的參數(shù)以及所述預(yù)設(shè)的策略改變所述反射單元反射電磁波的能力。此方案能夠根據(jù)天線本身的信號特點(diǎn)動態(tài)地、自動調(diào)整天線的掃描方向。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種用于控制上述天線的控制單元，該控制單元包括:方向耦合器、功率檢測器和控制器；其中:所述方向耦合器從射頻信號中提取前向的射頻信號，再將所述前向射頻信號輸出給所述功率檢測器；所述功率檢測器獲取所述前向射頻信號的功率并提供給所述控制器；控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的策略和所述射頻信號的功率確定出射頻信號的功率或時間與應(yīng)具有反射電磁波的能力的反射單元之間的對應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)該對應(yīng)關(guān)系改變向反射單元輸出的偏置電壓的方向，以改變所述反射單元反射電磁波的能力，使根據(jù)預(yù)設(shè)的策略確定出的相應(yīng)的一個或多個反射單元具有反射電磁波的能力而其它反射單元被禁用。此方案能夠根據(jù)天線本身的信號特點(diǎn)動態(tài)地、自動調(diào)整天線的掃描方向。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種射頻識別(RFID)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括閱讀器和標(biāo)簽；所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括:上述的天線；或者，進(jìn)一步包括上述的天線，其中，所述閱讀器包括控制單元，該控制單元根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述反射單元反射所述電磁波的能力，以使其中一個或多個反射單元具有反射所述電磁波的能力而其它反射單元被禁用；或者，進(jìn)一步包括:上述的天線和控制單元，其中，該控制單元根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述反射單元反射電磁波的能力，以使其中一個或多個反射單元具有反射所述電磁波的能力而其它反射單元被禁用。此種射頻識別系統(tǒng)的天線可以動態(tài)調(diào)整掃描方向、尺寸小、能以低成本減少空洞。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種對于上述天線的控制方法，該方法包括:根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述天線中反射單元反射電磁波的能力，以使其中一個或多個反射單元具有反射電磁波的能力而其它反射單元被禁用。該方案可以自動調(diào)整反射單元的反射能力，進(jìn)而達(dá)到自動調(diào)整天線掃描方向、減少空洞的目的。
[0024]本發(fā)明的一個實(shí)施例還提供了 一種機(jī)器可讀的存儲介質(zhì)，存儲用于使機(jī)器執(zhí)行根據(jù)上述方法的指令。
[0025]本發(fā)明另外一個實(shí)施例還提供一種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行于機(jī)器中時使所述機(jī)器執(zhí)行根據(jù)上述的方法。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻識別天線、控制單元及控制方法和射頻識別系統(tǒng)能夠顯著減少讀取空洞且實(shí)現(xiàn)成本很低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的射頻識別天線的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2a至2c為圖1所示射頻識別天線的天線增益仿真結(jié)果圖；
[0029]圖3為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的射頻識別天線中的反射單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4示出了圖3所示射頻識別天線采用圖3所示反射單元時的天線增益仿真結(jié)果圖；
[0031]圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提出的射頻識別天線一實(shí)例的俯視圖；
[0032]圖6示出了依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖；[0033]圖7示出了依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖8示出了依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的控制單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖9示出了本發(fā)明實(shí)施例中改變反射單元的反射能力一具體實(shí)現(xiàn)方法；及，
[0036]圖10本發(fā)明實(shí)施例中改變反射單元的反射能力一具體實(shí)現(xiàn)方法。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0038]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的技術(shù)問題，本發(fā)明的發(fā)明人做了一系列研究，并提出了能夠解決此技術(shù)問題的技術(shù)方案。
[0039]首先，本發(fā)明人設(shè)計(jì)了一個針對天線覆蓋率的仿真實(shí)驗(yàn)。其中，根據(jù)仿真得到的天線采用不同方位角時的輻射場圖，能夠確定天線采用不同方位角時的讀取空洞分布情況以及覆蓋率。具體的，天線采用特定方位角時(即在單一方向上)覆蓋率僅能達(dá)到75%左右，而當(dāng)對天線在不同方向上(即采用不同方位角)的輻射場進(jìn)行合并時，可以發(fā)現(xiàn)天線的覆蓋率顯著提高，比如可以達(dá)到90%左右。根據(jù)上述仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過對天線在不同方向上的輻射場進(jìn)行合并，可以使天線的覆蓋率得到顯著提高，即使天線的讀取空洞顯著減少。
[0040]此外，本發(fā)明人還設(shè)計(jì)了一個針對讀取空洞概率的在真實(shí)環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)。其中，在一個典型的走廊中設(shè)置一個閱讀器天線和一個無源標(biāo)簽，手動調(diào)節(jié)閱讀器天線的方向(即方位角)，并統(tǒng)計(jì)閱讀器天線采用不同的方位角時對于此無源標(biāo)簽的讀取成功率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過合并閱讀器天線采用不同方位角時的讀取結(jié)果，可以顯著提高讀取成功率，即使讀取空洞概率顯著降低。
[0041]根據(jù)以上實(shí)驗(yàn),本發(fā)明人發(fā)現(xiàn),采用空間分集(space diversity,也稱天線分集)技術(shù)可以顯著降低讀取空洞概率。所謂空間分集是指通信中使用較多的分集形式，簡單的說，就是采用多個天線元素來發(fā)送信號，并對各天線接收信號進(jìn)行合并。
[0042]基于以上研究結(jié)果，本發(fā)明人提出了一種新的射頻識別天線。該天線包括輻射單元和反射電磁波的能力可以改變的至少兩個反射單元；所述反射單元排列在所述輻射單元周圍，所述反射單元為電導(dǎo)體；所述福射單元發(fā)射電磁波；及所述反射單元反射來自所述輻射單元的電磁波。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景的需要，反射單元可以為平面，也可以為諸如拋物面、球面等的曲面，其可以與輻射單元平行也可以與輻射單元具有一定的夾角。本發(fā)明實(shí)施例中，輻射單元可以為單一輻射單元，也可以包括多個子輻射單元。以下從幾個方面來描述此天線的組成結(jié)構(gòu):
[0043]1、反射單元
[0044]優(yōu)選的，反射單元為平面的結(jié)構(gòu)，以利于加工，更優(yōu)選采用平面的反射板。不過也可以根據(jù)所想達(dá)到的天線增益和波瓣寬度采用曲面的反射板，該曲面的參數(shù)可以根據(jù)需要來優(yōu)化。
[0045]2、反射單元的排列方式
[0046]本發(fā)明實(shí)施例提供的天線實(shí)際上是通過鏡象原理來行成天線陣，其中，用反射單元(例如可以為反射板)產(chǎn)生鏡象陣元以代替實(shí)際的陣元，這樣可以有效減小天線陣尺寸和簡化饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際想模擬的天線陣的形狀，反射單元可以沿一定規(guī)律的曲線排列在至少一個輻射單元周圍。比如:若想模擬圓形天線陣，就可以把反射單元沿圓形曲線排列包圍在輻射單元周圍；若想模擬的是矩形天線陣，就可以把反射單元沿矩形曲線排列包圍在輻射單元周圍。依此類推，反射單元還可以沿梯形、三角形等曲線排列以模擬所期望的天線陣。不過為了減小整個天線的大小，使反射單元沿圓形曲線排列是一個比較好的選擇。優(yōu)選的，這些反射單元沿圓形曲線排列在輻射單元周圍，比如:這些反射單元沿以輻射單元為中心的正圓或橢圓形曲線排列在輻射單元周圍。需要說明的是:這些反射單元是沿非閉合曲線排列在輻射單元周圍的，即這些反射單元與垂直于輻射單元的平面的交線形成一個非閉合曲線；此外，如果反射單元為平面的且沿圓形曲線排列，則這些反射單元與垂直于輻射單元的平面的交線實(shí)際上形成的是一個近似于圓形的多邊形曲線，而本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以將這種情況理解為這些平面反射單元沿圓形曲線排列。同時根據(jù)應(yīng)用所期望覆蓋的讀取區(qū)域，該曲線的閉合程度可以調(diào)整，比如:若應(yīng)用需要在天線正前方的180度內(nèi)的范圍均要覆蓋，那么可以選取一個半圓形曲線，并使反射單元沿此半圓形曲線排列。這里，所述反射單元可以沿一定規(guī)律的曲線排列在至少一個輻射單元周圍指的是這些反射單元與垂直于輻射單元的平面的交線可以形成包括直線在內(nèi)的符合一定規(guī)律的曲線。
[0047]3、輻射單元
[0048]輻射單元的選取也可以是多樣化，不過從實(shí)現(xiàn)難度和成本考慮，線狀天線單元是比較合適的輻射單元，比如可以選取半波振子天線單元、四分之一波天線單元等等，具體的選取取決于想模擬的天線陣和所想達(dá)到的增益和波瓣寬度等性能指標(biāo)。此外，輻射單元可以為雙極或單極的。
[0049]4、反射單元和輻射單元的角度和距離關(guān)系
[0050]較佳的，為了獲得最好的輻射效率，反射單元與輻射單元平行，并且每一反射單元與輻射單元的距離相同。其中，當(dāng)輻射單元為單一輻射單元時，此輻射單元與各個反射單元的距離均相同；而當(dāng)輻射單元包括多個子輻射單元時，這些子輻射單元緊湊的擺放在一起，任兩個子輻射單元之間的距離(dl)遠(yuǎn)小于任一輻射單元與任一反射單元之間的距離(d2)，則這些子輻射單元可以構(gòu)成一個較大的輻射單元，而此較大的輻射單元與各個反射單元之間的距離均相同。但是，如有其他需要比如將天線安裝在某種特殊結(jié)構(gòu)的天線罩內(nèi)，這些參數(shù)也可以調(diào)整，即:反射單元與輻射單元也可以不平行而具有特定的夾角，各個反射單元與輻射單元之間的距離也可以不同。
[0051]在本發(fā)明實(shí)施例中，反射單元與輻射單元的距離可以根據(jù)需要而采用各種取值，通常會取比較小的值以使天線的尺寸較小。較佳的，此距離可小于等于λ/4并大于等于入/8，其中λ是工作頻率所對應(yīng)電磁波的波長，這樣既能實(shí)現(xiàn)掃描到各個方向上的電磁波同時還能保證天線的尺寸最小。優(yōu)選的，可以等于λ/4或λ/8。此外，反射單元也可以采用各種尺寸，優(yōu)選的，反射單元的長度和寬度都大于輻射單元的長度和寬度。為防止各個反射單元的信號耦合，各個反射單元之間則需要絕緣，優(yōu)選它們之間的距離至少為λ/10，并且距離越大絕緣效果越好。
[0052]采用上述射頻識別天線可以顯著減少讀取空洞的比例。具體的，輻射單元連接饋線，當(dāng)饋線通電后，輻射單元開始向周圍輻射電磁波，電磁波到達(dá)各個反射單元后會發(fā)生反射，各個反射單元所反射的電磁波與輻射單元輻射的電磁波疊加在一起形成一個合并的輻射場。通過改變反射單元的反射能力可以使得合并的輻射場在對應(yīng)方向上進(jìn)行掃描，這樣可以獲得和對應(yīng)的實(shí)際天線陣同樣的性能，進(jìn)而通過合并不同方向的掃描結(jié)果可以有效消除讀取空洞。
[0053]這里，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，當(dāng)電磁波在導(dǎo)電平面的一邊發(fā)生反射時，相當(dāng)于在此導(dǎo)電平面的另一邊形成了一個鏡像天線(image antenna),被反射的電磁波可以看成是從此鏡像的天線輻射的電磁波，此鏡像天線可以看成是一個虛擬的鏡像輻射單元，這樣，利用一個真實(shí)的輻射單元和多個反射單元就可以構(gòu)造出一個包括此真實(shí)的輻射單元和多個鏡像的輻射單元的天線陣列。各個輻射單元(包括真實(shí)的輻射單元和虛擬的鏡像輻射單元)的輻射場方向不同，這些不同方向的輻射場疊加起來形成合并的輻射場。通過改變反射單元的反射能力可以使得合并的輻射場的最大輻射方向?qū)?zhǔn)實(shí)際需要的方向，使合并的輻射場進(jìn)行掃描。根據(jù)上述本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，通過掃描這樣的合并輻射場，讀取空洞會顯著減少。同時，采用這樣的鏡像輻射原理可以減小天線的尺寸。
[0054]圖1示出了依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的閱讀器天線的組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，閱讀器天線包括:輻射單元101和多個平面的反射單元——反射板102。具體的，在圖1中，以三維的XYZ坐標(biāo)系來表示天線的各個組成部件之間的關(guān)系，其中，XY坐標(biāo)平面表示垂直于輻射單元301的平面，輻射單元101沿Z坐標(biāo)軸放置，這些反射板102沿正圓形曲線排列在輻射單元101周圍且均平行于輻射單元101，這些反射板102與垂直于輻射單元101的平面的交線形成了一個半徑為八分之一波長(表示為λ/8)的半圓形，這里的波長指輻射單元101輻射出的電磁波的波長。這里，各個反射板102到輻射單元的距離等于λ/8，而λ/8等于4cm，可見，采用這樣的閱讀器天線結(jié)構(gòu)，天線的整個尺寸非常小。在上述天線中，反射單元的反射能力可以動態(tài)改變，這樣就可以實(shí)現(xiàn)消除空洞的目的。根據(jù)實(shí)際需要，可以使輻射單元周圍的多個反射單元中一個或多個特定的反射單元具有反射電磁波的能力，即使特定的一個或多個反射單元能夠反射電磁波，而使其它的反射單元被禁用，這樣就能靈活調(diào)整閱讀器天線的輻射場的方向。
[0055]在本申請文件中，所謂反射電磁波的能力指反射單元的一種反射特性，“具有反射電磁波的能力”指“具有反射特性”，“不具有反射電磁波的能力”也可以稱為“不具有反射特性”，即指反射單元被禁用。在改變反射單元反射電磁波的能力時，可以對天線中所有反射單元的反射電磁波的能力進(jìn)行更新，也可以根據(jù)反射單元的當(dāng)前狀態(tài)和現(xiàn)在的需要，僅僅改變需要改變反射電磁波能力的部分反射單元反射電磁波的能力。以具有三個反射單元的天線為例，假如當(dāng)前反射單元I和2具有反射電磁波的能力而反射單元3被禁用，現(xiàn)在需要使反射單元2和3具有反射電磁波的能力而反射單元I被禁用。在具體實(shí)現(xiàn)時，可以更新所有反射單元I?3反射電磁波的能力(這里的“更新”指的是:改變反射單元I的反射電磁波的能力以使其被禁用，保持反射單元2的反射電磁波的能力，改變反射單元3的反射電磁波的能力以使其具有反射電磁波的能力)，也可以僅改變反射單元I和3的反射電磁波的能力而對反射單元2不做處理。
[0056]這樣，當(dāng)輻射單元101開始輻射電磁波之后，電磁波經(jīng)過各個反射板102反射之后與輻射單元101輻射出的電磁波疊加在一起形成一個合并的輻射場。也就是說，當(dāng)電磁波在各個反射板102的一面發(fā)生反射時，相當(dāng)于在各個反射板102的另一面形成了鏡像輻射單元，這樣，輻射單元101和各個鏡像輻射單元就構(gòu)成了一個天線陣列，通過改變各個反射板反射電磁波的能力可以使得合并的輻射場在實(shí)際需要的方向上進(jìn)行掃描，這樣可以使得讀取空洞顯著減少。
[0057]以上僅給出依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的天線的一個【具體實(shí)施方式】，在實(shí)際應(yīng)用中還可根據(jù)需求對反射單元的數(shù)量和形狀、反射單元距離輻射單元的距離、反射單元的排列方式(如反射單元排列所沿的非閉合曲線的形狀等)、反射單元之間的距離等等進(jìn)行調(diào)整。本文不再將各種實(shí)施方式 不出，但均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0058]以圖1所示的閱讀器天線為例。使位于Φ=0° ( Φ定義為圖1中在XY坐標(biāo)平面中從X軸向y軸旋轉(zhuǎn)的角度)的反射板(如圖1中圓圈a標(biāo)出的反射板)具有反射能力而其它反射板被禁用時，所得到的XY坐標(biāo)平面上的天線增益仿真結(jié)果如圖2a所示。當(dāng)使位于Φ=22.5°的反射板(如圖1中圓圈b標(biāo)出的反射板)具有反射能力而其它反射板被禁用時，所得到的XY坐標(biāo)平面上的天線增益仿真結(jié)果如圖2b所示。當(dāng)同時使位于Φ=0°的反射板和位于Φ=22.5°的反射板具有反射能力而其它反射板被禁用時，所得到的XY坐標(biāo)平面上的天線增益仿真結(jié)果如圖2c所示。根據(jù)圖2a至2c示出的仿真結(jié)果可知，通過使圖1中的各個反射板中的一個或多個Φ角度不同的反射板具有反射能力，能夠改變整個閱讀器天線的輻射場的方向，進(jìn)而能夠根據(jù)實(shí)際需要動態(tài)的對閱讀器天線的輻射場的方向進(jìn)行調(diào)
M
iF.0
[0059]這里，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道Φ角度指的是在XY坐標(biāo)平面中與X坐標(biāo)軸的夾角，在圖1所示的閱讀器天線中，某一反射板的Φ角度指的就是經(jīng)過XY坐標(biāo)平面的原點(diǎn)的一條垂直于此反射板的直線與X坐標(biāo)軸之間的夾角。
[0060]上述對于反射單元的反射能力的動態(tài)調(diào)整可以采用人工手動的方式也可以采用自動的方式。
[0061]具體的，采用手動方式調(diào)整反射單元的反射能力的實(shí)現(xiàn)方式可以有如下幾種:
[0062]1、通過手動改變反射單元的擺放角度可以使反射單元具有反射能力或者不具有反射能力(即被禁用)。例如，手動調(diào)整反射單元的擺放角度使反射單元不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因而就不具有反射能力；相應(yīng)的，將反射單元手動轉(zhuǎn)到一個合適的角度，使反射單元產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而可以使反射單元具有反射能力，進(jìn)而達(dá)到彌補(bǔ)空洞的目的。
[0063]2、還可以給反射單元設(shè)置特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過手動調(diào)整此機(jī)械結(jié)構(gòu)來使反射單元具有反射能力或者不具有反射能力。比如:給反射單元設(shè)計(jì)成一面覆蓋導(dǎo)電材料作為反射面而背面覆蓋導(dǎo)電材料，通過手動將此反射單元的反射面旋轉(zhuǎn)到面向輻射單元的位置而使反射單元具有反射能力，反之，通過手動將此反射單元上覆蓋不導(dǎo)電材料的一面旋轉(zhuǎn)到面向輻射單元的位置而使反射單元不具有反射能力。再如:給反射單元的反射面設(shè)置一種不導(dǎo)電的并能夠像窗簾一樣降下和升起的機(jī)械結(jié)構(gòu)，手動將此窗簾結(jié)構(gòu)拉下而擋住反射面進(jìn)而可以使反射單元不具有反射能力，反之，手動將此窗簾結(jié)構(gòu)拉起而露出反射面可以使反射單元具有反射能力。
[0064]3、在每一反射單元上設(shè)置用于改變其反射能力的開關(guān)(例如射頻開關(guān))，開關(guān)再接一個匹配負(fù)載一通常為50歐母的電阻。當(dāng)開關(guān)閉合時，電阻吸收傳播過來的電磁波，反射單元無反射能力；當(dāng)開關(guān)斷開時，開關(guān)和電阻斷開連接，此時反射單元具有反射能力。
[0065]另外，為了實(shí)現(xiàn)上述對于反射單元的反射能力的動態(tài)調(diào)整，可以從如下兩個方面來設(shè)計(jì)閱讀器天線:1)每一反射單元具有可以調(diào)節(jié)自身反射能力的設(shè)置；2)閱讀器天線中包括一個控制單元來動態(tài)調(diào)整各個反射單元的反射能力。
[0066]在本發(fā)明一實(shí)施例中，可以將每一個反射單兀分為多個塊,這些塊按一定的順序串聯(lián)，并且每兩個相鄰的小塊通過一個二極管連接，這樣，這些塊和各個二極管就形成了一條串聯(lián)的線路，在此線路上各個二極管的導(dǎo)通方向相同。當(dāng)這些二極管正向偏壓時，這些塊就處于導(dǎo)通狀態(tài)，使得整個反射單元具有較好的導(dǎo)電性，進(jìn)而能夠反射來自輻射單元的電磁波。然而，當(dāng)這些二極管反向偏壓時，這些塊處于斷開狀態(tài)，使得整個反射單元的導(dǎo)電性喪失，進(jìn)而不能反射來自輻射單元的電磁波(需要注意的是，此時反射單元有可能反射少量的電磁波，但不足以形成一個可用的輻射場)。由于，反射單元可以為各種形狀，因此，劃分反射單元而得到的這些塊也可以為各種形狀(如:矩形、圓形、對稱或非對稱的多邊形等等)，并且它們的形狀可以相同或不同。優(yōu)選這些塊為矩形，這些塊的大小和形狀均相同。上述二極管可以為各種類型的二極管，優(yōu)選為PIN 二極管。
[0067]此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，由于當(dāng)導(dǎo)電表面的尺寸達(dá)到一定值時(比如:矩形導(dǎo)電表面的長和寬大于一定值)，導(dǎo)電表面受電磁波的影響而產(chǎn)生感應(yīng)電流，這樣，當(dāng)由反射單元劃分出的塊的尺寸達(dá)到一定的值時，塊本身受電磁波的影響就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果此時施加的是反向偏壓，各個塊本應(yīng)處于斷開狀態(tài)而不具備輻射電磁波的能力，但是各個塊產(chǎn)生的感應(yīng)電流有可能對二極管形成正向偏壓，進(jìn)而使得各個塊處于導(dǎo)通狀態(tài)，使整個反射單元具有足夠的導(dǎo)電性來反射來自輻射單元的電磁波。為此，由反射單元劃分出的各個塊的尺寸應(yīng)小于一定的值，而此值可根據(jù)塊的形狀、電磁波理論或仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果等來設(shè)定，本發(fā)明的實(shí)施例對此并不進(jìn)行特別的限定。優(yōu)選的，這些塊的長度和寬度均不超過λ/2。
[0068]圖3示出了依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的閱讀器天線中的反射單元的組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，反射單元為平面的矩形反射板，此反射板包括η個大小相同的矩形塊(塊bl至bn)和n-Ι個二極管，其中，η為大于I的整數(shù)，這些塊的長和寬均小于λ/2。其中，任兩個相鄰的塊之間連接有一個二極管，這些塊和二極管串聯(lián)在一條線路上。當(dāng)對這條線路施以正向偏壓時，這些塊處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此具有反射電磁波的能力，即具有反射能力。當(dāng)對這條線路施以反向偏壓時，這些塊處于斷開狀態(tài)，因此不具有反射電磁波的能力，即被禁用。
[0069]圖4示出了圖1所示閱讀器天線采用圖3所示反射板時XY坐標(biāo)平面上的天線增益仿真結(jié)果圖。如圖4所示，曲線61為反射板中的各個塊處于斷開狀態(tài)時的輻射圖，曲線62為該反射板中的各個塊處于導(dǎo)通狀態(tài)時的輻射圖，曲線63為一個完整的與曲線61和62對應(yīng)的反射板同等大小的反射板(即未劃分成多個塊的反射板)的輻射圖。由圖4示出的仿真結(jié)果可知，曲線62和63呈現(xiàn)出的輻射圖均具有輻射的方向性，說明反射板都具有反射電磁波的能力，而曲線61呈現(xiàn)出的輻射圖不具有輻射的方向性，說明反射板不具有反射電磁波的能力。并且，曲線62和63所呈現(xiàn)出的輻射圖非常相近，說明雖然反射板被分割成多個小塊并以二極管連接，但對反射板的反射電磁波的能力的影響非常小。
[0070]在本發(fā)明實(shí)施例中，反射單元可采用各種導(dǎo)電材料，比如:采用金屬材料，此反射單元可以為表面鍍有導(dǎo)電金屬層的板，在此金屬層上可以蝕刻出多個塊，并且在此板上每兩個相鄰的塊之間焊接有一個二極管。優(yōu)選的，反射板可以為一個表面鍍銅的電路板作為反射板。
[0071 ] 在本發(fā)明實(shí)施例中，可以采用一個直流電源來對反射單元中各個塊和二極管施加正向或反向偏壓，比如在閱讀器天線中安裝一個專用的電池，或者利用閱讀器天線原有的電源。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，對于二極管施加正向或反向偏壓僅耗費(fèi)很少的電能，不會對閱讀器天線的其它部件造成影響。
[0072]具體的，上述用于動態(tài)調(diào)整反射單元的反射能力的控制單元可以由專用的電池供電，或者由例如閱讀器天線原有的電源供電，此控制單元可以通過向各個反射單元施加正向或反向偏壓來使一個或多個反射單元具有反射能力而其它反射單元不具有反射能力。此控制單元可以集成在閱讀器內(nèi)，也可以獨(dú)立設(shè)置，還可以集成在閱讀器天線現(xiàn)有的諸如輻射單元、饋線系統(tǒng)等組件中。優(yōu)選的，在閱讀器天線內(nèi)現(xiàn)有的諸如輻射單元、饋線系統(tǒng)等組件中集成該控制單元，該控制單元可以通過專用的電池供電也可以通過在閱讀器天線的饋線中加入直流電源來供電。
[0073]在本發(fā)明一實(shí)施例中，控制單元內(nèi)預(yù)置了用于調(diào)整各個反射單元的反射能力的策略，根據(jù)此策略控制單元可以確定當(dāng)前是否需要調(diào)整反射單元的反射能力以及需要調(diào)整哪些反射單元的反射能力等等。比如，根據(jù)此策略，控制單元可以確定出射頻信號的功率或時間與應(yīng)具有反射能力的反射單元的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而，可以在射頻信號的功率達(dá)到某個閾值時使對應(yīng)的一個或多個反射單元具有反射能力，或，在某個時間段使對應(yīng)的一個或多個反射單元具有反射能力。這里，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，根據(jù)具體應(yīng)用場景的需求可以設(shè)定多種策略用來改變反射單元的反射能力，這種策略以及根據(jù)策略改變反射單元的反射能力的方法可采用軟件方式實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序，這種計(jì)算機(jī)程序可以預(yù)先配置在控制單元中，當(dāng)控制單元運(yùn)行時加載該計(jì)算機(jī)程序進(jìn)而可以按預(yù)設(shè)的這種策略動態(tài)調(diào)整各個反射單元的反射能力。
[0074]在本發(fā)明一實(shí)施例中，控制單元可以獲取射頻信號的功率，然后根據(jù)射頻信號的功率以及預(yù)設(shè)的功率閾值能夠確定射頻信號的發(fā)射周期，進(jìn)而能根據(jù)預(yù)設(shè)的策略確定:射頻信號的每個發(fā)射周期所對應(yīng)的應(yīng)具有反射能力的反射單元；或者，射頻信號的每個發(fā)射周期內(nèi)各個時間段所對應(yīng)的應(yīng)具有反射能力的反射單元。
[0075]這里，上述用于調(diào)整各個反射單元的反射能力的策略依實(shí)際應(yīng)用需求而設(shè)置，進(jìn)而可以通過設(shè)置不同的策略來實(shí)現(xiàn)適用于不同應(yīng)用環(huán)境和滿足不同需求的掃描天線。優(yōu)選的，當(dāng)此控制單元集成在閱讀器天線內(nèi)時，該控制單元根據(jù)預(yù)設(shè)的策略，通過分析饋線中的射頻信號的功率等參數(shù)來自動調(diào)整反射單元的反射能力。
[0076]采用上述本發(fā)明實(shí)施例提供的射頻識別閱讀器天線，僅采用一個輻射單元就能構(gòu)造出一個天線陣列，進(jìn)而能夠形成讀取空洞較少的輻射場，提高了標(biāo)簽讀取成功率，并且此閱讀器天線實(shí)現(xiàn)成本很低也不占用太大空間。
[0077]為進(jìn)一步體現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果，以下結(jié)合圖5對本發(fā)明實(shí)施例提出的閱讀器天線與現(xiàn)有的由實(shí)際的輻射單元構(gòu)成的天線陣列的尺寸大小加以比較。圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提出的閱讀器天線的俯視圖。其中，在XY坐標(biāo)平面中，原點(diǎn)A為輻射單元，此輻射單元周圍分布著五個平面的矩形反射板(由粗實(shí)線表示)，這五個反射板到輻射單元的距離相同，均為dl ;考慮反射板還具有一定的厚度，d2為反射板向外的一面到輻射單元的距離，d2=dl+反射板的厚度。這樣，閱讀器天線在XY坐標(biāo)平面中的尺寸為2d2*d2。假定:(11=λ/8,且λ/8=4cm,反射板的厚度為1cm,則d2=5cm,閱讀器天線在XY坐標(biāo)平面中的尺寸為10cm*5cm。而在另一方面,原點(diǎn)A左邊的點(diǎn)A’代表一個鏡像福射單兀,點(diǎn)A’到福射單元的距離為2dl，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，如果要以實(shí)際的輻射單元構(gòu)成天線陣列，則此點(diǎn)A’處應(yīng)該放置一個實(shí)際的輻射單元，進(jìn)而此天線陣列在XY坐標(biāo)平面中的尺寸至少應(yīng)為4dl*2dl，假定dl=X/8，且λ/8=4cm，則此天線陣列在XY坐標(biāo)平面中的尺寸至少為16cm*8cm0顯然，現(xiàn)有的這種天線陣列的尺寸要比本發(fā)明實(shí)施例提出的閱讀器天線大很多，由于要使用多個輻射單元所以其實(shí)現(xiàn)成本要高很多。
[0078]在本發(fā)明實(shí)施例中，上述控制單元可以具體包括:方向耦合器、功率檢測器、控制邏輯單元和偏置電壓控制器。其中，方向耦合器從來自閱讀器的射頻信號中提取前向的射頻信號分量(即，從閱讀器到標(biāo)簽方向的射頻信號)，再將提取到的前向的射頻信號輸出給功率檢測器。方向耦合器可以為環(huán)形器或混合式耦合器(hybrid coupler);功率檢測器獲取此前向的射頻信號的功率包絡(luò)信號并提供給控制邏輯單元；控制邏輯單元可以為處理器，其根據(jù)預(yù)先配置的策略和所接收到的功率包絡(luò)信號確定出射頻信號的功率或時間與應(yīng)具有反射能力的反射板的對應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)此對應(yīng)關(guān)系向偏置電壓控制器發(fā)出指令；及，偏置電壓控制器可以為模數(shù)轉(zhuǎn)換器或者開關(guān)，其按來自控制邏輯單元的指令更新向反射板輸出的偏置電壓，進(jìn)而更新反射板的反射能力。這里需要說明的是，這里還可以把控制邏輯單元和偏置電壓控制器集成在一個控制器中。
[0079]這里，控制邏輯單元和偏置電壓控制器需要由直流電源供電，此直流電源可以為控制單元自帶的電池，也可以為閱讀器向饋線中加入的直流電源，還可以為閱讀器本身的電源，以下對這幾種情況下控制單元的具體工作方式逐一加以描述。
[0080]一、控制單元設(shè)置在閱讀器外部并且由閱讀器向饋線加入的直流電源供電
[0081]如圖6所示，此控制單元除了包括方向耦合器602、功率檢測器603、控制邏輯單元601和偏置電壓控制器605之外，還包括偏置器601。偏置器601從閱讀器600的饋線中接收混合了射頻信號(RF)和直流信號(DC)的一路信號，從此路信號中獲取直流信號并輸出給控制邏輯單元604和偏置電壓控制器605作為它們的直流電源，并將此路信號中的射頻信號輸出給方向I禹合器602。方向I禹合器602從來自偏置器601的射頻信號中提取前向的射頻信號并輸出給功率檢測器603。功率檢測器603獲取此前向的射頻信號的功率包絡(luò)信號并提供給控制邏輯單元604?？刂七壿媶卧?04根據(jù)預(yù)先配置的策略和所接收到的功率包絡(luò)信號確定出射頻信號的功率或時間與應(yīng)具有反射能力的反射單元的對應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)此對應(yīng)關(guān)系向偏置電壓控制器605發(fā)出指令。偏置電壓控制器605按來自控制邏輯單元604的指令調(diào)整向反射單元輸出的偏置電壓，進(jìn)而使特定的一個或多個反射單元具有反射能力。
[0082]二、控制單元設(shè)置在閱讀器外部并且由自帶電源供電
[0083]如圖7所示，此控制單元與圖6所示控制單元的區(qū)別在于:
[0084]1、直流電源是由自帶電源(比如一個自帶電池)單獨(dú)提供的，而不是從閱讀器輸出的信號中獲取的。這樣，控制單元的應(yīng)用并不需要對現(xiàn)有閱讀器做改動。
[0085]2、控制單元不包括偏置器601，其除了包括:方向耦合器602、功率檢測器603、控制邏輯單元604和偏置電壓控制器605，還進(jìn)一步包括電源701。其中，方向耦合器602直接接收來自閱讀器700的射頻信號并從中提取前向的射頻信號輸出給功率檢測器603 ;電源701用于為控制邏輯單元604和偏置電壓控制器605提供直流電源；其它各個部分的功能前面已有詳述，這里不再贅述。[0086]以上圖6和7所示的控制單元設(shè)置在閱讀器外部，其可以為獨(dú)立設(shè)置的單元，也可以集成在閱讀器天線現(xiàn)有的諸如輻射單元、饋線系統(tǒng)等組件中。
[0087]三、控制單元集成在閱讀器內(nèi)部并且由閱讀器的電源供電
[0088]如圖8所示，此控制單元與圖7所示控制單元的區(qū)別在于:
[0089]1、直流電源是由閱讀器原有的電源模塊801提供的，而不是由控制單元自帶的電源提供。
[0090]2、控制單元不包括電源701，其包括:方向耦合器602、功率檢測器603、控制邏輯單元604和偏置電壓控制器605。其中，方向耦合器602直接從閱讀器內(nèi)部原有的射頻模塊802接收射頻信號并從中提取前向的射頻信號輸出給功率檢測器603 ;控制邏輯單元604和偏置電壓控制器605則由閱讀器內(nèi)部原有的電源模塊801供電；其它各個部分的功能前面已有詳述，這里不再贅述。
[0091]基于以上本發(fā)明實(shí)施例所提供的閱讀器天線，本發(fā)明實(shí)施例還提供了用于此閱讀器天線的控制方法，該方法可應(yīng)用于上述的控制單元，包括:根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變反射單元的反射電磁波的能力，以使其中一個或多個反射單元具有反射能力而其它反射單元不具有反射能力。
[0092]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述預(yù)設(shè)的策略定義了來自閱讀器的射頻信號的功率與具有反射能力的反射單元之間的對應(yīng)關(guān)系，此時，上述根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變一個或多個反射單元的反射能力的方法可以包括:分析來自閱讀器的射頻信號的功率；及，根據(jù)所述預(yù)設(shè)的策略，當(dāng)確定的射頻信號的功率達(dá)到預(yù)定的功率閾值時，確定該功率閾值對應(yīng)的一個或多個反射單元，并通過改變一個或多個反射單元的反射能力來使該功率閾值對應(yīng)的一個或多個反射單元具有反射能力。
[0093]在本發(fā)明另一實(shí)施例中，上述預(yù)設(shè)的策略定義了時間與具有反射能力的反射單元之間的對應(yīng)關(guān)系，此時，上述根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變一個或多個反射單元的反射能力的方法可以包括:根據(jù)所述預(yù)設(shè)的策略，當(dāng)進(jìn)入預(yù)設(shè)的時間段時，確定該時間段對應(yīng)的一個或多個反射單元，并通過改變反射單元的反射能力來使該時間段對應(yīng)的所述一個或多個反射單元具有反射能力。
[0094]在本發(fā)明另一實(shí)施例中，上述預(yù)設(shè)的策略定義了功率閾值以及時間與具有反射能力的反射單元之間的對應(yīng)關(guān)系；此時，上述根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變反射單元的反射能力的方法可以包括:確定來自閱讀器的射頻信號的功率；及，根據(jù)所述預(yù)設(shè)的策略，當(dāng)射頻信號的功率達(dá)到預(yù)定的功率閾值時，確定當(dāng)前時間段對應(yīng)的一個或多個反射單元，并通過改變反射單元的反射能力來使該時間段對應(yīng)的一個或多個反射單元具有反射能力。
[0095]在本發(fā)明一實(shí)施例中，每一反射單元包括N個串聯(lián)的塊和N-1個二極管，其中，N為大于I的整數(shù)，每兩個相鄰的塊之間串聯(lián)一個二極管，并且所述N-1個二極管的導(dǎo)通方向相同。此時，上述改變反射單元的反射能力的方法可以包括:通過分別改變向反射單元施加的偏壓的方向來分別改變其反射能力。
[0096]以上方法中各個步驟的具體實(shí)現(xiàn)方法在前文已有詳述，這里不再贅述。
[0097]以下結(jié)合圖9和10給出了兩種優(yōu)選的根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變反射單元的反射能力的具體方式。
[0098]一、使用基于發(fā)射周期內(nèi)時間段的策略[0099]如圖9所示，當(dāng)來自閱讀器的射頻信號的功率由小到大達(dá)到預(yù)設(shè)的功率閾值時，在to時刻，第一個發(fā)射周期到達(dá)，則開始學(xué)習(xí)閱讀器的發(fā)射周期，經(jīng)過Tw的時長，在tl時亥|J，射頻信號的功率回落到此功率閾值，此時可以學(xué)習(xí)到閱讀器的發(fā)射周期為--，這樣，就能根據(jù)射頻信號的功率和預(yù)設(shè)的功率閾值確定出射頻信號的發(fā)射周期TM。在學(xué)習(xí)到發(fā)射周期之后，可以按預(yù)設(shè)的策略將發(fā)射周期劃分為兩個時間段T1和T2，并在每個發(fā)射周期到來時，在此發(fā)射周期內(nèi)的各個時間段采用不同的反射方案(這里，所謂反射方案指的是使一組特定的反射單元具有反射能力，不同的反射方案是指使不同組的反射單元具有反射能力的反射方案)。如圖9所示，在t2時刻，第二個發(fā)射周期到來，在此發(fā)射周期內(nèi)，從t2到t3的時間段T1采用反射方案I ;而從t3時刻開始到此發(fā)射周期結(jié)束的時間段T2采用反射方案2 ;在t4時刻，第三個發(fā)射周期到來，在此發(fā)射周期內(nèi)，從t4到t5的時間段T1采用反射方案3 ;而從t5時刻開始到此發(fā)射周期結(jié)束的時間段T2采用反射方案4。以此類推，在后續(xù)的每個發(fā)射周期內(nèi)，在時間段T1和T2采用不同的反射方案，圖9中就不再一一示出。其中，在屬于不同發(fā)射周期的時間段，可以采用相同或不同的反射方案。
[0100]二、使用基于發(fā)射周期的策略
[0101]如圖10所示，當(dāng)來自閱讀器的射頻信號的功率由小到大達(dá)到預(yù)設(shè)的功率閾值時，在to時刻，第一個發(fā)射周期到達(dá)，則采用第一個發(fā)射周期對應(yīng)的反射方案1，經(jīng)過Tw的時長，射頻信號的功率回落到此功率閾值，此發(fā)射周期結(jié)束；之后，在每個發(fā)射周期到來時，開始采用該發(fā)射周期對應(yīng)的反射方案。如圖10所示，在tl時刻，第二個發(fā)射周期到來，在此發(fā)射周期內(nèi)，采用反射方案2 ;在t2時刻，第三個發(fā)射周期到來，在此發(fā)射周期內(nèi)，采用反射方案3 ;在t3時刻，第四個發(fā)射周期到來，在此發(fā)射周期內(nèi)，采用反射方案4。以此類推，在后續(xù)的每個發(fā)射周期到來時采用當(dāng)前的發(fā)射周期對應(yīng)的反射方案，圖10中就不再一一示出。其中，任兩個發(fā)射周期可以對應(yīng)相同或不同的反射方案。
[0102]本發(fā)明還提供了一種機(jī)器可讀的存儲介質(zhì)，存儲用于使一機(jī)器執(zhí)行如本文所述的控制方法的指令。具體地，可以提供配有存儲介質(zhì)的系統(tǒng)或者裝置，在該存儲介質(zhì)上存儲著實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例中任一實(shí)施例的功能的軟件程序代碼，且使該系統(tǒng)或者裝置的計(jì)算機(jī)(或CPU或MPU)讀出并執(zhí)行存儲在存儲介質(zhì)中的程序代碼。
[0103]在這種情況下，從存儲介質(zhì)讀取的程序代碼本身可實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例中任何一項(xiàng)實(shí)施例的功能，因此程序代碼和存儲程序代碼的存儲介質(zhì)構(gòu)成了本發(fā)明的一部分。
[0104]用于提供程序代碼的存儲介質(zhì)實(shí)施例包括軟盤、硬盤、磁光盤、光盤(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁帶、非易失性存儲卡和 ROM?？蛇x擇地，可以由通信網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器計(jì)算機(jī)上下載程序代碼。
[0105]此外，應(yīng)該清楚的是，不僅可以通過執(zhí)行計(jì)算機(jī)所讀出的程序代碼，而且可以通過基于程序代碼的指令使計(jì)算機(jī)上操作的操作系統(tǒng)等來完成部分或者全部的實(shí)際操作，從而實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例中任意一項(xiàng)實(shí)施例的功能。
[0106]此外，可以理解的是，將由存儲介質(zhì)讀出的程序代碼寫到插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的擴(kuò)展板中所設(shè)置的存儲器中或者寫到與計(jì)算機(jī)相連接的擴(kuò)展單元中設(shè)置的存儲器中，隨后基于程序代碼的指令使安裝在擴(kuò)展板或者擴(kuò)展單元上的CPU等來執(zhí)行部分和全部實(shí)際操作，從而實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例中任一實(shí)施例的功能。 [0107]綜上，本發(fā)明實(shí)施例提出的射頻識別天線，能動態(tài)調(diào)整其輻射方向和輻射范圍，不僅實(shí)現(xiàn)成本低、尺寸小，而且使用方便、讀取空洞少，具有很高的實(shí)用性。
[0108]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于射頻識別的天線，包括輻射單元(101)和反射電磁波的能力可以改變的至少兩個反射單元(102);所述反射單元(102)排列在所述輻射單元(101)周圍，所述反射單元(102 )為電導(dǎo)體；所述輻射單元(101)發(fā)射電磁波；及所述反射單元(102 )反射來自所述輻射單元(101)的電磁波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中，所述反射單元(102)可被手動調(diào)整來改變其反射所述電磁波的能力，從而使得一個或多個反射單元(102)具有反射電磁波的能力，而其它反射單元(102)被禁用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，所述反射單元(102)可響應(yīng)于外部的控制信號而改變其反射電磁波的能力，從而使得所述反射單元(102)中的一個或多個具有反射所述電磁波的能力而其它反射單元(102)被禁用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線，進(jìn)一步包括控制單元；所述控制單元根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述反射單元(102)反射電磁波的能力，以使其中一個或多個反射單元(102)具有反射電磁波的能力而其它反射單元(102)被禁用。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的天線，其中，每一反射單元(102)包括N個串聯(lián)的塊(bl，b2，…，bn)和N-1個二極管，其中，N為大于I的整數(shù)，每兩個相鄰的塊之間串聯(lián)一個二極管，并且所述N-1個二極管的導(dǎo)通方向相同；每一個塊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢小于二極管的偏置電壓，當(dāng)施加在二極管上的偏置電壓改變時反射單元(102)反射電磁波的能力改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其中，所述反射單元(102)為表面鍍有導(dǎo)電金屬層的板，所述導(dǎo)電金屬層上蝕刻有所述N個塊(bl，b2，…，bn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其中，每一反射單元(102)為平面的反射板；并且， 在每一反射單元(102) 中，所述N個塊為大小相同的矩形塊(bl，b2，…，bn)，且每一矩形塊的長度和寬度都不超過λ/2，其中λ為所述天線的工作頻率對應(yīng)的電磁波的波長。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的天線，其中，每一反射單元(102)到所述輻射單元(101)的距離相同；和/或，所述的至少兩個反射單元(102)沿圓形曲線或?qū)ΨQ多邊形曲線排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，所述控制單元具有下述功能:根據(jù)天線中饋線的射頻信號的功率，按照所述預(yù)設(shè)的策略改變所述反射單元(102)反射電磁波的能力。
10.一種用于控制權(quán)利要求1中所述的天線的控制單元，所述控制單元包括:方向耦合器(602)、功率檢測器(603)和控制器；其中: 所述方向耦合器(602)從射頻信號中提取前向的射頻信號，再將所述前向射頻信號輸出給所述功率檢測器(603)； 所述功率檢測器(603)獲取所述前向射頻信號的功率并提供給所述控制器； 控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的策略和獲取的所述射頻信號的功率確定出應(yīng)具有反射電磁波能力的反射單元，并改變向所述反射單元(102)輸出的偏置電壓，以改變所述反射單元(102)反射電磁波的能力，使根據(jù)預(yù)設(shè)的策略確定出的相應(yīng)的一個或多個反射單元(102)具有反射電磁波的能力而其它反射單元(102)被禁用，其中，所述控制策略為射頻信號的功率閾值和/或發(fā)射時間與應(yīng)具有反射電磁波的能力的反射單元(102)之間的對應(yīng)關(guān)系。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制單元，所述控制器包括控制邏輯單元(604)和偏置電壓控制器(605);其中:所述控制邏輯單元(604)根據(jù)所述策略和所述獲取的射頻信號的功率確定出射頻信號的功率或時間與應(yīng)具有反射電磁波的能力的反射單元(102)之間的對應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)該對應(yīng)關(guān)系向所述偏置電壓控制器(605)發(fā)出指令；及 所述偏置電壓控制器(605)按來自所述控制邏輯單元(604)的指令改變向所述反射單元(102)輸出的偏置電壓，以改變所述反射單元(102)反射電磁波的能力，使根據(jù)預(yù)設(shè)的策略和功率確定出的一個或多個反射單元(102)具有反射電磁波的能力而其它反射單元(102)被禁用。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制單元，其中，所述控制單元設(shè)置在與所述天線連接的發(fā)射機(jī)的外部，所述控制單元進(jìn)一步包括偏置器(601); 所述偏置器(601)從所述天線的饋線接收混合了所述射頻信號和直流信號的信號，從該路信號中獲取直流信號并輸出給所述控制器，以提供直流電源，并將信號中的所述射頻信號輸出給所述方向I禹合器(602 )。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制單元，其中，所述控制單元設(shè)置在所述天線連接的發(fā)射機(jī)的外部，所述控制單元進(jìn)一步包括:電源(701)，其用于為所述控制器提供直流電源。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制單元，其中所述控制單元集成在與所述天線連接的發(fā)射機(jī)中； 所述方向耦合器(602)直接從所述發(fā)射機(jī)內(nèi)的射頻模塊(802)接收所述射頻信號并從中提取所述前向的射頻信號；及， 所述控制器由所述發(fā)射機(jī)內(nèi)的電源模塊(801)供電。
15.一種射頻識別系統(tǒng)，包括閱讀器和標(biāo)簽；所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的天線；或者， 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述閱讀器包括控制單元，該控制單元可根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述的反射單元(102)反射電磁波的能力，以使其中一個或多個反射單元(102)具有反射所述電磁波的能力而其它反射單元(102)被禁用；或者， 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線和控制單元，其中該控制單元可根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述反射單元(102)反射所述電磁波的能力，以使其中一個或多個反射單元(102)具有反射電磁波的能力而其它反射單元(102)被禁用。
16.一種用于控制權(quán)利要求1所述天線的方法，該方法包括: 根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述反射單元反射電磁波的能力，以使其中一個或多個反射單元具有反射電磁波的能力而其它反射單元被禁用。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述預(yù)設(shè)的策略定義了射頻信號的功率閾值與應(yīng)具有反射電磁波能力的反射單元之間的對應(yīng)關(guān)系； 所述根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述天線的反射單元反射電磁波的能力的步驟包括: 確定所述天線連接的發(fā)射機(jī)發(fā)射的射頻信號的功率；及， 根據(jù)所述預(yù)設(shè)的策略，確定所述射頻信號的功率對應(yīng)的一個或多個反射單元，并通過改變反射單元反射電磁波的能力來使所述功率對應(yīng)的所述一個或多個反射單元具有反射所述電磁波的能力，而其它反射單元被禁用。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述預(yù)設(shè)的策略定義了時間與應(yīng)具有反射電磁波能力的反射單元之間的對應(yīng)關(guān)系；所述根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變天線中反射單元反射電磁波的能力的步驟包括: 根據(jù)所述預(yù)設(shè)的策略，每當(dāng)進(jìn)入一時間段時，確定該時間段應(yīng)當(dāng)對應(yīng)的一個或多個反射單元，并通過改變反射單元反射所述電磁波的能力來使該時間段對應(yīng)的所述一個或多個反射單元具有反射所述電磁波的能力，而其它反射單元被禁用。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述預(yù)設(shè)的策略定義了射頻信號的發(fā)射周期與應(yīng)具有反射電磁波能力的反射單元之間的對應(yīng)關(guān)系； 所述根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變反射單元所述天線中所述反射單元反射電磁波能力的步驟包括: 確定來自所述天線連接的發(fā)射機(jī)的射頻信號的功率； 根據(jù)所述預(yù)設(shè)的策略，每當(dāng)進(jìn)入一發(fā)射周期，則確定該發(fā)射周期對應(yīng)的一個或多個反射單元，并通過改變反射單元反射電磁波的能力來使該發(fā)射周期對應(yīng)的所述一個或多個反射單元具有反射電磁波的能力，而其它反射單元被禁用。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述預(yù)設(shè)的策略定義了射頻信號的發(fā)射周期內(nèi)的多個時間段與應(yīng)具有反射電磁波能力的反射單元之間的對應(yīng)關(guān)系； 根據(jù)預(yù)設(shè)的策略改變所述反射單元反射電磁波的能力的步驟包括: 確定所述來自所述天線連接的發(fā)射機(jī)的射頻信號的功率； 根據(jù)所述射頻信號功率的變化確定所述射頻信號的發(fā)射周期； 根據(jù)所述預(yù)設(shè)的策略，確定所述發(fā)射周期內(nèi)的各個時間段；及， 根據(jù)所述預(yù)設(shè)的策略，在每一發(fā)射周期內(nèi)，每當(dāng)進(jìn)入該發(fā)射周期內(nèi)的一個時間段時，則確定該時間段對應(yīng)的一個或多個反射單元，并通過改變反射單元反射電磁波的能力來使該時間段對應(yīng)的所述一個或多個反射單元具有反射所述電磁波的能力。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至20任一項(xiàng)所述的方法，其中，每一反射單元包括N個串聯(lián)的塊和N-1個二極管，其中，N為大于I的整數(shù)，每兩個相鄰的塊之間串聯(lián)一個二極管，并且所述N-1個二極管的導(dǎo)通方向相同；所述塊的尺寸在一定范圍內(nèi)以使所述塊上產(chǎn)生的感應(yīng)電流不足以對所述天線輻射的電場構(gòu)成影響；通過改變向所述反射單元輸出的偏置電壓的方向，改變所述反射單元反射電磁波的能力，從而使其中一個或多個反射單元具有反射電磁波的能力而其它反射單元被禁用。
【文檔編號】G06K19/077GK103682635SQ201210359864
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】袁勇, 喻丹 申請人:西門子公司