專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備的制作方法
一種可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及發(fā)射機(jī)的多天線(xiàn)復(fù)用技術(shù)和天線(xiàn)全覆蓋技術(shù)，特別涉及可以驅(qū)動(dòng) 大量天線(xiàn)進(jìn)行可控可擴(kuò)展的輪詢(xún)端口緊湊式放置的天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備。
背景技術(shù)：
天線(xiàn)全覆蓋技術(shù)是一種能夠使天線(xiàn)在指定范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)空洞覆蓋的技術(shù)。通?？?以使用多個(gè)發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)多個(gè)天線(xiàn)以空間互補(bǔ)的方式實(shí)現(xiàn)指定空間內(nèi)的無(wú)空洞的天線(xiàn)全覆 蓋。在某些應(yīng)用場(chǎng)合中，為了減少發(fā)射機(jī)數(shù)量而降低系統(tǒng)部署成本，人們往往使用天線(xiàn)輪詢(xún) 復(fù)用的技術(shù)。這種方式能夠使用少量甚至一個(gè)發(fā)射機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)天線(xiàn)進(jìn)行輪詢(xún)，并且能實(shí) 現(xiàn)同一位置或不同位置下的天線(xiàn)的全覆蓋。例如在RFID倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中，使用一個(gè)讀寫(xiě)器 以天線(xiàn)輪詢(xún)的方式驅(qū)動(dòng)大量讀寫(xiě)器天線(xiàn)進(jìn)行輪詢(xún)工作完成對(duì)不同位置大量貨物的周期性 盤(pán)點(diǎn)，從而直接大幅度降低整個(gè)RFID管理系統(tǒng)的部署成本。而一般的讀寫(xiě)器的天線(xiàn)負(fù)載能 力都在一個(gè)到四個(gè)之間，并且隨著天線(xiàn)個(gè)數(shù)的增加讀寫(xiě)器碰撞問(wèn)題和功率限制問(wèn)題也趨于 明顯。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，我國(guó)公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)(專(zhuān)利號(hào)為200810056342)提出了一種 天線(xiàn)輪詢(xún)切換設(shè)備。該設(shè)備通過(guò)時(shí)分多路(TDMA)方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)各個(gè)天線(xiàn)端口。這樣不僅擴(kuò)展 了發(fā)射機(jī)端口，同時(shí)也有效避免了發(fā)射機(jī)碰撞和發(fā)射功率問(wèn)題。其核心實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)555 定時(shí)器產(chǎn)生周期性方波驅(qū)動(dòng)三八譯碼器各個(gè)輸出來(lái)控制機(jī)械開(kāi)關(guān)的周期性導(dǎo)通與斷開(kāi)，從 而實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單，低成本的八端口天線(xiàn)輪詢(xún)。
在某些需要大量輪詢(xún)天線(xiàn)，快速切換的應(yīng)用場(chǎng)合，例如在RFID系統(tǒng)中，一個(gè)讀寫(xiě) 器輪詢(xún)一百個(gè)天線(xiàn)進(jìn)行大范圍周期性貨物的盤(pán)點(diǎn)，上述設(shè)備便會(huì)產(chǎn)生以下主要的四個(gè)問(wèn) 題。一是大量天線(xiàn)輪詢(xún)級(jí)聯(lián)時(shí)的頻率不能精確協(xié)調(diào)問(wèn)題，因?yàn)槊總€(gè)級(jí)聯(lián)的輪詢(xún)?cè)O(shè)備的時(shí)鐘 的是各自獨(dú)立的，通過(guò)人為調(diào)節(jié)可調(diào)電阻來(lái)使各級(jí)聯(lián)設(shè)備達(dá)到頻率的協(xié)調(diào)是不可靠的，這 必定會(huì)存在頻率的偏差，那么隨著時(shí)間的推移偏差效果逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，從而導(dǎo)致了輪詢(xún)邏 輯的混亂，所以這種進(jìn)行級(jí)聯(lián)獨(dú)立的設(shè)備進(jìn)行大量天線(xiàn)輪詢(xún)的方法是不可靠的。二是在超 高頻UHF頻段下射頻開(kāi)關(guān)支路會(huì)對(duì)超高頻UHF頻段信號(hào)功率產(chǎn)生衰減，而上述發(fā)明是基于 高頻(HF) RFID系統(tǒng)的，并沒(méi)有對(duì)開(kāi)關(guān)的具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做設(shè)計(jì)。三是大量天線(xiàn)輪詢(xún)時(shí)的輪詢(xún) 速率問(wèn)題，因?yàn)樯鲜霭l(fā)明所選取的是機(jī)械開(kāi)關(guān)，其開(kāi)關(guān)速率通常在O. 3ms左右，這在大量天 線(xiàn)高速輪詢(xún)時(shí)是不適用的，并且在UHF頻段，機(jī)械開(kāi)關(guān)的寄生效應(yīng)也非常明顯。最后是對(duì)輪 詢(xún)?cè)O(shè)備的可控問(wèn)題，分散獨(dú)立的模塊級(jí)聯(lián)無(wú)法做到對(duì)整體天線(xiàn)輪詢(xún)的同一管理和控制。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于克服上述發(fā)明中的四個(gè)問(wèn)題，提出了一種工作在UHF頻 段下，大量輪詢(xún)天線(xiàn)集中式管理并且可以根據(jù)需求對(duì)天線(xiàn)端口進(jìn)行擴(kuò)展的高速天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè) 備。從而實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)讀寫(xiě)器便可以實(shí)現(xiàn)大范圍大數(shù)量的不同位置的電子標(biāo)簽的周期性盤(pán)
本發(fā)明的原理是在讀寫(xiě)器和天線(xiàn)之間增加一輪詢(xún)?cè)O(shè)備，通過(guò)設(shè)備中的控制芯片發(fā) 送PWM信號(hào)來(lái)控制射頻二極管的周期性導(dǎo)通與斷開(kāi)，使讀寫(xiě)器一個(gè)射頻端口與多個(gè)讀寫(xiě)器 天線(xiàn)在一個(gè)周期內(nèi)分別連通，從而使各個(gè)天線(xiàn)分時(shí)工作。
本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，主要包括輪詢(xún)控制主板和多個(gè) 天線(xiàn)輪詢(xún)單板兩大部分。
輪詢(xún)控制主板包括中央控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、發(fā)射機(jī)端接口、發(fā)射機(jī)端阻抗匹配網(wǎng) 絡(luò)、控制開(kāi)關(guān)陣列模塊、主控板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板射頻接口、主控板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板的控制信 號(hào)接口、電源模塊和RS232串口模塊等；
天線(xiàn)輪詢(xún)單板包括天線(xiàn)端接口，天線(xiàn)端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，主控板與輪詢(xún)單板射射頻 信號(hào)接口，主控板輪詢(xún)單板基帶控制信號(hào)接口和控制開(kāi)關(guān)陣列模塊；開(kāi)關(guān)可使用繼電器開(kāi) 關(guān)、微波射頻PIN 二極管開(kāi)關(guān)、MEMS機(jī)電開(kāi)關(guān)等；控制開(kāi)關(guān)陣列模塊可使用總線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 和樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
輪詢(xún)控制主板包括中央控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、發(fā)射機(jī)端接口、發(fā)射機(jī)端阻抗匹配網(wǎng) 絡(luò)、控制開(kāi)關(guān)陣列模塊、主控板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板射頻接口、主控板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板的控制信 號(hào)接口、電源模塊和RS232串口模塊等；其中中央控制模塊用于產(chǎn)生天線(xiàn)輪詢(xún)所需要的PWM 控制脈沖；驅(qū)動(dòng)模塊與中央控制模塊相連，用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)陣列工作；發(fā)射機(jī)端接口用于與 發(fā)射機(jī)的一個(gè)射頻端口相連；發(fā)射機(jī)端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用于發(fā)射機(jī)與輪詢(xún)?cè)O(shè)備射頻輸入信號(hào) 的阻抗匹配；控制開(kāi)關(guān)陣列模塊為射頻輸入信號(hào)向各個(gè)天線(xiàn)輪詢(xún)單板周期性分發(fā)信號(hào)提供 了射頻通道，同時(shí)也受控于中央控制模塊；主控板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板射頻接口用于主控板與 天線(xiàn)輪詢(xún)單板之間的射頻信號(hào)連接；主控板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板的控制信號(hào)接口用于主控板與 天線(xiàn)輪詢(xún)單板基帶控制信號(hào)的連接；電源模塊為整個(gè)主控制板和輪詢(xún)單板提供所需電源； RS232串口模塊用于通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)天線(xiàn)輪詢(xún)端口進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪詢(xún)端口的控制與監(jiān)控。
天線(xiàn)輪詢(xún)單板包括天線(xiàn)端接口，天線(xiàn)端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，主控板與輪詢(xún)單板射射頻 信號(hào)接口，主控板輪詢(xún)單板基帶控制信號(hào)接口和控制開(kāi)關(guān)陣列模塊；其中天線(xiàn)端接口用于 與多個(gè)天線(xiàn)相連；天線(xiàn)端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)用于天線(xiàn)端射頻輸出信號(hào)的阻抗匹配；主控板與輪 詢(xún)單板射頻信號(hào)接口和基帶控制信號(hào)接口分別用于傳送主控板PWM控制信號(hào)和由控制主 板上開(kāi)關(guān)陣列送來(lái)的射頻信號(hào)；輪詢(xún)單板上的開(kāi)關(guān)陣列模塊為射頻信號(hào)的在各個(gè)天線(xiàn)端口 的輪詢(xún)提供射頻通路，同時(shí)也受控于中央控制模塊。
開(kāi)關(guān)模塊中所使用的開(kāi)關(guān)可以為繼電器開(kāi)關(guān)、微波射頻PIN 二極管開(kāi)關(guān)、MEMS機(jī) 電開(kāi)關(guān)等；控制開(kāi)關(guān)陣列模塊可使用總線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，其擴(kuò)展端口的實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò) 輪詢(xún)控制主板并行控制輪詢(xún)單板，各天線(xiàn)輪詢(xún)單板通過(guò)主控板插槽與主控板垂直連接的方 式進(jìn)行單板的固定和基帶控制信號(hào)的傳輸，而射頻信號(hào)通過(guò)輪詢(xún)單板與主控板上對(duì)應(yīng)的接 口進(jìn)行相連。
本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，可以使用計(jì)算機(jī)通過(guò)設(shè)備的串 口對(duì)輪詢(xún)速率、所需輪詢(xún)端口位置和數(shù)量及輪詢(xún)端口狀態(tài)進(jìn)行控制和管理。
本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，輪詢(xún)控制主板可以通過(guò)板上的 插槽對(duì)輪詢(xún)單板進(jìn)行橫向擴(kuò)展。
本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，每個(gè)天線(xiàn)輪詢(xún)單板通過(guò)增加樹(shù)形開(kāi)關(guān)陣列枝節(jié)的個(gè)數(shù)來(lái)進(jìn)行天線(xiàn)端口的縱向擴(kuò)展。
本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，其中央控制處理模塊提供兩組通用數(shù)字接口(GPIO)用來(lái)輸出PWM控制信號(hào)，第一組所需GPIO的個(gè)數(shù)Z決定控制主板上可以擴(kuò)展的最大輪詢(xún)單板個(gè)數(shù)M，Z = M ;第二組所需GPIO的個(gè)數(shù)W決定各輪詢(xún)單板最大輪詢(xún)端口個(gè)數(shù)N，W = N-l+logz N ;所以設(shè)備能夠提供的天線(xiàn)輪詢(xún)端口總數(shù)目為MXN，需要總的GPIO數(shù)量為Z+W。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該設(shè)備不僅可以將大量輪詢(xún)接口放置于同一設(shè)備內(nèi)，而且可以實(shí)現(xiàn)可控可擴(kuò)展的天線(xiàn)輪詢(xún)。在倉(cāng)庫(kù)、圖書(shū)館、檔案館等RFID管理系統(tǒng)中，該設(shè)備在滿(mǎn)足發(fā)射功率需求的前提下，極大限度的減少了讀寫(xiě)器的使用數(shù)目，降低了 RFID系統(tǒng)的部署成本，并且擁有良好的穩(wěn)定性和可控性。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1是本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。其中I為輪詢(xún)控制主板，2為多個(gè)天線(xiàn)輪詢(xún)單板，11為中央控制模塊，12為讀寫(xiě)器端接口，13為讀寫(xiě)器端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，14為驅(qū)動(dòng)模塊，15為總線(xiàn)型控制開(kāi)關(guān)陣列模塊，16為 RS232串口模塊，17為電源模塊，18為主控板與輪詢(xún)單板射頻接口，19為主控板與輪詢(xún)單板控制信號(hào)接口，21為樹(shù)形控制開(kāi)關(guān)陣列模塊，22為天線(xiàn)端口阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，23為天線(xiàn)端接口，24為輪詢(xún)板與主控板間的射頻接口，111為主控制芯片，141為正相驅(qū)動(dòng)芯片，142為反相驅(qū)動(dòng)芯片，161為RS232串口電平轉(zhuǎn)換芯片，162為設(shè)備與計(jì)算機(jī)的控制接口。
圖2是本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備輪詢(xún)單板上的控制開(kāi)關(guān)陣列結(jié)構(gòu)示意圖。其中23為天線(xiàn)端接口，24為輪詢(xún)板與主控板間的射頻接口，211為PIN 射頻開(kāi)關(guān)二極管，VDl到VD8樹(shù)形結(jié)構(gòu)末級(jí)控制信號(hào)端，VDA和麗為樹(shù)形次級(jí)控制信號(hào)端， VDB和tbs為樹(shù)形初級(jí)控制彳目號(hào)$而。
圖3是本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備主控板上的射頻開(kāi)關(guān)陣列結(jié)構(gòu)示意圖。其中12為讀寫(xiě)器端射頻接口，18為主控板與輪詢(xún)單板射頻接口，151為PIN 射頻開(kāi)關(guān)二極管，VMl到VM5是總線(xiàn)型支路控制信號(hào)端，麗到麗是總線(xiàn)型總線(xiàn)各級(jí)控制信號(hào)端。圖4是本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備部分天線(xiàn)端口輪詢(xún)時(shí)序圖。其中S1、S2分別是對(duì)第一塊輪詢(xún)板和第二塊輪詢(xún)板輪詢(xún)時(shí)控制端信號(hào)的時(shí)序圖，VDU VD2、 VD3、VD4、VD5、VD6、VD7、VD8是每個(gè)輪詢(xún)板上輪詢(xún)端口的控制信，VDA、VDB是輪詢(xún)單板上的樹(shù)形開(kāi)關(guān)陣列支路控制信號(hào)，VM1、VM2是輪詢(xún)主板上的總線(xiàn)型開(kāi)關(guān)陣列支路控制信號(hào)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作具體說(shuō)明。應(yīng)該指出，所描述的實(shí)施例僅僅作為說(shuō)明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
圖1是以本 發(fā)明原理為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)用于檔案館RFID管理系統(tǒng)中的超高頻 (UHF)可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。該設(shè)備使得僅用一個(gè)讀寫(xiě)器便完成四十八個(gè)天線(xiàn)的輪詢(xún)?cè)L問(wèn)，實(shí)現(xiàn)了不同檔案柜中檔案的周期性盤(pán)點(diǎn)。該設(shè)備由輪詢(xún)控制主板I和多個(gè)天線(xiàn)輪詢(xún)單板2組成。其中輪詢(xún)控制主板包括中央控制模塊11、讀寫(xiě)器端 接口 12、讀寫(xiě)器端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)13、驅(qū)動(dòng)模塊14、總線(xiàn)型控制開(kāi)關(guān)陣列模塊15、RS232串口 模塊16、電源模塊17、主控板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板射頻接口 18和主板板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板的控制 信號(hào)接口 19，中央控制模塊主要由中央控制芯片111組成，驅(qū)動(dòng)模塊又分正相驅(qū)動(dòng)模塊141 和反向驅(qū)動(dòng)模塊142組成，RS232串口模塊又分為串口驅(qū)動(dòng)芯片161和設(shè)備控制與計(jì)算機(jī) 的接口 162組成。天線(xiàn)輪詢(xún)單板包括樹(shù)形控制開(kāi)關(guān)陣列模塊21、天線(xiàn)端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)22、 天線(xiàn)端接口 23和主控板與輪詢(xún)單板間的射頻信號(hào)接口 24組成。
如圖1所示，本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備的工作方式為，讀 寫(xiě)器的一個(gè)射頻端口通過(guò)同軸電纜與輪詢(xún)控制主板I上的端口 12進(jìn)行相連，各天線(xiàn)通過(guò)同 軸電纜與各輪詢(xún)單板的每一個(gè)天線(xiàn)端口 23進(jìn)行相連。輪詢(xún)控制主板I與各天線(xiàn)輪詢(xún)單板 2的連接方式為，通過(guò)主控板與輪詢(xún)單板控制信號(hào)接口 19提供的指狀型總線(xiàn)插槽將各輪詢(xún) 單板垂直連接并固定，通過(guò)主控板上的射頻接口 18與各單板上的射頻接口 24間的同軸線(xiàn) 相連來(lái)進(jìn)行射頻信號(hào)的傳輸。
主控板I主要由中央處理模塊11來(lái)進(jìn)行整個(gè)設(shè)備的輪詢(xún)控制，中央處理模塊 11使用德州儀器公司的微控制處理芯片MSP430F4152，其共有五十六個(gè)通用數(shù)字接口 (GPIO)，除去兩個(gè)GPIO接口用于串口通信，則在不擴(kuò)展其他功能和不進(jìn)行I/O 口擴(kuò)展的情 況下最大可以使用五十四個(gè)GPIO進(jìn)行輪詢(xún)控制，如果每個(gè)單板輪詢(xún)八個(gè)端口，需要十個(gè) GPIO接口，那么控制芯片極限情況下可以負(fù)載四十四塊輪詢(xún)單板，共可以輪詢(xún)?nèi)傥迨?個(gè)天線(xiàn)。這里作為一個(gè)簡(jiǎn)單易用的實(shí)例的實(shí)施方式，這里使用六個(gè)GPIO來(lái)支持六塊輪詢(xún)單 板的擴(kuò)展，使用另外十個(gè)GPIO實(shí)現(xiàn)每個(gè)單板八個(gè)天線(xiàn)端口的輪詢(xún)，為了簡(jiǎn)化圖示，輪詢(xún)單 板上僅畫(huà)出了四個(gè)端口。驅(qū)動(dòng)模塊14包含正相驅(qū)動(dòng)芯片74LVH162245和反相位驅(qū)動(dòng)芯片 74LV04D。74LVH162245與74LV04D直接連接GPIO來(lái)提供其驅(qū)動(dòng)能力，74LV04D主要用于為 同一 GPIO控制接口提供反向輸出邏輯?？偩€(xiàn)型射頻開(kāi)關(guān)控制陣列主要為由讀寫(xiě)器送往各 個(gè)輪詢(xún)單板的射頻信號(hào)提供通路并提供各個(gè)單板的輪詢(xún)控制提供控制接口。RS232串口模 塊16包括接口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX323和串口接口 162，主要為控制模塊提供串口電平的轉(zhuǎn)換 和為計(jì)算機(jī)控制設(shè)備提供接口。電源模塊17為控制模塊11、RS232串口模塊16和驅(qū)動(dòng)模 塊14提供3. 3V電源。
輪詢(xún)單板2主要為樹(shù)形開(kāi)關(guān)控制陣列模塊21，其通過(guò)接受從主控板送來(lái)的射頻信 號(hào)后為射頻信號(hào)提供了必要的輪詢(xún)通路和輪詢(xún)控制接口。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)22為一電阻、電容 和電感組成的等效網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)串口控制 MSP430F4152來(lái)改變GPIO端口 PWM脈沖寬度來(lái)改變輪詢(xún)速率。改變控制PWM脈沖的有無(wú)來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)特定輪詢(xún)端口的訪(fǎng)問(wèn)和屏蔽。
圖2所示是輪詢(xún)單板樹(shù)形射頻開(kāi)關(guān)控制模塊結(jié)構(gòu)圖，輪詢(xún)單板通過(guò)端口24接受射 頻信號(hào)，通過(guò)樹(shù)形拓?fù)涞姆绞较蚋鱾€(gè)天線(xiàn)端口 23周期性分發(fā)。211是所使用的PIN射頻二 極管開(kāi)關(guān)，型號(hào)是inf ineon公司的BA63-05W，其在UHF頻段導(dǎo)通時(shí)的衰減只有O.1dB,截止 時(shí)的衰減達(dá)到20dB以上，開(kāi)關(guān)開(kāi)啟速率為75ns。所有的控制信號(hào)端為高電平時(shí)二極管導(dǎo) 通，其中VDA與fBl:是一對(duì)互反的控制信號(hào)，VDB與fog.也是一對(duì)互反的控制信號(hào)。樹(shù)形拓?fù)?間的通路用微帶線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，為減小高頻損耗，每個(gè)T型節(jié)點(diǎn)處射頻信號(hào)的通路不能同時(shí)被打開(kāi)。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，圖示所示的每個(gè)開(kāi)關(guān)應(yīng)有各自的直流通道偏置通路，射頻扼流電感和隔 直電容。
圖3所示是主控板總線(xiàn)型射頻開(kāi)關(guān)控制陣列模塊圖，主控板通過(guò)端口 12連接到讀 寫(xiě)器的射頻端口，射頻信號(hào)通過(guò)總線(xiàn)通路分別送往各個(gè)主控板與輪詢(xún)單板的射頻接口 18。 151使用的是是BA63-05W射頻開(kāi)關(guān)二極管，為了簡(jiǎn)化圖示，這里依然沒(méi)有給出偏置電路，射 頻扼流電感和隔直電容。VM1、VM2、VM3、VM4、VM5分別與麗、爾5、爾3、WH、碩S是互反的 信號(hào)端。他們用于控制射頻信號(hào)向各個(gè)輪詢(xún)單板的周期分發(fā)。同樣，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的射頻開(kāi)關(guān) 不允許同時(shí)導(dǎo)通。
圖4所示是設(shè)備進(jìn)行端口輪詢(xún)時(shí)的部分時(shí)序圖。S1、S2分別是對(duì)第一塊輪詢(xún)板和 第二塊輪詢(xún)板輪詢(xún)時(shí)控制端信號(hào)的時(shí)序圖。信號(hào)處于高電平時(shí)其控制的PIN二極管為導(dǎo)通 狀態(tài)，并且為了簡(jiǎn)化圖示，其VDA、VDB、VMl、VM2的反向控制邏輯信號(hào)沒(méi)有給出。本發(fā)明所 述的邏輯控制信號(hào)均由MSP430內(nèi)部的定時(shí)器完成精確定時(shí)并輸出相應(yīng)的PWM控制信號(hào)進(jìn) 行控制，所以不僅可以根據(jù)需求改變輪詢(xún)的速率，也可以通過(guò)編程改變其邏輯順序或屏蔽 某個(gè)輪詢(xún)端口。
上面描述是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明及其實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況 確定多種實(shí)現(xiàn)方式，因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由該描述來(lái)限定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理 解，在不脫離本發(fā)明的范圍的任何修改或局部替換，均屬于本發(fā)明權(quán)利要求來(lái)限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，其特征在于包括輪詢(xún)控制主板和多個(gè)天線(xiàn)輪詢(xún)單板；輪詢(xún)控制主板包括中央控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、發(fā)射機(jī)端接口、發(fā)射機(jī)端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、控制開(kāi)關(guān)陣列模塊、主控板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板射頻接口、主控板與天線(xiàn)輪詢(xún)單板的控制信號(hào)接口、電源模塊和RS232串口模塊等；天線(xiàn)輪詢(xún)單板包括天線(xiàn)端接口，天線(xiàn)端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，主控板與輪詢(xún)單板射射頻信號(hào)接口，主控板輪詢(xún)單板基帶控制信號(hào)接口和控制開(kāi)關(guān)陣列模塊；開(kāi)關(guān)可根據(jù)系統(tǒng)工作頻率用微波射頻PIN 二極管開(kāi)關(guān)或MEMS機(jī)電開(kāi)關(guān)等；控制開(kāi)關(guān)陣列模塊可使用總線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，其特征在于其擴(kuò)展端口的實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)輪詢(xún)控制主板并行控制輪詢(xún)單板，各天線(xiàn)輪詢(xún)單板通過(guò)主控板插槽與主控板垂直連接的方式進(jìn)行單板的固定和基帶控制信號(hào)的傳輸，而射頻信號(hào)通過(guò)輪詢(xún)單板與主控板上對(duì)應(yīng)的接口采用同軸線(xiàn)等方式連接，是一種大量天線(xiàn)進(jìn)行緊湊型放置的方案。
3.如權(quán)利要求1所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，其特征在于計(jì)算機(jī)可以通過(guò)設(shè)備的串口對(duì)輪詢(xún)速率、所需輪詢(xún)端口位置和數(shù)量及輪詢(xún)端口狀態(tài)進(jìn)行控制和管理。
4.如權(quán)利要求1所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，其特征在于輪詢(xún)控制主板可以通過(guò)板上的插槽對(duì)輪詢(xún)單板進(jìn)行橫向擴(kuò)展，并且采用總線(xiàn)型的開(kāi)關(guān)陣列減小信號(hào)傳輸損耗。
5.如權(quán)利要求1所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，其特征在于每個(gè)天線(xiàn)輪詢(xún)單板通過(guò)增加樹(shù)形開(kāi)關(guān)陣列枝節(jié)的個(gè)數(shù)來(lái)進(jìn)行天線(xiàn)端口的縱向擴(kuò)展，并且樹(shù)形開(kāi)關(guān)陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有效的避免了 T形節(jié)點(diǎn)處開(kāi)路枝節(jié)帶來(lái)的傳輸損耗。
6.如權(quán)利要求1所述的可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，其特征在于其中央控制處理模塊提供兩組通用數(shù)字接口(GPIO)用來(lái)輸出PWM控制信號(hào)，第一組所需GPIO的個(gè)數(shù)Z決定控制主板上可以擴(kuò)展的最大輪詢(xún)單板個(gè)數(shù)M，Z = M ;第二組所需GPIO的個(gè)數(shù)W決定各輪詢(xún)單板最大輪詢(xún)端口個(gè)數(shù)N，W = N-l+log2N ;所以設(shè)備能夠提供的天線(xiàn)輪詢(xún)端口總數(shù)目為MXN，需要總的GPIO數(shù)量為Z+W。
全文摘要
本發(fā)明提出了可控可擴(kuò)展的緊湊型天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備。該設(shè)備能夠?qū)⒋罅康奶炀€(xiàn)同時(shí)連接在發(fā)射機(jī)的某一個(gè)射頻端口上并實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的可控輪詢(xún)，以實(shí)現(xiàn)分時(shí)驅(qū)動(dòng)各天線(xiàn)輪詢(xún)工作。本發(fā)明在發(fā)射機(jī)和天線(xiàn)之間串入一個(gè)天線(xiàn)輪詢(xún)?cè)O(shè)備，通過(guò)設(shè)備內(nèi)的控制芯片產(chǎn)生可控的周期性脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)開(kāi)關(guān)的周期性導(dǎo)通與斷開(kāi)，使各輪詢(xún)端口分時(shí)導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)發(fā)射機(jī)對(duì)多個(gè)天線(xiàn)的可控輪詢(xún)。該設(shè)備在天線(xiàn)增益滿(mǎn)足工作需求的情況下，可以根據(jù)需求進(jìn)行輪詢(xún)端口的二維擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)大量天線(xiàn)的可控輪詢(xún)。該發(fā)明可應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)、圖書(shū)館乃至檔案的RFID管理系統(tǒng)中，能夠最大限度減少讀寫(xiě)器的個(gè)數(shù)，從而大幅度降低系統(tǒng)成本。
文檔編號(hào)G06K7/00GK103034826SQ201210525539
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者李秀萍, 吉翔 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)