基于谐振的高频射频识别通信系统技术方案

公开了用于改善近场通信系统的设备、系统和方法。在一个实施例中，公开了一种设备，包括被配置为生成磁场的至少一个发射谐振器；至少一个接收谐振器，所述至少一个接收谐振器与所述发射谐振器物理上分离并被配置为使用所述磁场接收来自近场通信(NFC)标签的数据传输；以及一个接收模块，所述接收模块耦合到所述接收谐振器并被配置为处理数据传输。收谐振器并被配置为处理数据传输。收谐振器并被配置为处理数据传输。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于谐振的高频射频识别通信系统


[0001]本公开实施例涉及近场通信(NFC)系统，尤其涉及使用改进的NFC技术的射频识别系统。

技术介绍

[0002]射频识别(RFID)技术用于识别和跟踪附接于对象的标签。这些标签由无线电接收器和发射器组成。RFID读取设备发射电磁信号，并且标签接收该信号。作为响应，所述标签发送数字数据，诸如库存量单位(SKU)值，序列号或类似的数字数据。
[0003]现有的RFID系统在各种已调节和未调节的频带中操作，通常在ISO/IEC 18000中定义。低频(LF)RFID系统通常在120
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150kHz频带中操作，并且被用于动物跟踪，访问控制和类似系统。高频(HF)RFID系统主要在13.56MHz操作并且包括NFC以及票务、支付和数据传输应用。超高频(UHF)RFID系统在433MHz或大约433MHz频带中运行，并且通常用于库存管理。
[0004]UHF RFID系统提供更长距离读取，通常约十二(12)米。相反，LF和HF RFID系统可以分别只读十(10)厘米到一(1)米之间的标签。然而，UHF RFID系统比LF和HF RFID系统更容易受到干扰和误读。尽管UHF RFID标签和干扰/误读的成本增加，但对于大规模库存管理来说，显著更长的读取距离对于大规模库存管理是至关重要的。因此，许多制造商、零售商及其他实体采用UHF RFID系统，并且试图通过精心的天线布局来补偿此类系统的缺陷。
[0005]然而，利用UHF RFID的现有技术在减少负面副作用的同时无法充分满足许多实体的需求。例如，此类系统的误读率和越界读取率仍然普遍高(分别为大约23％和42％)。因此，有必要在RFID系统的现有状态下提供改进的RFID读取器，其在保持由UHF RFID系统提供的更长读取距离的同时减少了现有RFID系统的误读及越界读取。

技术实现思路

[0006]本公开实施例解决了RFID系统的上述及其他技术问题。
[0007]本公开实施例总体上描述了使用多个高谐振线圈来构造解决上述问题的磁场。与具体强调使用低品质因子线圈以防止谐振的现有系统相比，本公开实施例利用具有大的、高品质因子(Q)的电磁线圈。具体地，本公开实施例利用比现有系统数量级更高的Q因子。通过使用此类线圈，在相同的发射功率约束下将更多的能量传送到标签。此外，使用高Q因子线圈允许读取器对由标签反向散射的弱信号进行解码。
[0008]本公开实施例另外采用使用无源自干扰消除设计来设计的读取器，以减少从发射(TX)链路到接收(RX)链路的泄漏，这种泄漏影响所述读取器的灵敏度和读取范围。通过使用高Q因子线圈，所述读取器针对稍微远离中心频率的信号产生急剧退化。为了补救该退化，本公开实施例调谐RX线圈的谐振频率，使其偏离TX线圈的频率。在一些实施例中，所述读取器另外采用窄带陷波滤波器。因此，读取器到标签的下行链路和标签到读取器的上行链路几乎是正交的，从而最小化了自干扰。
[0009]本公开实施例还包括多线圈磁束成形装置。与现有的RFID系统相比，该装置确保
标签通电而无论它们的方向如何。所述磁束成形装置使得读取器能够通过使用具有二相配置(例如，零和π)的两个线圈来控制其磁场。所述磁束成形装置使得所述读取器能够瞬时扫描所有附近位置处的所有方向。
[0010]本公开实施例另外采用无源磁中继器来提高读取范围和可靠度。在一些实施例中，所述中继器包括由来自TX线圈的磁场所激励的无电池中继器。所述中继器接着再生一个互补场以多元化向量场的总维数并增强其强度。
[0011]本所公开实施例可以组合成单个RFID读取器设备。该读取器设备可以读取标准NFC标签，不需要重新实现工业标准标签。
[0012]在一个实施例中，公开了一种设备，所述设备包括被配置为生成磁场的至少一个发射谐振器；至少一个接收谐振器，所述至少一个接收谐振器与所述发射谐振器物理分离并且被配置为使用所述磁场接收来自近场通信(NFC)标签的数据传输；以及一个接收模块，所述接收模块耦合到所述接收谐振器并且被配置为处理所述数据传输。
[0013]在另一实施例中，公开了一种包括读取器设备的系统，所述读取器设备包括被配置为生成磁场的至少一个发射谐振器，至少一个接收谐振器，所述至少一个接收谐振器与所述发射谐振器物理分离并且被配置为使用所述磁场接收来自近场通信(NFC)标签的数据传输，一个接收模块，所述接收模块耦合到所述接收谐振器并且被配置为处理所述数据传输，位于所述至少一个发射谐振器与所述至少一个接收谐振器之间的复数个NFC标签；以及位于所述至少一个发射谐振器与所述至少一个接收谐振器之间的至少一个中继器。
[0014]在另一实施例中，公开了一种方法，所述方法包括：编码在载波信号上的传输数据；经由被配置为生成磁场的至少一个发射谐振器传输在所述载波信号上编码的所述数据至近场通信(NFC)标签；经由物理上与所述发射谐振器分离的至少一个接收谐振器，接收由NFC标签使用所述磁场生成的返回信号；经由RF模拟前端，自所述返回信号消除自干扰，以生成干净信号；以及数字化并传输所述干净信号至中央处理模块。
附图说明
[0015]从对如附图中所示的实施例的以下描述中，本公开前述的及其他目的、特征和优点将显而易见，其中，贯穿各个视图附图标记指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在示出本公开的原理上。
[0016]图1是示出了根据本公开的一些实施例的多个RFID系统的信号强度特性的图。
[0017]图2是根据本公开的一些实施例的谐振NFC读取器
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标签系统的框图。
[0018]图3是根据本公开的一些实施例的改进NFC系统的框图。
[0019]图4是示出具有小Q因子的线圈的频率响应和具有大Q因子的线圈的频率响应的曲线图。
[0020]图5示出了根据一些实施例的在不同读取距离处的NFC系统的测量的自干扰特性。
[0021]图6示出了根据本公开的一些实施例的归因于无源自干扰消除电路的信号抑制。
[0022]图7示出了根据本公开的一些实施例的两个相互垂直的发射线圈及相关的磁性向量场。
[0023]图8A是根据本公开的一些实施例的由谐振器激励的中继器图。
[0024]图8B是根据本公开的一些实施例的对中继器进行建模的电路图。
[0025]图8C是示出根据本公开的一些实施例的中继器的电流强度响应以及谐振器与中继器之间的相位差的图。
[0026]图9是根据本公开的一些实施例的多通道读取器的框图。
[0027]图10是示出多个NFC读取器的读取距离的测试结果数据的图。
[0028]图11是示出根据本公开的一些实施例的当使用中继器时信号强度改善的曲线图。
[0029]图12是示出根据本公开的一些实施例的所公开的实施例、标准NFC以及UHF RFID系统之间的信号损耗的对比曲线图。
[0030]图13是示出使用本公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，包括：至少一个发射谐振器，被配置为生成磁场；至少一个接收谐振器，所述至少一个接收谐振器与所述发射谐振器物理分离并且被配置为使用所述磁场从近场通信(NFC)标签接收数据传输；以及，接收模块，所述接收模块耦合到所述接收谐振器并且被配置为处理所述数据传输。2.如权利要求1所述的设备，所述发射谐振器和接收谐振器各自包括相应的线圈和并联电容器，其中所述发射谐振器被调谐到第一频率并且所述接收谐振器被调谐到第二频率。3.如权利要求2所述的设备，其中，选择所述第一频率以匹配所述NFC标签的接收频率，并且选择所述第二频率以匹配所述NFC标签的发射频率。4.如权利要求1所述的设备，所述至少一个发射谐振器包括多个发射谐振器。5.如权利要求4所述的设备，所述多个发射谐振器包括两个至六个发射谐振器。6.如权利要求5所述的设备，所述多个发射谐振器包括四个发射谐振器。7.如权利要求4所述的设备，还包括波束成形器，所述波束成形器被配置为调谐所述多个发射谐振器中的每个发射谐振器的相位参数。8.如权利要求1所述的设备，所述至少一个发射谐振器包括具有高品质(Q)因子的发射线圈，所述高Q因子包括超过预先配置的阈值的Q因子。9.如权利要求8所述的设备，所述发射线圈的Q因数为256。10.如权利要求8所述的设备，所述至少一个接收谐振器包括具有Q因子188的接收线圈。11.如权利要求1所述的设备，所述至少一个接收谐振器与所述发射谐振器物理上分离一个距离，所述距离在100厘米和300厘米之间。12.如权利要求1所述的设备，所述接收模块还包括陷波滤波器，所述陷波滤波器被配置为具有围绕所述发射谐振器的发射频率的抑制。13.如权利要求12所述的设备，所述接收模块还包括耦合到所述陷波滤波器的射频(RF)模拟前端和耦合到所述RF模拟前端的数字后端。14...

【专利技术属性】
技术研发人员：马云飞，林贤上，张鹏宇，刘洪强，赵仁杰，张铭，
申请(专利权)人：阿里巴巴集团控股有限公司，
类型：发明
国别省市：