射频识别天线和用于使用该天线管理物品的装置.pdf

本发明公开了一种使用RFID技术的射频识别(RFID)读取器天线和用于使用该天线管理物品的装置，上述天线包括：馈电部，其一端连接到RFID读取器，而另一端接地；以及导电辐射电极，其通过与馈电部间隔一定距离而布置在馈电部上方，并且配置为通过与馈电部的电磁耦合发送一定频带的信号到贴附在每个物品上的RFID电子标签或从RFID电子标签接收一定频带的信号。

1、  一种射频识别即RFID读取器天线，包括：
馈电部，其一端连接到RFID读取器，而另一端接地；以及
辐射电极，其通过与所述馈电部间隔一定距离而布置，并且配置为通过与所述馈电部的电磁耦合发送一定频带的信号到贴附在每个物品上的RFID电子标签或从RFID电子标签接收一定频带的信号。

2、  根据权利要求1所述的天线，其中，所述辐射电极是通过与所述馈电部间隔一定距离而布置在所述馈电部上方的导电材料。

3、  根据权利要求1或2所述的天线，进一步包括负载电阻，其连接在所述馈电部的所述另一端和地之间，并且配置为允许从RFID读取器施加的电流平滑流过整个所述馈电部。

4、  根据权利要求1或2所述的天线，进一步包括：
副电极，其配置为通过与所述馈电部的电磁耦合来处理所述一定频带的信号；以及
副电阻，其连接在所述副电极的一端与地之间，并且配置为控制阻抗匹配。

5、  根据权利要求4所述的天线，其中，所述副电极通过与所述馈电部间隔一定距离而布置在与所述馈电部相同的表面上。

6、  根据权利要求4所述的天线，其中，所述副电极与所述馈电部平行布置在相同表面上。

7、  根据权利要求1或2所述的天线，其中所述一定频带是指超高频频带即UHF频带。

8、  根据权利要求1或2所述的天线，其中所述辐射电极配置为迂回形状。

9、  根据权利要求1或2所述的天线，其中所述馈电部形成在用于将物品存储在其上的货架上。

10、  一种用于管理物品的装置，包括：
至少一个配置为将物品存储在其上的货架；
至少一个射频识别即RFID读取器天线，其布置在货架上并且包括馈电部和辐射电极，所述馈电部的一端连接到RFID读取器而另一端接地，所述辐射电极与所述馈电部间隔一定距离，并且配置为通过与所述馈电部的耦合发送一定频带的信号到贴附在每个物品上的RFID电子标签或从RFID电子标签接收一定频带的信号；以及
RFID读取器，其配置为经由RFID读取器天线接收来自贴附在每个物品上的RFID电子标签的信息。

11、  根据权利要求10所述的装置，其中，所述辐射电极是通过与所述馈电部间隔一定距离而布置在所述馈电部上方的导电材料。

12、  根据权利要求10或11所述的装置，其中，所述RFID读取器天线设置为多个，
其中，上述装置进一步包括开关部，其配置为执行开关操作以使所述多个RFID读取器天线依次连接到所述RFID读取器上。

13、  根据权利要求10或11所述的装置，其中所述RFID读取器天线进一步包括：
负载电阻，其布置在所述馈电部的所述另一端与地之间，并且配置为允许从RFID读取器施加的电流平滑流过整个馈电部；
副电极，其通过与所述馈电部间隔一定距离而布置在与所述馈电部相同的表面上，并且配置为通过与所述馈电部的耦合来处理所述一定频带的信号；以及
副电阻，其连接在所述副电极与地之间，并且配置为控制阻抗匹配。

14、  根据权利要求13所述的装置，其中，所述副电极与所述馈电部平行布置在相同表面上。

15、  根据权利要求13所述的装置，其中，所述一定频带是指超高频频带即UHF频带。

射频识别天线和用于使用该天线管理物品的装置
相关申请
本公开涉及于2008年2月5提交的第10-2008-011838号韩国在先申请中所含的主题，其全部内容通过引用清楚地合并于此。
技术领域
本发明涉及一种射频识别(RFID)读取器天线和用于使用该天线管理物品的装置，尤其是涉及一种使用超高频(UHF)频带信号的用于货架的RFID天线和用于使用该天线管理物品的装置。
背景技术
通常，射频识别(RFID)技术是指，通过使用无线频率(射频)信号，非接触式地读取存储在各具有小型半导体芯片的电子标签、签条、卡片等中的数据。
实施这种RFID技术，从而有关物品及其周围情况的信息被通过使用无线频率信号从贴附在物品上的电子标签识别出，这允许收集、储存、处理和追踪每个物品上的信息，结果能够进行各种服务，包括物品的位置测量、物品的远程控制、物品的管理、物品间的信息交换等。
近来，已经采用RFID技术来管理物品，诸如物品的库存、物品的仓储/运输和物品的销售。尤其是，通过使用RFID技术，将RFID天线安装在物品管理货架上并且将电子标签贴附在每个物品上，以便实时了解每个物品的当前状况，从而能够有效地管理许多物品。
日本特开平第2007-70112号专利申请中公开了使用提及的这种技术的RFID天线和用于使用RFID电子标签管理物品的装置。以下，将结合图1和图2对日本特开平第2007-70112号专利申请中所公开的RFID天线和用于使用RFID电子标签管理物品的装置的构造进行描述。
图1是示出根据本发明的用于使用RFID天线管理物品的装置的构造的视图。
如图1所示，用于使用RFID天线管理物品的装置1包括RFID天线15和变换器16，RFID天线15安装在货架板11内，变换器16配置为与RFID天线15交换诸如电信号等的信息，并且经由接口电路(未示出)连接到外部计算机(未示出)。
贴附有RFID电子标签18的各种形状的物品17放置在货架板11上。RFID电子标签18设置有小的环形天线和记载有信息的存储器，并且在环形天线的中央布置有电子芯片。
图2是示出相关技术的用于货架的RFID天线的详细构造的视图。
如图2所示，相关技术的RFID天线15配置为彼此堆叠的两个环形天线23和24的结构。RFID天线15以第一天线23或第二天线24中的一个首先工作而另一个随后工作的顺序工作方式来工作。因此，为了使布置在一个货架上的两个天线23和24工作，需要开关电路使天线23和24中的每一个依次工作在两个RFID读取器(未示出)或一个RFID读取器(未示出)处。
然而，相关技术的用于货架的环形天线23和24的辐射器(或发射器)仅能在低于高频(HF)频带(3MHz～30MHz)下使用，例如，13.56MHz。由于13.56MHz的环形天线的辐射器的整个长度比电波在空气中的波长(1λ₀＝22m)相对短很多，所以在辐射器线上较少发生相位变化。因此，辐射器的表面电流的强度和方向是恒定的，从而较少产生在其处波发生偏移的零点。
因此，相关技术通常使用采用上述HF频带(3MHz～30MHz)的天线。
然而，最近市场正逐步扩展到使用超高频(UHF)频带(300MHz～3GHz)的RFID应用领域。
与HF频带相比，UHF频带的RFID系统即使在比有效识别距离5m更远的远距离处也能够识别电子标签，并且还在比50cm更近的短距离处具有非常高的识别速度和识别率。
在UHF频带的RFID系统中，远场通常形成为电场，以使在远距离处的电子标签识别成为可能。但是，其通过反向散射来工作，因而对周围环境很敏感。
另一方面，UHF频带的RFID系统中的近场通常形成为磁场并且通过耦合来工作。因而，几乎不受具有高介电常数的诸如水或金属的材料的影响，从而提供了RFIDI读取器的高识别率和高识别速度。
然而，UHF频带的天线使用电波的高工作频率和短波长，从而从其物理特性的角度看，与HF频带的天线相比，其经常产生零点，在零点处信号在近场处不能被识别。
此外，对于UHF频带的天线来说，如果贴附有电子标签的物品的数量增加，则要变换天线的工作频率。因此，RFID读取器天线会受到物品数量变化的影响。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种射频识别(RFID)天线和用于使用该天线管理物品的装置，该天线即使使用UHF频带频率也能够避免在近场处产生零点。
本发明的另一个目的是提供一种RFID天线，即使当存在许多物品或物品杂乱时，该天线也能够使用UHF频带频率准确地获取有关RFID电子标签的信息，以及提供一种用于管理物品的装置，其能够使用上述天线很容易地识别每个物品的当前状况。
为了实现这些和其他的优势，按照本发明的目的，如此处所具体化及广义描述地，提供了一种射频识别(RFID)读取器天线，其包括：馈电部，其一端连接到RFID读取器，而另一端接地；以及辐射电极，其与馈电部间隔布置，并且配置为发送或接收一定频带的信号。
馈电部和辐射电极可以形成在绝缘物质内或表面上。
馈电部和辐射电极可以彼此电磁耦合以便发送或接收信号。
上述天线可以进一步包括连接在馈电部的另一端和地之间的负载电阻。
馈电部可以布置在辐射电极下方。
上述天线可以进一步包括连接在馈电部的一端处的天线端口。
上述天线可以进一步包括与馈电部间隔一定距离而布置的副(sub)电极。
上述天线可以进一步包括副电阻，其连接在副电极的一端与地之间，并且配置为控制阻抗匹配。
副电极可以与馈电部平行布置在相同表面上。
副电极可以配置为包括导电材料的线性馈电线或带线。
辐射电极可以在其一端垂直于馈电部排列，而在其另一端垂直于副电极排列。
所述一定频带可以是超高频(UHF)频带。
辐射电极可以配置为迂回形状。
馈电部可以处在用于将物品存储在其上的货架上。
按照本发明的实施例，提供了一种用于管理物品的装置，其包括：至少一个配置为将物品存储在其上的货架；至少一个布置在货架上的射频识别(RFID)读取器天线，其包括馈电部和导电辐射电极，馈电部的一端连接到RFID读取器，而另一端接地，导电辐射电极与馈电部间隔一定距离而布置，用于发送一定频带的信号到贴附在每个物品上的RFID电子标签或从RFID电子标签接收一定频带的信号；以及RFID读取器，其配置为经由RFID读取器天线接收来自贴附在每个物品上的RFID电子标签的信息。
辐射电极可以通过与馈电部间隔一定距离，从而通过与馈电部间的电磁耦合发送或接收UHF频带信号。
RFID读取器天线可以设置为多个，并且上述装置可以进一步包括开关部，其配置为执行开关操作以使多个RFID读取器天线依次连接到RFID读取器上。
RFID读取器天线可以进一步包括：负载电阻，其布置在馈电部的上述另一端与地之间，并且配置为允许从RFID读取器施加的电流平滑流过整个馈电部；副电极，其通过与馈电部间隔一定距离而布置在与馈电部相同的表面上，并且配置为通过与馈电部的耦合来处理一定频带的信号；以及副电阻，其连接在副电极与地之间，并且配置为控制阻抗匹配。
RFID读取器天线可以发送或接收UHF频带信号。
结合附图通过本发明的下述详细说明，本发明的上述及其它目的、特征、方案和优势将变得更加明显。
附图说明
所包含的附图为本发明提供进一步的解释，其纳入并构成了本发明的一部分，附图与说明书一起用作解释本发明的原理。
在图中：
图1是示出用于使用相关技术的RFID天线管理物品的装置的构造的视图；
图2是示出根据相关技术的用于货架的RFID天线的详细构造的视图；
图3是根据本发明的RFID读取器天线的立体图；
图4是根据本发明的RFID读取器天线的俯视图；
图5是根据本发明的RFID读取器天线的侧视图；
图6是示出形成在根据本发明的馈电部周围的磁场的视图；
图7A和图7B是示出根据本发明的馈电部的磁场与相邻RFID电子标签处形成的磁场之间的相互关系的视图；
图8A和图8B是示出根据本发明的仅馈电部的阻抗带宽与RFID天线的整个阻抗带宽的对照的视图；
图9是示出按照本发明的实施例的用于使用RFID读取器天线管理物品的装置的立体图；
图10是示出按照本发明的实施例的用于使用RFID读取器天线管理物品的装置的构造的视图。
具体实施方式
现在将结合附图对根据本发明的RFID读取器天线和用于使用该天线管理物品的装置进行详细说明。
图3是根据本发明的RFID读取器天线300的立体图，图4是RFID读取器天线300的俯视图，而图5是RFID读取器天线300的侧视图。
如图3至图5所示，根据本发明的RFID读取器天线300可以包括形成在绝缘基板301下部的馈电部310以及形成在馈电部310上方的辐射电极320。此处，馈电部310和辐射电极320可以由导电材料制成，并且形成在绝缘基板301内或绝缘基板301的表面上。
馈电部310可以配置为线性馈电线或带线。有供给的电流通过的天线端口311形成在馈电部310的一端处，而负载电阻312连接到馈电部310的另一端。而且，负载电阻312接地GND。
通过将辐射电极320与馈电部310垂直间隔一定距离，在馈电部310上方形成辐射电极320。辐射电极320实施为包括在与馈电部310正交的方向上排列的多个第一电极321，以及在与馈电部310平行的方向上排列的多个第二电极322。第一电极321的一端和第二电极322的一端交替彼此连接，因而，如图3至图5所示，辐射电极320基本可以构造成迂回(meander)形状。而且，由绝缘基板301的绝缘物质的类型或大小可以确定第一电极321和第二电极322之间的连接角度、相邻两个第一电极321或相邻两个第二电极322之间的距离、以及第一电极321和第二电极322的形状。辐射电极320由其与馈电部310的电磁耦合来馈给，这使天线300能处理UHF频带的频率(即300MHz～3GHz)。
另外，本发明还设置了副电极330，副电极330通过与馈电部310水平间隔一定距离而与馈电部310排列在相同表面上。副电极330可以与馈电部310平行排列在相同表面上，或者可以使用导电材料配置为线性馈电线或带线。副电极330可以由其与馈电部310的电磁耦合来馈给，以便使天线300能处理UHF频带的频率(即300MHz～3GHz)。
副电极330的一端是开放的，而其另一端连接到副电阻332。副电阻332接地GND。副电阻332用于天线300的阻抗匹配。
图6是示出形成在根据本发明的馈电部周围的磁场的视图，图7A和图7B是示出根据本发明的馈电部的磁场与相邻RFID电子标签处形成的磁场之间的相互关系的视图。
以下，将结合图6、图7A和图7B描述根据本发明的RFID读取器天线300的操作。
首先，将具有UHF频带频率的信号从RFID读取器(未示出)输入馈电部310的天线端口311。输入到天线端口311的信号应用到整个馈电部310，从而在馈电部310周围产生图6所示的磁场410。根据安培定律，协同电流流向313，在馈电部310周围的磁场410形成为顺时针方向411。
然后，在馈电部310周围产生的磁场410应用于贴附到在相邻位置处放置的物品400上的RFID电子标签430。因此，RFID读取器(未示出)能够经由天线300在短距离处非接触式地与RFID天线430执行无线通信。在图6中，附图标记‘431’表示RFID电子标签430的电子标签天线，而‘432’表示布置在RFID电子标签430中用于储存信息的电子芯片。
图7A是示出根据本发明在仅设置了馈电部310的情况下，当具有UHF频带频率的电流信号作用于馈电部310时，形成在馈电部310周围的磁场的视图。
如7A图所示，当馈电部310的物理长度很长时，根据所应用的信号的波长，以λ_g/2为间隔产生零点(此处，λ_g表示有效波长)。然而，在这种零点处，即使RFID电子标签430的位置靠近馈电部310，也会出现RFID读取器(未示出)不能识别RFID电子标签430的情况。
图7B是示出根据本发明的在设置了馈电部310、辐射电极320和副电极330的情况下，当具有UHF频带频率的电流信号应用到馈电部310时，形成在馈电部310、辐射电极320和副电极330周围的磁场的视图。
如7B图所示，当在根据本发明的馈电部310的上方布置辐射电极320并且还在与馈电部310的侧表面平行布置副电极330时，如图7B的对照所示，可以注意到，由于辐射电极320和副电极330产生的寄生电容的影响，消除了在RFID读取器天线300周围产生的零点。
也就是说，以根据本发明的构造，通过馈电部310和辐射电极320之间的电磁耦合或者馈电部310和副电极330之间的电磁耦合，可改变磁场的向量分量，以便能够减少或完全消除零点。
尤其是，以根据本发明的构造，通过馈电部310和辐射电极320之间的电磁耦合能够消除零点。而且，当在馈电部310和辐射电极320处进一步布置副电极330时，能够进一步减少零点。
图8是示出仅馈电部的阻抗带宽与根据本发明的RFID天线的整个阻抗带宽的对照的视图。
图8A示出当仅配置馈电部310时的阻抗带宽。如图8A所示，可以看出，当仅布置馈电部310时表现出窄的带宽610。
另一方面，图8B示出当馈电部310、辐射电极320和副电极330都布置时的阻抗带宽。如图8B所示，可以看出，在辐射电极320和副电极330以及馈电部310都配置的情况下，阻抗带宽620增加了大约3倍，宽于当仅布置馈电部310时的阻抗带宽。
这样，实施根据本发明的RFID读取器天线300，从而可通过馈电部310与辐射电极320之间的电磁耦合以及馈电部310与副电极330之间的电磁耦合来提高阻抗带宽，这意味着RFID读取器天线300对于位置靠近其上部的物品的介电常数是要求不高(tolerant)的。因此，RFID读取器天线300和使用天线300的RFID读取器(未示出)能够获得持续的电子标签识别率，而不需顾及放置在天线300上的物品的数量和贴附在物品上的电子标签的数量。
图9是示出按照本发明的实施例的用于使用RFID读取器天线管理物品的装置的立体图，而图10是示出按照本发明的实施例的用于使用RFID读取器天线管理物品的装置的构造的视图。
如图9和图10所示，根据本发明的用于管理物品的装置700可以包括用于将物品400保持在其上的货架711、布置在货架711上的每个RFID读取器天线300、以及用于经由RFID读取器天线300从贴附在物品400上的RFID电子标签430读取出信息的RFID读取器720。
货架711由具有一定介电常数的绝缘物质形成，并且具有布置在其内或其上表面上的根据本发明的RFID读取器天线300。而且，货架711可以用作根据本发明的绝缘基板311。在这种情况下，馈电部310、辐射电极320、副电极330、负载电阻312、副电阻332等可以布置在货架711内或货架711的上表面上。
货架711可以布置在诸如书柜、书架或机柜的各种类型的物品存储柜710上，物品存储柜710被货架711分隔为多个空间，在每个空间保持物品。例如，图9示出了作为物品存储柜710的书架，还示出了作为保持在物品存储柜710上的物品400的许多书籍。
如以上结合图3至图8所述的，RFID读取器天线300包括馈电部310、辐射电极320、副电极330、负载电阻312和副电阻332等。而且，即使具有宽的阻抗带宽，RFID读取器天线300能够使用UHF频带频率通过电磁耦合在短距离处获取来自RFID电子标签430的信息，还能够消除零点。因此，RFID读取器天线300能够获得持续的电子标签识别率，而不需顾及放置在天线300上的物品的数量和贴附在物品上的电子标签的数量。
RFID读取器720经由天线电缆730连接到RFID读取器天线300的天线端口311。然后RFID读取器730经由RFID读取器天线300接收到来自贴附在物品400上的RFID电子标签430的信息，以传递到外部服务器750，从而经由服务器750全面地管理物品的当前状况。
另外，根据本发明的用于管理物品的装置700可以进一步包括连接到多个RFID读取器天线300和RFID读取器720的开关部740。开关部740执行开关操作，以使当在物品存储柜710上布置了多个货架711因而设置了多个RFID读取器天线300时，能够将多个RFID读取器天线300依次连接到RFID读取器720上。
在具有收集的许多书籍和文件或储存的许多物品的图书馆、文件库、仓库、材料管理库等处，用于管理物品的装置700的这种构造通过使用UHF频带频率能够在短距离处提高RFID电子标签的识别速度和识别率。而且，用于管理物品的装置700的构造允许准确管理每个物品的当前状况，而不会受物品的数量的任何影响。
根据本发明的RFID读取器天线设置有通过由与馈电线的电磁耦合来馈给的辐射电极，经由馈电线直接馈给电流，以便即使使用UHF频带频率也可防止在近场产生零点。
即使当许多物品放置在RFID天线上时，根据本发明的RFID读取器天线也能够使用UHF频带频率准确地获取有关RFID电子标签的信息，而不用变换任何频率。
根据本发明的用于管理物品的装置能够显著提高位于近距离处的物品的识别速度和识别率，通过采用RFID读取器天线和使用UHF频带频率还能够获得宽的阻抗带宽而没有零点，以便不需顾及物品的数量都能够准确地管理每个物品的当前状况。
上述实施例和优势仅仅是示范性的，而不应被视为是限制本公开。本教导能够很容易应用于其他类型的装置。本说明的意图是说明性的，而不是限制权利要求的范围。许多替代方案、改进和变化对本领域的技术人员来说是明显的。此处描述的示范实施例的特征、结构、方法和其他特性可以以各种方式结合以获得另外的和/或替代的示范实施例。
由于本发明的特征可以体现为没有超出其特性的若干形式，因此应理解的是，除非另有规定，上述实施例并不受上述说明的任何细节的限制，而应被理解为在其附随的权利要求所限定的广泛的范围内，因此，落入权利要求的精神和边界内的所有变化和改进，或者这种精神和范围的等同替换均被附随的权利要求所覆盖。