CN101796685A - 具有集成的开关式天线阵列和复用器电子器件的rfid系统 - Google Patents

Abstract

一种用于确定询问区内加标签的商品的位置的RFID检测系统。所述系统包括一个或多个彼此耦合并放置在所述询问区的区域内的印刷电路板。每个印刷电路板包含具有一个或多个天线的天线阵列，其中每个天线检测区域中具体阅读区内是否存在一个或多个加标签的商品。所述印刷电路板还包含耦合到所述天线阵列的复用器，其中所述天线阵列和所述复用器设置在基底上。依据来自RFID阅读器的询问请求，可由所述复用器激活并选择具体天线，并且询问所述天线的阅读区内的加标签的商品。之后，包含射频识别信息的RF信号被发送回所述RFID阅读器，其中主机解释所述信号并确定所识别的加标签的商品的位置。

Description

具有集成的开关式天线阵列和复用器电子器件的RFID系统

技术领域

本发明涉及射频识别(RFID)系统，并更特别地涉及用于通过使用集成到同一个基底上的复用器电子器件和天线阵列，识别加标签的商品在规定的区域中的位置的方法和系统。

背景技术

RFID系统被用于许多不同的应用中，包括例如，获得与以RFID标识标记的商品相关的信息的零售环境中。例如，RFID标签可被附着到或集成到产品或产品包装内。通过使用可以是固定的、便携的或手持的设备的RFID询问器(在此也可称为“RFID阅读器”)，在该询问器设备的询问区内的RFID标签接收并响应射频(“RF”)信号，以提供关于与RFID标签联系的商品的信息，比如商品的特征和其在询问区内的相对位置。

此外，某些RFID应用使用阅读器通过复用器(“MUX”)连接到多个天线。例如，使用RFID系统跟踪库存的零售环境中，众所周知，设置多个阅读点，每个阅读点包括使用RF复用器，并设置多个电缆连接到每个阅读点。在这种情形中，MUX基于来自控制器的数字逻辑将RFID信号(即RF信号)传送到多个天线。MUX和耦合到MUX的天线典型地用于扩展阅读器的区域，以能够向标签发送命令和/或数据，并接收包含来自标签的响应和/或数据的回波信号。

然而，由于安置MUX和相应的MUX电子器件的单元与安置天线的单元是分开的，目前的RFID系统包括将MUX和MUX电子器件连接到天线阵列的多条导线和电缆。另外，每个MUX单元通过另一条电缆连接到RFID阅读器。结果导致了大量的电缆、天线和复用器，这对有限空间中比如零售商店中的CD或DVD货架的商品位置识别是不实际的。除了产生难以处理的天线、复用器和电缆的网络外，所有这些硬件的价格成本经常过高。结果是设施经营者比如零售商和仓库经营者无法实施RFID系统。

因此期望存在一种方法和系统，通过提供集成的布置，在RFID系统中去掉电缆和导线，在该集成的布置中，MUX、MUX电子器件和天线阵列位于相同的物理基底上。

发明内容

本发明有利地提供了用于确定询问区内加标签的商品的位置的RFID检测系统。所述系统包括一个或多个彼此耦合并且不显眼地放置在所述询问区的区域内的印刷电路板。每个印刷电路板包含具有一个或多个天线的天线阵列。每个天线彼此分隔开以检测所述区域内的具体阅读区内是否存在一个或多个加标签的商品。每个印刷电路板还包含耦合到所述天线阵列的复用器和复用器电子器件。RF复用器还可以耦合到至少一个印刷电路板。

依据来自RFID阅读器的询问请求，所述RF复用器选择并激活具体天线阵列。之后，包含所选择的天线阵列的所述印刷电路板上的所述复用器从所述阵列选择具体的天线。之后，所选择的天线可询问所述天线的具体阅读区内的所加标签的商品。之后，包含关于所识别的加标签的商品的信息的RF信号传回所述RFID阅读器，其中主机解释所述信号并确定所识别的加标签的商品的位置。

在一个实施方式中，提供了用于RFID检测系统中的设备。所述设备包括具有一个或多个天线的天线阵列、耦合到所述天线阵列的复用器以及电子器件，所述一个或多个天线用于检测询问区中是否存在一个或多个加标签的商品，其中所述天线阵列和所述复用器设置在基底上，所述电子器件用于帮助所述天线阵列和所述复用器之间的通信。

在另一实施方式中，提供了RFID库存系统(inventory system)。所述系统包括用于确定在询问区中是否存在加标签的商品的一个或多个设备。每个设备包括具有一个或多个天线的天线阵列，其中每个天线检测所述询问区的具体区域内是否存在一个或多个加标签的商品。所述设备还包括耦合到所述天线阵列的复用器，其中所述天线阵列和所述复用器设置在基底上。所述设备还包括用于帮助所述天线阵列和所述复用器之间通信的电子器件。所述系统还包括RFID阅读器和计算机，所述RFID阅读器用于从所述一个或多个设备接收RF信号，其中所述RF信号包括与所述一个或多个加标签的商品的存在相关的信息，所述计算机用于解释由所述RFID阅读器接收到的所述RF信号。

在另一实施方式中，提供了用于确定预定区中加标签的商品的位置的货架阅读器系统。所述货架阅读器系统包括安置在所述预定区内的一个或多个设备，其中每个设备包括具有一个或多个天线的天线阵列。每个天线检测所述预定区的具体区域内是否存在一个或多个加标签的商品。每个设备还包括耦合到所述天线阵列的复用器和用于帮助所述天线阵列和所述复用器之间通信的电子器件。所述天线阵列和所述复用器设置在基底上。所述货架阅读器系统还包括用于从所述一个或多个设备接收RF信号的RFID阅读器。所述信号包括与所述一个或多个加标签的商品的存在相关的信息。之后计算机解释由所述RFID阅读器接收到的RF信号，用于确定所识别的加标签的商品的位置。

附图说明

当结合附图考虑，通过参考下面的详细描述，对本发明的更完整的理解和所伴随的优点和性质将被更容易地理解，其中：

图1是根据本发明的原理构造的系统框图；

图2是并入多货架阅读器应用的本发明一实施方式的框图；

图3是并入DVD库存应用的本发明一实施方式的框图；

图4是图2的框图中描述的应用的透视图；以及

图5是本发明的可选择的实施方式的透视图。

具体实施方式

现在参照附图，其中相同的参考标志符指代相同的元件，图1示出了根据本发明的原理构造的并且一般被指定为“10”的示例性的系统的图。系统10是包括与主机14通信的一个或多个RFID阅读器12的RFID监视系统。阅读器12与主机14交换可能必要的数据，例如，以识别和/或执行对询问区内加标签的商品的库存控制。主机14包括必要的数据库和软件，以跟踪和维持库存或确定给定询问区中加标签的商品的位置。主机14包括例如存储器、中央处理器(CPU)、输入/输出(I/O)、显示器等组件，以跟踪与系统10中的其他设备例如复用器(MUX)、标签等等之间的通信和层次关系。电源比如直流(DC)电源16通过T形偏置(bias tee)18为阅读器12供电。

系统10允许任何个人或组织通过RFID通信使用RFID来跟踪、定位、识别、处理、筛选或其他方式管理给定空间中的多个加标签的商品。这通过使用与形成天线阵列26的一个或多个RFID天线相耦合的RFID阅读器12来实现。系统10可实施在所有任何适当的位置或任何适当位置的部分，例如，零售商店、杂货店、工厂或仓库。这些位置可包括存储在数万平方英尺的几千甚至几百万商品。

如本文所使用的，加标签的商品可以是任何组件、设备、商品，或其他可使用RFID标签进行加标签操作的产品或物品。例如，加标签的商品可包括电子设备、行李、杂货、盒子或各种其他物品。这些加标签的商品与多个电子特性联系起来，多个电子特征包括例如序号、颜色、价格、制造商和使用标签信息的其他识别数据。

固定在商品上的RFID标签是可操作来传递无线电信号或其他无线通信的任何组件，所述其它无线通信包括识别和/或定位信息。RFID标签通常可以是用导线连接到、粘贴到或其他固定到商品的小组件。在某些实施方式中，RFID标签可被以如下方式固定：除去RFID标签将使标签失效或激活某些其他的安全特征。

回到图1所描述的实施方式，RFID阅读器12通过无线连接或者硬连线连接耦合到一个或多个RF MUX 20。RF MUX 20包括控制RFMUX 20的操作的微控制器和逻辑电路。例如，存储单元、RF检测器、调制器和开关元件与微控制器电通信。操作中，MUX操作码和数据存储在易失性和/或非易失性存储区域。调制器被用于通过开关元件将基带信号调制到用于传输的RF载波上。检测器、取样器和耦合器共同操作，以从所接收的RF信号检测并提取基带信号和命令以及块数据。

RF MUX 20耦合到一个或多个印刷电路板(“PCB”)22。每个物理基底，比如PCB，包含其自己的PCB MUX 24、相关的MUX电路以及形成天线阵列26的一个或多个RF天线。每个RF天线是天线阵列26的一部分，天线阵列26能获取与询问区中每个加标签的商品有关的RF识别信息。有利地，可由阅读器12通过PCB MUX 24选择天线阵列26中特定的天线，以询问询问区的具体区域(“阅读区”)内的一个或多个商品。之后可由所选择天线的逻辑地址来确定所选择天线的物理位置。因此，系统10不但能确定加标签的商品的身份，还能确定其在询问区内的相对位置。

RF天线阵列26包括根据本发明的原理构造的天线，该天线可操作来使用RFID通信来通信。例如，RF天线阵列26的天线可操作来使用包括使用有线通信和无线通信的任何适当的技术，与RFID标签、RFID MUX 20、PCB MUX 24以及RFID阅读器12通信。

在一个实施方式中，天线阵列26可以是线性或大体上具有方形结构的圆极化贴片天线(circularly polarized patch antenna)阵列。取决于堆放在货架或其它封闭区域中的所加标签的产品，阵列26中的每个天线可被彼此分开或空间分隔开。例如，一个情况中，系统10被用于确定堆放在一个或多个货架上的DVD是否存在及其位置。由于DVD大约13.5cm宽，所要求的天线间距大约150厘米(cm)，货架上DVD之间要设置小的空间或间隙。通常，每个天线对应货架上的具体阅读区或区域，以使得可获得具体区域的库存并与其他附近区域分离。以这种方式，可获得加标签的商品在更大询问区内的位置。

每个RF天线放置成紧靠询问区中的加标签的商品。在一个实施方式中，加标签的商品直接放置在单个平面天线上，该平面天线是天线阵列26的一部分。RFID标签应用于处于这样的位置的商品上：每个天线可正确地检测具体区域内的标签是否存在。在一个实例中，包含天线阵列26的PCB 22直接放置在货架底面上。之后加标签的商品直接放置在阵列26的每个天线上或者紧靠天线。当被激活时，每个天线能够接收识别粘贴有RFID标签的商品的标签识别信息。

PCB MUX 24可根据来自阅读器12的指示从阵列26中选择并激活任何天线。依靠从阅读器12接收指示，RF MUX 20选择PCB 22上要激活的天线阵列26。一旦获得了包含识别信息的RF信号，该信号随后传回RFID阅读器12。计算机14解释这些信号，并根据获得识别信息的天线的逻辑地址确定加标签的商品位于何处，即在哪个“阅读区”中。

尽管图1描述了货架内两个并排的PCB 22，本发明并不限制于这种布置。一个或多个PCB 22可并入给定询问区内的任何布置。RFMUX 20可以与每个PCB 22硬连线或者无线通信。RF MUX 20选择地从每个PCB 22接收RF信号，由此RF信号包括来自与一个或多个加标签的商品有关的每个天线的识别信息。有利地，每个PCB 22包括PCB MUX 24和天线阵列26。PCB MUX 24用作从天线阵列26中选择特定的天线的开关。因此，不需要笨重的导线和/或同轴电缆来将单个且位于远处的复用器与位于加标签的商品附近的天线阵列26连接起来。

经由RF MUX 20，透传端口(pass-through port)28不但允许阅读器12选择PCB 22上的阵列26的任何天线，而且允许从可经由透传端口28电连接PCB 22、位于其他PCB上的任何其他天线中选择天线。因为透传端口28提供PCB 22之间的电连接，由于每个PCBMUX 24位于其自己的PCB 22上，阅读器12可检测是否存在额外的PCB MUX 24。每个PCB MUX 24对阅读器12表现为包含RF识别信息的“标签”。因此，阅读器12询问这些“标签”，其实际上是MUX 24，并接收RFID信息。如上所述，来自阵列26的、获得了关于特定的加标签的商品的RFID信息的天线的逻辑地址是已知的。之后计算机14确定询问天线的“阅读区”以及由此确定加标签的商品的实际位置。

参考图2，描述了本发明的多货架阅读器应用的框图。在此实施方式中，系统10被用于询问位于多个货架上的加标签的商品。每个货架包括经由透传端口28连接到彼此的一个或多个PCB 22。透传端口28可以是两个PCB 22之间的硬连线连接，或者可以是无线连接。每个PCB 22包括其自己的PCB MUX 24和天线阵列26。

在此实施方式中，5个货架的DVD架由框或支架被分成两侧。每个货架被分成两侧，侧A和侧B。每个货架侧包含两个并排的PCB22。每个PCB 22负责从它的阅读区内加标签的DVD接收识别信息。因此，每个货架被分成4个阅读区，2个阅读区在侧A上，以及2个阅读区在侧B上。在此实施方式中，每个PCB 22包含PCB MUX 24以及包括4个分离的天线的天线阵列26。因为每个天线阵列26具有4个天线，并且每个天线负责从它的区域内的加标签的DVD获得RFID信号，图2中的实施方式每个货架在货架每一侧上有8个阅读区，或者每个货架上总共有16个阅读区。因此五个货架包括80个具体阅读区。

在图2描述的货架阅读应用中，从主机14向RFID阅读器12发送指令来传递询问请求，以确定询问区内特定的DVD的存在和位置。RFID阅读器12可选择不同PCB 22上的不同的天线阵列26来询问具体区域。这通过RF MUX 20来实现，RF MUX 20用作开关来选择特定的PCB 22。一旦选定PCB 22，所选择的PCB 22上的PCB MUX 24作为开关来激活天线阵列26。每个天线阵列26的天线阅读具体区域来询问该区域中的商品上的每个标签。以这种方式，一旦与所期望的DVD有关的标签被识别，可确定所期望的DVD的位置。

例如，电影“XYZ”的DVD可被置于第二个PCB 22上的第三个天线下的区域中，在货架4的侧B上。RF信号被传回阅读器12和主机14，该RF信号包含识别此DVD的RFID信息和识别DVD位于哪个区域的天线的逻辑地址。主机14处理此信息并确定DVD的实际位置。

图2中，每个PCB 22包括其自己的天线阵列26和PCB MUX 24。由于单个PCB 22可包含MUX 24和天线阵列26，因此极大节省了成本和空间，这是因为通常连接每个天线阵列26以及位于远处的MUX需要的电缆和导线不再是必须的。图2所示的实施方式可延伸到任何布置的任何数目的PCB 22，这种布置可通过一个或多个透传端口28彼此互相传递信息。

RFID阅读器12从其认为是多个RFID标签接收信息，其中每个RFID标签包含关于询问区中加标签的商品的确认信息。然而，实际上，一些标签实际是从一个或多个天线接收信息的MUX。也就是说，MUX可表现为阅读器12的标签。当接收到返回RFID信号时，计算机14内的软件可确定是从哪个天线取得的信息。因为每个天线的位置已知，并且因为每个天线负责阅读具体区域中加标签的商品，可确定商品或加标签的商品的位置。

图3提供了DVD多货架阅读应用的另一个实施方式。在该情况中，主机14处于更新其关于询问区中加标签的商品的库存的过程。一个或多个DVD被放置在分离的天线上或分离的天线附近。每个天线是PCB 22上天线阵列26的一部分。在此实例中，2个PCB 22沿着货架并排放置。每个天线26阅读并接收来自它的阅读区内每个加标签的DVD的标签的识别信息。PCB MUX 24(图3中未示出)位于PCB22上，并且通过从阵列中选择特定的天线的方式来控制PCB 22上的天线阵列26。RF MUX 20用作与每个PCB 22之间的开关，根据阅读器12想要询问哪个区域(在此情况中是货架5)来选择要激活的特定的PCB 22。一旦接收到信息，RF MUX 20将该信息传回阅读器12和计算机14。之后RF MUX 20可通过激活另一个的PCB 22来选择另一个区域，以及以类似方式接收DVD识别信息。当接收该信息时，计算机14更新其库存记录，以反映询问区内每个DVD的当前位置。

图4是图2中所示的DVD货架阅读应用的透视图。DVD的堆被放置在具体天线上或具体天线附近，所述具体天线是PCB 22的天线阵列26的一部分。每个货架上PCB 22并排布置导致不显眼的、型面高度不大的和流线型的RFID加标签的商品定位系统。在此实施方式中，每个PCB 22包含4个分离的天线。另一个PCB 22位置邻近第一个PCB 22，并且经由透传端口28(未示出)连接到第一个PCB。此连接可以是硬接线的或者无线的。每一个PCB22都包括PCB MUX 24(未显示)以及MUX电子器件。

一个或多个PCB 22可沿着货架的底面放置或放置在保存加标签的商品的任何储存箱内。因为每个PCB 22包括集成的天线阵列和MUX 24，不需要提供任何连接电缆或者提供用于安置远程的MUX的额外空间。RF MUX 20(未示出)通过硬接线或者无线连接可电耦合到每个PCB 22。RF MUX 20作为开关选择并激活每个PCB22上的天线阵列26。RF MUX 20从所选择的天线阵列26接收RFID信息并将该信息传回RFID阅读器12和计算机14。每个PCB 22被不显眼地沿着货架的上表面放置。

在图5所示的实施方式中，PCB 22形成货架底面的整体部分。在此实施方式中，每个PCB 22被集成到货架本身，而不是被直接设置在货架上表面上。结果是一系列天线阵列26可被非显著地设置在询问区的具体区域内。每个天线阵列26与其自己的PCB 22上的复用器24集成，因此避免了对任何将天线阵列26耦合到其MUX 24的连接导线的需求。

如图5中所示，没有难看的导线或额外的需要安置远程复用器的硬件。多个PCB 22和其天线阵列26可以是无线彼此连接，或者由透传端口(未示出)通过硬连线连接。所需要的唯一其他的硬件是RFID阅读器12、计算机14，必要时，RF MUX 20。这些设备也可被隐藏不在视线内。另外，PCB 22可被集成进展示柜、货架和/或仓库架，以提高存储能力并去掉难看的导线和硬件。

本发明可被实现为硬件、软件或硬件与软件的组合。本发明的方法和系统的实现可以集中式的方式被实现为一个计算系统，或者以分布式的方式来实现，在该分布式的方式中，不同的元件遍布于几个互连的计算系统上。适合于实施本文描述的方法的任何类型的计算系统或其它装置适合于实现本文描述的功能。

硬件和软件的典型组合可为具有计算机程序的通用计算机系统，当计算机程序被载入并被执行时，计算机程序控制计算机系统以使它执行本文描述的方法。本发明也可被嵌入计算机程序产品中，其包括允许实现本文描述的方法的所有性质，并且当计算机程序产品被载入计算机系统时，其能够执行这些方法。

本文中的计算机程序或应用意味着使用任何语言、代码或符号的一组指令的任何表达，其旨在使具有信息处理能力的系统直接地或在以下两项中的任意一项之后或者以下两项都发生之后执行特定的功能，这两项是：a)转换为另一种语言、代码或符号；b)以不同的材料形式复制。显著地，在不偏离本发明的精神或本质属性的情况下，本发明可按照其它特定的形式被体现，并且因此，就指示本发明的范围而言，应该参照下面的权利要求而非上面的说明。

本领域技术人员将理解，本发明不限于以上这里已经特别显示和描述的。此外，应注意，除非以上做出了相反的声明，所有的附图不是按比例绘制的。根据以上教授的，多种更改和变化是可能的而不背离本发明的范围和精神，本发明的范围和精神仅由以下权利要求限制。

Claims (23)

1.一种用于RFID检测系统的设备，所述设备包括：

具有一个或多个天线的天线阵列，所述一个或多个天线用于探测询问区中是否存在一个或多个加标签的商品；

耦合到所述天线阵列的复用器，所述天线阵列和所述复用器设置在基底上；以及

电子器件，其用于帮助所述天线阵列和所述复用器之间的通信。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述天线阵列的每个天线询问所述询问区的一具体区域。

3.如权利要求1所述的设备，所述设备还包括透传端口以允许所述设备耦合到另外的设备。

4.如权利要求3所述的设备，其中，所述透传端口提供所述设备和所述另外的设备之间的无线连接。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述天线阵列包括一个或多个线性极化的贴片天线。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述天线阵列的天线根据加标签的商品的组之间的距离彼此间隔开。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述复用器允许根据从主机接收到的命令来选择特定天线。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述基底是印刷电路板。

9.一种RFID库存系统，所述RFID系统包括：

一个或多个设备，所述一个或多个设备用于确定询问区中加标签的商品是否存在，每个设备包括：

具有一个或多个天线的天线阵列，每个天线检测所述询问区的具体区域内是否存在一个或多个加标签的商品；

耦合到所述天线阵列的复用器，所述天线阵列和所述复用器设置在基底上；以及

电子器件，其用于帮助所述天线阵列和所述复用器之间的通信；

RFID阅读器，其用于从所述一个或多个设备接收射频信号，所述射频信号包括与所述一个或多个加标签的商品的存在有关的信息；以及

计算机，其用于解释对应于所述RFID阅读器接收到的射频信号的数据。

10.如权利要求9所述的RFID库存系统，还包括耦合到至少一个所述设备的射频复用器，其中，所述射频复用器依据从所述RFID阅读器接收到的询问请求，选择一天线阵列来激活。

11.如权利要求9所述的RFID库存系统，其中，所述天线阵列的每个天线询问所述询问区的一具体区域。

12.如权利要求9所述的RFID库存系统，所述设备还包括透传端口，以允许所述设备耦合到另外的设备。

13.如权利要求12所述的RFID库存系统，其中，所述透传端口提供所述设备和所述另外的设备之间的无线连接。

14.如权利要求9所述的RFID库存系统，其中，所述天线阵列包括一个或多个线性极化的贴片天线。

15.如权利要求9所述的RFID库存系统，其中，所述天线阵列的天线根据加标签的商品的组之间的距离彼此间隔开。

16.如权利要求9所述的RFID库存系统，其中，所述复用器允许根据从主机接收到的命令来选择特定天线。

17.如权利要求9所述的库存系统，其中，所述基底是印刷电路板。

18.一种货架阅读系统，其用于确定预定区中加标签的商品的位置，所述系统包括：

一个或多个设备，所述一个或多个设备安放在所述预定区内，每个设备包括：

具有一个或多个天线的天线阵列，其中，每个天线检测所述

预定区的具体区域内是否存在一个或多个加标签的商品；

耦合到所述天线阵列的复用器，所述天线阵列和所述复用器设置在基底上；以及

电子器件，其用于帮助所述天线阵列和所述复用器之间的通信；

RFID阅读器，其用于从所述一个或多个设备接收射频信号，所述信号包括与所述一个或多个加标签的商品的存在有关的信息；以及

计算机，其用于解释所述RFID阅读器接收到的所述射频信号。

19.如权利要求18所述的系统，其中，所述天线阵列包括一个或多个线性极化的贴片天线。

20.如权利要求18所述的系统，其中，所述复用器允许根据从所述计算机接收到的命令来选择特定天线。

21.如权利要求18所述的系统，其中，所述一个或多个设备集成到形成封闭空间的一部分的货架中。

22.如权利要求18所述的系统，还包括耦合到至少一个所述设备的射频复用器，其中，所述射频复用器依据从所述RFID阅读器接收到的询问请求，选择一天线阵列来激活。

23.如权利要求18所述的系统，其中，所述基底是印刷电路板。

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