[实用新型]一种支持阅读器的单发多收检测模式的射频开关矩阵

说明书

本申请提出一种支持阅读器的单发多收检测模式的射频开关矩阵，该射频开关矩阵包括：一个单刀四掷射频开关、四个单刀双掷射频开关及一个合路器，所述合路器，具有输入端及输出端，所述单刀双掷射频开关，具有：输入端及2个输出端，述单刀四掷射频开关具有：输入端及4个输出端，单刀四掷射频开关的输入端与阅读器射频信号发射端相连，4个输出端分别与4个所述单刀双掷射频开关的2个输出端当中的一个相连，4个单刀双掷射频开关中余下输出端分别连接合路器的输入端；单刀双掷射频开关的输入端连接阅读器射频信号发射端，合路器的输出端与阅读器射频信号接收端相连。利用多路射频开关矩阵实现UHF RFID检测系统的单路发射、多路接收工作模式。

技术领域

本申请涉及无线通信领域，具体的涉及一种支持阅读器的单发多收检测模式的射频开关矩阵。

背景技术

射频识别(RFID)技术是一种基于射频信号检测的自动识别技术。该技术起源可追溯至19世纪中叶法拉第电磁感应的发现，并在20世纪40年代的无线电的雷达技术中得到应用。目前已经广泛用于物流管理、资产管理、结构健康监测 (SHM)、安全性验证等领域。近年来随着大数据、互联网+的发展、5G“万物互联”的潮流，射频识别技术在物联网(Internetof Things,IoT)领域将有更大的应用潜力。

传统的射频识别系统采用单发单收的工作模式，受天线波瓣角限制，覆盖区域有限；多天线识别系统在单发单收模式下，单个天线收发时间为10-200ms 不等，期间系统内其他天线均处于等待状态，天线利用率低。针对单发单收模式下检测效率低的问题：文献[Chen S,Zhong S,Yang S,et al.A Multi-Antenna RFID Reader with Blind AdaptiveBeamforming[J].IEEE Internet of Things Journal,2016:1-1]提出一种多天线超高频识别系统，研究了阅读器的可识别范围、数据传输性能以及标签数量的估计方法，并且提出BABF算法用于解决多天线系统中标签碰撞的问题，但是这篇文章中只研究了两种天线的情况，天线依旧是单独工作，且作者只探讨了特定布局下的识别效率问题，没有提出普适性的解决方案。针对多天线检测系统：文献[Zhu F,Xiao B,Liu J,et al. Exploring TagDistribution in Multi-Reader RFID Systems[J].IEEE Transactions on MobileComputing,2016,16(5):1-1.]和[A.S.Andrenko and M.Kai,Novel design of UHF RFIDnear-field antenna for smart shelf applications,2013 Asia-Pacific MicrowaveConference Proceedings (APMC),Seoul,2013,pp.242-244]探讨了标签在多阅读器RFID系统中的分布问题，提出一种能够快速识别每个阅读器下标签集的协议，这对高效进行产品库存管理提供了可能。但是当多个阅读器的天线信号覆盖区域有重叠时，会导致处于重叠区域的标签被不止一个阅读器天线所识别，造成标签碰撞，RFID 系统的可靠性降低。文献[Saadi H,Touhami R,Yagoub MCE.TDMA-SDMA-based RFID algorithm for fastdetection and efficient collision avoidance.Int J Commun Syst.2018；31:e3392.https://doi.org/10.1002/dac.3392]和 [Xiuwei Xuan,Kun Li.EfficientAnticollision Algorithm for RFID EPC Generation2 Protocol Based on ContinuousDetection[J].International Journal of Wireless Information Networks(2020)27:133–143]提出了新的算法解决方案，用来提升RFID系统检测效率，避免多标签碰撞，但没有考虑硬件的层面问题。另一方面，许多学者将波束扫描阵列天线应用与RFID检测系统，在射频前端通过波束切换提升有效检测区域覆盖面积，文献[Jeong M G,Kim J H,Bae S H,etal.Miniaturised multi-beam-controlled circular eight-port beamforming networkfor long-range UHF RFID hemispheric coverage[J].Iet Microwaves AntennasPropagation,2018,12(2):154-159] 提出一种UHF频段多波束控制八端口波束赋形网络，在厚度1.2mm的FR4基板上设计12个正交混合耦合器和12个90度移相器，在phi＝0°和90°时分别实现130°和180°的3dBi以上波束覆盖；文献[H.-T.Chou,Z.-C.Tsai,Near-FieldFocus Radiation of Multibeam Phased Array of Antennas Realized by UsingModified Rotman Lens Beamformer[J].IEEE Trans.Antennas Propag,2018,12: 6618-6628]通过罗特曼透镜实现对8×8天线阵列波束的无源切换，且在23cm 的测试距离下实现了75cm×100cm的可识别覆盖面积。但采用波束赋形技术功耗大、电路复杂，不能满足小型通道检测系统的实际应用需求。