動態eas檢測系統和方法
2023-05-11 02:18:31
專利名稱：動態eas檢測系統和方法
技術領域：
本發明涉及動態控制的數位化定相多天線元件，用於為不依賴於方 向的標籤檢測和數字合成技術產生動態增強電磁場，其提高了商品電子 防盜(EAS)系統的信號靈敏度。
背景技術：
商品電子防盜(EAS)系統通常由(a)標籤、(b)詢問天線和(c)詢 問電子設備組成，其中每個均對總體系統性能起特定作用。
EAS迴路天線支架通常安裝於零售店出口附近，並且根據對商品上固定 的諧振標籤的檢測， 一旦商品未經許可而帶離商店時會發出警報。所述系 統包括傳送裝置，用於在支架附近產生電磁場；接收裝置，用於檢測由 詢問場內存在的諧振標籤產生的信號。
EAS的某些預期特徵包括檢測區域內無盲點或空白區存在；詢問場在 天線附件很強，足以檢測噪音環境中諧振標籤存在與否，但為了符合法規 在遠處則足夠弱；檢測性能不受諧振標籤的方向影響。
一種抑制遠場發射的方法是在中部機械纏繞"0"形迴路天線180°形 成"8"字形迴路。然而，由於磁場線走向平行於標籤平面，在數字8交叉 點附近區域產生檢測空白。由於磁場線走向垂直於標籤平面時達到最優檢 測，這將導致檢測顯著降低。
專利EP 0 186 483 (Curtis等人)中另一種方法是利用包括第一 "0" 形迴路天線和與其共平面的第二 "8"字形迴路天線的天線系統。所述裝置 中，通過並行地驅動使所述天線產生圓形的偏振詢問場，使得不管標籤的 方向如何，標籤接收的能量相同。
專利EP 0 579 332 (Rebers)中公開的一種不同的天線結構包括兩個 迴路天線線圈，其中一個線圈是串聯諧振電路的一部分，另一個線圈是並聯諧振電路的一部分；串聯諧振電路和並聯諧振電路相互連接形成由單電 源驅動的模擬移相網絡。
專利號為EP 1 041 503的專利也公開了一種等效的模擬移相網絡，其
涉及一種用於旋轉發射場的對相位不靈敏的接收器。
在美國專利號為6，166，706的專利(Gallagher III等人)中，另一種 方法是當上下"8"字形迴路部分或完全重疊時產生包括與電驅動"8"字 形迴路共平面的磁耦合中心迴路的旋轉場。通過所述天線配置，磁感應產 生"8"字形迴路相位和中心迴路相位之間90。的相位差，從而產生旋轉場。
美國專利號為6，836，216的專利(Manov等人)中，分別控制四個天線 線圈中電流的方向，從而在詢問區內產生在某優選方向(豎直、垂直或平 行於出口通道)偏振的合成磁場。
美國專利第6,081，238號(Alico)中描述了若干天線配置，其中這些 天線相互間隔90°定相，以改善詢問場分布。
EAS系統通常利用諧振效應，如磁致彈性諧振(例如，聲磁致伸縮或 AM)和電磁諧振(射頻線圈標籤)。EAS標籤對所施加的勵磁表現出二階響 應，並通過脈衝響應和頻率響應以數學方式描述諧振行為。來自傅立葉變 換的脈衝響應和頻率響應可用於兩種替代性標籤詢問方法中脈衝監聽詢 問和掃頻詢問。
與通常低於10MHz的工作頻率的波長和近場區域內的詢問區相比，EAS 天線電小，而電感耦合佔優勢。由於使用簡單且成本低，平面迴路是最常 用的。標籤勵磁需要實質上與AM標籤的長度相切且與電感線圈標籤垂直的 磁通量。單個天線迴路元件不可避免地會產生相對於標籤位置和方向的不 均勻詢問區。實際上，至少兩個天線元件用於轉換磁場方向，從而產生更 均勻的詢問區。
已有的對方向問題的解決方法包括同時定相或依次改變多個天線元件。
專利EPO 186 483 (Curtis等人)公開了一種包括"8"字形迴路(或 "2"字形迴路)元件11和"0"形迴路(或"1"字形迴路)元件12的天 線結構(見圖l)，其在驅動90°相位差時產生恆定的旋轉磁場。由於"O" 形迴路產生比"8"字形迴路大很多的磁場，Curtis的天線結構不那麼平衡。 專利EP 0 645 840 (Rebers)提出一種使用"2"字形迴路元件14和 "3"字形迴路元件13的改進結構(見圖2)。儘管在Curtis的發明和專利EP 0 645 840 (Rebers)發明中均未涉及，所述"3"字形迴路還在遠場消 除方面較"1"字形迴路(見圖1)有優勢。為了在接收信號為調製形式時 在載波信號上進行連續傳輸，接收信號的相位對標籤方向敏感。如果不斷 的旋轉標籤，同步解調或相位靈敏檢測將不會在旋轉磁場中起作用。需要 正交接收機計算來消除相敏。
專利EP 1 041 503 (Kip)公開了一種尋址相敏問題的接收機(見圖3)。 美國專利號6， 081， 238的專利(Alicot)公開了一種使用兩個相鄰共 面單迴路的天線結構(見圖4)，其中互耦合引起一個90°移相，從而產生 相對無空白檢測模式。通過互耦合引起的移相實際問題是需要一種高Q,以 引起兩迴路間90°的移相，導致脈衝監聽詢問的過度振鈴。同樣，耦合回 路的感應電流不具有和供電迴路電流同樣大的幅值，並且所述兩種迴路的 檢測模式不同。
上述專利中公開了一種實用設備(見圖5)，其改變兩迴路間的相位差 (同相或異相)來轉換磁場方向。從兩迴路接收的信號移位90°以進行後 續混合。兩天線迴路同相時(如圖6所示時間間隔期間)，無遠場消除。
上述同一專利中公開了一種通過將單迴路劃分為如圖7所示的四個相 位指定為0°、 90°、 180°和270°的等面積元件的解決方法。
上述方法和設備具有特定問題和限制。Curtis忽視了接收機和遠場消 除。專利EP 0 579 332 (Rebers)採用RC移相電路，如果用於脈衝監聽系 統中，其不僅引起插入損失還會引起諧振問題。同樣，由於RC移相電路帶 寬有限，RC移相電路可能在頻率範圍內不能正常工作。對於脈衝監聽系統 而言，在傳輸和接收方面，依次交替"2"字形迴路和"3"字形迴路更簡 單。Alicot還使用用於正交接收機的移相電路。至於遠場消除，Alicot將 單迴路劃分為四個等面積元件。由於檢測性能主要取決於每個迴路元件的 尺寸，具有遠場消除性能的四元件天線與不具有遠場消除性能的二元件天 線相比，檢測減少。
本文引用的所有參考文獻的全部內容均以引用的方式併入本文。
發明內容
本發明的目的是消除用於傳輸和接收的模擬移相電路，從而消除插入 損失並提高信噪比。使用適合的數字處理技術數位化或處理化的從每個天 線元件接收的信號。
本發明的另 一 目的是在為符合法規實現遠場消除的同時增大天線元件的尺寸。
對於90°相位差驅動的兩個元件而言，如圖8所示，其在遠場的矢量 和不為零，需要另外的遠場消除技術。
本發明的一種改進的定相方法是如圖9所示的三個天線元件，當以120。 相位差驅動時，其使得遠場矢量和為零。
本發明提供一種商品電子防盜系統，包括天線結構，其包括三個或 三個以上均與獨立傳輸驅動器連接用於產生相應電磁場的迴路，其中所述 傳輸驅動器設置為以所述獨立傳輸驅動器的所述電磁場的矢量和在遠場為
零的方式驅動所述迴路，其中沒有矢量以180°的相位從另一矢量中分離。
本發明提供一種動態控制的商品電子防盜系統，用於檢測安全標籤， 其中數位化定相併有源驅動的天線元件陣列進行同時傳輸，以產生若干具 有各自矢量的電磁場，其中所述系統改變在各個所述矢量之間的相位以與 安全標籤相互作用，從而實現標籤檢測。
結合以下附圖來描述本發明，圖中的相同參考數字表示相同元件，其
中
圖1為專利EP 0 186 483 (Curtis)中描述的一種現有技術天線元件； 圖2為專利EP 0 645 840 (Rebers)中描述的另一種現有技術天線元
件；
圖3為專利EP 1 041 503 (Kip)中描述的一種現有技術接收機；
圖4為美國專利號為6， 081， 238的專利(Alicot)中描述的另一種現 有技術天線結構；
圖5為圖4中所述天線結構的工作原理圖6為用於激活圖4-5中所述天線結構的時序圖7為美國專利號為6， 081， 238的專利(Alicot)中所示不同天線元 件定相的簡化示意圖8為一種非零遠場矢量求和法的簡化示意圖9為本發明的一種具有遠場消除的定相方法的簡化示意圖9A描繪了本發明所述系統的方框圖10為根據本發明所述的直接數字合成器的俯視圖11為根據本發明所述的數字移相網絡；
圖12為根據本發明所述的數字上變頻器；
6圖13為用於實質遠場抑制的約束矢量求和法；
圖14顯示了用下變頻器和移相網絡數位化處理的接收信號；
圖15為生成以若干接收天線數據的平方和計算的新複合信號的方框
圖16顯示了使用兩種不同移相設置生成兩個來源於接收天線陣列的復 合信號的方案；
圖17顯示了生成對若干接收天線的數據進行平方和運算來計算的新復 合信號的方框圖18顯示了動態定相和有源驅動天線元件陣列進行同時傳輸的方框
圖19顯示了動態定相天線元件陣列並將其結合於接收裝置中以提高檢 測的方框圖20說明了動態定相的寬通道檢測方案；
圖21描繪了一種典型天線元件，其包括電磁鐵芯附近的繞組，如鐵氧 體陶瓷材料。
具體實施例方式
本發明20 (見圖9A)涉及一種動態控制的商品電子防盜系統(EAS)， 其中數位化定相併有源驅動的天線元件陣列(天線1、天線2...天線K) 進行同時傳輸22，數位化定相所述天線元件陣列並將其結合於接收裝置24 中以提高安全標籤10的檢測。所有天線元件均從中心協調位置26 (例如， 處理器)開始設置。特別地，數位化掃描收發詢問場，以便可在某些期望 位置加強檢測，而在某些其他位置仍對受抑制的標籤方向靈敏。本發明的 一個實施例中，有源定相多天線元件進行同時傳輸是通過使用直接數字合 成器(DDS)數位化進行的。
圖IO顯示了 DDS 100的俯視圖。累加(即按時進行數位化積分)並量 化控制輸出頻率的相位三角形101以生成一個指數102，用正/餘弦查找表 映射所述指數102以生成輸出射頻波形104。相位累加105後，量化之前將 期望相位偏移106與結果相加。可根據大範圍射頻頻譜的樣品周期，設定 或動態更改相位三角形和相位偏移。
例如，IO次取樣中十分之一 (1/10)的相位三角形和百分之一 (1/100) 的相位偏移，意味著正弦曲線具有360/100度的移相。然後將DDS輸出送 至數模轉換器(DAC) 107和低通濾波器108，以生成模擬傳輸波形。使用不同相位偏移寄存器，每個天線元件對應一個相位偏移寄存器，以產生數 字定相網絡，以便同一查找表能按時間多元的劃分，從而產生若干射頻波 形。此外，由於同一查找表的正餘弦輸出均可用，容易產生90°相位差的一 對傳輸信號。
本發明的另一實施例中，有源定相多天線元件進行同時傳輸是通過數 字移相上變頻器網絡進行的。首先設計模板同相(I)正交(Q)基帶信號，
並送至數字移相網絡，然後送至數字上變頻器(DUC)。圖lla顯示了使用 乘法器和加法器網絡獲得數字移相網絡200，以根據旋轉矩陣進行若干矢量 旋轉。
函4: sin &
>1
其中，[i， q]表示模板I/Q波形，
Ll %」表示天線元件k的已旋轉波形，6k表示天線元件k的移相。 圖12顯示了使用級聯積分梳(CIC)上採樣濾波器201和DDS 100上
變頻化移相輸出。根據以下公式得出最終的上變頻信號 、(打)=^ (w) cos(叫n) — yfc (w) sin(叫n)
其中》]表示天線元件k的CIC輸出； [cos(叫m) ，sin(叫")]表示輸出，
%表示射頻波形的預期角頻率。
同一 DDS用於為所有傳輸天線元件進行頻率上移。與僅適合用於單(或 窄帶)頻的模擬移相網絡不同，同一數字移相網絡200 (圖11)可僅通過 調節DDS的相位三角形來用於大範圍射頻頻譜。
本發明的另一方面，為符合法規實現實質的遠場抑制，用於驅動傳輸 天線陣列的若干移相的矢量和在遠場必須為零。用於驅動傳輸天線陣列的 移相的選擇對於產生的詢問場模式和遠離天線的場強均至關重要。為了抑 制遠場能量使其達到規定要求，如圖13所示此處施加限制，以便無論所述系統中天線結構和所述若干天線元件存在與否均能實現實質的遠場抑制。 例如，在具有三個相同天線元件的系統中，如果兩個天線的移相為0。-120。， 則最好為第三個天線元件選擇240°的移相，以使所有移相的矢量和等於零。
本發明的又一方面，使用下變頻移相網絡數位化處理從天線陣列接收 來的若干射頻/中頻信號。將每個天線的接收射頻信號送至數字下變頻器
(DDC)，然後送至數字移相器。圖14顯示了使用DDS 100和CIC下採樣
濾波器400下變頻接收的射頻信號。頻率下變頻輸出以與傳輸模式的操作 反向的方式與基帶I/Q信號相對應。傳輸模式期間使用的同一 DDS和數字 移相網絡用於接收模式，以為所有接收天線元件進行頻率下移和移相。
為進行標籤檢測，通過使用相干包絡檢波器結合若干經下變頻移相的 接收信號而產生複合接收信號，所述相干包絡檢波器進行平方和運算。圖 15顯示了生成以若干接收天線數據的平方和500計算的新複合信號的方框 圖。對於n個相同元件而言，求和給出是單一元件靈敏度n倍的靈敏度。 相干求和的作用是沿同一方向旋轉並調準來自若干接收天線元件的I/Q矢 量，以便所得到的矢量和等於接收天線元件上感應電壓的幅值和。通過改 變旋轉角的選擇，可以根據需要調節接收場的空間靈敏度或方向性，以在 相對於天線陣列結構的不同空間坐標和方向檢測諧振標籤。這尤其適合天 線元件間必須進行互耦合的情況。此外，由於發射場間的磁通線交叉點角 度在空間上連續地變化，接收天線上的感應電壓可具有取決於標籤位置和 方向的相互的相差。
為進行標籤檢測，本發明也可能使用相干包絡檢波器生成若干來源於 經下變頻移相的接收信號的複合接收信號，所述相干包絡檢波器進行平方 和500運算。因為接收模式中採用的移相的選擇決定接收場的空間靈敏度 或方向性，可能需要不同移相設置，以最好地在不同位置檢測進入詢問場 的標籤，尤其是當信噪比極低時。圖16顯示了使用兩種不同移相設置來生 成兩個來源於接收天線陣列的複合接收信號的方案。原理是一種移相設置 適用於檢測位於特定區域內的諧振標籤，另一種設置適用於檢測位於不同 區域的諧振標籤。
如本發明用於標籤檢測的另一實施例，使用非相干包絡檢波器從若干 經下變頻的信號獲得複合接收信號，所述非相干包絡檢波器進行平方和運 算。圖17顯示了一個通過對來自若干接收天線的數據進行平方和700運算 生成新複合信號的方框圖。這對應為每個天線元件設置一個平方律檢波器(包絡檢波器)，然後增加來自元件的功率(幅值)以獲得最終信號檢測。 與相干求和相比，非相干求和設備更直接，但靈敏度為^，與相干求和的
靈敏度n相比稍微較差。
動態改變若干傳輸信號的個體頻率和相位，以允許傳輸場模式的自動
操作(操縱)。通過使用高速計算機控制(微控制器、微處理器和FPGA等)
和定相陣列天線系統，可通過控制個體天線元件的定相和勵磁快速掃描傳
輸場模式。圖18顯示了一個動態定相併有源驅動的天線元件陣列以進行同
時傳輸的方框圖。數位化控制的陣列天線可為EAS提供所需靈活性，以適
應並按最適於特定零售店標籤檢測的方式進行。此外，可通過隨時任意改
變傳輸頻率進行頻率掃描。這些功能可以自動適應程序控制，以進行有效
的自動管理，以便在某些期望位置加強場模式而在某些其他位置抑制場模
式，從而使檢測區域局部化。
動態改變所述若干接收信號的個體頻率和相位，以允許自動操作(操
縱)接收場靈敏度。圖19顯示了一個動態定相天線元件陣列並將其結合於
接收裝置中以提高檢測的方框圖。由於互惠定律，標籤檢測性能受接收場
模式以及接收場靈敏度影響。特別地，相對於隨距離的增加而降低的磁場
強度，以脈衝模式運行的EAS系統的傳輸場強和接收場靈敏度之間存在互
惠性。因此，對於標籤檢測而言，只有仍進行動態定位所述若干接收信號
時所述若干傳輸信號的動態定相才有效。
對於寬通道天線配置，天線元件設置為形成支架對，使得一半移相為 "《<"的元件位於出口通道一側的同一平面上，而另一半移相為 ;^^<^的所述天線元件位於所述出口通道另一側的同一平面上。特別
地，圖20顯示了由4個天線元件組成的方案1000，其中0°和90°迴路設置 於所述出口通道一側的共用平面上，而180°和270°迴路設置於另一側的共 用平面上。注意，所有傳輸相位之和為360°，以便實質上減少遠場發射。
動態EAS系統的天線結構可以各種方式構造。例如，如圖21所示，天 線元件210可由電磁鐵芯204周圍如鐵氧體陶瓷材料的繞組206組成，並 用非鐵質墊片202隔開，而不構造成空氣迴路。不同迴路可共用一個公用 鐵芯或直線排列於相鄰或近鄰材料段上或按各種其它布置排列。
參考具體實施例詳細描述本發明的同時，在不違反本發明精神和範圍 的前提下本技術領域的技術人員可對本發明進行各種改變和修改。
權利要求
1、一種商品電子防盜系統，包括天線結構，其包括三個或三個以上均與獨立傳輸驅動器連接以用於產生相應電磁場的迴路，其中所述傳輸驅動器設置為以所述獨立傳輸驅動器的所述電磁場的矢量和在遠場為零的方式驅動所述迴路，其中沒有矢量以180°的相位從另一矢量中分離。
2、 根據權利要求1所述的系統，其中數位化合成傳輸信號。
3、 根據權利要求1所述的系統，其中所述傳輸信號相互間的相位不同。
4、 根據權利要求1所述的系統，所述天線結構還包括電磁鐵芯結構，其 周圍纏繞有所述天線結構的所述迴路。
5、 根據權利要求4所述的系統，其中所述電磁鐵芯包括鐵氧體陶瓷材料或複合鐵質絕緣材料。
6、 一種動態控制的商品電子防盜系統，用於檢測安全標籤，其中數位化 定相併有源驅動的天線元件陣列進行同時傳輸，以產生若干具有各自矢量的 電磁場，其中所述系統改變在每個所述矢量間的相位以與安全標籤相互作用， 從而實現標籤檢測。
7、 根據權利要求6所述的系統，通過以計算機控制的方式快速改變若干 已收發安全標籤信號的個體頻率和相位來自動操縱所述電磁場並掃描相關頻 率。
8、 根據權利要求6所述的系統，還包括傳送裝置，其同時驅動若干天 線；接收裝置，其處理並結合任何從安全標籤接收的信號；計算機裝置，其 動態控制所述傳送裝置和所述接收裝置。
9、 根據權利要求6所述的系統，其中用於寬通道配置的天線結構包括 偶數個天線元件，其設置成形成支架對，使得一半在0°-180°間移相的元件 位於出口通道一側的同一平面上，而另一半在180°-360°間移相的所述天線 元件位於所述出口通道另一側的同一平面上。
10、 根據權利要求7所述的系統，其中數位化定相和動態控制所述若干 已收發的安全標籤信號，以產生圓形的偏振螺旋狀射頻場。
全文摘要
本發明涉及動態控制的商品電子防盜(EAS)系統，其中數位化定相和有源驅動的天線元件陣列進行同時傳輸，數位化定相併結合於接收裝置中以提高安全標籤檢測。特別地，若干傳輸/接收信號的個體頻率和相位快速變化，以允許傳輸場模式和接收場靈敏度的自動化操作(操縱)。本發明目的在於通過數位化定相和動態計算機控制實現以下特徵無論標籤方向如何，遠場消除充分、無空白檢測和檢測性能穩定。
文檔編號H01Q7/00GK101689704SQ200880019244
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月6日 優先權日2007年6月8日
發明者哈裡·翁, 曾可鋒 申請人:檢查站系統股份有限公司