CN101299644A - 基于六端口电路的天线信道检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于六端口电路的天线信道检测方法，要解决的技术问题是简单快速、可靠判断电子标签读写器天线的状态。本发明的方法包括以下步骤：基带处理器设定锁相环输出的载波频率，打开功率放大器，启动模数转换芯片，对信号进行采样，向混频器发送定长编码，检波二极管电路从微带线上调制信号经差分放大、数模转换，送基带处理器处理，判断出天线状态。本发明与现有技术相比，基带处理器设定锁相环输出的载波频率，通过混频器将一段定长编码调制到由锁相环产生的载波上，经功率放大输出，检波二极管电路从微带线上检出调制信号经放大、数模转换形成数字信号，送基带处理器处理，判断出天线状态，简单快速、可靠。

Description

基于六端口电路的天线信道检测方法

技术领域

本发明涉及一种天线的检测方法，特别是一种电子标签读写器天线的检测方法。

背景技术

现行的UHF超高频射频识别空气接口协议有ISO18000-6B和EPC。这些接口协议都规定读写器在接收无源电子标签返回信息时需持续发送载波给电子标签提供能量。这一工作模式决定了在测量接收噪声时需同时发射载波。而射频通路的接收噪声决定了系统的接收灵敏度，这一参数决定着读写器的性能好坏。

基于六端口的射频电路系统对负载匹配要求较为苛刻。如果外接天线与六端口网络不匹配，整个系统的性能参数可能无法满足设计要求。在工程应用中由于射频线缆、天线及环境干扰的因素导致接收噪声过大，影响系统工作。此外，六端口解调网络在有负载的情况下两路解调通道解调出的数字编码数值是相等的。如果射频输出端开路，则两路解调出的数字编码按位取反相。至此还没有简单快速、可靠的判定天线是否与六端口匹配、噪声是否满足要求的方法，从而不能准确得知电子标签读写器天线的状态，给工程应用带来了不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于六端口电路的天线信道检测方法，要解决的技术问题是简单快速、可靠判断电子标签读写器天线的状态。

本发明采用以下技术方案：一种基于六端口电路的天线信道检测方法，包括以下步骤：一、检测电路的基带处理器设定锁相环输出的载波频率；二、基带处理器输出功放使能信号，打开功率放大器；三、基带处理器启动模数转换芯片，对差分放大器输出的信号进行数据采样；四、基带处理器通过发射信号向混频器连续发送定长编码，该编码与载波混频放大后通过微带线向天线输出，同时检波二级管电路从微带线上检出调制信号经差分放大、数模转换形成数字信号，送基带处理器处理；五、基带处理器关闭功率放大器；六、基带程序对数据进行处理，判断出天线状态。

本发明的基带处理器对判断天线状态的结果进行保存。

本发明的基带处理器设定锁相环输出的载波频率为902MHz～928MHz。

本发明的基带处理器打开功率放大器后延时100微秒；数据采样延时5毫秒；基带处理器输出低电平信号关闭功率放大器。

本发明的模数转换芯片对两路差分放大器输出的信号进行数据采样；检波二级管电路为四路。

本发明的检测电路上电后复位后初始化，检测电路的基带处理器接收上端电脑发送的命令，并解析接收的命令，判断上端电脑发送的是检测天线命令，检测电路的基带处理器进入检测流程，开始对天线进行检测。

本发明的基带处理器中的接收/解析命令模块根据上端电脑发送的天线检测命令参数，构建待测天线队列，判断有天线需要检测，基带处理器向多路开关发送开关选通信号打开对应的待测天线。

本发明的数据处理包括以下步骤：一、基带处理器从模数转换芯片得到的采样数据中提取出数字信息；二、分别存储在基带处理器的第一数组、第二数组、第三数组和第四数组中；三、基带处理器计算第一数组与第三数组信号的相位差；四、基带处理器判断两相位是否相同；五、如果相位相同，则基带处理器再分别计算第一数组和第三数组的电压值幅度的第一峰峰值和第二峰峰值，分别与第一设定阈值比较；六、第一峰值和第二峰值全大于第一设定阈值，基带处理器计算第二数组和第四数组的电压值幅度的峰峰值，分别与第二设定阈值比较，全小于第二设定阈值，则判断天线状态良好。

本发明的第一数组和第二数组分别保存着发送定长编码和发送载波时从第一差分放大器中采集的调制波信号和载波信号数据，第三数组和第四数组分别保存着发送定长编码和发送载波时从第二差分放大器中采集的调制波信号和载波信号数据。

本发明的第二数组和第四数组的幅度的峰峰值不全小于第二设定阈值，基带处理器判断天线静态噪声过大。

本发明与现有技术相比，基于六端口的射频电路的特性，基带处理器设定锁相环输出的载波频率，通过混频器将一段定长编码调制到由锁相环产生的载波上，经功率放大输出，检波二级管电路从微带线上检出调制信号经差分放大、数模转换形成数字信号，送基带处理器处理，判断出天线状态，从而判断电子标签读写器能否工作或哪些天线可以工作，简单快速、可靠。

附图说明

图1是本发明实施例的天线检测电路结构图。

图2是本发明实施例的基带软件流程图。

图3是本发明实施例的天线检测流程图。

图4是本发明实施例的检测算法流程图。

图5-1是本发明实施例的采样数据第一差分放大器输出的I信号波形图。

图5-2是本发明实施例的采样数据第二差分放大器输出的Q信号波形图。

图6-1是本发明实施例2的采样数据第一差分放大器输出的I信号波形图。

图6-2是本发明实施例2的采样数据第二差分放大器输出的Q信号波形图。

图7-1是本发明实施例3的采样数据第一差分放大器输出的I信号波形图。

图7-2是本发明实施例3的采样数据第二差分放大器输出的Q信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的基于六端口电路的天线信道检测方法，检测电路的锁相环101产生本振信号，与基带处理器118发来的发射信号108在混频器102中混频。从混频器102输出的调制信号经功率放大器103放大后通过微带线104传输到天线105发送。天线105与微带线104之间设置有多路开关111，每路接通的开关连接一天线，可以通过调节多路开关选择检测的天线，微带线104上连接有四路二极管检波电路，每相邻两路二极管检波电路在微带线上的距离是载波波长的四分之一，检波电路用于检测微带线上调制信号的包络信号，从第一二极管检波电路113输出的信号、第三二极管检波电路115输出的信号经第一差分放大器107放大后得信号I 110，从第二二极管检波电路114输出的信号、第四二极管检波电路116输出的信号经第二差分放大器106放大后得到信号Q109。模数转换芯片117采集第一差分放大器输出的信号I和第二差分放大器输出的信号Q，送到基带处理器118，进行计算。基带处理器118输出功放使能信号112，用于控制功率放大器103的开关。上端PC电脑119向基带处理器(118)发送指令。

实施例1，本发明的于六端口电路的天线信道检测电路，锁相环采用VARI-L的PLL400-915A，输出载波频率902MHz～928MHz，混频器选用HMC207S8，功率放大器是金属氧化物半导体场效应晶体管放大器，微带线上传输的是混频后经功率放大器放大的调制信号，多路开关为可收发天线开关SW425，可连接两路天线，四路检波电路由零偏置肖特基检波二级管组成，差分放大器由MAT04组成，MAT04有四个独立的NPN三极管。模数转换芯片采用AD7866。基带处理器选用ADSP-BF537。基带控制信号为高低电平使能信号。

本发明的基于六端口电路的天线信道检测方法的工作原理：模数转换芯片117分别通过基带处理器118发射信号108，向射频电路发射调制波和载波的时候采集第一差分放大器107和第二差分放大器106输出的信号I和信号Q。基带处理器118比较发射调制波时两路差分放大器输出信号的相位以及幅值，判断射频输出端口即多路开关111上是否连接天线或负载，基带处理器118计算发射载波时解调信号数据的峰值判断接收噪声是否满足要求。

如图1和图2所示，本发明的基于六端口电路的天线信道检测方法，主处理流程包括以下步骤：一、检测电路上电、复位后初始化；二、检测电路的基带处理器118接收上端PC电脑119发送的命令；三、基带处理器118解析接收的命令；四、判断上端PC电脑发送的是否为检测天线命令；五、若判断上端PC电脑发送的命令是检测天线命令，检测电路的基带处理器118进入检测流程，开始对天线进行检测。

如图1和图3所示，检测电路对天线进行检测，包括以下步骤：一、基带处理器中的接收/解析命令模块根据PC电脑发送的天线检测命令参数，以及全局变量天线总数，构建待测天线队列，该待测天线队列为一数据链表，每个链表元素代表一个天线；二、基带处理器中的天线队列查询模块遍历该队列，判断待测天线队列是否为空，如果为空则表明没有天线需要检测或天线检测已完成，并由基带处理器通过串口或以太网将结果发送到上端PC电脑；如果天线队列查询模块判断有天线需要检测，则基带处理器向多路开关发送开关选通信号打开对应的待测天线；三、基带处理器根据ISO18000-6B或EPC射频通信标准设定锁相环输出的载波频率902MHz～928MHz；四、基带处理器输出功放使能信号112，打开功率放大器，由于功率放大器达到稳态输出需要一定时间，基带处理器延时100微秒，以等待功率放大器输出稳定；五、基带处理器启动模数转换芯片，对两路差分放大器输出的信号I和Q进行数据采样；六、基带处理器通过发射信号108向混频器连续发送一段定长编码，如16位数0XC0C0，该编码与载波混频放大后通过微带线向天线输出，与此同时四路检波二级管电路从微带线上检出调制信号经差分放大形成信号I和Q，由数模转换芯片形成数字信号，送基带处理器处理，编码发送后，基带处理器根据需要采集的信息量，如要计算M个数据样本，再结合数据采样率设定延时T秒后停止数据采样，这里T取5毫秒；七、基带处理器输出低电平信号关闭功率放大器；八、基带程序对数据进行处理，判断出天线状态；九、基带程序对判断结果进行保存。

如图4所示，数据处理包括以下步骤：一、基带处理器从模数转换芯片得到的采样数据中提取出数字信息；二、分别存储在基带处理器的第一数组a、第二数组b、第三数组c和第四数组d中，四个数组保存的都是信号的电压值，数组a和b分别保存着发送定长编码和发送载波时从第一差分放大器中采集的调制波信号和载波信号数据，数组c和d分别保存着发送定长编码和发送载波时从第二差分放大器中采集的调制波信号和载波信号数据，如图5所示，数组a和c对应着发送定长编码时采集的信号I和Q的调制波信号数据，数组b和d对应着发送载波时采集的信号I和Q的载波信号数据；三、基带处理器计算数组a与c信号的相位差，由于这里只有同相和反相两种情况，只需验证两数组是否相似就可以，具体计算方法：分别计算数组a和c的幅度平均值。将数组a和c的元素，这里的元素为模数转换芯片采集的由差分发大器输出的电压值，分别与各平均值比较，大于平均值的取值为1，小于平均值的取值为0，比较后的取值1和0分别储存在基带处理器的临时数组t1和t2中；四、基带处理器统计t1和t2对应位，这里的对应位是指临时数组t1和t2中对应顺序的数据，如t1中的第一个数据对应t2中的第一个数据，t1中的第n个数据对应t2中的第n个数据，相等的比率是否大于90％，判断两相位是否相同，比率大于90％则两相位相同，如果相位不相同，则判断天线未连接；五、如果相位相同，则基带处理器再分别计算数组a和c中幅度值最大与最小值之差，并存储在临时变量d1和d2中，d1为数组a存储的电压值中最大值与最小值之差，d2为数组c存储的电压值中最大值与最小值之差，基带处理器将计算结果d1和d2分别与第一设定阈值y1比较，第一设定阈值y1和第二设定阈值y2都是通过实验获得的设定值，其中第一设定阈值y1为定长编码发射时的幅度阈值，第二设定阈值y2为载波发射时的幅度阈值，如果d1和d2不全大于y1，则判断天线未连接；六、如果d1和d2全大于y1，则基带处理器接着计算数组b和d的峰峰值并存储在零时变量d1和d2中，覆盖前面的零时变量d1和d2，d1为数组b的元素最大值与最小值之差，d2为数组d的元素最大值与最小值之差，基带处理器将计算结果d1和d2分别与第二设定阈值y2比较，判断d1和d2是否都小于y2，如果d1和d2不全小于y2，则判断天线静态噪声过大；七、如果d1和d2全小于y2，则表明该天线状态良好，通过检测。

如图5-1和图5-2所示，使用基带处理器将模数转换芯片采集的数据保存，用MATLAB软件绘出波形图，在绘出的采样信号波形图中，整个采样的数据分为两个部分：发射调制信号即定长编码发送时差分发大器输出的发射调制波信号a、c，发射载波时差分发大器输出的发射载波信号b、d。

本发明的方法先通过混频器将一段定长编码调制到由锁相环产生的载波上，然后经由功率放大器放大输出，在输出的同时对解调通道采样，接着再采集一段单开功放发射载波的解调信号，通过对这两组数据的分析判断天线是否连接，以及接收噪声是否满足要求。

实施例2，采用实施例1的电路，调制信息为0×C0C0，波特率为80Kbps，载波频率为915MHz，设定的阈值y1为1800，阈值y2为300。射频输出端不接负载天线。上端PC电脑向基带处理器发送天线检测指令，启动天线检测流程。模数转换芯片采集的第一和第二差分发大器输出的信号I和信号Q如图6-1和图6-2所示。从图中可明显看到在发射调制调制信号时信号I和Q反相且幅值都大于阈值y1，而在发射载波时信号I的峰峰值大于设定的阈值y2。可判断出射频电路没有接负载天线。

实施例3，采用实施例1的电路，调制信息为0×C0C0，波特率为80Kbps，载波频率为915MHz，设定的阈值y1为1800，阈值y2为300。射频输出端接负载天线。上端PC电脑向基带处理器发送天线检测指令，启动天线检测流程。模数转换芯片采集的第一和第二差分发大器输出的信号I和信号Q如图7-1和图7-2所示。从图中可明显看到在发射调制调制信号时信号I和Q同相且幅值都大于阈值y1，而在发射载波时信号I和信号Q的峰峰值都小于设定的阈值y2。可判断出射频电路接有匹配的负载天线。

Claims (10)

1.一种基于六端口电路的天线信道检测方法，包括以下步骤：一、检测电路的基带处理器设定锁相环输出的载波频率；二、基带处理器输出功放使能信号，打开功率放大器；三、基带处理器启动模数转换芯片，对差分放大器输出的信号进行数据采样；四、基带处理器通过发射信号向混频器连续发送定长编码，该编码与载波混频放大后通过微带线向天线输出，同时检波二级管电路从微带线上检出调制信号经差分放大、数模转换形成数字信号，送基带处理器处理；五、基带处理器关闭功率放大器；六、基带程序对数据进行处理，判断出天线状态。

2.根据权利要求1所述的基于六端口电路的天线信道检测方法，其特征在于：所述基带处理器对判断天线状态的结果进行保存。

3.根据权利要求2所述的基于六端口电路的天线信道检测方法，其特征在于：所述基带处理器设定锁相环输出的载波频率为902MHz～928MHz。

4.根据权利要求3所述的基于六端口电路的天线信道检测方法，其特征在于：所述基带处理器打开功率放大器后延时100微秒；数据采样延时5毫秒；基带处理器输出低电平信号关闭功率放大器。

5.根据权利要求4所述的基于六端口电路的天线信道检测方法，其特征在于：所述模数转换芯片对两路差分放大器输出的信号进行数据采样；检波二级管电路为四路。

6.根据权利要求5所述的基于六端口电路的天线信道检测方法，其特征在于：所述检测电路上电后复位后初始化，检测电路的基带处理器接收上端电脑发送的命令，并解析接收的命令，判断上端电脑发送的是检测天线命令，检测电路的基带处理器进入检测流程，开始对天线进行检测。

7.根据权利要求6所述的基于六端口电路的天线信道检测方法，其特征在于：所述基带处理器中的接收/解析命令模块根据上端电脑发送的天线检测命令参数，构建待测天线队列，判断有天线需要检测，基带处理器向多路开关发送开关选通信号打开对应的待测天线。

8.根据权利要求7所述的基于六端口电路的天线信道检测方法，其特征在于：所述数据处理包括以下步骤：一、基带处理器从模数转换芯片得到的采样数据中提取出数字信息；二、分别存储在基带处理器的第一数组、第二数组、第三数组和第四数组中；三、基带处理器计算第一数组与第三数组信号的相位差；四、基带处理器判断两相位是否相同；五、如果相位相同，则基带处理器再分别计算第一数组和第三数组的电压值幅度的第一峰峰值和第二峰峰值，分别与第一设定阈值比较；六、第一峰值和第二峰值全大于第一设定阈值，基带处理器计算第二数组和第四数组的电压值幅度的峰峰值，分别与第二设定阈值比较，全小于第二设定阈值，则判断天线状态良好。

9.根据权利要求8所述的基于六端口电路的天线信道检测方法，其特征在于：所述第一数组和第二数组分别保存着发送定长编码和发送载波时从第一差分放大器中采集的调制波信号和载波信号数据，第三数组和第四数组分别保存着发送定长编码和发送载波时从第二差分放大器中采集的调制波信号和载波信号数据。

10.根据权利要求9所述的基于六端口电路的天线信道检测方法，其特征在于：所述第二数组和第四数组的幅度的峰峰值不全小于第二设定阈值，基带处理器判断天线静态噪声过大。

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