CN102902939A

CN102902939A - 载波抵消装置

Info

Publication number: CN102902939A
Application number: CN2012103762489A
Authority: CN
Inventors: 李卓凡; 鄢若韫; 赵辰; 吉日格乐; 张成海; 罗秋科; 姜国强; 罗艳
Original assignee: ARTICLE NUMBERING CENTER OF CHINA
Current assignee: ARTICLE NUMBERING CENTER OF CHINA
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: CN102902939B

Abstract

本发明涉及一种载波抵消装置，包括：第一定向耦合器，与射频信号设备通过功率放大器连接，用于将发送信号分为第一发送信号和第二发送信号；调整模块，与第一定向耦合器连接，用于调整第二发送信号，使得调整后的信号与接收天线的接收信号近似为等幅和反相；加法器，与调整模块和接收天线连接，用于对调整后的信号和接收信号进行叠加处理，得到叠加后的信号，发送给射频信号设备。本发明通过调整模块对发送信号进行调整，使得调整后的信号与接收天线的接收信号近似为等幅和反相，从而抵消了发送天线和接收天线间大部分的耦合干扰，有利于射频信号模块获得检测数据，对更多标签进行识别。

Description

载波抵消装置

技术领域

本发明涉及一种信号处理技术，尤其涉及一种载波抵消装置。

背景技术

无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，利用高频电磁信号的传输特性和空间耦合来完成对目标物体的自动识别过程。RFID标签测试系统中，如图1所示，发送天线1向暗室中的标签5发送射频信号，标签5将标签信息调制在射频信号上形成调制信号，并将调制信号与干扰信号的混合信号返回给接收天线2，射频信号设备10对接收到的混合信号进行处理，得到测试数据，对标签5进行识别。

现有技术中，发送天线和接收天线工作于同一频段，且尺寸结构相同，发送天线和接收天线之间产生幅度较大的耦合干扰信号，射频信号设备对混合信号进行处理时，难以获得测试数据，导致部分标签不能被识别。

发明内容

本发明的目的是提供一种载波抵消装置，以实现对更多标签进行识别。

本发明提供一种载波抵消装置，包括：

第一定向耦合器，与射频信号设备通过功率放大器连接，用于将发送信号分为第一发送信号和第二发送信号，所述发送信号为所述射频信号设备产生并经过所述功率放大器处理的信号，所述第一发送信号用于通过发送天线发送给被测标签；

调整模块，与所述第一定向耦合器连接，用于调整所述第二发送信号，使得调整后的信号与接收天线的接收信号近似为等幅和反相，所述近似为等幅和反相是指所述调整后的信号与所述接收信号在幅度和相位上的差值分别在幅度和相位的预设范围内；

加法器，与所述调整模块和所述接收天线连接，用于对所述调整后的信号和所述接收信号进行叠加处理，得到叠加后的信号，发送给所述射频信号设备，以使所述射频信号设备对所述叠加后的信号进行处理，识别所述被测标签。

本发明通过调整模块对发送信号进行调整，使得调整后的信号与接收天线的接收信号近似为等幅和反相，从而抵消了发送天线和接收天线间大部分的耦合干扰，有利于射频信号模块获得检测数据，对更多标签进行识别。

附图说明

图1为现有的标签测试系统的示意图；

图2为本发明载波抵消装置第一实施例的结构图；

图3a为被测标签信号较强时接收信号的包络图；

图3b为被测标签信号较弱时接收信号的包络图；

图3c为被测标签信号很弱时接收信号的包络图；

图4a为理想情况下接收信号的波形图；

图4b为理想情况下经过载波抵消模块处理的调整后的信号的波形图；

图5a为图3c中的接收信号与调整后的信号叠加后的信号包络图；

图5b为图5a中叠加后的信号放大后的包络图；

图6为本发明载波抵消装置第二实施例的结构图；

图7为本发明载波抵消装置第三实施例的结构图；

图8为本发明载波抵消装置第四实施例的结构图；

图9为现有的矢量调制器的原理图；

图10为本发明载波抵消装置控制逻辑电路的电路图；

图11为本发明载波抵消装置衰减器的电路图；

图12为本发明载波抵消装置移相器8位高速电流输出型DAC芯片的电路图；

图13为本发明载波抵消装置移相器矢量调制器的电路图；

图14为本发明载波抵消装置比较器的电路图；

图15为本发明载波抵消装置电源的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明载波抵消装置第一实施例的结构图，如图2所示，包括：

第一定向耦合器11，与射频信号设备通过功率放大器连接，用于将发送信号分为第一发送信号和第二发送信号，发送信号为射频信号设备产生并经过功率放大器处理的信号，第一发送信号用于通过发送天线发送给被测标签；

调整模块12，与第一定向耦合器11连接，用于调整第二发送信号，使得调整后的信号与接收天线的接收信号近似为等幅和反相，近似为等幅和反相是指调整后的信号与接收信号在幅度和相位上的差值分别在幅度和相位的预设范围内；

加法器13，与调整模块12和接收天线连接，用于对调整后的信号和接收信号进行叠加处理，得到叠加后的信号，发送给射频信号设备，以使射频信号设备对叠加后的信号进行处理，识别被测标签。

以下提供载波抵消装置第一实施例的具体工作过程。

第一定向耦合器11接收发送信号，发送信号为射频信号设备产生并经过功率放大器处理的信号，第一定向耦合器11将发送信号分为第一发送信号和第二发送信号，将第一发送信号通过发送天线发送给被测标签，将第二发送信号发送给调整模块12；调整模块12对第二发送信号进行处理，得到调整后的信号，发送给加法器13；加法器13对调整后的信号和接收天线的接收信号进行叠加处理，得到叠加后的信号，以使射频信号设备对叠加后的信号进行处理，识别被测标签。

以下以信号图进行举例说明。图3a为被测标签信号较强时接收信号的包络图,图3b为被测标签信号较弱时接收信号的包络图,图3c为被测标签信号很弱时接收信号的包络图，其中，接收信号是被测标签的反射信号和天线耦合载波的叠加。由图3a、图3b、图3c可知，当被测标签信号很弱时接收信号的包络图中标签信号包络幅度变化很小，导致被测标签不容易被识别或者不能被识别。

图4a为理想情况下接收信号的波形图，图4b为理想情况下经过载波抵消模块处理的调整后的信号的波形图，由图4a和图4b可知，理想情况下调整后的信号与接收信号在幅度和相位上等幅反相，理想情况下调整后的信号与接收信号进行叠加，可以完全抵消，在本实施例中，调整后的信号与接收信号在幅度和相位上近似为等幅反相，叠加后不能完全抵消。

图5a为图3c中的接收信号与调整后的信号叠加后的信号包络图，图5b为图5a中叠加后的信号放大后的包络图。由图5a和图5b可知，射频信号设备对叠加后的信号进行处理，相对于射频信号设备对接收信号进行处理，更容易得到测试数据，对被测标签进行识别。

本实施例通过调整模块对发送信号进行处理，得到调整后的信号，以使调整后的信号与接收信号在近似为等幅和反相，加法器将调整后的信号与接收信号进行叠加处理，抵消接收信号中发送天线和接收天线的大部分耦合干扰信号，以使射频信号设备对叠加后的信号进行处理，更好地识别被测标签。

图6为载波抵消装置第二实施例的结构图，如图6所示，在第一实施例的基础上，调整模块12包括：

衰减器121，与第一定向耦合器11连接，用于对第二发送信号进行幅度衰减，得到衰减后的信号；

移相器122，与衰减器121连接，用于对衰减后的信号进行移相处理，得到移相处理后的信号；

调整器123，与移相器122和接收天线连接，用于根据移相处理后的信号和接收信号，产生幅度调整信号和相位调整信号，并分别输入给衰减器121和移相器122，对衰减器121和移相器122进行调整。以下提供载波抵消装置第二实施例中调整模块12工作的具体过程。

衰减器121接收第一定向耦合器11发送的第二发送信号，对第二发送信号进行幅度衰减，得到衰减后的信号，将衰减后的信号发送给移相器122；移相器122对衰减后的信号进行移相处理，得到移相处理后的信号，发送给调整器123；调整器123分析移相处理后的信号和接收天线的接收信号，得到幅度调整信号和相位调整信号，并分别输入给衰减器121和移相器122，对衰减器121和移相器122进行调整。

本实施例中，发送信号的工作频率为300MHz-6GHz，当发送信号的工作频率发生变化时，接收信号的幅度值和相位值相应地也会发生变化，调整器根据变化后的接收信号对衰减器的幅度衰减值和移相器的移相值进行调整，从而实现了自适应调整。

图7为载波抵消装置第三实施例的结构图，如图7所示，在第二实施例的基础上，调整器123包括：

第二定向耦合器1231，与移相器122连接，用于将移相处理后的信号分为第一移相处理后的信号和第二移相处理后的信号；

第三定向耦合器1232，与接收天线连接，用于将接收信号分为第一接收信号和第二接收信号；

调整单元1233，与第二定向耦合器1231和第三定向耦合器连接1232，用于根据第一移相后的信号和第一接收信号，产生幅度调整信号和相位调整信号，并分别输入给衰减器121和移相器122，对衰减器121和移相器122进行调整；

加法器13具体与第二定向耦合器1231和第三定向耦合器1232连接，用于对第二移相处理后的信号和第二接收信号进行叠加处理。

以下提供载波抵消装置第三实施例中调整器123的具体工作过程。

第二定向耦合器1231接收移相器122发送的移相处理后的信号，将移相处理后的信号分为第一移相处理后的信号和第二移相处理后的信号，将第一移相处理后的信号发送给调整单元1233，第三定向耦合器1232将接收信号分为第一接收信号和第二接收信号，将第一接收信号发送给调整单元1233，调整单元1233分析第一移相处理后的信号和第一接收信号，得到幅度调整信号和相位调整信号，将幅度调整信号发送给衰减器121，将相位调整信号发送给移相器122，对衰减器121和移相器122进行调整。

图8为载波抵消装置第四实施例的结构图，如图8所示，在第三实施例的基础上，调整单元1233包括：

比较器12331，与第二定向耦合器1231和第三定向耦合器1232连接，用于根据第一移相后的信号和第一接收信号，产生幅度比较信号和相位比较信号；

控制逻辑电路12332，与比较器12331连接，用于根据幅度比较信号和相位比较信号，产生幅度调整信号和相位调整信号，对衰减器121和移相器122进行调整；

衰减器121具体为5位数控衰减器，移相器122具体为数控移相器；

以下提供载波抵消装置第四实施例中调整单元1233的具体工作过程。

比较器12331接收第二定向耦合器1231发送的第一移相后的信号和第三定向耦合器1232发送的第一接收信号，分析第一移相后的信号和第一接收信号，得到幅度比较信号和相位比较信号，将幅度比较信号和相位比较信号发送给控制逻辑电路12332，控制逻辑电路12332根据幅度比较信号和相位比较信号，产生幅度调整信号和相位调整信号，对衰减器121和移相器122进行调整，从而实现衰减器121和移相器122的自适应调整。

移相器122包括：高速数模转换DAC1221，与控制逻辑电路12332连接，用于对相位调整信号进行数模转换，得到转换后的相位调整信号，转换后的相位调整信号为模拟信号；

矢量调制器1222，与高速数模转换DAC1221连接，用于根据转换后的相位调整信号对衰减后的信号进行移相处理。

其中，矢量调制器1222的原理图如图9所示，转换后的相位调整信号可为两路基带直流电压V_BBI和V_BBQ，根据以下公式计算可得移相器的移相值：

Phase=arctan(V_BBQ/V_BBI)

通过以下公式移相器就可以实现移相θ的功能：

cos(wt+θ)=coswt*cosθ+sinwt*sinθ

以下提供载波抵消装置的具体工作过程。

第一定向耦合器11接收发送信号，发送信号为射频信号设备产生并经过功率放大器处理的信号，第一定向耦合器11将发送信号分为第一发送信号和第二发送信号，将第一发送信号通过发送天线发送给被测标签，将第二发送信号发送给衰减器121；衰减器121接收第一定向耦合器11发送的第二发送信号，对第二发送信号进行幅度衰减，得到衰减后的信号，将衰减后的信号发送给移相器122；移相器122对衰减后的信号进行移相处理，得到移相处理后的信号，发送给第二定向耦合器1231；第二定向耦合器1231接收移相器122发送的移相处理后的信号，将移相处理后的信号分为第一移相处理后的信号和第二移相处理后的信号，将第一移相处理后的信号发送给比较器12331，将第二移相处理后的信号发送给加法器13；第三定向耦合器1232将接收信号分为第一接收信号和第二接收信号，将第一接收信号发送给比较器12331，将第二接收信号发送给加法器13；比较器12331接收第二定向耦合器1231发送的第一移相后的信号和第三定向耦合器1232发送的第一接收信号，分析第一移相后的信号和第一接收信号，得到幅度比较信号和相位比较信号，将幅度比较信号和相位比较信号发送给控制逻辑电路12332，控制逻辑电路12332根据幅度比较信号和相位比较信号，产生幅度调整信号和相位调整信号，将幅度调整信号发送给衰减器121，将相位调整信号发送给移相器122；衰减器121根据幅度调整信号调整幅度衰减倍数；移相器122根据相位调整信号调整移相角度，从而实现衰减器121和移相器122的自适应调整功能。

其中，控制逻辑电路12332以微控制器为核心来实现逻辑控制功能。本实施例中采用的微控制器为Atmega16单片机，利用Atmega16单片机的模数转换电路对比较器12331输出的幅度比较信号和相位比较信号进行模数转换，得到数字信号，利用Atmega16单片机的处理器对数字信号进行处理，得到幅度调整信号和相位调整信号，分别输出给衰减器121和移相器122，具体电路如图10所示。

衰减器121为数控衰减器。本实施例中采用五位数控衰减器，五位数控衰减器的最小衰减值为0.5dB，最大衰减值为15.5dB，通过控制逻辑电路12332输出的幅度调整信号来调整幅度衰减值，具体电路如图11所示。

本实施例中采用高速数模转换DAC1221和矢量调制器1222来实现移相功能。高速数模转换DAC1221采用高速电流输出型DAC芯片配合电阻网络，提供两路高精度、稳定的基带电压给矢量调制器。高速电流输出型DAC芯片可为8位DAC，也可为10位DAC。当高速电流输出型DAC芯片为8位DAC来实现360度范围内的移相时，移相精度近似为360度/256=1.4度；当高速电流输出型DAC芯片为10位DAC来实现360度范围内的移相时，移相精度近似为360度/1024=0.35度，本实施例中采用8位DAC来提供两路高精度、稳定的基带电压，具体电路如图12所示。

矢量调制器1222根据两路基带电压来实现移相功能，具体电路如图13所示。

本实施例中的比较器12331的具体电路如图14所示。

本实施例中的电源采用5V直流电源，5V直流电源是由线性稳压器将7.5V线性电源转换得到的，具体电路如图15所示。

进一步地，比较器12331可以用第一比较器和第二比较器来替换，第一比较器，与第二定向耦合器1231和第三定向耦合器1232连接，用于根据第一移相后的信号和第一接收信号，产生幅度比较信号；第二比较器，与第二定向耦合器1231和第三定向耦合器1232连接，用于根据第一移相后的信号和第一接收信号，产生相位比较信号。

更进一步地，控制逻辑电路12332可以用第一放大器和第二放大器来替换，第一放大器，与比较器12331连接，用于对幅度比较信号进行处理，得到幅度调整信号；第二放大器，与比较器12331连接，用于对相位比较信号进行处理，得到相位调整信号，在这种情况下，衰减器121为压控衰减器，移相器122为矢量调制器。

另外，也可以将与第一放大器连接的比较器12331替换成第一比较器，将与第二放大器连接的比较器12331替换成第二比较器。

更进一步地，还可以在加法器13和控制逻辑电路12332之间加一个检波器，检波器用于检测加法器输出的叠加后的信号的功率，将功率以直流电压的形式表示，并周期性地将直流电压的值进行存储。经过衰减器和移相器得到的相位调整后的信号与接收信号近似为等幅反相，相位调整后的信号与接收信号间存在幅度和相位上的差值，主要原因是比较器的精度不高。在比较器的最小精度例如在相位的最小精度（-5，+5）内的值比较器难以进行识别，按照相位调整后的信号与接收信号为等幅反相时，叠加后的信号的功率最小，检波器可以周期性地在相位（-5，+5）内抽取11个点或者更多，记录各个点的输出端功率值的大小进行比较，功率最小值所对应的相位点为反相相位点。通过检波器来提高比较器的识别精度，减少相位调整后的信号与接收信号间相位的差值，同时检波器也可以用于减少相位调整后的信号与接收信号间幅度的差值，抵消更多的发送天线和接收天线间的耦合干扰，更有利于射频信号模块获得检测数据，对更多标签进行识别。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种载波抵消装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调整模块包括：

衰减器，与所述第一定向耦合器连接，用于对所述第二发送信号进行幅度衰减，得到衰减后的信号；

移相器，与所述衰减器连接，用于对所述衰减后的信号进行移相处理，得到移相处理后的信号；

调整器，与所述移相器和所述接收天线连接，用于根据所述移相处理后的信号和所述接收信号，产生幅度调整信号和相位调整信号，并分别输入给所述衰减器和所述移相器，对所述衰减器和所述移相器进行调整。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述调整器包括：

第二定向耦合器，与所述移相器连接，用于将所述移相处理后的信号分为第一移相处理后的信号和第二移相处理后的信号；

第三定向耦合器，与所述接收天线连接，用于将所述接收信号分为第一接收信号和第二接收信号；

调整单元，与所述第二定向耦合器和所述第三定向耦合器连接，用于根据所述第一移相后的信号和所述第一接收信号，产生所述幅度调整信号和所述相位调整信号，并分别输入给所述衰减器和所述移相器，对所述衰减器和所述移相器进行调整；

所述加法器具体与所述第二定向耦合器和所述第三定向耦合器连接，用于对所述第二移相处理后的信号和所述第二接收信号进行叠加处理。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述调整单元包括：

比较器，与所述第二定向耦合器和所述第三定向耦合器连接，用于根据所述第一移相后的信号和所述第一接收信号，产生幅度比较信号和相位比较信号。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述调整单元包括：

第一比较器，与所述第二定向耦合器和所述第三定向耦合器连接，用于根据所述第一移相后的信号和所述第一接收信号，产生所述幅度比较信号；

第二比较器，与所述第二定向耦合器和所述第三定向耦合器连接，用于根据所述第一移相后的信号和所述第一接收信号，产生所述相位比较信号。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述调整单元还包括：

控制逻辑电路，与所述比较器连接，用于根据所述幅度比较信号和所述相位比较信号，产生所述幅度调整信号和所述相位调整信号，对所述衰减器和所述移相器进行调整；

所述衰减器具体为5位数控衰减器，所述移相器具体为数控移相器。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述调整单元还包括：

第一放大器，与所述比较器连接，用于对所述幅度比较信号进行处理，得到所述幅度调整信号；

第二放大器，与所述比较器连接，用于对所述相位比较信号进行处理，得到所述相位调整信号；

所述衰减器具体为压控衰减器，所述移相器具体为矢量调制器，用于根据所述相位调整信号对所述衰减后的信号进行移相处理。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述调整单元还包括：

第一放大器，与所述第一比较器连接，用于对所述幅度比较信号进行处理，得到所述幅度调整信号；

第二放大器，与所述第二比较器连接，用于对所述相位比较信号进行处理，得到所述相位调整信号；

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数控移相器包括：

高速数模转换DAC，与所述控制逻辑电路连接，用于对所述幅度调整信号和所述相位调整信号进行数模转换，得到转换后的幅度调整信号和转换后的相位调整信号；

所述矢量调制器，与所述高速数模转换DAC连接，用于根据所述转换后的相位调整信号对所述衰减后的信号进行移相处理。

10.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其特征在于，所述发送信号的频率范围为300MHz-6GHz。