CN103218653B - 用于谐波射频识别的标签谐波获取方法及谐波射频识别标签 - Google Patents
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Abstract
本发明属于自动识别技术领域，具体为一种用于谐波射频识别的标签谐波获取方法及谐波射频识别标签。本发明通过非线性器件产生谐波或者提取传统射频识别标签芯片中非线性电路产生的谐波，作为反向散射调制的载波。本发明提出的利用标签原有非线性器件产生的谐波作为谐波射频识别上行链路的载波，不仅具有一般谐波射频识别自干扰小的优势，而且标签不必消耗额外的功率来产生谐波，从而标签灵敏度得以保持。本发明可以有效提高阅读器接收灵敏度，提高射频识别系统工作距离。
Description
技术领域
本发明属于自动识别技术领域，具体涉及一种用于谐波射频识别的标签谐波获取方法，以及实现该方法的谐波射频识别标签。
背景技术
射频识别技术，通常又称为电子标签，是一种通过无线电信号来识别特定目标并读写相关数据的通讯技术。射频识别具有低成本、非接触、快速通信、加密性能好的优势，在物流、仓储、收费、门禁、数据录入等领域得到了广泛的应用。
一个典型的射频识别系统由PC终端、阅读器、标签组成，阅读器与标签之间通过天线进行信息和能量的无线传递。阅读器发射带有调制数据的电磁波至标签，标签处理信号后通过一定的反射机制返回信号至阅读器，实现阅读器与标签的通信。PC终端对阅读器收到的信息进行存储和处理，通过数据库管理和软件平台，实现对标签信息的管理。
射频识别有多种分类方式，例如按工作频段可以分为低频、高频、超高频、微波；根据供电方式可以分为无源、半有源、有源。无源射频识别标签是指标签内部没有电池，内部电路工作所需能量靠接收外来电磁波获取，因其体积小、成本低、寿命长而广泛应用。无源标签和半有源标签至阅读器的信息传递通过反向散射阅读器发射的电磁波来实现，称为反向散射调制。
射频识别系统最重要的指标是灵敏度，包括阅读器接收灵敏度和标签灵敏度，二者共同决定了射频识别系统的灵敏度。阅读器接收灵敏度是指阅读器能够有效检测的最小的标签返回信号强度，标签灵敏度是指标签可以正常工作的最小的输入射频功率。随着标签整流效率的提高和低功耗技术的改进，标签灵敏度越来越高；而阅读器接收灵敏度对系统的瓶颈效应日益显现。在传统射频识别系统中，标签反向散射的载波与阅读器发射载波同频率，阅读器自干扰和多径干扰很严重，限制了阅读器接收灵敏度的提高。传统的射频识别标签结构如图1所示，包括：标签天线1，静电保护及输入信号调整（ESD、Regulator）模块2，解调电路3，整流器4，反向散射调制模块5，电源管理模块6，标签芯片（时钟、偏置、基带、存储）7。其中，标签天线1分别与静电保护及输入信号调整模块2、解调电路3、整流器4、反向散射调制模块5连接；解调电路3和反向散射调制模块5再分别与标签芯片7连接；整流器4与电源管理模块6连接，电源管理模块6再与标签芯片7连接。
谐波射频识别是指标签返回信号载波为阅读器发射载波的倍频，阅读器收发频率不同可以大幅减少自干扰和多径干扰，从而提高阅读器接收灵敏度。谐波射频识别系统的关键在于谐波的产生。因目前标签灵敏度已到10uW量级，谐波产生器必须工作在极低输入功率并产生较大的谐波分量，同时谐波产生器在输入功率变化超过40dBm范围内都要求正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以克服现有技术不足的谐波射频识别系统中标签谐波获取方法，以及实现该方法的谐波射频识别标签。
本发明的主要思想：电子标签的灵敏度是最重要的性能指标，所以低功耗显得很重要，谐波的有效获取需要尽量高的转换效率。非线性器件或电路都能产生谐波，但通常无源器件或电路更适合电子标签的低功耗特点（10uW量级）。本发明采用二极管或者非线性传输线产生标签谐波的方法。
另外，传统电子标签都有整流电路，而整流电路输出信号中含有大量的谐波成分，传统标签结构中该谐波被储能电容滤掉了。所以一个可能更有效的方案是提取出整流器输出的谐波成分，这样不会增加标签整体功耗，保证了标签的灵敏度不受影响。
具体地说，本发明提出一种用于谐波射频识别的标签谐波获取方法，即阅读器发射载波通过非线性器件得到其谐波，或者提取标签整流器等非线性电路产生的谐波，所获取谐波作为反向散射调制的载波。
当用作标签反向散射调制的载波是阅读器发射载波通过标签非线性器件（如二极管、非线性传输线）得到的谐波时，其中：
谐波在基带控制下进行调制并经发射天线反向散射至阅读器。
或者，谐波在基带控制下进行调制并经接收天线反向散射至阅读器。
或者，在基带控制下改变电路参数或结构（如改变等效负载）以对谐波进行调制，调制后谐波经接收天线反向散射至阅读器。
当用作标签反向散射调制的载波为整流器产生的谐波时，其中：
整流器输出经过低通滤波器得到直流成分；同时，经过高通滤波器或者带通滤波器获得谐波成分，谐波在基带控制下进行调制并经发射天线反向散射至阅读器。
或者，整流器输出经过低通滤波器得到直流成分；同时，经过高通滤波器或者带通滤波器获得谐波成分，谐波在基带控制下进行调制并经接收天线反向散射至阅读器。
或者，整流器输出经过低通滤波器得到直流成分；同时，在基带控制下改变电路参数或结构（如改变等效负载）以对谐波进行调制，调制后谐波经接收天线反向散射至阅读器。
相应于上述标签谐波获取方法，本发明提出以下谐波射频识别标签结构，以实现谐波的获取及调制。
方案一：参考附图2，标签采用双天线结构。其中，天线1分别与有静电保护与信号调整2、解调电路3、整流器4、谐波产生与调制模块8连接；解调电路3和谐波产生与调制模块8再分别与标签芯片7连接；整流器4与电源管理模块6连接，电源管理模块6再与标签芯片7连接；谐波产生与调制模块8与发射天线9连接。天线1接收到的射频载波经谐波产生模块得到谐波，并在标签基带控制下进行调制，经发射天线9反向散射。本方案与图1所示传统方案相比，区别在于反向散射调制模块5改为谐波产生与调制模块8，并增加了发射天线9。
方案二：参考附图3，标签采用单天线结构。其中，天线1分别与有静电保护与信号调整2、解调电路3、整流器4、谐波产生与调制模块8连接；解调电路3和谐波产生与调制模块8再分别与标签芯片7连接；整流器4与电源管理模块6连接，电源管理模块6再与标签芯片7连接；天线1接收到的射频载波经谐波产生模块8得到谐波，并在标签基带控制下进行调制，经天线1反向散射。本方案二与方案一的区别在于没有发射天线9。
方案三：参考附图3，标签采用单天线结构。其中，天线1分别与有静电保护与信号调整2、解调电路3、整流器4、谐波产生与调制模块8连接；解调电路3和谐波产生与调制模块8再分别与标签芯片7连接；整流器4与电源管理模块6连接，电源管理模块6再与标签芯片7连接；天线1接收到的射频载波经谐波产生模块8得到谐波，在基带控制下改变电路参数或结构（如改变等效负载）以对谐波进行调制，调制后谐波经天线反向散射至阅读器。
方案四：参考附图4，标签采用双天线结构。天线1分别与有静电保护与信号调整2、解调电路3、整流器4连接；解调电路3再与标签芯片7连接；整流器4的一路依次与低通滤波器10和电源管理模块6连接，电源管理模块6再与标签芯片7连接；整流器4的另一路依次与高通滤波器11和谐波调制12连接，谐波调制12再与标签芯片7连接；谐波调制12同时与发射天线9连接。整流器4输出经过低通滤波器10得到直流，再经电源管理模块6供给芯片7工作；整流器4输出同时经过高通滤波器11，得到谐波成分，在基带控制下经谐波调制12进行调制，再经发射天线9反向散射。
方案五：参考附图5，标签采用单天线结构。天线1分别与有静电保护与信号调整2、解调电路3、整流器4连接；解调电路3再与标签芯片7连接；整流器4的一路依次与低通滤波器10和电源管理模块6连接，电源管理模块6再与标签芯片7连接；整流器4的另一路依次与高通滤波器11和谐波调制12连接，谐波调制12再与标签芯片7连接，谐波调制12同时与天线1连接。本方案五与方案四的区别在于没有发射天线9。整流器4输出经过低通滤波器10得到直流，再经电源管理模块6供给芯片7工作；整流器4输出同时经过高通滤波器11，得到谐波成分，在基带控制下经谐波调制12进行调制，再经天线1反向散射。
方案六：参考附图6，标签采用单天线结构。天线1分别与有静电保护与信号调整2、解调电路3、整流器4连接；解调电路3再与标签芯片7连接；整流器4的一路依次与低通滤波器10和电源管理模块6连接，电源管理模块6再与标签芯片7连接；整流器4的另一路与谐波的负载调制13连接；谐波的负载调制13再与标签芯片7连接，谐波的负载调制13同时与天线1连接。整流器4输出经过低通滤波器10得到直流，再经电源管理模块6供给芯片7工作；在基带控制下经负载调制13改变电路参数或结构（如改变等效负载）以对谐波进行调制，调制后谐波经天线1反向散射至阅读器。
本发明提出的利用标签原有非线性器件产生的谐波作为谐波射频识别上行链路的载波，不仅具有一般谐波射频识别自干扰小的优势，而且标签不必消耗额外的功率来产生谐波，从而标签灵敏度得以保持。本发明可以有效提高阅读器接收灵敏度，提高射频识别系统工作距离。
附图说明
图1为传统射频识别标签结构示意图。
图2为本发明的谐波射频识别标签结构示意图，方案一。
图3为本发明的谐波射频识别标签结构示意图，方案二、方案三。
图4为本发明的谐波射频识别标签结构示意图，方案四。
图5为本发明的谐波射频识别标签结构示意图，方案五。
图6为本发明的谐波射频识别标签结构示意图，方案六。
图7为本发明的谐波射频识别标签结构图示。
其中：1-标签天线，2-静电保护及输入信号调整（ESD、Regulator），3-解调电路，4-整流器，5-反向散射调制，6-电源管理，7-标签芯片（时钟、偏置、基带、存储），8-谐波产生及调制，9-发射天线，10-低通滤波器，11-高通滤波器，12-谐波调制，13-谐波的负载调制。
具体实施方式
本发明的基本思想是通过非线性器件产生谐波或者提取标签整流器输出谐波作为反向散射的载波。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
参考附图7，标签采用单天线结构，与天线相连的有静电保护、信号调整、解调电路、整流器。整流器输出经过低通滤波器得到直流，再经电源管理供给芯片工作；整流器输出同时经过高通或者带通滤波器，得到谐波成分，在基带控制下进行调制，经天线反向散射。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于谐波射频识别的标签谐波获取方法，其特征在于：阅读器发射载波通过非线性器件得到其谐波，或者提取标签整流器非线性电路产生的谐波，所获取谐波作为反向散射调制的载波；
当用作标签反向散射调制的载波是阅读器发射载波通过标签非线性器件得到的谐波时，其中：
谐波在基带控制下进行调制并经发射天线反向散射至阅读器；
或者，谐波在基带控制下进行调制并经接收天线反向散射至阅读器；
或者，在基带控制下改变电路参数或结构以对谐波进行调制，调制后谐波经接收天线反向散射至阅读器；
当用作标签反向散射调制的载波为整流器产生的谐波时，其中：
整流器输出经过低通滤波器得到直流成分；同时，经过高通滤波器或者带通滤波器获得谐波成分，谐波在基带控制下进行调制并经发射天线反向散射至阅读器；
或者，整流器输出经过低通滤波器得到直流成分；同时，经过高通滤波器或者带通滤波器获得谐波成分，谐波在基带控制下进行调制并经接收天线反向散射至阅读器；
或者，整流器输出经过低通滤波器得到直流成分；同时，在基带控制下改变电路参数或结构以对谐波进行调制，调制后谐波经接收天线反向散射至阅读器。
2.一种实现权利要求1所述的标签谐波获取方法的谐波射频识别标签，其特征在于：当用作标签反向散射调制的载波是阅读器发射载波通过标签非线性器件得到的谐波时，其中：
标签采用双天线结构，天线（1）分别与有静电保护与信号调整（2）、解调电路（3）、整流器（4）、谐波产生与调制模块（8）连接；解调电路（3）和谐波产生与调制模块（8）再分别与标签芯片（7）连接；整流器（4）与电源管理模块（6）连接，电源管理模块（6）再与标签芯片（7）连接；谐波产生与调制模块（8）与发射天线（9）连接；天线（1）接收到的射频载波经谐波产生模块得到谐波，并在标签基带控制下进行调制，经发射天线（9）反向散射；
或者，标签采用单天线结构，天线（1）分别与有静电保护与信号调整（2）、解调电路（3）、整流器（4）、谐波产生与调制模块（8）连接；解调电路（3）和谐波产生与调制模块（8）再分别与标签芯片（7）连接；整流器（4）与电源管理模块（6）连接，电源管理模块（6）再与标签芯片（7）连接；天线（1）接收到的射频载波经谐波产生模块8得到谐波，并在标签基带控制下进行调制，经天线（1）反向散射；
或者，标签采用单天线结构，天线（1）分别与有静电保护与信号调整（2）、解调电路（3）、整流器（4）、谐波产生与调制模块（8）连接；解调电路（3）和谐波产生与调制模块（8）再分别与标签芯片（7）连接；整流器（4）与电源管理模块（6）连接，电源管理模块（6）再与标签芯片（7）连接；天线（1）接收到的射频载波经谐波产生模块8得到谐波，在基带控制下改变电路参数或结构以对谐波进行调制，调制后谐波经天线（1）反向散射至阅读器。
3.一种实现权利要求1所述的标签谐波获取方法的谐波射频识别标签，其特征在于：当用作标签反向散射调制的载波为整流器产生的谐波时，其中：
标签采用双天线结构，天线（1）分别与有静电保护与信号调整（2）、解调电路（3）、整流器（4）连接；解调电路（3）再与标签芯片（7）连接；整流器（4）的一路依次与低通滤波器（10）和电源管理模块（6）连接，电源管理模块（6）再与标签芯片（7）连接；整流器（4）的另一路依次与高通滤波器（11）和谐波调制（12）连接，谐波调制（12）再与标签芯片（7）连接；谐波调制（12）同时与发射天线（9）连接；整流器（4）输出经过低通滤波器（10）得到直流，再经电源管理模块（6）供给芯片7工作；整流器（4）输出同时经过高通滤波器（11）得到谐波成分，在基带控制下经谐波调制（12）进行调制，再经发射天线（9）反向散射；
或者，标签采用单天线结构，天线（1）分别与有静电保护与信号调整（2）、解调电路（3）、整流器（4）连接；解调电路（3）再与标签芯片（7）连接；整流器（4）的一路依次与低通滤波器（10）和电源管理模块（6）连接，电源管理模块（6）再与标签芯片（7）连接；整流器（4）的另一路依次与高通滤波器（11）和谐波调制（12）连接，谐波调制（12）再与标签芯片（7）连接，谐波调制（12）同时与天线（1）连接；本方案五与方案四的区别在于没有发射天线（9）；整流器（4）输出经过低通滤波器（10）得到直流，再经电源管理模块（6）供给标签芯片（7）工作；整流器（4）输出同时经过高通滤波器（11），得到谐波成分，在基带控制下经谐波调制（12）进行调制，再经天线（1）反向散射；
或者，标签采用单天线结构，天线（1）分别与有静电保护与信号调整（2）、解调电路（3）、整流器（4）连接；解调电路（3）再与标签芯片（7）连接；整流器（4）的一路依次与低通滤波器（10）和电源管理模块（6）连接，电源管理模块（6）再与标签芯片（7）连接；整流器（4）的另一路与谐波的负载调制（13）连接；谐波的负载调制（13）再与标签芯片（7）连接，谐波的负载调制（13）同时与天线（1）连接；整流器（4）输出经过低通滤波器（10）得到直流，再经电源管理模块（6）供给标签芯片（7）工作；在基带控制下经负载调制（13）改变电路参数或结构以对谐波进行调制，调制后谐波经天线（1）反向散射至阅读器。
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