CN103746713B - 在rfid一体式读写器中抑制发射载波的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置，所述装置还包括耦合端支路、隔离端支路和合路器；所述耦合端支路连接在所述定向耦合器的耦合端和所述合路器的一个输入端之间，处理所述定向耦合器耦合端耦合的发射载波信号并输出到所述合路器；所述隔离端支路连接在所述定向耦合器的隔离端和所述合路器的另一个输入端之间，将所述定向耦合器隔离端泄露的发射载波信号输出到所述合路器；所述合路器的输出端输出信号到所述接收回路。本发明还涉及一种抑制发射载波的方法。实施本发明的在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置及方法，具有以下有益效果：其电路简单、调试简单、成本低。

Description

在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置及方法

技术领域

本发明涉及射频识别领域，更具体地说，涉及一种在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置及方法。

背景技术

目前，RFID技术的应用与推广已日趋成熟和广泛，RFID读写器又是这一技术不可或缺的关键环节，相关领域的技术研究也日趋活跃。由于RFID原理的特殊性，接收信号的同时，发射通路一直在发射载波信号提供标签能量，这样就不可避免的会使发射载波信号泄漏到接收通路或接收回路，恶化信号的接收质量。当读写器读取远距离标签时，读写器发出的信号都是功率较大的射频信号（如30dBm），泄露的载波信号强度可达到6dBm左右（按普通10dB定向耦合器的技术指标计算），此时泄露的载波信号可能造成接收机处于饱和工作状态，严重的会造成接收通道堵塞，导致读写器的接收电路无法正常解调标签回波信号。即使能解调出标签回波信号，也会因接收机饱和工作状态引起噪声信号变大而淹没或削弱有效的标签回波小信号。在现有技术中，通常采用载波抑制技术来消除上述问题，载波抑制技术在RFID技术中的应用是极具成效的，但是就目前来讲，载波抑制技术在RFID中实现是很复杂的，应用中常见的是用软件控制的、动态调节的载波抑制电路，使得读写器能够正常地接收外部标签的信号。但是，这类电路的构建比较复杂，还需要软件的控制，调试麻烦，花费很大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电路复杂、调试麻烦、成本高的缺陷，提供一种电路简单、调试简单、成本低的在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置，发射载波由定向耦合器输入端进入，并由所述定向耦合器的直通端连接到天线；接收信号依次通过所述定向耦合器的直通端和隔离端进入接收回路，所述装置还包括耦合端支路、隔离端支路和合路器；所述耦合端支路连接在所述定向耦合器的耦合端和所述合路器的一个输入端之间，处理所述定向耦合器耦合端耦合的发射载波信号并输出到所述合路器；所述隔离端支路连接在所述定向耦合器的隔离端和所述合路器的另一个输入端之间，将所述定向耦合器隔离端泄露的发射载波信号输出到所述合路器；所述耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的幅度差和相位差均在设定的范围内；所述合路器的输出端输出信号到所述接收回路。

更进一步地，所述耦合端支路包括依次连接在所述定向耦合器的耦合端上的第一衰减器和第一移相器；所述第一衰减器的输入端与所述定向耦合器的偶后端连接，所述第一移相器的输出端连接到合路器的一个输入端。

更进一步地，还包括第三衰减器，所述第三衰减器串接在所述第一移相器输出端和所述合路器的一个输入端之间。

更进一步地，所述隔离端支路还包括第二移相器，所述第二移相器的输入端连接在所述定向耦合器的隔离端上，所述第二移相器的输出端与所述合路器的另一输入端连接。

更进一步地，所述耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的幅度差设定范围和相位差设定范围的取值相互关联，所述幅度差设定范围取值越大，其对应的相位差设定范围取值越小；所述幅度差设定范围取值越小，其对应的相位差设定范围取值越大。

更进一步地，所述耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的相位差的设定范围是180±8度；所述耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的幅度差的设定范围是F±1.1dB；其中，F是所述发射载波信号在所述定向耦合器的耦合端和隔离端的信号强度之差。

更进一步地，所述第一衰减器和第二衰减器是由电阻构成的π形衰减网络；所述第一移相器和第二移相器是由电容或电感构成的π形或T形移相网络；所述合路器是三个星形连接的电阻。

本发明还涉及一种在RFID一体式读写器中抑制发射载波的方法，包括如下步骤：

A）得到定向耦合器耦合端和隔离端上发射载波信号的幅度差和相位差；

B）对所述定向耦合器耦合端输出的发射载波信号或所述隔离端上的发射载波信号进行处理，使得所述耦合端和所述隔离端上的发射载波信号的幅度差值在设定的幅度偏差范围内，同时，使得所述耦合端和所述隔离端上的发射载波信号的相位差值在设定的相位偏差范围内；

C）将所述经过处理后的所述耦合端上的发射载波信号与所述隔离端上的发射载波信号相互抵消，消除所述隔离端上的发射载波信号对接收回路的影响。

更进一步地，所述步骤B）中，分别调整所述定向耦合器耦合端和隔离端上的发射载波信号的相位，使其相位差保持在所述设定的相位偏差范围内。

更进一步地，所述设定的幅度偏差范围和所述设定的相位偏差范围的取值相互配合，实现发射载波信号的抵消；所述幅度偏差范围取值是相差-1.3dB到1.1dB时（即耦合端上的射频载波信号经过处理后与隔离端输出的射频载波信号幅度差在-1.3dB到1.1dB之间），其对应的相位偏差范围为180±0度；而在相位偏差范围为180±8度时，所述幅度偏差范围取值是相差-0.3dB到0.1dB。

实施本发明的在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置及方法，具有以下有益效果：由于从定向耦合器耦合端存在的发射载波信号的幅度和相位调整到设定的幅度偏差和相位偏差的范围内，并将调整后的信号与定向耦合器的隔离端的信号合并在一起进入接收回路，使得发射载波在隔离端的泄漏信号被抵消；而同时由于接收的信号是由定向耦合器的直通端进入的，其在耦合端和隔离端的特性必然与由输入端进入的发射载波信号不同，所以，上述设置仅仅对发射载波有抑制作用，而不会影响接收的信号进入接收回路。因此，其电路简单、调试简单、成本低。

附图说明

图1是本发明在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置及方法实施例中该装置的结构示意图；

图2是所述实施例中另一种情况下装置的结构示意图；

图3是所述实施例中方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置及方法实施例中，在该装置中发射载波由定向耦合器输入端（图1中标记为1）进入，并由该定向耦合器的直通端（图1中标记为2）连接到天线；接收信号依次通过天线、定向耦合器的直通端和隔离端进入接收回路（图1中标记为3），该装置还包括耦合端支路（图1中标记为4）、隔离端支路（图1中标记为5）和合路器；耦合端支路4连接在定向耦合器的耦合端和合路器的一个输入端之间，处理定向耦合器耦合端上的发射载波信号并输出到合路器；隔离端支路5连接在定向耦合器的隔离端和合路器的另一个输入端之间，将定向耦合器隔离端上的信号输出到合路器；在本实施例中，对于耦合支路中信号的处理（在一些情况下可能在上述两个支路上均对其信号进行处理），使得耦合端支路和隔离端支路输出的发射载波信号的幅度差和相位差均在设定的范围内；在本实施例中，上述两个支路最后输出的发射载波信号的幅度应该大致相等，其输出的发射载波信号的相位差应该大致相差180度。当然由于一些实际的原因，完全的幅度相等和相位相反是难于达到的。在本实施例中，设置了幅度相差的设定范围和相位相差的设定范围，只要在这个范围内，就可以认为是达到了抑制发射载波的目的。在本实施例中，上述两个支路的输出信号（包括发射载波信号和接收的回波信号）分别连接到合路器的两个输入端，在合路器上实现信号的叠加，合路器的输出端输出信号到所述接收回路3（即叠加后的信号输入到接收回路）。；由于发射载波在这两个支路的输出上幅度大致相等，而相位大致相反，因此，在合路器上信号叠加时，发射载波被抵消。而接收到的标签回波信号由于传输的途径与发射载波不同，其在耦合端和隔离端上的信号强度、相位就和发射载波信号不同，因此不会被抵消。值得一提的是，在本实施例，对于发射载波信号的处理，可以只在耦合支路上进行，也可以在耦合支路和隔离支路上都进行。但是，其目的是一样的，即使得两个支路输出的发射载波信号满足上述要求，幅度相等而相位相反。

如图2所示，在本实施例中，耦合端支路包括依次连接在定向耦合器的耦合端上的第一衰减器和第一移相器；第一衰减器的输入端与定向耦合器的偶后端连接，其输出端与第一移相器的输入端连接，第一移相器的输出端连接到合路器的一个输入端。也就是说，对于定向耦合器的耦合端信号先进行衰减，然后再对其移相。在一些情况下，耦合端支路包括上述两个部件。在另外一些情况下，例如，需要较大的衰减量或第一移相器要求输入较高的幅度时，耦合端支路还包括第三衰减器，第三衰减器串接在第一移相器输出端和合路器的一个输入端之间。即在耦合端支路信号完成移相后，再次对其进行衰减，然后再输送到合路器的输入端。

在本实施例中，一些情况下，只需要在耦合端支路上对其信号进行调整。但是在另外一些情况下，例如，为了便于调节或为了保持最后得到的效果较好，也可以在上述耦合端支路调节的同时，对隔离端支路上的信号也加以调节。为此，在本实施例中，隔离端支路还包括第二移相器，第二移相器的输入端连接在定向耦合器的隔离端上，第二移相器的输出端与合路器的另一输入端连接。即在耦合端支路调节其信号相位的基础上，也可以同时在隔离端支路上对其信号相位加以调节。只要最后得到的两个支路上的信号相位满足上述其差值在设定范围内即可。由于分开调节，其不仅仅是使得信号较为容易调节，同时，得到的信号的带宽内的平坦度也较好。

为了简化电路，达到降低成本的目的，第一衰减器和第二衰减器是由电阻构成的π形衰减网络；而第一移相器和第二移相器是由电容或电感构成的π形或T形移相网络；至于合路器则是三个星形连接的电阻。这样的选择使得整个装置的构成较为简单，其成本较低。但是，这种结构由于其元器件的固有误差，使得实现绝对的两路发射载波信号的幅度相等、相位相反较为困难。但是在本实施例中，只要上述两路发射载波信号能够达到设定的范围内时，则基本上可以满足抑制发射载波对接收回路的影响。

在本实施例中，述耦合端支路和隔离端支路输出的发射载波信号的幅度差设定范围和相位差设定范围的取值相互关联（换句话说，是相互配合的），幅度差设定范围取值越大，其对应的相位差设定范围取值越小；幅度差设定范围取值越小，其对应的相位差设定范围取值越大。当然，这些值都是事先设定的，且表示一个范围。当两个支路输出的射频载波信号的幅度和相位分别在该范围内，即认为达到了射频载波抑制的目的。在本实施例中，耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的幅度差的设定范围是F±1.1dB；其中，F是所述发射载波信号在所述定向耦合器的耦合端和隔离端的信号强度之差；耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的相位差的设定范围是180±8度。

总之，在本实施例中，发射电路提供功率足够大的射频信号，通过定向耦合器的耦合端和隔离端输出两路信号，经上述衰减器和移相器的处理，输出两路强度对等，相位差近180度的信号，进入合路器，实现两路信号的抵消抑制。而标签返回的回波信号经过定向耦合器耦合，直接输出到合路器，由于该信号微弱，不满足同幅反相的条件回波信号不会被抑制，直接进入接收回路，因此不会对读写器接收标签的回波信号带来影响。

一般来讲，在RFID一体式读写器中使用的定向耦合器耦合端输出一路比发射信号小几dB的信号（一般是10dB或20dB），定向耦合器隔离端输出一路比发射信号小几dB的信号（一般是30dB左右），耦合端输出信号比隔离端输出信号要大。在实施过程中，衰减器连接到定向耦合器的耦合端，衰减器衰减量的大小要根据实际测试中耦合端和隔离端强度差所决定，经过验证，两个端口相位相差180度，强度差在±1.1dB范围内都可以实现20dB以上的抑制效果，实际应用中考虑到衰减量和阻抗匹配两个因素，可以在耦合端口和合路器输出端口各加一个衰减器。

定向耦合器耦合端输出信号，进入衰减网络，降低信号强度，使之与隔离端输出信号强度对等。

根据定向耦合器耦合端和隔离端输出信号相位关系，选择在耦合端或隔离端插入移相器网络，使两端输出信号相位相差近180度。实施过程中，移相器移相的度数要根据实际测试中耦合端和隔离端相位关系所决定，经过验证，两个端口的强度相等，相位差在±8°范围内都可以实现20dB以上的抑制效果，实际应用过程中，如果定向耦合器耦合端口和输入端口相位差值比较大，只在一个端口加入移相器调节相位效果可能不太理想。实施过程中，可以在定向耦合器耦合端和隔离端端口都加上移相器，这样可以方便调节相位和控制载波抑制效果的平坦度。

经定向耦合器耦合端和隔离端输出的信号经过上述处理成为两路幅度对等，相位差近180度的信号，两路信号进入合路器，实现信号的抵消抑制。一般来讲，定向耦合器的隔离度都到25dB，再加上载波抑制技术抵消的20dB，从整体来看，可以使定向耦合器的隔离度达到45dB，这样如果发射通路发射30dBm（1W）的信号，泄漏到接收通路上的载波强度只有-15dBm，不会造成低噪声放大器或混频器前端饱和阻塞。

与此同时，标签返回的强度微弱的回波信号通过定向耦合器，直接进入到合路器，并没有被上述电路抵消。

在本实施例中，载波抑制装置的实现方式如下：

衰减器的实现：根据应用的定向耦合器耦合端和隔离端信号强度的差别，设计衰减器，衰减器可以用三个电阻构成的π型网络，考虑到阻抗匹配和计算便利，用两个π型衰减网络来实现，使耦合端和隔离端输出载波信号强度对等。考虑实际电阻元件可能有5%的误差，器件误差对衰减量影响很小，衰减量对载波抑制效果的影响不是很敏感，只要控制在±1.1dB范围内就可以。

移相器的实现：根据应用的定向耦合器耦合端和隔离端信号相位关系，选择在耦合端或隔离端插入移相器，移相器可以用电容和电感构成的π型或Т型网络来实现，使定向耦合器耦合端和隔离端输出载波信号的相位相差近180°。考虑实际电容和电阻元件可能有5%的误差，器件误差的影响随着移相度数的增大而变大，相位的变化对于载波抑制效果的影响是很敏感的，实际应用中要多加注意。

值得一提的是，考虑到器件误差的影响，上述两路信号之间的幅度差和相位差是相互关联的。当选择一个固定的发射载波抑制效果时，在幅度差较大的情况下，相位差应该选择较小的设定范围；而在相位差选择较大的设定范围的情况下，幅度差应该选择较小的设定范围。通过验证，设载波抑制效果达到20dB以上时，信号相位和信号强度（幅度）偏差的允许范围如下表所示：

相位偏差范围	强度偏差范围（dB）
		±8°	-0.3～0.1
±7°	-0.7～0.5
		±6°	-0.9～0.7
±5°	-1.0～0.8
		±4°	-1.1～0.9
±3°	-1.2～1.0
		±2°	-1.2～1.1
±1°	-1.3～1.1
		0°	-1.3～1.1

本实施例还涉及一种在RFID一体式读写器中抑制发射载波的方法，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S11取得耦合端和隔离端上发射载波信号的幅度差和相位差：在本步骤中，得到定向耦合器耦合端和隔离端上发射载波信号的幅度差和相位差；通常，这些值是和定向耦合器的参数以及天线和定向耦合器之间的匹配决定的。在本实施例中，可以计算得到，也可以通过现场的测试而得。

步骤S12调整耦合端和隔离端的发射载波信号，使其幅度和相位的差值均在设定范围内：在本步骤中，对定向耦合器耦合端输出的发射载波信号或所述隔离端上的发射载波信号进行处理，使得所述耦合端和所述隔离端上的发射载波信号的幅度差值在设定的幅度偏差范围内，同时，使得所述耦合端和所述隔离端上的发射载波信号的相位差值在设定的相位偏差范围内。一般来讲，可以只在耦合端支路上调节，并将调节后的信号传输到合路器中进行叠加。在一些情况下，例如，为了便于调节或得到较好的发射载波抑制平坦度，也可以在上述耦合端支路和隔离端支路上都进行调节，其中，在隔离端支路上，主要是进行相位调节，即对隔离端支路上的信号进行移相，使得分别经过相位调节的耦合端支路信号和隔离端支路信号的相位符合设定的要求，其差值在设定范围内。在本实施例中，分别调整所向耦合器耦合端和隔离端上的发射载波信号的相位，使其相位差保持在所述设定的相位偏差范围内。此外，在本实施例中，设定的幅度偏差范围和所述设定的相位偏差范围的取值相互配合，实现发射载波信号的抵消；当选择一个固定的发射载波抑制效果时，在幅度差较大的情况下，相位差应该选择较小的设定范围；而在相位差选择较大的设定范围的情况下，幅度差应该选择较小的设定范围。在本实施例中，幅度偏差范围取值是-1.3dB-1.1dB时，其对应的相位偏差范围为180±0度；而在相位偏差范围为180±8度时，所述幅度偏差范围取值是-0.3dB-0.1dB；请参见上表。

步骤S13将上述调整后的信号合路并送入接收回路：在本步骤中，将经过处理后的耦合端上的发射载波信号与隔离端上的发射载波信号相互抵消，消除所述隔离端上的发射载波信号对接收回路的影响。不言而喻的是，实际上该读写器接收的标签回波信号同样是通过上述处理的，只是由于标签回波信号较为微弱，且在定向耦合器中的传输方向与发射载波完全不同，故其在定向耦合器上耦合端和隔离端的参数与发射载波也是完全不同的，所以，上述步骤不会对标签回波带来影响，也就不会影响对于标签回波的接收。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置，发射载波由定向耦合器输入端进入，并由所述定向耦合器的直通端连接到天线；接收信号依次通过所述定向耦合器的直通端和隔离端进入接收回路，其特征在于，所述装置还包括耦合端支路、隔离端支路和合路器；所述耦合端支路连接在所述定向耦合器的耦合端和所述合路器的一个输入端之间，处理所述定向耦合器耦合端耦合的发射载波信号并输出到所述合路器；所述隔离端支路连接在所述定向耦合器的隔离端和所述合路器的另一个输入端之间，将所述定向耦合器隔离端泄露的发射载波信号输出到所述合路器；所述耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的幅度差和相位差均在设定的范围内；所述合路器的输出端输出信号到所述接收回路。

2.根据权利要求1所述的在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置，其特征在于，所述耦合端支路包括依次连接在所述定向耦合器的耦合端上的第一衰减器和第一移相器；所述第一衰减器的输入端与所述定向耦合器的耦合端连接，所述第一移相器的输出端连接到合路器的一个输入端。

3.根据权利要求2所述的在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置，其特征在于，还包括第三衰减器，所述第三衰减器串接在所述第一移相器输出端和所述合路器的一个输入端之间。

4.根据权利要求3所述的在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置，其特征在于，所述隔离端支路还包括第二移相器，所述第二移相器的输入端连接在所述定向耦合器的隔离端上，所述第二移相器的输出端与所述合路器的另一输入端连接。

5.根据权利要求4所述的在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置，其特征在于，所述耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的幅度差设定范围和相位差设定范围的取值相互关联，所述幅度差设定范围取值越大，其对应的相位差设定范围取值越小；所述幅度差设定范围取值越小，其对应的相位差设定范围取值越大。

6.根据权利要求5所述的在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置，其特征在于，所述耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的相位差的设定范围是180±8度；所述耦合端支路和所述隔离端支路输出的发射载波信号的幅度差的设定范围是F±1.1dB；其中，F是所述发射载波信号在所述定向耦合器的耦合端和隔离端的信号强度之差。

7.根据权利要求6所述的在RFID一体式读写器中抑制发射载波的装置，其特征在于，所述第一衰减器和第二衰减器是由电阻构成的π形衰减网络；所述第一移相器和第二移相器是由电容或电感构成的π形或T形移相网络；所述合路器是三个星形连接的电阻。

8.一种在RFID一体式读写器中抑制发射载波的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）得到定向耦合器耦合端和隔离端上发射载波信号的幅度差和相位差；

B）对所述定向耦合器耦合端输出的发射载波信号或所述隔离端上的发射载波信号进行处理，使得所述耦合端和所述隔离端上的发射载波信号的幅度差值在设定的幅度偏差范围内，同时，使得所述耦合端和所述隔离端上的发射载波信号的相位差值在设定的相位偏差范围内；

C）将所述经过处理后的所述耦合端上的发射载波信号与所述隔离端上的发射载波信号相互抵消，消除所述隔离端上的发射载波信号对接收回路的影响。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤B）中，分别调整所述定向耦合器耦合端和隔离端上的发射载波信号的相位，使其相位差保持在所述设定的相位偏差范围内。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述设定的幅度偏差范围和所述设定的相位偏差范围的取值相互配合，实现发射载波信号的抵消；所述幅度偏差范围取值是相差-1.3dB到1.1dB时，其对应的相位偏差范围为180±0度；而在相位偏差范围为180±8度时，所述幅度偏差范围取值是相差-0.3dB到0.1dB。