CN105809222A - 基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构 - Google Patents

基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子技术领域，具体地说是一种基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构,包括采用输入信号模块连接第一开关的端口1；第一开关的端口2连接非线性功放的端口1，第一开关的端口3连接线性功放的端口1；所述的非线性功放的端口2连接第二开关的端口2，所述的线性功放的端口2连接第二开关的端口3；第二开关的端口1连接输出信号模块。本发明同现有技术相比，功耗低、发射信号噪声低、结构简单、更加适合低功耗、高灵敏度的超高频射频识别读写器系统。

Description

基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体地说是一种基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构。
背景技术
超高频射频识别系统可广泛应用于仓储管理、物流管理、智能制造、电子车牌、防伪溯源、图书管理、物资管控、电子票据等应用领域，是物联网的关键核心技术之一。
超高频射频识别系统由超高频射频识别读写器和超高频射频识别标签两部分组成。超高频射频识别读写器向标签发射连续载波信号从而给标签进行无线能量传输，标签在接收连续载波信号之后被激活，然后超高频射频识别读写器向标签发射指令信号，标签在指令的控制下通过背散射机制将有用信号返回给超高频射频识别读写器。
发射机是超高频射频识别读写器的重要组成模块，负责发射连续载波和指令信号。然而超高频射频识别读写器发射机面临着两个问题：(1)发射机为了在发射DSB调制信号时满足较为苛刻的发射频谱规范，因此往往需要线性功放，也即线性功率放大器，然而线性功放能量效率较低，因此功耗较高；(2)发射机的发射信号噪声会泄漏到接收机从而导致接收机灵敏度恶化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有功耗低、发射机噪声小等优点的、基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构。
为实现上述目的，设计一种基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构，其特征在于：
包括采用输入信号模块连接第一开关的端口1；第一开关的端口2连接非线性功放的端口1，第一开关的端口3连接线性功放的端口1；所述的非线性功放的端口2连接第二开关的端口2，所述的线性功放的端口2连接第二开关的端口3；第二开关的端口1连接输出信号模块；
当发射机处于发射连续载波信号模式时，第一开关的端口1与第一开关的端口2连通，而与第一开关的端口3断开；第二开关的端口1与第二开关的端口2连通，而与第二开关的端口3断开；当发射机处于发射指令信号模式时，第一开关的端口1与第一开关的端口2断开，而与第一开关的端口3连通；第二开关的端口1与第二开关的端口2断开，而与第二开关的端口3连通；发射指令信号模式时线性功放工作，发射连续载波信号模式时非线性功放工作，两者交替工作实现信号发射。
所述的非线性功放采用Class-D功放或Class-E功放或Class-F功放。
所述的输入信号模块包括采用发射机基带的端口1连接上混频器的端口1，上混频器的端口3连接频率综合器的端口1所构成；所述的上混频器的端口2连接第一开关的端口1。
所述的输出信号模块包括采用定向耦合器的端口2连接天线的端口1；定向耦合器的端口3连接接收机的端口1所构成；所述的定向耦合器的端口1连接第二开关的端口1。
所述的输出信号模块包括采用环形隔离器的端口2连接天线的端口1，环形隔离器的端口3连接接收机的端口1所构成；所述的环形隔离器的端口1连接第二开关的端口1。
本发明同现有技术相比，功耗低、发射信号噪声低、结构简单、更加适合低功耗、高灵敏度的超高频射频识别读写器系统。
附图说明
图1为本发明的模块连接示意图。
图2为本发明的最佳实施例的模块连接示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步地说明。
本发明的设计思路基于如下原因：
超高频射频识别读写器的发射信号采用幅度调制ASK的方式；发射机一般处于如下两种工作模式：第一种模式是发射连续载波信号，该信号为一个单频点信号，该模式下主要用于给超高频射频识别标签进行无线能量传输，且同时接收标签返回的有用信号。第二模式是发射指令信号，为一个ASK调制信号，该模式下一方面用于给超高频射频识别标签进行无线能量传输，另一方面用于给标签传输指令信号，但是此时标签不返回信号，因此发射机无需接收标签返回的信号。上述两种模式交替进行。
全球各种超高频射频识别标准，均对发射信号频谱做出了一定的规范，而发射机在发射指令信号时，为了满足发射频谱规范，发射机往往需要采用线性功放，以获得较高的线性度，而线性功放的能量效率较差，从而导致了发射机功耗较高。
然而，在发射机发射连续载波信号时，此时发射信号是一个单频点信号，无论功放线性与否，均不会导致发射频谱恶化，也就是说即便使用非线性功放，也即非线性功率放大器，此时也会满足发射信号频谱规范。而非线性功放的能量率较高，从而可以降低发射机功耗。
非线性功放中，如Class-D、Class-E、Class-F，可以减小发射机的发射信号噪声，从而可以提高接收机的灵敏度。特别是非线性功放中的Class-D功放，可以达到显著降噪、提高接收机的灵敏度的程度。
而超高频射频识别读写器的发射机是其主要功耗来源，而两种模式的工作时间基本相当，因此我们的设计思路是采用线性功放和非线性功放交替工作，分别对应发射机的第二种模式和第一种模式，从而可以降低功耗、提高接收机灵敏度。下面结合具体实施例，对本发明作进一步地说明。
实施例1
参见图1～图2，本发明包括采用输入信号模块连接第一开关的端口1；第一开关的端口2连接非线性功放的端口1，第一开关的端口3连接线性功放的端口1；所述的非线性功放的端口2连接第二开关的端口2，所述的线性功放的端口2连接第二开关的端口3；所述的第二开关的端口1连接输出信号模块。当发射机处于发射连续载波信号模式时，第一开关的端口1与第一开关的端口2连通，而与第一开关的端口3断开；第二开关的端口1与第二开关的端口2连通，而与第二开关的端口3断开；当发射机处于发射指令信号模式时，第一开关的端口1与第一开关的端口2断开，而与第一开关的端口3连通；第二开关的端口1与第二开关的端口2断开，而与第二开关的端口3连通；发射指令信号模式时线性功放工作和发射连续载波信号模式时非线性功放工作，两者交替工作实现信号发射。
本例中所述的非线性功放较佳的是采用Class-D功放。
本例中所述的线性功放较佳的是采用Class-A功放或者Class-AB功放。
本例中，所述的输入信号模块包括采用发射机基带的端口1连接上混频器的端口1，上混频器的端口3连接频率综合器的端口1所构成；所述的上混频器的端口2连接第一开关的端口1来实现信号输入。
所述的输出信号模块包括采用定向耦合器的端口2连接天线的端口1，定向耦合器的端口3连接接收机的端口1所构成，所述的定向耦合器的端口1连接第二开关的端口1来实现信号输出。
所述的输出信号模块还可采用包括环形隔离器的端口2连接天线的端口1，环形隔离器的端口3连接接收机的端口1所构成，所述的环形隔离器的端口1连接第二开关的端口1来实现信号输出。

Claims (5)

1.一种基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构，其特征在于：
包括采用输入信号模块连接第一开关的端口1；第一开关的端口2连接非线性功放的端口1，第一开关的端口3连接线性功放的端口1；所述的非线性功放的端口2连接第二开关的端口2，所述的线性功放的端口2连接第二开关的端口3；第二开关的端口1连接输出信号模块；
当发射机处于发射连续载波信号模式时，第一开关的端口1与第一开关的端口2连通，而与第一开关的端口3断开；第二开关的端口1与第二开关的端口2连通，而与第二开关的端口3断开；当发射机处于发射指令信号模式时，第一开关的端口1与第一开关的端口2断开，而与第一开关的端口3连通；第二开关的端口1与第二开关的端口2断开，而与第二开关的端口3连通；发射指令信号模式时线性功放工作，发射连续载波信号模式时非线性功放工作，两者交替工作实现信号发射。
2.如权利要求1所述的一种基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构，其特征在于：所述的非线性功放采用Class-D功放或Class-E功放或Class-F功放。
3.如权利要求1所述的一种基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构，其特征在于：所述的输入信号模块包括采用发射机基带的端口1连接上混频器的端口1，上混频器的端口3连接频率综合器的端口1所构成；所述的上混频器的端口2连接第一开关的端口1。
4.如权利要求1所述的一种基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构，其特征在于：所述的输出信号模块包括采用定向耦合器的端口2连接天线的端口1；定向耦合器的端口3连接接收机的端口1所构成；所述的定向耦合器的端口1连接第二开关的端口1。
5.如权利要求1所述的一种基于功放切换机制的超高频射频识别读写器发射机架构，其特征在于：所述的输出信号模块包括采用环形隔离器的端口2连接天线的端口1，环形隔离器的端口3连接接收机的端口1所构成；所述的环形隔离器的端口1连接第二开关的端口1。
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