CN106100690A - 射频对消信号发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种射频对消信号发生装置，包括：信号端口；反射电路，包括第一反射支路、第二反射支路、第三反射支路、第四反射支路及为该反射电路提供匹配的负载；该第一反射支路包括顺次连接该信号端口的45度相位延迟单元、第一二极管，该第二反射支路包括顺次连接该信号端口的90度相位延迟单元、第二二极管，该第三反射支路包括顺次连接该信号端口的135度相位延迟单元、第三二极管，该第四反射支路包括顺次连接该信号端口的180度相位延迟单元、第四二极管；该第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管分别由对应的电压单元提供偏置电压，本发明可以实现快速地调整射频对消信号的幅度和相位，调整精度高，实现电路成本低。

Description

射频对消信号发生装置
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种射频对消信号发生装置。
背景技术
超高频射频识别采用被动式的射频识别方式，由射频识别读写器发起命令。在交互过程中，射频识别读写器需要持续发送连续载波给射频识别电子标签，为射频识别电子标签提供能量，这就决定了射频识别读写器必须采用零中频架构的收发机制。常规的零中频通信机采用收发开关来实现收发端的隔离，即发时不收、收时不发，而射频识别读写器在工作时收发端需要始终保持同时工作，因此发射端的大功率载波不可避免地会泄漏至接收端，造成接收端线性度变差、本底噪声电平提升。
为了解决这一问题，现有的处理方式是产生一路与泄漏的射频载波信号呈等幅、反相关系的对消信号，并与泄漏的射频载波信号进行对消后降低其幅度，将发射端的泄漏对接收端的影响降至最低。然而，在这一处理环节中，对消信号的相位、幅度调整的灵活性及精确性是影响对消结果的关键所在。现有的相位、幅度调整方式如下：1.手动调整，通过改变对消电路中的元件值（电容、电阻、电感）实现相位与幅度的变化。这种方式灵活度较差，且调试工作量极大，仅适合某些固定配套天线的场合使用；2.衰减器配合移相器，通过衰减器改变对消电路中的幅度，通过移相器改变对消电路的相位。在实际电路中往往改变衰减值之后相位会有一些变化，而移相器改变相位的同时幅度又会有少量变化，这种方式很难做到相位、幅度的精确设置；3.矢量调制器，采用矢量调制器集成芯片来实现对消是目前超高频射频识别读写器里使用较多的方式，但这种方式还需额外使用巴伦、合路器等器件，电路成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种射频对消信号发生装置，解决了现有技术中射频对消信号调整复杂、不易控制的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明的一种射频对消信号发生装置，包括：
信号端口，用于输入载波信号及输出对消信号；
连通所述信号端口的反射电路，所述反射电路包括第一反射支路、第二反射支路、第三反射支路、第四反射支路及为所述反射电路提供匹配的负载；
所述第一反射支路包括顺次连接所述信号端口的45度相位延迟单元、第一二极管，所述第二反射支路包括顺次连接所述信号端口的90度相位延迟单元、第二二极管，所述第三反射支路包括顺次连接所述信号端口的135度相位延迟单元、第三二极管，所述第四反射支路包括顺次连接所述信号端口的180度相位延迟单元、第四二极管；
所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管分别由对应的电压单元提供偏置电压。
作为本发明上述射频对消信号发生装置的进一步改进，所述反射电路具体包括：所述第一二极管通过第一八分之一波长线连接所述信号端口，所述第二二极管通过第二八分之一波长线连接在所述第一八分之一波长线与第一二极管之间，所述第三二极管通过第三八分之一波长线连接在所述第二八分之一波长线与所述第二二极管之间，所述第四二极管通过第四八分之一波长线连接在所述第三八分之一波长线与所述第三二极管之间，所述负载连接在所述第四八分之一波长线与所述第四二极管之间。
作为本发明上述射频对消信号发生装置的进一步改进，所述45度相位延迟单元为八分之一波长线。
作为本发明上述射频对消信号发生装置的进一步改进，所述90度相位延迟单元为四分之一波长线。
作为本发明上述射频对消信号发生装置的进一步改进，所述135度相位延迟单元为八分之三波长线。
作为本发明上述射频对消信号发生装置的进一步改进，所述180度相位延迟单元为二分之一波长线。
作为本发明上述射频对消信号发生装置的进一步改进，所述负载为50欧姆电阻。
作为本发明上述射频对消信号发生装置的进一步改进，所述电压单元包括数模转换器及输出数字信号给所述数模转换器的控制器。
作为本发明上述射频对消信号发生装置的进一步改进，波长线为印刷在介质基片上的微带线。
作为本发明上述射频对消信号发生装置的进一步改进，所述射频对消信号发生装置连接定向耦合器的第三端，定向耦合器的第一端连接射频识别读写器的发射端，定向耦合器的第二端连接天线，定向耦合器的第四端连接射频识别读写器的接收端。
与现有技术相比，本发明利用二极管的衰减特性设计四路反射支路，通过调整各个支路上二极管的偏置电压以实现对消信号的幅度和相位的调整。本发明可以实现快速地调整射频对消信号的幅度和相位，调整精度高，实现电路成本低。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施方式中射频对消信号发生装置。
图2为本发明一实施方式中射频对消信号发生装置。
图3为本发明一实施方式中对消信号的星座图。
图4为本发明一实施方式中发射信号时定向耦合器工作示意图。
图5为本发明一实施方式中接收信号时定向耦合器工作示意图。
图6为本发明一实施方式中反射信号时定向耦合器工作示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
需要说明的是，在不同的实施方式中，可能使用相同的标号或标记，但这些并不代表结构或功能上的绝对联系关系。并且，各实施方式中所提到的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”也并不代表结构或功能上的绝对区分关系，这些仅仅是为了描述的方便。
射频识别读写器在工作时，发射端的射频载波信号理想状态下通过天线发射出去，但是实际上会存在一定功率的射频载波信号泄漏到接收端，相对于接收端接收到的射频识别电子标签反馈的信号，泄漏的射频载波信号的功率要大很多，这样就会把射频识别电子标签反馈的信号给淹没，导致射频识别读写器的灵敏度降低，识别效率受到了很大的影响。因此，为了减少上述的影响，需要将泄漏的射频载波信号作为噪声去除掉，可实现的方式可以通过生成一个与泄漏的射频载波信号的频率、幅度相同，相位相反的信号与之抵消，这样因为正负波形叠加就把泄漏的射频载波信号的幅度降为零，这个生成的信号就称之为对消信号。因为对消信号需要满足上述的一定条件，所以生成对消信号的发生装置也需要经过一定的设计才能满足消除泄漏的射频载波信号的要求。
如图1所示，本发明一实施方式中射频对消信号发生装置。射频对消信号发生装置包括信号端口30，信号端口30用于输入载波信号及输出对消信号，在本实施方式中，输入的载波信号是通过定向耦合器的耦合端获得的射频识别读写器发射端的部分载波能量，以下将详细描述定向耦合器的工作过程。但是也不排除在更多的电路设计中，输入的载波信号就是泄漏的射频载波信号。反射电路是射频对消信号发生装置的内部电路，与信号端口30连通，利用反射方式通过内部电路反射回特定的射频信号从信号端口30输出，该输出的信号用于与泄漏的射频载波对消，即为对消信号。
反射电路包括第一反射支路、第二反射支路、第三反射支路、第四反射支路及为反射电路提供匹配的负载。第一反射支路、第二反射支路、第三反射支路、第四反射支路共同产生四路独立的反射波，为了描述的方便，分别为反射波Sra、反射波Srb、反射波Src、反射波Srd。四路反射波合成一个总反射信号Sr，反射信号Sr即为射频对消信号发生装置输出的对消信号。
第一反射支路包括顺次连接信号端口30的45度相位延迟单元、第一二极管11，第二反射支路包括顺次连接信号端口30的90度相位延迟单元、第二二极管12，第三反射支路包括顺次连接信号端口30的135度相位延迟单元、第三二极管13，第四反射支路包括顺次连接信号端口30的180度相位延迟单元、第四二极管14。在本实施方式中，实现延时的相位延迟单元具体为一定长度的波长线，优选的为印刷在介质基片上的微带线，例如八分之一波长微带线、四分之一波长微带线、二分之一波长微带线。
在图1所示的实施方式中，第一反射支路、第二反射支路、第三反射支路、第四反射支路为了节约元器件及占用的空间，共用了部分电路走线。具体包括：第一二极管11通过第一八分之一波长微带线21连接信号端口30，第二二极管12通过第二八分之一波长微带线22连接在第一八分之一波长微带线21与第一二极管11之间，第三二极管13通过第三八分之一波长微带线23连接在第二八分之一波长微带线22与第二二极管12之间，第四二极管14通过第四八分之一波长微带线24连接在第三八分之一波长微带线23与第三二极管13之间。以第一反射支路、第二反射支路为例展开阐述，第一反射支路包括顺次连接的第一八分之一波长微带线21、第一二极管11，第二反射支路包括顺次连接的第一八分之一波长微带线21、第二八分之一波长微带线22、第二二极管12。在第一反射支路中，第一八分之一波长微带线21作为45度相位延迟单元与第一二极管11的一端连接，第一二极管11的另一端呈开路状态。从图中的入射波和反射波的指针可以看出，入射波即为从信号端口30输入的载波信号，沿着第一八分之一波长微带线21经过第一二极管11，由于电路的特性，入射波在第一二极管11处衰减反射成为反射波Sra沿着第一二极管11、第一八分之一波长微带线21回到信号端口30。在第二反射支路中，共用了第一反射支路中的第一八分之一波长微带线21，因此，信号端口30顺次连接第一八分之一波长微带线21、第二八分之一波长微带线22、第二二极管12，第二二极管12的另一端也呈开路状态。第一八分之一波长微带线21和第二八分之一波长微带线22作为第二反射支路中的90度相位延迟单元，入射波沿着第一八分之一波长微带线21、第二八分之一波长微带线22、第二二极管12再反射回去。第三反射支路、第四反射支路依此类推。在本实施方式中，负载为50欧姆负载40，连接在第四八分之一波长微带线24与第四二极管14之间。
如图2所示，在另一实施方式中，第一反射支路100、第二反射支路200、第三反射支路300、第四反射支路400相互并列，各个支路中的二极管通过特定波长的微带线与信号端口30连通。在第一反射支路100中，45度相位延迟单元为八分之一波长微带线25。在第二反射支路200中，90度相位延迟单元为八分之二波长微带线26，即四分之一波长的微带线。在第三反射支路300中，135度相位延迟单元为八分之三波长微带线27。在第四反射支路400中，180度相位延迟单元为八分之四波长微带线28，即为二分之一波长的微带线。需要说明的是，相位是具有周期性，延迟相差360度实质是一致的，所以在此没有详细阐述。在本实施方式中，50欧姆负载设置在第四反射支路400的末端上。
根据二极管的衰减特性，在各个二极管上设置偏置电压，提供偏置电压的电压单元可以为数模转换器及输出数字信号给数模转换器的控制器，数模转换器优选地选用精度较高的数模转换器，可以通过控制器发送数字信号实现精确地调整偏置电压。如图1、图2所示，第一二极管11设置第一偏置电压Va，第二二极管12设置第二偏置电压Vb，第三二极管13设置第三偏置电压Vc，第四二极管14设置第四偏置电压Vd。本发明通过控制各二极管的偏置电压来实现对消信号的相位及幅度的调整，相位可以在0-360度的范围内快速任意地调整。
以输入到射频对消信号发生装置的入射波S=Asin(ωt)为例，沿着反射电路中的四路反射支路反射出四路反射波，分别为反射波Sra、反射波Srb、反射波Src及反射波Srd。因为反射电路是确定的，所以二极管的衰减系数及微带线合/分路衰减都是恒定的，二极管的衰减与二极管的偏置电压呈线性关系。以下为了计算说理的方便，二极管的衰减系数为常数K，微带线合/分路衰减为常数L。
如图1所示，以第一反射支路为例，入射波S沿着第一八分之一波长微带线21、第一二极管11再返回，反射波Sra的幅度历经了两次第一八分之一波长微带线21合/分路衰减及两次第一二极管11的衰减，因此反射波Sra的幅度为A-2L-2×Va×K。反射波Sra的相位也历经了两次第一八分之一波长微带线21的相位延迟，因此与入射波S的相位差为90度。所以，
Sra=（A-2L-2×Va×K）sin（ωt+90o）,
第二反射支路、第三反射支路、第四反射支路的反射波分别与第二二极管12、第三二极管13、第四二极管14及90度相位延迟单元、135度相位延迟单元、180度相位延迟单元相关，依此类推也是分别来回经历了两次，所以，
Srb=（A-2L-2×Vb×K）sin（ωt+180o）
Src=（A-2L-2×Vc×K）sin（ωt+270o）
Srd=（A-2L-2×Vd×K）sin（ωt+360o）
为了简化相关计算的表述，每个反射波的幅度分别用变量a、b、c、d来表示，a、b、c、d的定义如下：
a= A-2L-2×Va×K
b= A-2L-2×Vb×K
c= A-2L-2×Vc×K
d= A-2L-2×Vd×K
由此可见，a、b、c、d的值分别随着各自二极管的偏置电压的变化而变化。
此时，反射波Sra、反射波Srb、反射波Src、反射波Srd可以简化成以下表达式，
Sra=asin（ωt+90o）
Srb=bsin（ωt+180o）
Src=csin（ωt+270o）
Srd=dsin（ωt+360o）
反射波Sra、反射波Srb、反射波Src、反射波Srd通过沿原路返回到达信号端口30，因此总反射信号Sr的计算如下，此信号即为射频对消信号发生装置输出的对消信号，
Sr=Sra+Srb+Src+Srd
=asin（ωt+90o）+ bsin（ωt+180o）+ csin（ωt+270o）+ dsin（ωt+360o）
=（a-c）cos（ωt）+（b-d）sin（ωt）
此时，总反射信号Sr可以看成两路正交信号（a-c）cos（ωt）与（b-d）sin（ωt）之和。根据以下公式：
Asinx+Bcosx=sin(x+φ),φ=arctan(B/A)
可以将上述总反射信号Sr转化成以下表达式，
Sr= sin(ωt+θ)，θ=arctan((a-c)/(b-d)),
如图3所示，总反射信号Sr在星座图中的表示，横坐标为I信号分量，值为（b-d）,纵坐标为Q信号分量，值为（a-c），Sr表示的点到原点的距离为Sr的幅度，Sr表示的点到原点的连线与横坐标所夹的角为Sr的相位。因此，通过改变a、b、c、d的值就可以改变总反射信号Sr的幅度和相位。a、b、c、d的值又与偏置电压Va、Vb、Vc、Vd相关，因此，通过改变四个反射支路上二极管的偏置电压来改变总反射信号Sr的幅度和相位，从而使得射频对消信号发生装置输出的对消信号的幅度与相位实现快速、连续可调。
优选地，为了实现射频识别读写器的发射信号、接收信号及产生的对消信号之间的相互配合，在本实施方式中，充分利用了定向耦合器的定向特性，这种方式结构新颖、外围电路简单，可以实现较好的载波对消度。如图4、图5、图6所示，定向耦合器50包括第一端51、第二端52、第三端53、第四端54，定向耦合器50的第三端53连接射频对消信号发生装置，定向耦合器50的第一端51连接射频识别读写器的发射端，定向耦合器50的第二端52连接天线，定向耦合器50的第四端54连接射频识别读写器的接收端。
根据定向耦合器的特性，信号输入的端口不同，各自的耦合及隔离关系也不同，如图3所示为本发明一实施方式中发射信号时定向耦合器工作示意图。射频识别读写器发射端输出载波信号到定向耦合器50的第一端51，此时，第一端51为输入端，第二端52为直通端，第三端53为耦合端，第四端54为隔离端，载波信号通过第一端51输入从第二端52输出到天线，利用天线将载波信号辐射出去，而第三端53也耦合到一定功率的载波信号的能量，进入射频对消信号发生装置中，通过反射的方式获得对消信号。第四端54把射频识别装置发射端的发射信号隔离，保证射频识别读写器的接收端的正常接收工作。
如图5所示为本发明一实施方式中接收信号时定向耦合器工作示意图。天线将接收信号输入到定向耦合器50的第二端52，此处的信号包括接收到外界的射频识别电子标签的反馈信号，还有泄漏的射频载波信号，其产生原因是天线的驻波造成的，经过天线反射进入到第二端52，在本实施方式中，主要描述泄漏的射频载波信号输入到第二端52的情况。此时，第二端52为输入端，第一端51为直通端，第三端53为隔离端，第四端54为耦合端，如上所述，如果泄漏的射频载波信号不被消除，就会通过第四端54进入射频识别读写器的接收端，影响接收端的工作。
如图6所示为本发明一实施方式中反射信号时定向耦合器工作示意图。射频对消信号发生装置输出的对消信号进入定向耦合器50的第三端53，目的是把上述情况中进入第四端54的泄漏射频载波信号抵消掉。当对消信号输入到第三端53时，第三端53为输入端，第四端54为直通端，第一端51为耦合端，第二端52为隔离端，对消信号通过第三端53也进入到第四端54，正好与上述情况下进入第四端54的泄漏射频载波信号合成抵消。优选地，还可以根据对消的结果来调整射频对消信号发生装置中二极管的偏置电压，保证对消信号与泄漏的射频载波信号的幅度趋近相同、相位趋近相反。
综上所述，本发明利用二极管的衰减特性设计四路反射支路，通过调整各个支路上二极管的偏置电压以实现对消信号的幅度和相位的调整。本发明可以实现快速地调整射频对消信号的幅度和相位，调整精度高，实现电路成本低。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频对消信号发生装置，其特征在于，包括：
信号端口，用于输入载波信号及输出对消信号；
连通所述信号端口的反射电路，所述反射电路包括第一反射支路、第二反射支路、第三反射支路、第四反射支路及为所述反射电路提供匹配的负载；
所述第一反射支路包括顺次连接所述信号端口的45度相位延迟单元、第一二极管，所述第二反射支路包括顺次连接所述信号端口的90度相位延迟单元、第二二极管，所述第三反射支路包括顺次连接所述信号端口的135度相位延迟单元、第三二极管，所述第四反射支路包括顺次连接所述信号端口的180度相位延迟单元、第四二极管；
所述第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管分别由对应的电压单元提供偏置电压。
2.根据权利要求1所述的射频对消信号发生装置，其特征在于，所述反射电路具体包括：所述第一二极管通过第一八分之一波长线连接所述信号端口，所述第二二极管通过第二八分之一波长线连接在所述第一八分之一波长线与第一二极管之间，所述第三二极管通过第三八分之一波长线连接在所述第二八分之一波长线与所述第二二极管之间，所述第四二极管通过第四八分之一波长线连接在所述第三八分之一波长线与所述第三二极管之间，所述负载连接在所述第四八分之一波长线与所述第四二极管之间。
3.根据权利要求1所述的射频对消信号发生装置，其特征在于，所述45度相位延迟单元为八分之一波长线。
4.根据权利要求1所述的射频对消信号发生装置，其特征在于，所述90度相位延迟单元为四分之一波长线。
5.根据权利要求1所述的射频对消信号发生装置，其特征在于，所述135度相位延迟单元为八分之三波长线。
6.根据权利要求1所述的射频对消信号发生装置，其特征在于，所述180度相位延迟单元为二分之一波长线。
7.根据权利要求1或2所述的射频对消信号发生装置，其特征在于，所述负载为50欧姆电阻。
8.根据权利要求1所述的射频对消信号发生装置，其特征在于，所述电压单元包括数模转换器及输出数字信号给所述数模转换器的控制器。
9.根据权利要求2-6中任一项所述的射频对消信号发生装置，其特征在于，波长线为印刷在介质基片上的微带线。
10.根据权利要求1所述的射频对消信号发生装置，其特征在于，所述射频对消信号发生装置连接定向耦合器的第三端，定向耦合器的第一端连接射频识别读写器的发射端，定向耦合器的第二端连接天线，定向耦合器的第四端连接射频识别读写器的接收端。
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