CN107657297A - 用于无源超高频rfid读写器的载波对消电路与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路与方法，通过射频信号模块得到四路两两正交的信号，之后再通过对消信号模块产生对消信号，仅通过对电路的改进，不需要复杂的相位及幅度计算，即可实现有效抑制发射通道泄漏的载波信号和天线反射回来的载波信号，可提高无源超高频RFID读写器的接收灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及无源超高频RFID读写器接收通道信号处理技术领域，具体的涉及一种用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路与方法。
背景技术
无源超高频RFID读写器在接收电子标签的应答信号时，需要持续发射载波信号。电子标签从读写器发射的载波信号中获取能量，同时通过调制载波信号将电子标签携带的信息通过反向散射方式发送给读写器。
无源超高频RFID读写器一般采用收发一体的单天线结构，由于发射通道和接收通道无法完全隔离，读写器发送的载波信号会直接泄漏到读写器的接收通道中，直接泄漏的载波信号比电子标签反向散射回来的应答信号高80dB左右。
此外，天线阻抗失配将导致部分载波信号经由天线反射进入接收通道，反射回来的信号可比电子标签反向散射回来的应答信号高100dB左右。
如果不对通过上述两种途径泄漏到接收通道的载波信号进行对消处理，读写器将无法有效解调出电子标签的应答信号。
现有对该泄漏信号的处理多采用产生对消信号的方式，例如CN201410767557.8中公开的《一种射频识别读写器载波干扰抑制装置》，该方法通过对本振信号进行调幅和调相，产生与泄漏信号幅度相同、相位相反的信号。但这种方法需要对泄漏信号进行精确的相位测量与幅度测量，并且需要对本振信号进行调幅和调相，实现复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路与方法，该发明解决了现有读写器载波对消实现复杂、效率较低的技术问题。
本发明提供一种用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路，包括：控制器、发射器、接收器、用于产生四路两两正交射频信号的射频信号模块、用于产生抑制载波对消信号的对消信号模块、用于耦合发射器发射载波信号的第一定向耦合器、用于耦合经过载波抑制后信号的第二定向耦合器、用于合成对消信号和接收通道信号的第二合路器、第一功分器、第二功分器、用于检测信号幅度的检波模块；控制器分别与发射器、对消信号模块控制连接，控制器分别与检波模块和接收器相连接；发射器与第一定向耦合器相连接；第二合路器同时与第二定向耦合器、第一功分器和第二功分器相连接；第二定向耦合器分别与检波模块和接收器相连接。
进一步地，检波模块包括第一检波器、第二检波器和第三检波器，第一检波器与第一功分器相连接；第二检波器与第二功分器相连接；第三检波器与第二定向耦合器相连接。
进一步地，对消信号模块包括：第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器、第二数控衰减器、第一合路器；第一射频开关同时与第一90度功分器和第一数控衰减器相连接；第二射频开关同时与第二90度功分器和第二数控衰减器相连接；第一数控衰减器和第二数控衰减器同时与第一合路器相连接；第一合路器与第一功分器相连接。
进一步地，射频信号模块包括：180度功分器、第一90度功分器、第二90度功分器，180度功分器分别与第一90度功分器和第二90度功分器相连接；第一定向耦合器分别与180度功分器和第二功分器相连接；第一90度功分器和第二90度功分器分别与对消信号模块相连接。
进一步地，还包括天线，天线与第一定向耦合器相连接。
本发明的另一方面还提供了一种如上述的电路用于无源超高频RFID读写器载波对消的方法，包括以下步骤：
步骤S100：生成查找表；
步骤S200：确定对消电路控制参数；
步骤S300：控制器依据控制参数控制第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和数控衰减器，在第二合路器中产生对消信号，在第二合路器中对消信号与接收通道泄露的载波信号和标签返回的应答信号相抵消。
进一步地，步骤S100在无源超高频RFID读写器出厂或上电时完成。
进一步地，步骤S200在无源超高频RFID读写器参数设置时完成。
进一步地，步骤S100包括以下步骤：
步骤1：控制器控制发射器持续发射载波信号；
步骤2：控制第一射频开关的C11和C1接通，控制第二射频开关的C21和C2接通；
步骤3：控制第一数控衰减器的衰减量达到最小；
步骤4：控制第二数控衰减器的衰减量达到最小；
步骤5：控制器记录第一检波器获取到的信号幅度；
步骤6：按照最小步进增大第二数控衰减器的衰减量，记录第一检波器获取到的信号幅度；
步骤7：重复步骤6，直到第二数控衰减器达到其最大衰减量后，进行步骤8；
步骤8：按照最小步进增大第一数控衰减器的衰减量；
步骤9：重复步骤4-步骤8，直到第一数控衰减器达到其最大衰减量，并记录第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量；
步骤10：接通第一射频开关的C11和C1，同时接通第二射频开关的C22和C2，重复步骤3-步骤9，记录第一射频开关和第二射频开关的控制量；
步骤11：接通第一射频开关的C12和C1，同时接通第二射频开关的C21和C2，重复步骤3-步骤9，记录第一射频开关和第二射频开关的控制量；
步骤12：接通第一射频开关的C12和C1，同时接通第二射频开关的C22和C2，重复步骤3-步骤9，记录第一射频开关和第二射频开关的控制量；
步骤13：依据第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量及对应的第一检波器获取到的信号幅度值，建立以信号幅度为索引的查找表。
进一步地，步骤S200包括以下步骤：
步骤1：控制器控制发射器持续发射载波信号；
步骤2：控制器通过第二检波器获取泄漏到接收通道的载波信号幅度；
步骤3：根据载波信号幅度，从查找表中分别查找载波信号幅度对应的多个第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量组合；
步骤4：控制器遍历控制量组合，同时记录每个控制量组合下从第二检波器获取得到的信号幅度；
步骤5：控制器查找信号幅度的最小值，以最小信号幅度对应的第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量组合作为对消电路控制参数。
本发明的技术效果：
本发明提供用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路，通过射频信号模块得到四路两两正交的信号，之后再通过对消信号模块产生对消信号，仅通过对电路的改进，不需要复杂的相位及幅度计算，即可实现有效抑制发射通道泄漏的载波信号和天线反射回来的载波信号，可提高无源超高频RFID读写器的接收灵敏度。
本发明提供用于无源超高频RFID读写器的载波对消方法，通过将查表生成等较耗时的过程在读写器出厂前设置完毕，从而实现了快速查找表搜索，能够在较短时间内完成对消信号的产生，提高了读写器的工作效率。
具体请参考根据本发明的用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。
附图说明
图1是本发明优选实施例中用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路的电路结构图；
图2是本发明优选实施例中用于无源超高频RFID读写器的载波对消方法结构框图。
具体实施方式
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
参见图1，本发明提供的用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路，包括：包括：控制器、发射器、接收器、用于产生四路两两正交射频信号的射频信号模块、用于产生抑制载波对消信号的对消信号模块、用于耦合发射器发射载波信号的第一定向耦合器、用于耦合经过载波抑制后信号的第二定向耦合器、用于合成对消信号和接收通道信号的第二合路器、第一功分器、第二功分器、用于检测信号幅度的检波模块；控制器分别与发射器、对消信号模块控制连接，控制器分别与检波模块和接收器相连接；发射器与第一定向耦合器相连接；第二合路器同时与第二定向耦合器、第一功分器和第二功分器相连接；第二定向耦合器分别与检波模块和接收器相连接。
进一步地，检波模块包括第一检波器、第二检波器和第三检波器，第一检波器与第一功分器相连接；第二检波器与第二功分器相连接；第三检波器与第二定向耦合器相连接。
进一步地，对消信号模块包括：第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器、第二数控衰减器、第一合路器；第一射频开关同时与第一90度功分器和第一数控衰减器相连接；第二射频开关同时与第二90度功分器和第二数控衰减器相连接；第一数控衰减器和第二数控衰减器同时与第一合路器相连接；第一合路器与第一功分器相连接。
进一步地，射频信号模块包括：180度功分器、第一90度功分器、第二90度功分器，180度功分器分别与第一90度功分器和第二90度功分器相连接；第一定向耦合器分别与180度功分器和第二功分器相连接；第一90度功分器和第二90度功分器分别与对消信号模块相连接。
第一定向耦合器用于耦合发射器发射的载波信号。180度功分器、第一90度功分器和第二90度功分器用于产生四路两两正交的射频信号。第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器、第二数控衰减器和第一合路器用于在控制器的控制下产生用于抑制载波的对消信号。第一功分器用于分路所生成的对消信号。第二功分器用于分路接收通道信号。第二合路器用于对消信号和接收通道信号的合成。第二定向耦合器用于耦合经过载波抑制后的信号。第一检波器用于检测生成的对消信号的幅度。第二检波器用于检测接收通道的信号幅度。第三检波器用于检测经过载波对消后的信号幅度。
本发明提供的电路通过180度功分器和两个串联的90度功分器得到四路两两正交的信号，之后通过第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器组成对消信号产生电路，能够快速、有效对消掉泄漏到读写器接收通道的载波信号。该电路结构简单，不需要复杂的相位及幅度计算，即可提高读写器的接收灵敏度。
优选的，还包括天线，天线与第一定向耦合器相连接。
参见图2，本发明的另一方面还提供了一种使用上述电路的用于无源超高频RFID读写器的载波对消方法，包括以下步骤：
步骤S100：生成查找表；
步骤S200：确定对消电路控制参数；
步骤S300：控制器依据控制参数控制第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和数控衰减器，在第二合路器中产生对消信号，在第二合路器中对消信号与接收通道泄露的载波信号相抵消。
该使用方法通过将耗时最长的生成查找表过程在读写器出厂时或上电时完成，从而缩短读写器的等待时间，提高了效率。而且后续使用过程中无需再更新。读写器每次更改工作参数之后都要进行一次对消信号电路参数的确定。为了抑制载波，控制器依据步骤S200中确定的控制参数控制第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器。
读写器工作时，控制器控制发射器发射调制后的载波信号，经由第一定向耦合器，然后通过天线发射给电子标签。电子标签的应答信号经由天线进入第一定向耦合器，然后耦合到第二功分器。电子标签的应答信号之后和对消信号电路产生的对消信号进入第二合路器进行叠加，然后进入第二定向耦合器，最后进入接收器进行解调接收。
在读写器接收电子标签的应答信号时，发射器持续发射载波信号。第一定向耦合器将载波信号藕合到180度功分器，然后经由第一90度功分器、第二90度功分器、第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器、第二数控衰减器和第一合路器产生对消信号。对消信号经过第一功分器进入第二合路器。泄漏到接收通道的载波信号和标签返回的应答信号经过功分器后进入第二合路器。从而使得泄漏的载波和产生的对消信号在第二合路器中实现对消。
该方法步骤S100和步骤S200中的具体过程按现有方法进行即可实现。
优选的，步骤S100在无源超高频RFID读写器出厂或上电时完成。
优选的，步骤S200在无源超高频RFID读写器参数设置时完成。
将耗时最长的查找表生成过程放在读写器出厂或上电时完成，将耗时较长的对消参数生成过程放在读写器参数设置时完成，而读写器正常工作时只需进行快速查表即可完成对消信号生成，减少了载波对消所需时间。
优选的，步骤S100包括以下步骤：
步骤1：控制器控制发射器持续发射载波信号；
步骤2：控制第一射频开关的C11和C1接通，控制第二射频开关的C21和C2接通；
步骤3：控制第一数控衰减器的衰减量达到最小；
步骤4：控制第二数控衰减器的衰减量达到最小；
步骤5：控制器记录第一检波器获取到的信号幅度；
步骤6：按照最小步进增大第二数控衰减器的衰减量，记录第一检波器获取到的信号幅度；
步骤7：重复步骤6，直到第二数控衰减器达到其最大衰减量后，进行步骤8；
步骤8：按照最小步进增大第一数控衰减器的衰减量；
步骤9：重复步骤4-步骤8，直到第一数控衰减器达到其最大衰减量，并记录第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量；
步骤10：接通第一射频开关的C11和C1，同时接通第二射频开关的C22和C2，重复步骤3-步骤9，记录第一射频开关和第二射频开关的控制量；
步骤11：接通第一射频开关的C12和C1，同时接通第二射频开关的C21和C2，重复步骤3-步骤9，记录第一射频开关和第二射频开关的控制量；
步骤12：接通第一射频开关的C12和C1，同时接通第二射频开关的C22和C2，重复步骤3-步骤9，记录第一射频开关和第二射频开关的控制量；
步骤13：依据第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量及对应的第一检波器获取到的信号幅度值，建立以信号幅度为索引的查找表。查找表的结构如表1所示。
表1查找表结构表
如果读写器需要改变发射器的输出功率，则需要按照上述步骤1-步骤13建立不同发射功率下的查找表。
如果数控衰减器采用12位控制位，遍历第一数控衰减器和第二数控衰减器的各种组合将产生212×212次对消信号，另外第一射频开关和第二射频开关对应四种不同的组合。如果产生一次对消信号并由第一检波器获取信号幅度需要5微秒时间，则完成查找表生成需要约336秒(4×212×212×5微秒)。由于查找表是在出厂时或上电时完成的，因此这个耗时并不会影响读写器的工作效率。
优选的，步骤S200包括以下步骤：
步骤1：控制器控制发射器持续发射载波信号；
步骤2：控制器通过第二检波器获取泄漏到接收通道的载波信号幅度；
步骤3：根据载波信号幅度，从查找表中查找该载波信号幅度对应的第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量组合；
步骤4：控制器遍历步骤2中查找到的控制量组合，同时记录每个控制量组合下从第二检波器获取得到的信号幅度；
步骤5：控制器查找信号幅度的最小值，以最小信号幅度对应的第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量组合作为对消电路控制参数。
如果数控衰减器采用12位控制位，上述步骤3中某一信号幅度对应的各种控制值组合最多有8×212种。如果产生一次对消信号并由第二检波器获取信号幅度需要5微秒时间，则完成步骤4的各种控制值遍历需要约0.16秒(8×212×5微秒)。由于对消电路控制参数确定只需在读写器改变工作参数时随同确定，因此这个耗时并不会影响读写器的工作效率。
本领域技术人员将清楚本发明的范围不限制于以上讨论的示例，有可能对其进行若干改变和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管己经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但这样的说明和描述仅是说明或示意性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。
通过对附图，说明书和权利要求书的研究，在实施本发明时本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变形。在权利要求书中，术语“包括”不排除其他步骤或元素，而不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中引用的某些措施的事实不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何参考标记不构成对本发明的范围的限制。
Claims (10)
1.一种用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路，其特征在于，包括：控制器、发射器、接收器、用于产生四路两两正交射频信号的射频信号模块、用于产生抑制载波对消信号的对消信号模块、用于耦合所述发射器发射载波信号的第一定向耦合器、用于耦合经过载波抑制后信号的第二定向耦合器、用于合成所述对消信号和接收通道信号的第二合路器、第一功分器、第二功分器、用于检测信号幅度的检波模块；
所述控制器分别与所述发射器、所述对消信号模块控制连接，所述控制器分别与所述检波模块和所述接收器相连接；
所述发射器与所述第一定向耦合器相连接；
所述第二合路器同时与所述第二定向耦合器、所述第一功分器和所述第二功分器相连接；
所述第二定向耦合器分别与所述检波模块和所述接收器相连接。
2.根据权利要求1所述的用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路，其特征在于，所述射频信号模块包括：180度功分器、第一90度功分器、第二90度功分器，所述180度功分器分别与所述第一90度功分器和所述第二90度功分器相连接；所述第一定向耦合器分别与所述180度功分器和所述第二功分器相连接；所述第一90度功分器和所述第二90度功分器分别与所述对消信号模块相连接。
3.根据权利要求2所述的用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路，其特征在于，所述对消信号模块包括：第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器、第二数控衰减器、第一合路器；所述第一射频开关同时与所述第一90度功分器和所述第一数控衰减器相连接；所述第二射频开关同时与所述第二90度功分器和所述第二数控衰减器相连接；所述第一数控衰减器和所述第二数控衰减器同时与所述第一合路器相连接；所述第一合路器与所述第一功分器相连接。
4.根据权利要求1所述的用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路，其特征在于，所述检波模块包括第一检波器、第二检波器和第三检波器，所述第一检波器与所述第一功分器相连接；所述第二检波器与所述第二功分器相连接；所述第三检波器与所述第二定向耦合器相连接。
5.根据权利要求1所述的用于无源超高频RFID读写器的载波对消电路，其特征在于，还包括天线，所述天线与所述第一定向耦合器相连接。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的电路用于无源超高频RFID读写器载波对消的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100：生成查找表；
步骤S200：确定对消电路控制参数；
步骤S300：控制器依据所述控制参数控制第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器，在第二合路器中产生对消信号，在所述第二合路器中所述对消信号与所述接收通道泄露的载波信号和标签返回的应答信号相抵消。
7.根据权利要求6所述的用于无源超高频RFID读写器的载波对消方法，其特征在于，所述步骤S100在所述无源超高频RFID读写器出厂或上电时完成。
8.根据权利要求6所述的用于无源超高频RFID读写器的载波对消方法，其特征在于，所述步骤S200在所述无源超高频RFID读写器参数设置时完成。
9.根据权利要求6所述的用于无源超高频RFID读写器的载波对消方法，其特征在于，所述步骤S100包括以下步骤：
步骤1：所述控制器控制所述发射器持续发射载波信号；
步骤2：控制所述第一射频开关的C11和C1接通，控制所述第二射频开关的C21和C2接通；
步骤3：控制所述第一数控衰减器的衰减量达到最小；
步骤4：控制所述第二数控衰减器的衰减量达到最小；
步骤5：所述控制器记录所述第一检波器获取到的信号幅度；
步骤6：按照最小步进增大所述第二数控衰减器的衰减量，记录所述第一检波器获取到的信号幅度；
步骤7：重复步骤6，直到所述第二数控衰减器达到其最大衰减量后，进行步骤8；
步骤8：按照最小步进增大所述第一数控衰减器的衰减量；
步骤9：重复步骤4-步骤8，直到所述第一数控衰减器达到其最大衰减量，并记录所述第一数控衰减器和所述第二数控衰减器的控制量；
步骤10：接通所述第一射频开关的C11和C1，同时接通所述第二射频开关的C22和C2，重复步骤3-步骤9，记录所述第一射频开关和所述第二射频开关的控制量；
步骤11：接通所述第一射频开关的C12和C1，同时接通所述第二射频开关的C21和C2，重复步骤3-步骤9，记录所述第一射频开关和所述第二射频开关的控制量；
步骤12：接通所述第一射频开关的C12和C1，同时接通所述第二射频开关的C22和C2，重复步骤3-步骤9，记录所述第一射频开关和所述第二射频开关的控制量；
步骤13：依据所述第一射频开关、所述第二射频开关、所述第一数控衰减器和所述第二数控衰减器的控制量及对应的所述第一检波器获取到的信号幅度值，建立以信号幅度为索引的查找表。
10.根据权利要求6所述的用于无源超高频RFID读写器的载波对消方法，其特征在于，所述步骤S200包括以下步骤：
步骤1：所述控制器控制发射器持续发射载波信号；
步骤2：所述控制器通过第二检波器获取泄漏到接收通道的载波信号幅度；
步骤3：根据所述载波信号幅度，从所述查找表中分别查找所述载波信号幅度对应的多个第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量组合；
步骤4：所述控制器遍历所述控制量组合，同时记录每个所述控制量组合下从第二检波器获取得到的信号幅度；
步骤5：所述控制器查找所述信号幅度的最小值，以所述最小信号幅度对应的第一射频开关、第二射频开关、第一数控衰减器和第二数控衰减器的控制量组合作为所述对消电路控制参数。
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