CN114142816A - 反射放大电路、装置、方法及电子标签 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反射放大电路、装置、方法及电子标签。通过定向耦合器及射频放大器对接收到的信号进行耦合，而后对耦合信号进行放大，并通过射频开关实现对耦合放大后的信号进行发送，射频放大器使得信号的放大更加稳定，且放大后的信号传输距离更远，大大增加了极限通信距离，并将接收到的信号传输至下行接收端口，既保留了原始信号，又解决了现有技术中存在的信号放大不稳定、极限通信距离短的技术问题，达到了在保留原始信号的条件下，稳定放大信号，提高极限通讯距离的技术效果，拓展了使用场景。
Description
技术领域
本发明实施例涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种反射放大电路、装置、方法及电子标签。
背景技术
无线射频识别即射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。
当今电子标签在物联网中的应用越来越广泛，其中通信基站与电子标签的直接通信方式也成为了研究和应用的热门方向之一。与普通阅读器与标签的通信方式相比，在基站阅读器与标签的通信方式中，通信距离更远，标签获得的能量更小，标签能够返回给基站阅读器的信号更弱。因此，若电子标签依旧使用普通背向散射方案，是无法满足基站阅读器与标签通信的距离要求的，必须在标签返回信号时用某种方式将信号放大，这样才能使基站阅读器在数百米远处收到足够信噪比的信号。
目前反射放大器最常用的方案是使用负阻器件，使得信号的反射系数变为大于1的值。然而现有的负阻器件缺乏稳定性和一致性，使得反射功率随环境温度，工艺偏差，偏置条件变化而剧烈变化。
发明内容
本发明实施例提供一种反射放大电路，以实现在保留原始信号的条件下稳定放大信号提高极限通讯距离的技术效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种反射放大电路，包括定向耦合器、射频放大器及射频开关；所述定向耦合器与上行输入端连接，所述定向耦合器还与所述射频放大器连接，所述射频放大器还与所述射频开关连接，所述射频开关还与所述定向耦合器及下行接收端连接；
所述定向耦合器，用于耦合所述上行输入端发送至所述射频开关的信号得到耦合信号，并将所述耦合信号发送至所述射频放大器；
所述射频放大器，用于接收所述耦合信号，并将所述耦合信号放大后发送至所述射频开关；
所述射频开关，用于导通所述定向耦合器与所述下行接收端时，接收所述上行输入端经过所述定向耦合器发送的信号，并转发至所述下行接收端；导通所述定向耦合器与射频放大器时，接收所述射频放大器放大的信号，并经所述定向耦合器发送至所述上行输入端。
优选地，还包括天线及匹配网络；所述天线与所述匹配网络连接，所述匹配网络还与所述上行输入端连接；
所述天线，用于收发信号；
所述匹配网络，用于对所述天线进行阻抗匹配，抑制工作频带外的干扰信号。
优选地，所述匹配网络包括第一电容、第二电容及第一电感；
所述第一电感的一端与所述天线连接，所述第一电感的另一端与所述上行输入端连接，所述第一电感的一端还与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电容的另一端还与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地。
优选地，所述定向耦合器与所述射频开关之间还安装有滤波器，所述滤波器为声表面波滤波器，用于滤除工作频带以外的噪声。
优选地，还包括收发切换信号端及数字基带调制信号端；所述收发切换信号端与所述射频开关连接，所述数字基带调制信号端与所述射频放大器连接；
所述收发切换信号端，用于为所述射频开关提供收发切换信号；
所述射频开关，还用于根据所述收发切换信号导通定向耦合器与下行接收端或定向耦合器与射频放大器；
所述数据基带调制信号端，用于将数字基带调制信号发送至所述射频放大器。
优选地，还包括第一电阻；
所述第一电阻的一端与所述定向耦合器的隔离端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述定向耦合器的直通端与所述滤波器的一端连接，所述滤波器的另一端与所述射频开关的公共端连接，所述射频开关的控制端与所述收发信号切换信号端连接，所述射频开关的常闭端与所述下行接收端连接，所述射频开关的常开端与所述射频放大器的输出端连接，所述射频放大器的供电端与电源连接，所述射频放大器的接地端接地，所述射频放大器的同向输入端与所述数字基带调制信号端连接，所述射频放大器的反向输入端与所述定向耦合器的耦合端连接，所述定向耦合器的输入端与所述上行输入端连接。
本发明还提出一种反射放大装置，所述反射放大装置包括如上所述的反射放大电路。
优选地，所述反射放大装置还通过所述下行接收端与下行接收电路连接，所述下行接收电路用于接收所述反射放大装置发送至所述下行接收端的信号。
本发明还提出一种反射放大方法，所述反射放大方法具体包括：
定向耦合器耦合所述上行输入端发送至所述射频开关的信号得到耦合信号，并将所述耦合信号发送至射频放大器；
所述射频放大器接收所述耦合信号，并将所述耦合信号放大后发送至射频开关；
所述射频开关导通所述定向耦合器与所述下行接收端时，接收所述上行输入端经过所述定向耦合器发送的信号，并转发至下行接收端；所述射频开关导通所述定向耦合器与射频放大器时，接收所述射频放大器放大的信号，并经所述定向耦合器发送至上行输入端。
本发明还提出一种电子标签，所述电子标签包括如上所述的反射放大装置，或者所述电子标签应用如上所述的反射放大方法。
本发明通过定向耦合器及射频放大器对接收到的信号进行耦合，而后对耦合信号进行放大，并通过射频开关实现对耦合放大后的信号进行发送，射频放大器使得信号的放大更加稳定，且放大后的信号传输距离更远，大大增加了极限通信距离，并将接收到的信号传输至下行接收端口，既保留了原始信号，又解决了现有技术中存在的信号放大不稳定、极限通信距离短的技术问题，达到了在保留原始信号的条件下，稳定放大信号，提高极限通讯距离的技术效果。
附图说明
图1是本发明任务自动配置电路中一实施例的功能模块图；
图2是本发明任务自动配置电路中另一实施例的功能模块图；
图3是本发明任务自动配置电路中另一实施例的电路示意图；
图4是本发明任务自动配置方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例一提供的一种反射放大电路的功能模块图，包括定向耦合器、射频放大器及射频开关；所述定向耦合器与上行输入端连接，所述定向耦合器还与所述射频放大器连接，所述射频放大器还与所述射频开关连接，所述射频开关还与所述定向耦合器及下行接收端连接；
所述定向耦合器，用于耦合所述上行输入端发送至所述射频开关的信号得到耦合信号，并将所述耦合信号发送至所述射频放大器；
所述射频放大器，用于接收所述耦合信号，并将所述耦合信号放大后发送至所述射频开关；
所述射频开关，用于导通所述定向耦合器与所述下行接收端时，接收所述上行输入端经过所述定向耦合器发送的信号，并转发至所述下行接收端；导通所述定向耦合器与射频放大器时，接收所述射频放大器放大的信号，并经所述定向耦合器发送至所述上行输入端。
易于理解的是，所述信号在经过定向耦合器时，被耦合后原信号的功率会有一定的衰减，在定向耦合器内的线路损耗也有一定的衰减，然而现有的技术问题在于，直接将不经过定向耦合器的输入信号返回至基站不进行放大时，基站不能稳定的接收到返回的信号，信号功率的衰减主要发生在无线传输阶段，有线传输造成的衰减以及定向耦合造成的衰减较小，且可通过射频放大器对信号进行放大的方式将衰减补偿回来，甚至大大加强信号的功率，耦合得到的信号与输入信号的一致性较高，且由于无线传输的信号大多会有较高的冗余，因此耦合信号包含有完整的输入信号包含的信息。
需要说明的是，射频放大器的增益需满足耦合度、隔离度、射频开关及滤波器之和的衰减，否则会引起自激振荡，由于耦合得到的信号与输入信号的一致性较高，可将耦合信号返回至上行输入端，由于耦合信号的功率强度小于输入信号的功率强度，在输入信号的功率不能满足需求的情况下，耦合信号的功率强度必然无法满足需求，因此需要进行放大，通过射频放大器进行放大后，发送至射频开关。
值得强调的是，射频开关可以切换定向耦合器与下行接收端的连接或定向耦合器与射频放大器的连接，当需要将放大后的耦合信号发送出去时，切换至定向耦合器与射频放大器连接，此时放大后的耦合信号再由定向耦合器的直通线路反向发送至上行输入端，而需要接收信号时，切换至定向耦合器与下行接收端连接，上行输入端发送的信号直接通过定向耦合器的直通线路经过射频开关发送到下行接收端，完成对数据的接收。
本实施例的技术方案，通过射频开关切换发送状态与接收状态，实现对信号的收发，并通过定向耦合器对输入信号进行耦合，使得将耦合信号发送后还可保留输入信号，且通过对耦合信号进行放大的方式，解决了现有技术中存在的信号放大不稳定、极限通信距离短的技术问题，达到了稳定放大信号，提高极限通信距离的技术效果。
参照图2，本发明所提供的反射放大电路还包括天线及匹配网络；所述天线与所述匹配网络连接，所述匹配网络还与所述上行输入端连接；
所述天线，用于收发信号；
所述匹配网络，用于对所述天线进行阻抗匹配，抑制工作频带外的干扰信号。
易于理解的是，标签天线通过匹配网络使得大部分信号功率能够通过上行输入端发送至定向耦合器完成耦合并发送至下行接收端，天线及匹配网络需要根据阅读器发射的无线频段进行调整，在本实施例中，阅读器为基站阅读器，设计传输距离为100米，基站阅读器发射功率通常为36dbm，100米距离的正常衰减为86db，则针对于基站阅读器的工作频带设计的天线及匹配网络能够实现-50dbm的接收功率。
参照图3所述匹配网络包括第一电容、第二电容及第一电感；
所述第一电感的一端与所述天线连接，所述第一电感的另一端与所述上行输入端连接，所述第一电感的一端还与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电容的另一端还与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地。
需要说明的是，匹配网络主要解决的问题在于由于源阻抗和输入阻抗不共轭，则匹配网络通过网络实现共轭，以使得功率在传输中的损失最小，以实现对天线接收基站发送的下行信号进行共轭为目的，实现方式并不唯一，本实施例公开的匹配网络只是其中之一。
具体地，所述定向耦合器与所述射频开关之间还安装有滤波器，所述滤波器为声表面波滤波器，用于滤除工作频带以外的噪声。
值得强调的是，滤波器的选择由通信链路需求来决定，在基站与标签通信的案例中，载波频率在700M～900M左右，带外噪声干扰较大，一般选择声表面波滤波器，其选频特性较好。
具体地，还包括收发切换信号端及数字基带调制信号端；所述收发切换信号端与所述射频开关连接，所述数字基带调制信号端与所述射频放大器连接；
所述收发切换信号端，用于为所述射频开关提供收发切换信号；
所述射频开关，还用于根据所述收发切换信号导通定向耦合器与下行接收端或定向耦合器与射频放大器；
所述数据基带调制信号端，用于将数字基带调制信号发送至所述射频放大器。
需要说明的是，标签工作在半双工模式，接收下行信息的时候不发送上行信息，发送上行信息的时候不接收下行信息。因此数字控制逻辑为：标签刚上电时，收发切换信号端将射频开关切换到接收下行，接收完下行信息后收发切换信号端自动将射频开关切换到上行，同时与下行接收端连接的数字处理模块解析下行信息并执行下行信息内的指令操作后，通过数字基带调制信号端发送信号给射频放大器，放大后的信号再通过匹配网络及天线发送上行信息，而后切换信号端将射频开关切换到接收下行，如此往复。
需要强调的是，数字基带调制信号控制射频放大器的增益，当调制信号为低时，射频放大器增益为低，当调制信号为高时，射频放大器增益为高；例如在上述示例中，当接收信号的功率为-50dbm时，增益达到20db，则反射功率为-30dbm，经过100米的路径损耗，基站阅读器得到-116dbm的返回信号功率，基站阅读器的接收灵敏度通常在-120dbm以上，通讯链路成立，达到100米的设计传输距离，则设计增益需要达到20db，在本实施例中，选取定向耦合器的耦合度设置为10db，隔离度＞30db，选取射频放大器增益为30db。
具体地，还包括第一电阻；
所述第一电阻的一端与所述定向耦合器的隔离端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述定向耦合器的直通端与所述滤波器的一端连接，所述滤波器的另一端与所述射频开关的公共端连接，所述射频开关的控制端与所述收发信号切换信号端连接，所述射频开关的常闭端与所述下行接收端连接，所述射频开关的常开端与所述射频放大器的输出端连接，所述射频放大器的供电端与电源连接，所述射频放大器的接地端接地，所述射频放大器的同向输入端与所述数字基带调制信号端连接，所述射频放大器的反向输入端与所述定向耦合器的耦合端连接，所述定向耦合器的输入端与所述上行输入端连接。
易于理解的是，射频开关由控制端信号控制公共端与常闭端或常开端的通断，射频放大器的电路实现方式不唯一，其增益需满足反射放大增益的需要，同时保证反射环路不引起自激振荡即可。
本实施例通过公开具体的电路，完善了技术方案，通过表面声波滤波器降低了信号功率的损耗，滤除了工作频带以外的噪声，提高了信号的纯净度，并通过使用天线及匹配网络实现对接收信号的功率最大化，而后通过收发切换信号端切换信号接收和信号发送的状态，并通过数字基带调制信号端控制射频放大器的增益进一步提高了返回信号的输出功率，提升了返回信号的传输距离，满足了设计需要，扩充了使用场景。
本发明还提出一种反射放大装置，所述反射放大装置包括如上所述的反射放大电路。
本发明实施例所提供的反射放大装置可执行本发明任意实施例所提供的反射放大电路方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，在此不再一一赘述。
具体地，所述反射放大装置还通过所述下行接收端与下行接收电路连接，所述下行接收电路用于接收所述反射放大装置发送至所述下行接收端的信号。
需要说明的是，通常与基站通讯的有源标签应用于感知定位系统，基站通过射频收发器接收来自标签上的己编码射频信号，对标签的认证识别信息进行解码，将认证识别的信息连带标签上其它相关信息传输至上位机实现对标签的跟踪，基站可以向电子标签中写入数据或更改参数，此时则需要电子标签的下行接收电路对基站发送的信息进行处理，并根据处理结果执行数据写入或参数更改的操作。
参照图4，本发明还提出一种反射放大方法，所述反射放大方法具体包括：
定向耦合器耦合所述上行输入端发送至所述射频开关的信号得到耦合信号，并将所述耦合信号发送至射频放大器；
所述射频放大器接收所述耦合信号，并将所述耦合信号放大后发送至射频开关；
所述射频开关导通所述定向耦合器与所述下行接收端时，接收所述上行输入端经过所述定向耦合器发送的信号，并转发至下行接收端；所述射频开关导通所述定向耦合器与射频放大器时，接收所述射频放大器放大的信号，并经所述定向耦合器发送至上行输入端。
当然，本发明实施例所提供的反射放大方法，具备上述电路相应的功能模块和有益效果，在此不再一一赘述。
本发明还提出一种电子标签，所述电子标签包括如上所述的反射放大装置，或者所述电子标签应用如上所述的反射放大方法。
当然，本发明实施例所提供的电子标签，具备上述电路及方法相应的功能模块和有益效果，在此不再一一赘述。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种反射放大电路，其特征在于，包括定向耦合器、射频放大器及射频开关；所述定向耦合器与上行输入端连接，所述定向耦合器还与所述射频放大器连接，所述射频放大器还与所述射频开关连接，所述射频开关还与所述定向耦合器及下行接收端连接；其中，
所述定向耦合器，用于耦合所述上行输入端发送至所述射频开关的信号得到耦合信号，并将所述耦合信号发送至所述射频放大器；
所述射频放大器，用于接收所述耦合信号，并将所述耦合信号放大后发送至所述射频开关；
所述射频开关，用于导通所述定向耦合器与所述下行接收端时，接收所述上行输入端经过所述定向耦合器发送的信号，并转发至所述下行接收端；导通所述定向耦合器与射频放大器时，接收所述射频放大器放大的信号，并经所述定向耦合器发送至所述上行输入端。
2.根据权利要求1所述的反射放大电路，其特征在于，还包括天线及匹配网络；所述天线与所述匹配网络连接，所述匹配网络还与所述上行输入端连接；其中，
所述天线，用于收发信号；
所述匹配网络，用于对所述天线进行阻抗匹配，抑制工作频带外的干扰信号。
3.根据权利要求2所述的反射放大电路，其特征在于，所述匹配网络包括第一电容、第二电容及第一电感；其中，
所述第一电感的一端与所述天线连接，所述第一电感的另一端与所述上行输入端连接，所述第一电感的一端还与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电容的另一端还与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的反射放大电路，其特征在于，所述定向耦合器与所述射频开关之间还安装有滤波器，所述滤波器为声表面波滤波器，用于滤除工作频带以外的噪声。
5.根据权利要求4所述的反射放大电路，其特征在于，还包括收发切换信号端及数字基带调制信号端；所述收发切换信号端与所述射频开关连接，所述数字基带调制信号端与所述射频放大器连接；其中，
所述收发切换信号端，用于为所述射频开关提供收发切换信号；
所述射频开关，还用于根据所述收发切换信号导通定向耦合器与下行接收端或定向耦合器与射频放大器；
所述数据基带调制信号端，用于将数字基带调制信号发送至所述射频放大器。
6.根据权利要求5所述的反射放大电路，其特征在于，还包括第一电阻；其中，
所述第一电阻的一端与所述定向耦合器的隔离端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述定向耦合器的直通端与所述滤波器的一端连接，所述滤波器的另一端与所述射频开关的公共端连接，所述射频开关的控制端与所述收发信号切换信号端连接，所述射频开关的常闭端与所述下行接收端连接，所述射频开关的常开端与所述射频放大器的输出端连接，所述射频放大器的供电端与电源连接，所述射频放大器的接地端接地，所述射频放大器的同向输入端与所述数字基带调制信号端连接，所述射频放大器的反向输入端与所述定向耦合器的耦合端连接，所述定向耦合器的输入端与所述上行输入端连接。
7.一种反射放大装置，其特征在于，所述反射放大装置包括如权利要求1-6任意一项所述的反射放大电路。
8.根据权利要求7所述的反射放大装置，其特征在于，所述反射放大装置还通过所述下行接收端与下行接收电路连接，所述下行接收电路用于接收所述反射放大装置发送至所述下行接收端的信号。
9.一种反射放大方法，其特征在于，所述反射放大方法具体包括：
定向耦合器耦合所述上行输入端发送至所述射频开关的信号得到耦合信号，并将所述耦合信号发送至射频放大器；
所述射频放大器接收所述耦合信号，并将所述耦合信号放大后发送至射频开关；
所述射频开关导通所述定向耦合器与所述下行接收端时，接收所述上行输入端经过所述定向耦合器发送的信号，并转发至下行接收端；所述射频开关导通所述定向耦合器与射频放大器时，接收所述射频放大器放大的信号，并经所述定向耦合器发送至上行输入端。
10.一种电子标签，其特征在于，所述电子标签包括如权利要求7-8所述的反射放大装置，或者所述电子标签应用权利要求9所述的反射放大方法。
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| CN202111485133.9A CN114142816A (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 反射放大电路、装置、方法及电子标签 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114142816A true CN114142816A (zh) | 2022-03-04 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202111485133.9A Pending CN114142816A (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 反射放大电路、装置、方法及电子标签 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116318269A (zh) * | 2023-02-07 | 2023-06-23 | 电子科技大学 | 长距离无源感测标签、rfid系统及端到端通信方法 |
-
2021
- 2021-12-07 CN CN202111485133.9A patent/CN114142816A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116318269A (zh) * | 2023-02-07 | 2023-06-23 | 电子科技大学 | 长距离无源感测标签、rfid系统及端到端通信方法 |
| CN116318269B (zh) * | 2023-02-07 | 2023-10-31 | 电子科技大学 | 一种长距离无源感测标签、rfid系统和解码方法 |
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