CN1815487A - 超高频射频识别标签阅读器 - Google Patents

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本发明公开了一种超高频射频识别标签阅读器。由天线、环形器、接收滤波器、定向耦合器、对数放大器、低噪声放大器、功分器、两个混频器、两个低通滤波器、两个模数转换器、数字信号处理器、功率放大器、频率合成器、正交移相功分器、串行接口和电源电路连接而成。它使用正交非相干解调技术接收检测射频识别标签后向散射电磁波所携带的数据信息(调幅或调相)，既省去了复杂的接收机本振相位同步电路，也实现了较高的接收机灵敏度及较远的读卡距离。它的功率放大器使用定向耦合器和对数放大器进行自动功率控制，从而保证了阅读器工作的安全、稳定和可靠。与传统的超高频射频识别标签阅读器相比，它具有结构简单、性能稳定、价格便宜的优点。

Description

超高频射频识别标签阅读器
技术领域
本发明涉及非接触式信息识别传输技术，是一种超高频射频识别标签阅读器。
背景技术
射频识别技术是一种非接触式标签信息识别传输技术，应用领域广泛，被认为是近几年全球最热门的产业之一。其设备包括两个部分：阅读器和电子标签。电子标签中存储所描述目标对象(如商品、货物、证件等)的数据信息，阅读器以非接触方式和标签通信并读取其中的数据。根据所使用的电磁波频段，该技术可分为LF(低频)、HF(高频)、和UHF(超高频)三类。其中，UHF(超高频)技术，具有识读距离远(几米至十几米)、识读速度快(每秒钟上百个标签)、可识别高速运动目标、数据容量大等优点.超高频射频识别标签阅读器通过天线辐射电磁波传输能量给标签供电，同时标签按照其所存储的数据调制(调幅或调相)后向散射电磁波，然后阅读器通过接收解调标签后向散射信号所携带的信息(幅度或相位)，实现对标签所存储数据的非接触识别读取。传统的阅读器接收解调电路，通常使用非相干包络检波解调或同步载波解调技术，其中前者抗干扰能力差，存在门限效应，后者需要使用复杂的同频同相本地相干载波恢复产生电路，结构复杂，并且在实践上由于周围环境和天线本身失配反射电磁波的影响，性能也大打折扣。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高频射频识别标签阅读器。它使用正交非相干解调技术接收检测射频识别标签后向散射电磁波所携带的数据信息(调幅或调相)。它的功率放大器使用定向耦合器和对数放大器进行自动功率控制。整个装置设计为内置电池供电，配备有串行接口，可将接收到的标签数据信息发送到外部的计算机及其它用户设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：天线与环形器的输出端口相连；接收滤波器的两端分别与环形器的接收端口和定向耦合器的输入端口连接，定向耦合器的两个输出端口分别与对数放大器以及低噪声放大器的输入端口连接，功分器的输入端口和两个输出端口分别与低噪声放大器的输出端口和第一、第二混频器的输入端口连接，第一低通滤波器的输入、输出端口分别与第一混频器的输出端口和第一模数转换器的输入端口连接，第二低通滤波器的输入、输出端口分别与第二混频器的输出端口和第二模数转换器的输入端口连接，第一模数转换器和第二模数转换器的输出端口分别连接数字信号处理器的输入端口，数字信号处理器的两个输出端口分别连接频率合成器和串行接口连接，功率放大器的输出端口连接环形器的输入端口，功率放大器的两个输入端口分别连接对数放大器和频率合成器的输出端口，正交移相功分器的输入端口连接频率合成器的输出端口，正交移相功分器)的两个输出端口分别连接第一、第二混频器的输入端口；内置的电池连接第一、第二电源，第一电源分别连接对数放大器、低噪声放大器和功率放大器，第二电源分别连接第一模数转换器、第二模数转换器、数字信号处理器、频率合成器和串行接口。
本发明具有的有益的效果是：
它使用正交非相干解调技术接收检测射频识别标签后向散射电磁波所携带的数据信息(调幅或调相)，既省去了复杂的接收机本振相位同步电路，也实现了较高的接收机灵敏度及较远的读卡距离。它的功率放大器使用定向耦合器和对数放大器进行自动功率控制，从而保证了阅读器工作的安全、稳定和可靠。与传统的超高频射频识别标签阅读器相比，它具有结构简单、性能稳定、价格便宜的优点。
附图说明
图1.是本发明的电路结构原理框图；
图2.是模数转换器电路图；
图3.频率合成器电路图；
图4.是数字信号处理器电路图；
图5.是串行接口电路图。
图中：1、天线，2、环形器，3、接收滤波器，4、定向耦合器，5、对数放大器，6、低噪声放大器，7、功分器，8、混频器，9、混频器，10、低通滤波器，11、低通滤波器，12、模数转换器，13、模数转换器，14、数字信号处理器，15、功率放大器，16、频率合成器，17、正交移相功分器，18、串行接口，19、电池，20、电源，21、电源。
具体实施方式
如图1所示，本发明的超高频射频识别标签阅读器，是将天线1与环形器2的输出端口相连；接收滤波器3的两端分别与环形器2的接收端口和定向耦合器4的输入端口连接，定向耦合器4的两个输出端口分别与对数放大器5以及低噪声放大器6的输入端口连接，功分器7的输入端口和两个输出端口分别与低噪声放大器6的输出端口和第一、第二混频器8、9的输入端口连接，第一低通滤波器10的输入、输出端口分别与第一混频器8的输出端口和第一模数转换器12的输入端口连接，第二低通滤波器10的输入、输出端口分别与第二混频器8的输出端口和第二模数转换器12的输入端口连接，第一模数转换器12和第二模数转换器13的输出端口分别连接数字信号处理器14的输入端口，数字信号处理器14的两个输出端口分别连接频率合成器16和串行接口18连接，功率放大器15的输出端口连接环形器2的输入端口，功率放大器15的两个输入端口分别连接对数放大器5和频率合成器16的输出端口，正交移相功分器17的输入端口连接频率合成器16的输出端口，正交移相功分器17的两个输出端口分别连接第一、第二混频器8、9的输入端口；内置的电池19连接第一、第二电源20、21，第一电源20分别连接对数放大器5、低噪声放大器6和功率放大器15，第二电源21分别连接第一模数转换器12、第二模数转换器13、数字信号处理器14、频率合成器16和串行接口18。
如图2所示，所述的第一模数转换器12和第二模数转换器13分别包括AD9238芯片。
如图3所示，所述的频率合成器16包括AD4360-7芯片其外围电容、电感、电阻、晶振等元件。
如图4所示，所述的数字信号处理器14包括TMS320VC5509、AM29LV800、HY57V281620芯片及其外围电容、晶振等元件。
如图5所示，所述的串行接口18包括MAX232及其外围电容元件。
本发明所采用的核心元器件具体型号如下：
1)天线1为TDJ-SA900-13-25TO型高增益垂直极化板状天线；
2)环形器2为MAFRIN0461型铁氧体环形器；
3)接收滤波器3为NDF914声表面波带通滤波器；
4)定向耦合器4为D20C芯片；
5)对数放大器5为AD8313芯片；
6)低噪声放大器6为MAALSS0038芯片；
7)功分器7为SCN-2-11芯片；
8)混频器8和9均为ADE-12MH芯片；
9)低通滤波器10和11均为MAX275芯片；
10)模数转换器12和13均为AD9238芯片；
11)数字信号处理器14包括TMS320VC5509、AM29LV800及HY57V2816芯片；
12)功率放大器15为MA02104AF芯片；
13)频率合成器16为AD4360-7芯片；
14)正交移相功分器17为QCN-12A芯片；
15)串行接口18为MAX232芯片；
16)内置电池19为+9V可充电电池；
17)电源20和21均为LM1117芯片。
使用时：将天线对准电子标签，串行接口连接到计算机或其它用户设备，打开电源开关，即可读取标签中的数据信息。
本发明的基本工作原理如下：
本发明使用超高频电磁波作为射频识别信号，射频信号由频率合成器16产生，经过功率放大器15后，经环形器2馈入天线1；环形器2的目的为了隔离发射和接收电路；功率放大器15部分设计有负载失配(如天线未连接)保护电路，包括接收通路的定向耦合器4和对数放大器5，从而自动控制功放的输出功率，防止负载严重失配时烧毁功放电路；当天线1辐射电磁波信号，其强度随着距离而衰减，如果在有效距离内存在电子标签，则该标签能够接收到足够大的能量并开始工作，即后向散射调制(调幅或调相)接收到的电磁波信号；天线1接收到标签后向散射调制的电磁波信号，通过环形器2进入接收机电路，首先接收滤波器3抑制其它频段的干扰信号，然后使用定向耦合器4耦合出一小部分信号作为功率放大器15控制保护信号(送入对数放大器5)，然后接收到的大部分信号进入低噪声放大器6放大，以提高接收机整机信噪比；放大后的信号经功分器7后，分别通过第一混频器8及第二混频器9和两路相互正交的同频载波信号混频(通过正交移相功分器17得到)，即实现正交非相干解调，得到了后向散射调制信号所携带的数据信息(表现为幅度或相位)；两路信号然后分别进入第一低通滤波器10、第二低通滤波器11和第一模数转换器12、第二模数转换器13，再通过数字信号处理器14进行数字滤波，然后分别计算它们的信噪比，并从中选择具有较高信噪比的信号进行数据解调，得到的标签数据信息可以通过串行接口18发送到外部的计算机及其它用户设备。这样，就完成了对电子标签所携带数据信息的非接触识别读取。

Claims (5)

1.超高频射频识别标签阅读器，其特征在于：天线(1)与环形器(2)的输出端口相连；接收滤波器(3)的两端分别与环形器(2)的接收端口和定向耦合器(4)的输入端口连接，定向耦合器(4)的两个输出端口分别与对数放大器(5)以及低噪声放大器(6)的输入端口连接，功分器(7)的输入端口和两个输出端口分别与低噪声放大器(6)的输出端口和第一、第二混频器(8、9)的输入端口连接，第一低通滤波器(10)的输入、输出端口分别与第一混频器(8)的输出端口和第一模数转换器(12)的输入端口连接，第二低通滤波器(10)的输入、输出端口分别与第二混频器(8)的输出端口和第二模数转换器(12)的输入端口连接，第一模数转换器(12)和第二模数转换器(13)的输出端口分别连接数字信号处理器(14)的输入端口，数字信号处理器(14)的两个输出端口分别连接频率合成器(16)和串行接口(18)连接，功率放大器(15)的输出端口连接环形器(2)的输入端口，功率放大器(15)的两个输入端口分别连接对数放大器(5)和频率合成器(16)的输出端口，正交移相功分器(17)的输入端口连接频率合成器(16)的输出端口，正交移相功分器(17)的两个输出端口分别连接第一、第二混频器(8、9)的输入端口；内置的电池(19)连接第一、第二电源(20、21)，第一电源(20)分别连接对数放大器(5)、低噪声放大器(6)和功率放大器(15)，第二电源(21)分别连接第一模数转换器(12)、第二模数转换器(13)、数字信号处理器(14)、频率合成器(16)和串行接口(18)。
2、根据权利要求1所述的超高频射频识别标签阅读器，其特征在于：所述的第一模数转换器(12)和第二模数转换器(13)分别包括AD9238芯片。
3、根据权利要求1所述的超高频射频识别标签阅读器，其特征在于：所述的频率合成器(16)包括AD4360-7芯片其外围电容、电感、电阻、晶振等元件。
4、根据权利要求1所述的超高频射频识别标签阅读器，其特征在于：所述的数字信号处理器(14)包括TMS320VC5509、AM29LV800、HY57V281620芯片及其外围电容、晶振等元件。
5、根据权利要求1所述的超高频射频识别标签阅读器，其特征在于：所述的串行接口(18)包括MAX232及其外围电容元件。
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