CN205647629U - 基于手机的超高频射频识别装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于手机的超高频射频识别装置，包括控制单元、手机接收通道、手机发射通道及手机天线、频率源；还包括RFID接收通道及对应的用于收发超高频射频识别通信信号的RFID天线；所述控制单元根据工作模式可选择地与所述RFID接收通道或手机接收通道连接，所述RFID接收通道或手机接收通道通过对应的天线接收通信信号；所述手机发射通道根据工作模式可选择地通过所述RFID天线或手机天线发送通信信号，所述控制单元控制所述频率源以通过所述手机发射通道编码调制指定频段的通信信号。本实用新型可以实现一种便携式超高频射频识别手持终端产品，体积小，成本低廉。

Description

基于手机的超高频射频识别装置

技术领域

本实用新型涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种基于手机的超高频射频识别装置。

背景技术

超高频射频识别技术具有无源、非接触、寿命长、应用便利等特点，作为构建物联网的关键技术近年来受到人们的关注，广泛地应用于智能交通、安全管理、物流信息、移动支付等领域。基于超高频射频识别的电子标签，对其本身内容的读写必须依赖于超高频射频识别装置或者兼备超高频射频识别功能模块的电子装置来完成。现有的超高频射频识别装置主要是固定式的，但是固定式的超高频射频识别装置限制了射频识别的范围，因此亟待需要研制出一款便携式且成本低廉的超高频射频识别手持终端产品。

移动通信技术的迅猛发展和广泛应用，使得手机的使用和普及越来越广，无线应用越来越多，使人们摆脱有线或短距离通信的束缚。手机可以通过无线或有线的方式连接超高频射频识别功能模块，来实现射频识别电子标签的可行性及便携性，但采用上述方式存在体积大、成本高等缺陷，很难真正实现便携式的低成本超高频射频识别手持终端产品，这也成为了超高频射频识别装置无法成为大众消费类产品的一大瓶颈之一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于手机的超高频射频识别装置，解决了现有技术中超高频射频识别装置体积大、成本高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种基于手机的超高频射频识别，包括控制单元、手机接收通道、手机发射通道及对应的用于收发手机通信信号的手机天线、用于提供振荡信号的频率源；还包括RFID接收通道及对应的用于收发超高频射频识别通信信号的RFID天线；

所述控制单元根据工作模式可选择地与所述RFID接收通道或手机接收通道连接，所述RFID接收通道或手机接收通道通过对应的天线接收通信信号；

所述手机发射通道根据工作模式可选择地通过所述RFID天线或手机天线发送通信信号，所述控制单元控制所述频率源以通过所述手机发射通道编码调制指定频段的通信信号。

作为本实用新型上述超高频射频识别装置的进一步改进，所述控制单元与所述RFID接收通道、手机接收通道之间设置第一单刀双掷开关，所述第一单刀双掷开关的第一不动端连接所述RFID接收通道，所述第一单刀双掷开关的第二不动端连接所述手机接收通道，所述第一单刀双掷开关的动端连接所述控制单元；

所述手机发射通道与所述RFID天线、手机天线之间设置第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关的第一不动端向所述RFID天线发送通信信号，所述第二单刀双掷开关的第二不动端向所述手机天线发送通信信号，所述第二单刀双掷开关的动端通过所述手机发射通道接收通信信号。

作为本实用新型上述超高频射频识别装置的进一步改进， 所述手机发射通道与所述RFID天线之间设置有功放单元，所述手机发射通道通过所述功放单元发送超高频射频识别载波信号，所述功放单元根据调制信号的高低电平变化控制通断以实现ASK调制。

作为本实用新型上述超高频射频识别装置的进一步改进，所述RFID天线、手机天线与所述RFID接收通道、手机接收通道之间设置第三单刀双掷开关、第四单刀双掷开关，所述第三单刀双掷开关的第一不动端接收所述RFID天线的通信信号，所述第三单刀双掷开关的第二不动端接收所述手机天线的通信信号，所述第三单刀双掷开关的动端与所述第四单刀双掷开关的动端连接，所述第四单刀双掷开关的第一不动端连接所述RFID接收通道，所述第四单刀双掷开关的第二不动端连接所述手机接收通道。

作为本实用新型上述超高频射频识别装置的进一步改进，所述RFID天线与所述RFID接收通道、手机发射通道之间设置定向耦合器，所述定向耦合器的第一端接收所述手机发射通道发送的通信信号，所述定向耦合器的第二端连接所述RFID天线，所述定向耦合器的第三端输出本振信号提供给所述RFID接收通道，所述定向耦合器的第四端向所述RFID接收通道发送自所述RFID天线接收的通信信号。

作为本实用新型上述超高频射频识别装置的进一步改进，所述RFID接收通道为零中频接收机；所述手机接收通道为超外差接收机或低中频接收机。

作为本实用新型上述超高频射频识别装置的进一步改进，所述控制单元通过所述手机接收通道、手机发射通道收发手机通信信号，当语音数据通信结束且在心跳连接周期、数据侦听周期以外，所述控制单元通过所述RFID接收通道、手机发射通道收发超高频射频识别通信信号。

作为本实用新型上述超高频射频识别装置的进一步改进，所述控制单元通过所述手机接收通道、手机发射通道收发手机通信信号，当语音数据通信结束且在心跳连接周期以外，关闭数据侦听，所述控制单元通过所述RFID接收通道、手机发射通道收发超高频射频识别通信信号。

与现有技术相比，本实用新型利用手机通信的频点与超高频射频识别的频点相近，通过在手机上增加少量电路，共用手机的主要电路，实现便携式超高频射频识别。本实用新型可以实现一种便携式超高频射频识别手持终端产品，体积小，成本低廉。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型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实用新型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实用新型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为本实用新型一实施方式中基于手机的超高频射频识别装置示意图。

图2为本实用新型一实施方式中基于手机的超高频射频识别装置示意图。

图3为本实用新型一实施方式中发射通信信号时序示意图。

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。

手机在GSM（Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统）模式下时的工作频段与超高频射频识别的工作频段相近，具体地，中国移动的上行频段是在890MHz-909MHz，下行频段是在935MHz-954MHz，中国联通的上行频段是在909MHz-915MHz，下行频段是在954MHz-960MHz，而我国的超高频射频识别的频段是在840MHz-845MHz及920MHz-925MHz。手机与超高频射频识别的工作方式相似，都可以看作无线收发信机，因此手机的硬件平台与超高频射频识别的硬件平台有相似之处，其中有一部分电路可以共用。手机作为便携式手持终端，如果设计一种技术方案共用手机中的电路实现超高频射频识别，这样既可以节省成本，同时也可以减少占用空间。

如图1所示，本发明一实施方式中基于手机的超高频射频识别装置示意图。基于手机的超高频射频识别装置包括控制单元11、手机接收通道12、手机发射通道13、手机天线14、频率源15。上述电路构成是手机原有的电路，手机天线14用于收发手机通信信号，频率源15根据控制为手机接收通道12、手机发射通道13提供振荡信号，例如产生指定频段的载波或相干解调同步信号。控制单元11通过手机接收通道12、手机天线14接收基站发送来的通信信号，控制单元11通过手机发射通道13、手机天线14向基站发送通信信号。

为了实现超高频射频识别功能，基于手机的超高频射频识别装置还包括RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）接收通道16、RFID天线17。因为超高频射频识别的收发同频，所以RFID接收通道16和手机接收通道12的架构不太一样，两者的接收通道不能共用，控制单元11通过选通开关保证同时只有一路接收通道被使用。手机接收通道12采用超外差接收机或者低中频接收机。RFID接收通道16采用零中频接收机，RFID接收通道16采用的解调方式可以为相干解调或者非相干解调，支持ASK（Amplitude-Shift Keying，幅移键控）解调或者PSK（Phase-Shift Keying，相移键控）解调，通信信号经过解调后的零中频信号，进行去直流、滤波放大等处理后就可以获得通信信号中的数据信息。RFID天线17用于收发超高频射频识别通信信号，在本实施方式中，RFID天线17和手机天线14通过选通开关保证同时只有一路天线被使用。手机天线14是根据其通信频段设计的，超高频射频识别通信信号如果采用手机天线14收发必然会带来性能的降低。RFID接收通道16采用零中频接收机的特殊性，对天线的要求非常高，RFID天线17采用专用的天线，优选地端口驻波小于1.15，RFID天线优选地不采用宽带天线，因为宽带天线很难兼容带宽、驻波及增益的要求。

控制单元11根据工作模式可选择地与RFID接收通道16或手机接收通道12连接，RFID接收通道16或手机接收通道12通过对应的天线接收通信信号，即RFID接收通道16通过RFID天线17接收射频识别通信信号，手机接收通道12通过手机天线14接收手机通信信号。在具体的实施方式中，控制单元11与RFID接收通道16、手机接收通道12之间设置第一单刀双掷开关21，第一单刀双掷开关21的第一不动端1连接RFID接收通道16，第一单刀双掷开关21的第二不动端2连接手机接收通道12，第一单刀双掷开关21的动端3连接控制单元11。手机接收通道12连接手机天线14，RFID接收通道16通过RFID天线17接收通信信号。当工作模式为RFID模式，即接收超高频射频识别通信信号时，第一单刀双掷开关21通过控制切换到动端3与第一不动端1导通，此时控制单元11可以通过RFID接收通道16、RFID天线17接收到超高频电子标签反馈回来的数据信息。当工作模式为手机模式，即接收手机通信信号时，第一单刀双掷开关21通过控制切换到动端3与第二不动端2导通，此时控制单元11可以通过手机接收通道12、手机天线14接收到基站反馈回来的数据信息。

手机发射通道13根据工作模式可选择地通过RFID天线17或手机天线14发送通信信号，控制单元11控制频率源15以通过手机发射通道13编码调制指定频段的通信信号。在具体的实施方式中，手机发射通道13与RFID天线17、手机天线14之间设置第二单刀双掷开关22，第二单刀双掷开关22的第一不动端1向RFID天线17发送通信信号，第二单刀双掷开关22的第二不动端2连接手机天线14，向手机天线14发送通信信号，第二单刀双掷开关22的动端3通过手机发射通道13接收通信信号，优选地，在第二单刀双掷开关22的动端3与手机发射通道13之间设置功放单元18，手机发射通道13通过功放单元18连接第二单刀双掷开关22的动端3。

当工作模式为RFID模式，即手机发射通道13通过RFID天线17向外发射超高频射频识别通信信号，第二单刀双掷开关22通过控制切换到第一不动端1与动端3导通，此时手机发射通道13根据超高频射频识别制式进行编码，并控制频率源15产生制式指定的频段，使工作于超高频射频识别规定的信道，通过调制形成通信信号，通过RFID天线17发射出去。超高频射频识别的调制方式为ASK调制，根据ASK调制的原理，控制单元11生成符合超高频射频识别要求的编码（例如超高频射频识别空口协议的前向命令编码，包括TPP编码、PIE编码等），然后再经过D/A转换、滤波处理、电平转换等操作后，通过手机发射通道13调制发射，如前所述调制方式采用ASK调制，具体地可以为DSB-ASK、SSB-ASK或PR-ASK，调制前由手机发射通道13形成指定频段的载波及各种口令。在更多的实施方式中，为了更加简便地实现调制过程，根据ASK调制本身的特性，手机发射通道13与RFID天线17之间设置有功放单元18，手机发射通道13通过功放单元18发送指定频段的超高频射频识别载波信号，控制单元11产生调制信号，调制信号中包含准备发送出去的数据信息，它是由原始信号变换而来的低频信号，通过D/A转换、滤波处理、电平转换等操作后转化获得高低电平，即可以为电平“1”、电平“0”，上述电平信号作用于功放单元18的使能管脚上，例如，当调制信号为高电平时，打开功放单元18控制载波信号的发射，当调制信号为低电平时，关断功放单元18，此时发射的载波信号幅度为零，如此设置，功放单元18根据调制信号的高低电平变化控制通断以实现ASK调制。

当工作模式为手机模式，即手机发射通道13通过手机天线14向外发射手机通信信号，第二单刀双掷开关22通过控制切换到第二不动端2与动端3导通。此时手机发射通道13根据手机通信制式进行编码，并控制频率源15产生手机通信制式指定的频段，使工作于手机通信规定的信道，通过调制形成通信信号，通过手机天线14发射出去。

优选地，为了保证超高频射频识别的收发隔离，提高收发隔离度，RFID天线17与RFID接收通道16、手机发射通道13之间设置定向耦合器19，定向耦合器19是一个四端口的芯片，包括第一端191、第二端192、第三端193、第四端194。在本实施方式中，定向耦合器19的第一端191连接第二单刀双掷开关22的第一不动端1，接收手机发射通道13发送的通信信号。定向耦合器19的第二端192连接RFID天线17，可以向RFID天线17发送通信信号，也可以接收RFID天线17收到外部的通信信号。定向耦合器19的第三端193输出本振信号提供给RFID接收通道16。定向耦合器19的第四端194连接RFID接收通道16，向RFID接收通道16发送自RFID天线17接收的通信信号。根据定向耦合器的特性，当定向耦合器19的第一端191输入信号时，定向耦合器19的第一端191为输入端，定向耦合器19的第二端192为直通端，定向耦合器19的第三端193为耦合端，定向耦合器19的第四端194为隔离端，此时，手机发射通道13通过功放单元18发送超高频射频识别通信信号给定向耦合器19的第一端191，通过定向耦合器19的第二端192连接RFID天线17将通信信号发射出去，与定向耦合器19的第四端194连接的RFID接收通道16与手机发射通道13发送的通信信号隔离，保证了收发之间不受串扰。定向耦合器19的第三端193作为耦合端，可以提取定向耦合器19的第一端191输入的载波信号的部分能量，通过定向耦合器19的第三端193与RFID 接收通道16的本振端口连接，为RFID接收通道16实现相干解调提供本振驱动。

当RFID天线17接收到外部电子标签反馈的通信信号，向定向耦合器19的第二端192输入信号时，定向耦合器19反接，根据定向耦合器的特性，正反接通插损是一致的，此时定向耦合器19的第二端192为输入端，定向耦合器19的第一端191为直通端，定向耦合器19的第三端193为隔离端，定向耦合器19的第四端194为耦合端，通过定向耦合器19的第四端194将电子标签反馈的通信信号发送给RFID接收通道16实行解调等操作。本实施方式巧妙地利用了定向耦合器的端口特性实现了收发隔离，进而提升了超高频射频识别的接收灵敏度，并成功地从发射的载波信号中提取了本振信号。

在更多的实施方式中，本振信号可以直接从功放单元18的输出端直接提取出本振信号提供给RFID 接收通道16。但是通过功放单元18提取本振信号相较于上述实施方式，存在着以下缺陷：射频识别功率器件对端口的匹配有很高的要求，适配会影响功放单元18的匹配状态，导致效率降低，功耗增加，同时影响整个射频识别通道的匹配状态，恶化超高频射频识别的接收灵敏度。另外，定向耦合器19的第三端193处于空载状态，这样还要配合在定向耦合器19的第三端193上连接匹配负载。

如图2所示，本发明一实施方式中基于手机的超高频射频识别装置示意图。为了减少电路之间的干扰，优选地，RFID天线17、手机天线14与RFID接收通道16、手机接收通道12之间设置第三单刀双掷开关23、第四单刀双掷开关24。在本实施方式中，第三单刀双掷开关23的第一不动端1连接定向耦合器19的第四端194，通过定向耦合器19的第四端194接收RFID天线17的通信信号，第三单刀双掷开关23的第二不动端2连接手机天线14，接收手机天线的通信信号，第三单刀双掷开关23的动端3与第四单刀双掷开关24的动端3连接，第四单刀双掷开关24的第一不动端1连接RFID接收通道16，第四单刀双掷开关24的第二不动端2连接所述手机接收通道12。当工作模式为RFID模式，第三单刀双掷开关23、第四单刀双掷开关24通过控制切换到动端3与第一不动端1导通，当工作模式为手机模式，第三单刀双掷开关23、第四单刀双掷开关24通过控制切换到动端3与第二不动端2导通。

如上所述，本发明实施方式中存在两种工作模式，分别为RFID模式和手机模式，具体地，RFID模式时，所有的单刀双掷开关的第一不动端与动端导通，手机模式时，所有的单刀双掷开关的第二不动端与动端导通。RFID模式和手机模式都共用了部分电路，所以两种模式不能同时工作，造成相互影响。手机模式下共有两种状态，一种是语音数据通信状态，另一种是待机状态，在待机状态下，手机存在两种周期性通信状态，一种是心跳连接周期，是每隔数秒钟通过手机接收通道和手机发射通道与基站通信，发送心跳信号，用来确保手机与基站处于正常的连接状态，并根据基站指令进行相应的配置。另一种是数据侦听周期，是每隔数毫秒至数十毫秒通过手机接收通道侦听是否有基站发过来的运营数据请求，如果有，则需要进入语音数据通信状态，与基站进行通信。

如图3所示，本发明一实施方式中发射通信信号时序示意图。心跳连接和数据侦听周期性产生，在心跳连接和数据侦听周期外的空闲时段插入RFID模式通信。控制单元11通过手机接收通道12、手机发射通道13收发手机通信信号，当语音数据通信结束且在心跳连接周期、数据侦听周期以外，控制单元11通过RFID接收通道16、手机发射通道13收发超高频射频识别通信信号。语音数据通信状态时，为确保语音及数据通信的正常，不可以中断至RFID模式。在更多的实施方式中，考虑到超高频射频识别的电子标签较多，RFID模式占用的时间比较长，可以关闭数据侦听，强制切换到RFID模式，控制单元11通过手机接收通道12、手机发射通道13收发手机通信信号，当语音数据通信结束且在心跳连接周期以外，关闭数据侦听，控制单元11通过RFID接收通道16、手机发射通道13收发超高频射频识别通信信号，当完成超高频射频识别时，再恢复数据侦听。但是这种方式存在的缺陷在于在实行超高频射频识别时不能收到基站发来的语音数据通信，因此可以根据特殊需求选择本实施方式。因为为了维持手机与基站的正常网络连接，所以必须保持心跳连接周期，RFID模式必须在心跳连接周期外的空闲时段，手机与基站的心跳连接优先于所有状态。

综上所述，本实用新型利用手机通信的频点与超高频射频识别的频点相近，通过在手机上增加少量电路，共用手机的主要电路，实现便携式超高频射频识别。本实用新型可以实现一种便携式超高频射频识别手持终端产品，体积小，成本低廉。

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实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于手机的超高频射频识别装置，包括控制单元、手机接收通道、手机发射通道及对应的用于收发手机通信信号的手机天线、用于提供振荡信号的频率源；其特征在于，还包括RFID接收通道及对应的用于收发超高频射频识别通信信号的RFID天线；

所述控制单元根据工作模式可选择地与所述RFID接收通道或手机接收通道连接，所述RFID接收通道或手机接收通道通过对应的天线接收通信信号；

所述手机发射通道根据工作模式可选择地通过所述RFID天线或手机天线发送通信信号，所述控制单元控制所述频率源以通过所述手机发射通道编码调制指定频段的通信信号。

2.根据权利要求1所述的超高频射频识别装置，其特征在于，所述控制单元与所述RFID接收通道、手机接收通道之间设置第一单刀双掷开关，所述第一单刀双掷开关的第一不动端连接所述RFID接收通道，所述第一单刀双掷开关的第二不动端连接所述手机接收通道，所述第一单刀双掷开关的动端连接所述控制单元；

所述手机发射通道与所述RFID天线、手机天线之间设置第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关的第一不动端向所述RFID天线发送通信信号，所述第二单刀双掷开关的第二不动端向所述手机天线发送通信信号，所述第二单刀双掷开关的动端通过所述手机发射通道接收通信信号。

3.根据权利要求1所述的超高频射频识别装置，其特征在于， 所述手机发射通道与所述RFID天线之间设置有功放单元，所述手机发射通道通过所述功放单元发送超高频射频识别载波信号，所述功放单元根据调制信号的高低电平变化控制通断以实现ASK调制。

4.根据权利要求1所述的超高频射频识别装置，其特征在于，所述RFID天线、手机天线与所述RFID接收通道、手机接收通道之间设置第三单刀双掷开关、第四单刀双掷开关，所述第三单刀双掷开关的第一不动端接收所述RFID天线的通信信号，所述第三单刀双掷开关的第二不动端接收所述手机天线的通信信号，所述第三单刀双掷开关的动端与所述第四单刀双掷开关的动端连接，所述第四单刀双掷开关的第一不动端连接所述RFID接收通道，所述第四单刀双掷开关的第二不动端连接所述手机接收通道。

5.根据权利要求1所述的超高频射频识别装置，其特征在于，所述RFID天线与所述RFID接收通道、手机发射通道之间设置定向耦合器，所述定向耦合器的第一端接收所述手机发射通道发送的通信信号，所述定向耦合器的第二端连接所述RFID天线，所述定向耦合器的第三端输出本振信号提供给所述RFID接收通道，所述定向耦合器的第四端向所述RFID接收通道发送自所述RFID天线接收的通信信号。

6.根据权利要求1所述的超高频射频识别装置，其特征在于，所述RFID接收通道为零中频接收机；所述手机接收通道为超外差接收机或低中频接收机。

7.根据权利要求1-6任一项所述的超高频射频识别装置，其特征在于，所述控制单元通过所述手机接收通道、手机发射通道收发手机通信信号，当语音数据通信结束且在心跳连接周期、数据侦听周期以外，所述控制单元通过所述RFID接收通道、手机发射通道收发超高频射频识别通信信号。

8.根据权利要求1-6任一项所述的超高频射频识别装置，其特征在于，所述控制单元通过所述手机接收通道、手机发射通道收发手机通信信号，当语音数据通信结束且在心跳连接周期以外，关闭数据侦听，所述控制单元通过所述RFID接收通道、手机发射通道收发超高频射频识别通信信号。