CN208723878U - 射频识别发射功率控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种射频识别发射功率控制电路,包括：前向链路及天线组件，前向链路通过耦合器与天线组件连接，前向链路中的调制单元在控制单元的控制下产生待发射的射频信号，连接调制单元的可调衰减器接收射频信号并输入给与之连接的射频功率放大器，射频功率放大器对射频信号放大后馈送给天线组件，控制单元连接可调衰减器的控制端以调整射频信号的大小；控制单元通过控制数模转换器连接射频功率放大器的输入端以补偿射频功率放大器的静态栅极电压，控制单元连接温度传感器以监测射频功率放大器的温度，根据不同的温度向射频功率放大器调整不同的栅极电压。本实用新型可以实现射频识别发射功率的精确控制，有较好的一致性及稳定性。

Description

射频识别发射功率控制电路

技术领域

本实用新型涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种射频识别发射功率控制电路。

背景技术

决定超高频射频识别读写器作用距离的因素主要有两个关键指标，分别是接收灵敏度和发射功率。根据电磁波自由空间的传播特性，作用距离每增加1倍，理论上场强能量下降6dB。射频识别读写器发射功率的大小决定了其所能触发射频识别电子标签反向散射信号的作用距离，当射频识别读写器作用距离较大时，发射功率对其作用距离的影响就特别明显，往往1dB的发射功率误差会使得作用距离相差数米。此外，我国超高频射频识别的划分频段为920-925MHz，这个频段周围的频谱资源非常拥挤，相关部门对射频识别读写器的发射功率也做了严格的规定。

为了使射频识别读写器具备批量的一致性以达到最佳的性能，同时为了射频识别读写器的发射功率能够趋近于相关规定的要求，对射频识别发射功率的精确控制至关重要。然而，目前实现射频识别发射功率的控制主要依靠射频功率放大器等器件的放大，通过对调制单元产生的射频信号进行放大，获得足够的射频功率之后，才能馈送到天线组件上辐射出去。但是，射频功率放大器的工作状态常常会受到外界环境的影响，单纯依靠衰减片调整射频输入，调节精度不够且误差大。因此，目前射频识别功率控制的稳定性并不能达到实施的要求，尤其为了保证射频识别读写器适应南北地区相差较大的温度变化情况，无法满足较宽工作温度范围的兼容能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种射频识别发射功率控制电路，解决了现有技术中射频识别发射功率稳定性不高，尤其易受到环境温度影响导致控制不到位的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种射频识别发射功率控制电路，包括：

前向链路及天线组件，所述前向链路通过耦合器与所述天线组件连接，所述前向链路中的调制单元在控制单元的控制下产生待发射的射频信号，连接所述调制单元的可调衰减器接收射频信号并输入给与之连接的射频功率放大器，所述射频功率放大器对射频信号放大后馈送给所述天线组件，所述控制单元连接所述可调衰减器的控制端以调整射频信号的大小；

所述控制单元通过控制数模转换器连接所述射频功率放大器的输入端以补偿所述射频功率放大器的静态栅极电压，所述控制单元连接温度传感器以监测所述射频功率放大器的温度，根据不同的温度向所述射频功率放大器调整不同的栅极电压。

作为本实用新型上述射频识别发射功率控制电路的进一步改进，所述温度传感器为LM75C。

作为本实用新型上述射频识别发射功率控制电路的进一步改进，所述温度传感器设置在电路中靠近所述射频功率放大器的旁边位置。

作为本实用新型上述射频识别发射功率控制电路的进一步改进，所述数模转换器为AD5541。

作为本实用新型上述射频识别发射功率控制电路的进一步改进，所述控制单元还通过电流检测单元连接所述射频功率放大器的输出端以监测所述射频功率放大器的静态漏极电流，从而确定提供给所述射频功率放大器的栅极电压调整是否完成。

作为本实用新型上述射频识别发射功率控制电路的进一步改进，所述电流检测单元中包括并联在所述射频功率放大器输出端上串接的精密电阻、电源，及并联在所述精密电阻两端的电流检测器件，所述电流检测器件连接所述控制单元以提供电流检测的结果。

作为本实用新型上述射频识别发射功率控制电路的进一步改进，所述电流检测器件为INA220，所述精密电阻为0.02欧姆，所述电源为26-28伏特。

作为本实用新型上述射频识别发射功率控制电路的进一步改进，通过耦合器耦合一路射频信号传输给功率检测单元，所述功率检测单元连接所述控制单元以提供射频信号的发射功率，从而驱动所述控制单元控制所述可调衰减器以实现发射功率的微调。

作为本实用新型上述射频识别发射功率控制电路的进一步改进，所述功率检测单元包括AD8364的对数检波器。

作为本实用新型上述射频识别发射功率控制电路的进一步改进，所述耦合器为定向耦合器或微带线耦合器，所述耦合器的输入端连接所述射频功率放大器的输出端，所述耦合器的输出端连接所述天线组件，所述耦合器的耦合端连接所述功率检测单元。

与现有技术相比，本实用新型中电路通过设置相应器件监测射频功率放大器的温度及静态漏极电流从而建立闭环反馈的调整回路，并结合可调衰减器共同控制对应的发射功率。本实用新型可以实现射频识别发射功率的精确控制，有较好的一致性及稳定性。

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射频识别发射功率控制电路示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，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实用新型的保护范围内。

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”等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。

如图1所示，本实用新型一实施方式中射频识别发射功率控制电路示意图。射频识别发射功率控制电路包括前向链路、耦合器14及天线组件15。前向链路通过内部电路的处理向天线组件15馈送发射的射频信号，天线组件15将对应的射频信号辐射出去。天线组件15具体地包括对应的天线及天线网络，天线作为一种变换器，把传输线上传播的导行波变换成在空气中传播的电磁波，为了满足一定的空间距离传播要求，一般具有12dBi或10dBi的增益要求，相应的驻波也有一定的要求，以保证天线反射的部分能量不致于击穿内部的电路。在优选的实施方式中，安装在交通中的射频识别读写器可以连接多个天线，每个天线负责一路车道车辆的识别，由于天线与天线之间收发信号可能存在干扰，因此相应的天线网络具有高速轮询的功能，可以保证连接的多个天线在同一时间内只有一个接通工作。

在前向链路中，调制单元11根据本振信号提供的频率产生相应的射频信号，射频信号可以是专门为射频识别电子标签提供能量的载波信号，或者将基带信号调制到载波信号上的已调信号。调制单元11与控制单元21连接，控制单元21可以控制调制单元11是否输出射频信号以及输出什么样的射频信号。调制单元11优选地包括正交调制器，正交调制器包括I路控制端及Q路控制端，分别与控制单元21连接，由控制单元21输出I路控制信号及Q路控制信号。需要说明的是，控制单元21可以是实现指令控制的处理器、微控制器，亦或者是FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，它是整个前向链路的控制中心，接收相应的检测结果，输出相应的控制信号。

可调衰减器12与调制单元11的输出端连接，接收到调制单元11输出的射频信号，进一步可以对射频信号进行调整以满足后级放大后发射功率的要求，可调衰减器12也与控制单元21连接，控制单元21可以控制可调衰减器12的衰减值以实现放大或缩小接收到的射频信号。下一级的射频功率放大器13的输入端与可调衰减器12的输出端连接，接收到可调衰减器12调整后的射频信号，射频功率放大器13的主要作用就是对射频信号进行放大以满足信号发射的要求，通过射频功率放大器13的输出端将放大后的射频信号馈送给天线组件15，具体是通过耦合器14间接传输给天线组件15。在更多的实施方式中，在可调衰减器12与射频功率放大器13之间还设置有驱动放大器用于实现进一步的放大。

射频功率放大器13将放大后的射频信号输出给耦合器14，耦合器包括输入端和输出端，耦合器14的输入端与射频功率放大器13的输出端连接，耦合器14的输出端与天线组件15连接，优选地，耦合器的隔离特性保证耦合器14中的信号具有定向传输的特性，这样可以保证前向链路发射的射频信号不会进入到接收链路中影响接收信号的识别，实现射频信号收发的隔离，从而射频识别读写器在收发射频信号时可以共用一个天线组件。具体地耦合器为定向耦合器或微带线耦合器，对应的耦合器通常具有四个端口，分别为第一端、第二端、第三端、第四端，在使用的过程中，四个端口具有如下特性，第一端输入射频信号时，可以从第二端直通输出，也可以从第三端耦合输出，而第四端隔离。第二端输入射频信号时，可以从第一端直通输出，也可以从第四端耦合输出，而第三端隔离。第三端输入射频信号时，可以从第四端直通输出，也可以从第一端耦合输出，而第二端隔离。第四端输入射频信号时，可以从第三端直通输出，也可以从第二端耦合输出，而第一端隔离。因此，可以将耦合器的第一端作为输入端，而将第二端作为输出端，依此类推，也可以将其他端作为输入端，相应的一端可以作为输出端。需要说明的是，微带线耦合器相对于定向耦合器，采用的是两条平行放置、彼此靠近的第一微带线及第二微带线，第一微带线的两端可以作为第一端和第二端，而第二微带线的两端可以作为第三端和第四端，由于第一微带线的第一端与第二微带线的第三端彼此靠近，可以实现信号的耦合特性，同理第一微带线的第二端与第二微带线的第四端彼此靠近具有一定耦合特性，通过微带线实现的耦合器成本低，且占用电路空间小。在更多的实施方式中，还可以通过环形器等耦合器件实现相应的耦合功能，并实现信号的定向传输。

在射频信号从调制单元11输出顺次经过可调衰减器12、射频功率放大器13之后才会通过耦合器14及天线组件15辐射出去，因此，射频信号的好坏取决于上述器件的性能，尤其是射频功率放大器13极易受到环境温度的影响。因此，通过监测射频功率放大器13的工作温度来保证射频功率放大器13始终保持在正常的放大状态。具体是在前向链路中设置有温度传感器22，温度传感器22可以是型号为LM75C的温度传感器。为了保证检测到射频功率放大器13温度的准确性，温度传感器22可以设置在电路中靠近射频功率放大器13的旁边位置。温度传感器22连接控制单元21以将检测的温度信息传输给控制单元21，控制单元21还连接有数模转换器23，数模转换器23可以将控制单元21输出的数字控制信号转换成对应的模拟信号，即产生相应的补偿栅极电压。数模转换器23具体可以为AD5541，数模转换器23的输出端连接在射频功率放大器13的输入端，与连接的可调衰减器12并联。基于射频功率放大器的特性，射频功率放大器的工作状态会随着温度的变化而发生变化，比如导致放大失真，但是射频功率放大器的工作状态与相应的静态栅极电压相关，由于栅极电压是加在射频功率放大器的输入端上的，因此可以通过数模转换器23调整射频功率放大器相应的栅极电压来实现工作状态的调整。射频功率放大器的工作状态虽然会随着不同温度而变化，但是在同一温度下可以保证射频功率放大器工作状态的稳定性，因此同一温度下保证射频功率放大器处于正常工作状态下的静态栅极电压也是恒定的，控制单元21只需根据不同的温度调整对应射频功率放大器的栅极电压，就可以保证整个射频信号发射功率的稳定性，为射频功率放大器的精确控制提供硬件基础。

进一步基于射频功率放大器的特性，射频功率放大器输出端检测到的静态漏极电流可以确定射频功率放大器的工作状态，当射频功率放大器处于正常的放大状态下，对应的静态漏极电流也是恒定的。因此，优选地在前向链路中还设置有电流检测单元24，电流检测单元24并联在射频功率放大器的输出端，可以检测射频功率放大器的静态漏极电流，连接控制单元21将检测到的静态漏极电流信息传输给控制单元21。在具体的实施方式中，电流检测单元24包括顺次连接的精密电阻及电源，通过并联连接在射频功率放大器的输出端，在精密电阻的两端并联设置有相应的电流检测器件，电流检测器件的输出端连接控制单元21。具体电流检测器件可以为INA220，精密电阻为0.02欧姆，电源为26-28伏特。电流检测器件可以通过精密电阻检测经过的漏极电流，需要说明的是，为了保证射频信号经过射频功率放大器对检测带来的影响，在检测静态漏极电流时，控制单元21控制调制单元11关闭射频信号的输出。由于射频功率放大器的静态漏极电流可以确定射频功率放大器的工作状态，因此控制单元21通过电流检测单元检测的静态漏极电流来确定射频功率放大器是否处于正常的工作状态，从而就可以确定对应的栅极电压是否已经调整到位。

在更多的实施方式中，由于调整射频功率放大器只能保证射频功率放大器处于正常的工作状态，使射频信号的功率放大处于合理的范围内，但是如果需要输出精确的发射功率，还是存在一定误差。因此，通过耦合器14耦合一路射频信号传输给功率检测单元25，耦合的一路射频信号是经过射频功率放大器13放大后的射频信号输入到耦合器14后，通过耦合器14的耦合端输出的一路射频信号。具体地，耦合器14的输入端连接射频功率放大器13的输出端，耦合器14的输出端连接天线组件15，耦合器14的耦合端连接功率检测单元25，功率检测单元具体可以为AD8364的对数检波器，优选地，控制单元中集成有相应的模数转换器，对相应的模拟信号进行数字转换，在更多的实施方式中，模数转换器也可以集成在功率检测单元中。功率检测单元25连接控制单元21，将检测到的发射功率信息传输给控制单元21，控制单元21可以包括对应的比较器，通过比较对应的发射功率与目标功率，如果符合一致性就确定发射功率调整完成，如果超过一定的误差范围，说明发射功率不符合一致性，此时控制单元21可以向可调衰减器12发送调整信号，通过可调衰减器12对输入到射频功率放大器13的射频信号进行调整，以保证对应传输给天线组件15的射频信号符合发射功率的要求。在优选的实施方式中，在耦合器14的耦合端与功率检测单元25之间还会设置有运放，通过运放来补偿射频功率放大器13输出的射频信号经过耦合器14后的衰减，以保证发射功率检测的准确性。

综上所述，本实用新型中电路通过设置相应器件监测射频功率放大器的温度及静态漏极电流从而建立闭环反馈的调整回路，并结合可调衰减器共同控制对应的发射功率。本实用新型可以实现射频识别发射功率的精确控制，有较好的一致性及稳定性。

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 (10)

1.一种射频识别发射功率控制电路，其特征在于，包括：

前向链路及天线组件，所述前向链路通过耦合器与所述天线组件连接，所述前向链路中的调制单元在控制单元的控制下产生待发射的射频信号，连接所述调制单元的可调衰减器接收射频信号并输入给与之连接的射频功率放大器，所述射频功率放大器对射频信号放大后馈送给所述天线组件，所述控制单元连接所述可调衰减器的控制端以调整射频信号的大小；

所述控制单元通过控制数模转换器连接所述射频功率放大器的输入端以补偿所述射频功率放大器的静态栅极电压，所述控制单元连接温度传感器以监测所述射频功率放大器的温度，根据不同的温度向所述射频功率放大器调整不同的栅极电压。

2.根据权利要求1所述的射频识别发射功率控制电路，其特征在于，所述温度传感器为LM75C。

3.根据权利要求1所述的射频识别发射功率控制电路，其特征在于，所述温度传感器设置在电路中靠近所述射频功率放大器的旁边位置。

4.根据权利要求1所述的射频识别发射功率控制电路，其特征在于，所述数模转换器为AD5541。

5.根据权利要求1所述的射频识别发射功率控制电路，其特征在于，所述控制单元还通过电流检测单元连接所述射频功率放大器的输出端以监测所述射频功率放大器的静态漏极电流，从而确定提供给所述射频功率放大器的栅极电压调整是否完成。

6.根据权利要求5所述的射频识别发射功率控制电路，其特征在于，所述电流检测单元中包括并联在所述射频功率放大器输出端上串接的精密电阻、电源，及并联在所述精密电阻两端的电流检测器件，所述电流检测器件连接所述控制单元以提供电流检测的结果。

7.根据权利要求6所述的射频识别发射功率控制电路，其特征在于，所述电流检测器件为INA220，所述精密电阻为0.02欧姆，所述电源为26-28伏特。

8.根据权利要求1所述的射频识别发射功率控制电路，其特征在于，通过耦合器耦合一路射频信号传输给功率检测单元，所述功率检测单元连接所述控制单元以提供射频信号的发射功率，从而驱动所述控制单元控制所述可调衰减器以实现发射功率的微调。

9.根据权利要求8所述的射频识别发射功率控制电路，其特征在于，所述功率检测单元包括AD8364的对数检波器。

10.根据权利要求8所述的射频识别发射功率控制电路，其特征在于，所述耦合器为定向耦合器或微带线耦合器，所述耦合器的输入端连接所述射频功率放大器的输出端，所述耦合器的输出端连接所述天线组件，所述耦合器的耦合端连接所述功率检测单元。