專利名稱：一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻通信及電子標(biāo)簽識(shí)別領(lǐng)域，尤指一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器及其使用方法。
背景技術(shù)：
電子標(biāo)簽閱讀器是讀取電子標(biāo)簽中保存的數(shù)據(jù)信息，讀取過程中涉及到閱讀器發(fā)出微波射頻信號(hào)，經(jīng)由空間傳送到電子標(biāo)簽后，再接收由電子標(biāo)簽反射回的帶有電子標(biāo)簽信息的反射回波信號(hào)。閱讀器通過對(duì)回波信號(hào)放大、解調(diào)、解碼、譯碼等處理實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽內(nèi)所存數(shù)據(jù)的讀取功能。
近幾年來，射頻標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)(RFID)因?yàn)槠湓谖锪骱凸?yīng)鏈管理等方面應(yīng)用的巨大潛力而在國(guó)內(nèi)外備受關(guān)注。RFID的編碼技術(shù)使世界上任何一個(gè)物品都有自己的“身份號(hào)碼”，RFID可以自動(dòng)讀取物品的“身份號(hào)碼”并對(duì)其相關(guān)信息進(jìn)行處理，通過網(wǎng)絡(luò)而建立起“物品網(wǎng)”，“物品網(wǎng)”的建立對(duì)物流和供應(yīng)鏈管理是有革命性意義。在物流及供應(yīng)鏈管理中，信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性是最為關(guān)鍵的，RFID的自動(dòng)識(shí)別能力和管理技術(shù)對(duì)此可以提供充分的保證。RFID使供應(yīng)鏈的透明度大大提高，物品能在供應(yīng)鏈的任何地方被實(shí)時(shí)的追蹤。對(duì)提高生產(chǎn)和流通業(yè)的生產(chǎn)力，拓展增值能力有著不可估量的潛力。未來的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，銷售，以及人們的生活模式都會(huì)被深刻地改變。除了物流和供應(yīng)鏈管理的應(yīng)用，RFID還可以廣泛地應(yīng)用在生產(chǎn)制造和裝配，航空行李處理，郵件/快運(yùn)包裹處理，文檔追蹤/圖書館管理，動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)，門禁控制/電子門票，道路自動(dòng)收費(fèi)等眾多領(lǐng)域。
RFID系統(tǒng)簡(jiǎn)單而言就是由標(biāo)簽，標(biāo)簽閱讀器以及應(yīng)用軟件平臺(tái)構(gòu)成。標(biāo)簽和標(biāo)簽閱讀器是RFID系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的標(biāo)簽閱讀器的結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)射端的信號(hào)泄漏問題，采用高分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)來解決。這樣的解決方法有兩個(gè)問題一.如果要進(jìn)一步提高閱讀器的靈敏度意味著要更高分辨率的ADC二.閱讀器射頻前端設(shè)計(jì)中對(duì)混頻器的線性度有非常高的要求。
美國(guó)專利(專利號(hào)6,686,830，3rd，F(xiàn)eb，2004)利用三端1/8波長(zhǎng)傳輸線使發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)形成差分信號(hào)，差分信號(hào)經(jīng)過包絡(luò)檢波，然后利用差分放大器消除泄漏的發(fā)射信號(hào)，但是這個(gè)方法受包絡(luò)檢波器的阻抗影響較大，而使差分信號(hào)不平衡，限制了閱讀器的靈敏度的提高。
如圖1所示，為傳統(tǒng)射頻電子標(biāo)簽閱讀器示意圖，鎖相環(huán)11’產(chǎn)生所需要的射頻載波信號(hào)，信號(hào)處理電路3’將信號(hào)調(diào)制到功率放大器12’上，經(jīng)天線13’向空間傳播。信號(hào)到達(dá)射頻電子標(biāo)簽5’，電子標(biāo)簽5’將其所攜帶的信息通過背散射的方式加載到這個(gè)信號(hào)上并通過空間返回閱讀器。返回的信號(hào)經(jīng)IQ信號(hào)解調(diào)器21’解調(diào)，再經(jīng)信號(hào)處理電路3’，完成閱讀器和電子標(biāo)簽的通訊過程。在攜帶標(biāo)簽信息的信號(hào)返回閱讀器時(shí)，發(fā)射信號(hào)的一部分能量由于天線阻抗的失配和環(huán)行隔離器的隔離度有限而泄漏到閱讀器的接收端并和這個(gè)攜帶了標(biāo)簽信息的同頻信號(hào)疊加。如圖2所示，泄漏的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于返回的信號(hào)。這樣一個(gè)疊加信號(hào)進(jìn)入IQ兩路解調(diào)器中的混頻器，為了避免返回的信號(hào)失真，混頻器的線性度要求就非常高，表征線性度的輸入三階交調(diào)點(diǎn)需要達(dá)到10dBm以上，這給混頻器的設(shè)計(jì)帶來了很大的難度。如果沒有這個(gè)泄漏信號(hào)，混頻器的輸入三階交調(diào)點(diǎn)小于0dBm就可以了。經(jīng)混頻器后解調(diào)出的標(biāo)簽信息疊加在一個(gè)很大泄漏信號(hào)形成的低頻信號(hào)上，這個(gè)大信號(hào)限制了后級(jí)放大器對(duì)有用信號(hào)的有效放大，否則后級(jí)放大器會(huì)被飽和掉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器及其設(shè)計(jì)方法，其就是為了解決上述的不足。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器，包括射頻信號(hào)的發(fā)射部分、接收部分及信號(hào)處理電路，其中發(fā)射部分包括鎖相環(huán)、功率放大器、天線，接收部分包括IQ信號(hào)解調(diào)器，鎖相環(huán)產(chǎn)生射頻載波信號(hào)，其與功率放大器連接，功率放大器與IQ信號(hào)解調(diào)器之間連接有天線，IQ信號(hào)解調(diào)器連接有信號(hào)處理電路，在射頻信號(hào)的發(fā)射部分與接收部分之間線路上連接有可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 所述的一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器，其中發(fā)射部分采用OOK或ASK調(diào)制方式。
一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器的使用方法，其包括以下步驟(1)信號(hào)處理電路中預(yù)設(shè)一個(gè)泄漏信號(hào)需要補(bǔ)償?shù)降乃街担?2)檢測(cè)泄漏信號(hào)的幅度并和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；(3)根據(jù)比較結(jié)果通過DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)調(diào)制可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆妫?4)重復(fù)2-3步驟直到泄漏信號(hào)低于預(yù)設(shè)的水平。
所述的一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器的使用方法，其中上述可變?cè)鲆嬲{(diào)制步長(zhǎng)小于0.5dB。
采用上述方案后，本發(fā)明通過在電子標(biāo)簽閱讀器的發(fā)射部分與接收部分連接可變?cè)鲆娣糯笃?，通過信號(hào)處理電路的處理結(jié)果預(yù)設(shè)一個(gè)值，該值使可變?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)幅度與泄漏的發(fā)射信號(hào)幅度相同，且兩信號(hào)的相位在180度附近，從而實(shí)現(xiàn)用可變?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)抵消泄漏的發(fā)射信號(hào)，使得解調(diào)出來的信息最大限度的為電子標(biāo)簽信號(hào)，且該方法中電子標(biāo)簽信號(hào)與泄漏信號(hào)的比值可以很大，所以該補(bǔ)償方法對(duì)電子標(biāo)簽信號(hào)有較大的放大空間，從而也提高了閱讀器的靈敏度。


圖1是傳統(tǒng)的射頻電子標(biāo)簽閱讀器示意圖；圖2是泄漏的發(fā)射信號(hào)和電子標(biāo)簽返回信號(hào)的疊加；圖3是本發(fā)明所述的射頻電子標(biāo)簽閱讀器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4a是本發(fā)明閱讀器沒有信號(hào)補(bǔ)償?shù)妮斎牒洼敵鲂盘?hào)；圖4b是本發(fā)明閱讀器補(bǔ)償信號(hào)有相位誤差的輸入和輸出信號(hào)；圖4c是本發(fā)明閱讀器所使用的信號(hào)補(bǔ)償方法的輸入和輸出信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
如圖3所示，一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器，包括射頻信號(hào)的發(fā)射部分1、接收部分2及信號(hào)處理電路3，其中發(fā)射部分包括鎖相環(huán)11、功率放大器12、天線13，接收部分2包括IQ信號(hào)解調(diào)器21，鎖相環(huán)11產(chǎn)生射頻載波信號(hào)，其與功率放大器12連接，功率放大器12與IQ信號(hào)解調(diào)器21之間連接有天線13，IQ信號(hào)解調(diào)器21連接有信號(hào)處理電路3，在射頻信號(hào)的發(fā)射部分1與接收部分2之間線路上連接有可變?cè)鲆娣糯笃?。
發(fā)射部分1可以采用OOK或ASK調(diào)制方式，發(fā)射部分1由晶振產(chǎn)生振動(dòng)將信號(hào)送至鎖相環(huán)11，鎖相環(huán)11產(chǎn)生所需要的射頻載波信號(hào)，鎖相環(huán)11連接帶通過濾波器后將信號(hào)送至功率放大器12，經(jīng)基帶信號(hào)并濾波后，將信號(hào)由天線13向空間傳播，信號(hào)到達(dá)射頻電子標(biāo)簽5，電子標(biāo)簽5將其所攜帶的信息通過背散射的方式加載到這個(gè)信號(hào)上并通過空間返回閱讀器，返回的信號(hào)經(jīng)濾波器濾波后進(jìn)入IQ信號(hào)解調(diào)器21解調(diào)，再經(jīng)信號(hào)處理電路3，完成閱讀器和電子標(biāo)簽的通訊過程。
由于在攜帶電子標(biāo)簽信息的信號(hào)返回閱讀器時(shí)，發(fā)射信號(hào)的一部分能量由于天線阻抗的失配和環(huán)行隔離器的隔離度有限而泄漏到閱讀器的接收端并和這個(gè)攜帶了電子標(biāo)簽信息的同頻信號(hào)疊加，為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明采用所述的可變?cè)鲆娣糯笃?補(bǔ)償泄漏過來的發(fā)射信號(hào)。工作原理如下假設(shè)返回的信號(hào)為Xb(t)＝Absin(ω0t+b+ω1t)；泄漏的發(fā)射信號(hào)為Xl(t)＝Alsin(ω0t+l)；可變?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)為Xv＝Avsin(ω0t+v)；本振信號(hào)為XLO＝ALOsin(ω0t)返回信號(hào)的相位b可以看作是一個(gè)隨機(jī)量，因?yàn)檫@個(gè)量由電子標(biāo)簽5和閱讀器的距離決定。ω1是電子標(biāo)簽返回信號(hào)的頻率。要實(shí)現(xiàn)可變?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)和泄漏信號(hào)的補(bǔ)償，要求Av＝Al和v＝l+180°。信號(hào)處理電路根據(jù)信號(hào)的處理結(jié)果來調(diào)整可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆娑鴮?shí)現(xiàn)Av＝Al；但是由于泄漏的發(fā)射信號(hào)的相位并不能精確給出，精確實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)牡诙€(gè)條件比較困難，但是可以實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)信號(hào)的相差在180o附近。我們重新假設(shè)可變?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)為Xv＝-Avsin(ω0t+v′)；所有疊加的信號(hào)進(jìn)入混頻器和本振信號(hào)混頻，混頻結(jié)果為Xh(t)＝ALOAbsin(ω1t+b)+ALoAlsin(l)-ALOAvsin(v′)上述公式的第一項(xiàng)是所需要解調(diào)的信號(hào)，第二相是泄漏的本底，第三相是可變?cè)鲆嫘盘?hào)產(chǎn)生的?？梢钥吹饺绻勺?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)幅度選擇為 這樣就可以彌補(bǔ)滿足相位條件的困難。
該射頻電子標(biāo)簽閱讀器的具體使用方法，包括以下步驟(1)先在信號(hào)處理電路中預(yù)設(shè)一個(gè)泄漏信號(hào)需要補(bǔ)償?shù)降乃街担?2)檢測(cè)泄漏信號(hào)的幅度并和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；(3)根據(jù)比較結(jié)果通過DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)調(diào)制可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆?，其中可變?cè)鲆嬲{(diào)制步長(zhǎng)小于0.5dB。；(4)重復(fù)2-3步驟直到泄漏信號(hào)低于預(yù)設(shè)的水平。
如圖4a、圖4b、圖4c所示分別為沒有加補(bǔ)償信號(hào)、加部分補(bǔ)償信號(hào)以及按本發(fā)明加補(bǔ)償信號(hào)的輸入輸出信號(hào)圖，本發(fā)明通過在電子標(biāo)簽閱讀器的發(fā)射部分1與接收部分2連接可變?cè)鲆娣糯笃?，通過信號(hào)處理電路3的處理結(jié)果預(yù)設(shè)一個(gè)值，該值使可變?cè)鲆娣糯笃?的信號(hào)幅度與泄漏的發(fā)射信號(hào)幅度相同，且兩信號(hào)的相位在180度附近，從而實(shí)現(xiàn)用可變?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)消減泄漏的發(fā)射信號(hào)，使得解調(diào)出來的信息最大限度的為電子標(biāo)簽信號(hào)，從上述圖中可以看出用該方法的電子標(biāo)簽信號(hào)與泄漏信號(hào)的比值可以很大，所以該補(bǔ)償方法對(duì)對(duì)標(biāo)簽信號(hào)有較大的放大空間，從而也提高了閱讀器的靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器，包括射頻信號(hào)的發(fā)射部分、接收部分及信號(hào)處理電路，其中發(fā)射部分包括鎖相環(huán)、功率放大器、天線，接收部分包括IQ信號(hào)解調(diào)器，鎖相環(huán)產(chǎn)生射頻載波信號(hào)，其與功率放大器連接，功率放大器與IQ信號(hào)解調(diào)器之間連接有天線，IQ信號(hào)解調(diào)器連接有信號(hào)處理電路，其特征在于在射頻信號(hào)的發(fā)射部分與接收部分之間線路上連接有可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 2.如權(quán)利要求1所述的一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器，其特征在于所述的發(fā)射部分采用OOK或ASK調(diào)制方式。
3.一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器的使用方法，其特征在于其包括以下步驟(1)在信號(hào)處理電路中預(yù)設(shè)一個(gè)泄漏信號(hào)需要補(bǔ)償?shù)降乃街担?2)檢測(cè)泄漏信號(hào)的幅度并和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較；(3)根據(jù)比較結(jié)果通過DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)調(diào)制可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆妫?4)重復(fù)2-3步驟直到泄漏信號(hào)低于預(yù)設(shè)的水平。
4.如權(quán)利要求4所述的一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器的使用方法，其特征在于上述可變?cè)鲆嬲{(diào)制步長(zhǎng)小于0.5dB。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻電子標(biāo)簽閱讀器及其使用方法，該閱讀器包括鎖相環(huán)、功率放大器、天線，IQ信號(hào)解調(diào)器以及信號(hào)處理電路，鎖相環(huán)產(chǎn)生射頻載波信號(hào)，其與功率放大器連接，功率放大器與IQ信號(hào)解調(diào)器之間連接有天線，IQ信號(hào)解調(diào)器連接有信號(hào)處理電路，在功率放大器與IQ信號(hào)解調(diào)器之間連接有可變?cè)鲆娣糯笃?。通過信號(hào)處理電路上的反饋來控制可變?cè)鲆娣糯笃餍盘?hào)的增益，來抵消泄漏信號(hào)，從而得到有用的電子標(biāo)簽信號(hào)，借之該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以降低標(biāo)簽閱讀器的電路模塊的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并有效提高標(biāo)簽閱讀器的靈敏度。
文檔編號(hào)G06K7/00GK101071469SQ20061007875
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2006年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者孔強(qiáng), 田廣智 申請(qǐng)人:北京泛在物聯(lián)科技有限公司, 孔強(qiáng), 田廣智