射频识别天线检测方法及装置与流程

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种射频识别天线检测方法及装置。

背景技术：

超高频射频识别技术是一种远距离非接触式识别技术，其中，天线是超高频射频识别系统的关键环节之一。天线性能的好坏直接决定了射频识别读写器的作用距离。天线的主要参数指标包括增益、驻波、方向性等，其中增益决定了射频识别读写器覆盖区的距离及场强，方向性决定了射频识别读写器的覆盖面积，而驻波与射频识别读写器的性能直接相关。

超高频射频识别读写器一般采用零中频架构，发射链路的大功率发射信号会通过天线端口反射至接收链路，导致接收链路线性度变差，并提升了本底噪声电平。因此天线驻波越大，发射链路反射至接收链路的泄漏电平及噪声电平越大，反之则越小。此外，如果天线驻波过大或者未连接天线状况下，射频识别读写器发射链路产生了大功率信号，此时可能会导致两种情况：1.发射链路功率器件失配，反射产生大功率自激，击穿功率器件；2.较强的功率泄漏至接收链路，导致接收链路器件损坏。

现有的天线检测方案包括电压检测，通过特定电路给天线提供电压，检测端如果采集到电压则说明有天线连接，反之则未连接天线。这种方法对天线的结构有要求，天线的振子必须与“地”相连，某些天线的振子与地断开的话则无法实现天线检测功能，而且这种方法因天线端存在直流电，对天线的性能有一定影响。另外，这种方法只能检测天线是否连接而无法检测天线的性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种射频识别天线检测方法及装置，解决了现有技术中天线的性能无法检测，天线是否连接无法准确判断的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明的一种射频识别天线检测方法，包括如下步骤:

检测发射信号的第一功率及天线回波的第二功率；

根据所述第一功率与第二功率之差确定天线回波损耗；

判断天线回波损耗是否小于设定阈值以确定天线性能的好坏。

作为本发明上述射频识别天线检测方法的进一步改进，通过对数检波器获得第一输出电压及第二输出电压，并根据以下公式确定第一功率及第二功率：

P1=K ×V1，P2= K ×V2，

其中，K为对数检波器的系数，P1为第一功率，V1为第一输出电压，P2为第二功率，V2为第二输出电压。

作为本发明上述射频识别天线检测方法的进一步改进，根据以下公式确定天线回波损耗：

RL=P1-P2-2×L，

其中，RL为天线回波损耗，P1为第一功率，P2为第二功率，L为链路衰减。

作为本发明上述射频识别天线检测方法的进一步改进，链路衰减的值根据特定导通的链路查询对应的值进行确定。

作为本发明上述射频识别天线检测方法的进一步改进，在天线回波损耗小于设定阈值时，确定天线状态正常；在天线回波损耗大于设定阈值时，确定天线连接状态为断路或天线性能受损。

为了解决上述技术问题，本发明的一种射频识别天线检测装置，包括：

检测单元，用于检测发射信号的第一功率及天线回波的第二功率；

回波损耗确定单元，用于根据所述第一功率与第二功率之差确定天线回波损耗；

判断单元，用于判断天线回波损耗是否小于设定阈值以确定天线性能的好坏。

作为本发明上述射频识别天线检测装置的进一步改进，所述检测单元通过对数检波器获得第一输出电压及第二输出电压，并根据以下公式确定第一功率及第二功率：

P1=K ×V1，P2= K ×V2，

其中，K为对数检波器的系数，P1为第一功率，V1为第一输出电压，P2为第二功率，V2为第二输出电压。

作为本发明上述射频识别天线检测装置的进一步改进，所述回波损耗确定单元根据以下公式确定天线回波损耗：

RL=P1-P2-2×L，

其中，RL为天线回波损耗，P1为第一功率，P2为第二功率，L为链路衰减。

作为本发明上述射频识别天线检测装置的进一步改进，链路衰减的值根据特定导通的链路查询对应的值进行确定。

作为本发明上述射频识别天线检测装置的进一步改进，所述判断单元在天线回波损耗小于设定阈值时，确定天线状态正常；在天线回波损耗大于设定阈值时，确定天线连接状态为断路或天线性能受损。

与现有技术相比，本发明通过检测射频识别读写器中的发射信号功率、天线回波功率，然后通过判断发射信号功率与天线回波功率之间的关系以确定天线性能的好坏，这样检测的结果不受环境变化的影响，检测结果更加准确。本发明可以准确实时地检测天线连接状态及天线的性能，及时监测天线工作的稳定性。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明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发明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发明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为本发明一实施方式中射频识别前向链路示意图。

图2为本发明一实施方式中射频识别天线检测方法流程图。

图3为本发明一实施方式中射频识别天线检测装置示意图。

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”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，本发明一实施方式中射频识别前向链路示意图。射频识别前向链路包括基带单元10、正交调制器20、可调衰减器30、功放单元40、耦合器50、对数检波器60、环形器70、天线单元80。天线单元80用于收发射频信号，天线单元80从前向链路定义标准的不同，也可以不包括在射频识别前向链路内，属于射频识别前向链路外的一个模块。具体地，天线单元80包括前端网络81及天线82，前端网络81用于为天线82与射频识别前向链路之间提供通路，天线82通过前端网络81引入前向链路的射频信号。前端网络81可以包括用于收发隔离的器件，包括天线选择的器件等。天线82是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换，天线82是用于直接收发射频信号的器件。基带单元10用于控制射频信号或采集电路参数，基带单元10内部可以包括控制电路，通过控制电路输出指定的控制信号。

正交调制器20，在本实施方式中，采用直接调制的架构来实现，正交调制器20连接基带单元10，由基带单元10向正交调制器20提供I路调制信号、Q路调制信号，正交调制器20还接收本振信号，优选地，正交调制器20连接内部的锁相环频率综合器，通过内部的锁相环频率综合器提供本振信号。正交调制器20将接收I路调制信号和Q路调制信号加载至载波，即根据本振信号对调制信号进行正交调制，正交调制器20通过正交调制后从输出端输出射频信号，即需要通过天线单元80辐射出去的射频信号。因为远距离对射频识别电子标签进行识别，所以对射频信号的发射功率有一定的要求，所以还需要通过其他电路对射频信号进行处理。在本实施方式中，基带单元10提供的I路调制信号、Q路调制信号作为调制信号包含数据通信的信息，也包含可以调节调制波的幅度功率。通过调整I路调制信号、Q路调制信号可以实现调制波输出功率的细调。

可调衰减器30连接正交调制器20以接收正交调制器20输出的射频信号，还连接基带单元10以接收衰减量调节的控制信号。可调衰减器30根据基带单元10的控制信号对射频信号进行功率调整。优选地，可调衰减器30为数字可调衰减器，即可调衰减器内包括若干段衰减模块，衰减模块根据实际有不同的衰减值，衰减模块之间有若干个开关电路，通过开关电路的关合导通若干个衰减模块中的任意组合以实现不同衰减量的大小，开关电路的关合通过接收控制信号执行。因此，通过基带单元10向可调衰减器30提供控制信号以实现对输出功率的调整。可调衰减器具体地可以为6位数控可调步进衰减器，可调衰减器的最小控制不仅可达0.5dB，可实现输出功率的精确步进调整，射频信号经可调衰减器可实现幅度范围约31.5dB的变化。

连接可调衰减器30的功放单元40用于放大射频信号的功率，优选地，功放单元40包括驱动放大器41及功率放大器43，功率放大器43连接驱动放大器41作为第二级放大，驱动放大器41则将信号放大后输入给功率放大器43，最终经功率放大器43形成大功率输出信号最终通过耦合器50、天线单元80等发射出去。驱动放大器41，即驱动级放大器，通过自身增益，使得整体功率可以驱动功率放大器43输出足够的功率。功率放大器43为末级放大器，提供了射频识别读写器所需配置的最大输出功率。本实施方式中的射频识别前向链路中，通过可调衰减器30及驱动放大器41形成高动态范围的线性电路，此外，功率放大器43也充分利用了这种降额设计，可以确保前向链路有足够高的线性度，防止发射的射频信号在非线性区产生形变或交调等现象。

另外，射频识别读写器一般都是设置在户外，外部环境的变化很容易影响射频识别读写器中前向链路的射频信号，而且射频识别读写器在开机启动后，内部的温度也会发生很大的变化，往往这种影响会造成输出功率的变化很大。在优选的实施方式中，为了消除这一影响，在驱动放大器41和功率放大器43之间设置温补衰减器42，温补衰减器42的衰减值与温度变化呈线性关系，可以在温度变化情况下有效校正电路的整体增益。具体地，当温度上升时，放大器件增益减小而温补衰减器的衰减也变小；反之，当温度下降时，放大器件增益增大而温补衰减器的衰减也随之变大。利用温补衰减器的环境特性可以有效减少环境温度对射频识别读写器中射频识别前向链路的输出功率的影响，使得输出功率保持在一个相对稳定的状态。

耦合器50主要用于耦合一路发射的射频信号用作功率检测。耦合器50的输入端连接功放单元40，耦合器50的输出端通过天线单元80将射频信号辐射出去，耦合器50的耦合端连接对数检波器60，对数检波器60通过耦合获得射频信号。为了节省成本，耦合器50优选地为微带线耦合器，包括两个四分之一波长微带线，分别为相互平行的第一四分之一波长微带线及第二四分之一波长微带线，第一四分之一波长微带线的一端作为输入端连接功放单元40，第一四分之一波长微带线的另一端作为输出端连接天线单元80，在更多的实施方式中，在天线单元80与第一四分之一波长微带线的另一端之间连接有环形器70，以下将详述，即第一四分之一波长微带线的另一端通过天线单元80将射频信号辐射出去。第二四分之一波长微带线的一端作为耦合端连接对数检波器60，向对数检波器60提供射频信号。需要说明的是，耦合器的实施方式并不以上述描述为限，不排除可以使用定向耦合器等其他功率耦合电路代替。

对数检波器60，是功率检测单元的优选实施方式，将耦合到的射频信号转为电压参数，即将对射频信号进行幅值检波，将射频信号的幅度信息线性地转变为电压信号。对数检波器60的第一输出端连接基带单元10，对数检波器60的第一输出端输出第一输入端输入的射频信号转换成的电压信号给基带单元10，基带单元10通过电压信号获得发射功率值，基带单元10根据发射功率值调整正交调制器20及可调衰减器30，即通过输出调整后的控制信号给正交调制器20及可调衰减器30。例如，发射功率值未达到指定值，就加大正交调制器20的输出功率或减小可调衰减器30的衰减。

在本实施方式中，基带单元10包括处理器11和模数转换器13（ADC，Analog-to-Digital Converter），模数转换器13的输入端接收对数检波器60输出的电压信号，通过内部处理转化为数字信号，从模数转换器13的输出端连接处理器11向其提供发射功率值。处理器11通过连接数模转换器12（DAC，Digital-to-Analog Converter）的输入端输出控制信号，数模转换器12的输出端连接正交调制器20，数模转换器12将处理器11生成的数字指令转换为调制信号，即数模转换器12接收处理器11的数字信号并转换成对应的I路调制信号、Q路调制信号。

在优选的实施方式中，耦合器50与天线单元80之间还设置有环形器70，环形器70的第一端71连接耦合器50的输出端，环形器70的第二端72连接天线单元80，环形器70的第三端73连接对数检波器60的第二输入端，在本实施方式中，对数检波器60为双路输入对数检波器。环形器70的作用为可以保护功率放大器在天线单元80空载情况下不被击穿，另外还可以提取天线82的回波信号用于天线状态的检测。优选地，在环形器70的第三端73与对数检波器60之间设置有耦合器91，用于防止对数检波器60被天线单元80反射回来的过高能量损坏。具体地，耦合器91的输入端连接环形器70的第三端73，耦合器91的输出端连接有负载92，耦合器91的耦合端连接对数检波器60的第二输入端。

因为环形器70自身的三端口方向性特性，当环形器70的第一端71为输入端时，第二端72为输出端，第三端73为隔离端，耦合器50的输出端输出的信号从环形器70的第一端71流向环形器70的第二端72，再传输给天线单元80，而不会被对数检波器60接收到。当环形器70的第二端72为输入端时，环形器70的第三端73为输出端，环形器70的第一端71为隔离端，因此天线82的回波信号通过环形器70的第二端72流向环形器70的第三端73，不会传输给功率放大器43，也不会因为空载导致反射回来的信号烧坏功率放大器43。环形器70的设置可以减小空载情况下大功率信号的反射，有效避免功率放大器失配状态下可能导致的击穿现象，使得电路的安全性及可靠性大大提升。

如上所述，通过与环形器70的配合还可以对天线回波功率进行检测。天线82的回波信号可以通过环形器70的第三端73输出给对数检波器60，对数检波器60将天线82的回波信号的幅度信息线性地转变为电压信号并提供给模数转换器13采样后输送给处理器11，处理器11可以通过接收的数据计算天线的回波。

射频识别读写器的发射信号功率和天线回波功率的检测，可以通过上述实施方式中的耦合器50、环形器70及对数检波器60之间的配合实现，但需要说明的是，实现检测的方式并不以此为限。发射信号经耦合器50后主路信号进入环形器70，耦合器50耦合端的信号进入对数检波器60进行幅度检波。主信号进入环形器70后天线单元80发射出去，其中因为天线82的回波损耗会有一部分功率被反射回来，反射信号经前端网络81及环形器70后进入对数检波器60进行天线回波功率检测。最终将发射信号功率和天线回波功率的信号传输给基带单元10进行处理。如图2所示，本发明一实施方式中射频识别天线检测方法流程图。射频识别天线检测方法包括如下步骤：

步骤S1，检测发射信号的第一功率及天线回波的第二功率。以图1所示实施方式为例，发射信号经过功放单元40放大后需要通过天线单元80辐射出去，为了可以检测到发射信号的功率，通过耦合器50耦合一路信号进入对数检波器，借助对数检波器对发射信号的功率进行检测。天线回波是通过天线82反射回来的一部分射频信号，经过环形器70的第二端、环形器70的第三端，最终也是借助对数检波器对天线回波的功率进行检测。如上所述，对数检波器是将射频信号的幅度信息线性地转变为电压信号输出，在本实施方式中，电压信号被模数转换器13转换为数字信号，最终获得具体的电压数值，因此检测功率与输出电压呈线性关系。因为对数检波器是确定的，所以对数检波器的系数是一个事先确定的值，不会发生变化。发射信号的功率、天线回波的功率可以通过对数检波器的输出电压确定。在本实施方式中，对数检波器为双路输入对数检波器，可以同时检测发射信号和天线回波的功率。具体地，通过对数检波器获得第一输出电压及第二输出电压，并根据以下公式确定第一功率及第二功率：

P1=K ×V1，P2= K ×V2，

其中，K为对数检波器的系数，P1为第一功率，V1为第一输出电压，P2为第二功率，V2为第二输出电压。优选地，在检测过程中或检测之前，设定射频识别读写器为固定频率工作，处于单载波发射模式，保证功率检测的稳定性和准确性。

步骤S2，根据所述第一功率与第二功率之差确定天线回波损耗。因为在实际应用中，发射功率可能因为温度变化等情况造成功率漂移，所以天线回波的功率也会有误差，通过第一功率与第二功率之差确定天线回波损耗，可以很好地抵消掉这部分的误差影响。优选地，根据以下公式确定天线回波损耗：

RL=P1-P2-2×L，

其中，RL为天线回波损耗，P1为第一功率，P2为第二功率，L为链路衰减。在公式中还引入了链路衰减，主要是对环形器、前端网络等链路器件的影响进行分析，因为天线回波是发射信号通过环形器、前端网络等到达天线，然后又从天线反射回去的。链路衰减是由链路的具体器件决定的，而电路中器件也是确定不变的，所以链路衰减是事先确定的一个恒定值，可以通过事先设定好实现。在更多的实施方式中，尤其是在射频识别读写器具有多天线的情况下，前端网络中包括开关网络，具体可以为天线选择开关电路，通过天线选择开关电路保证射频识别读写器对应的一个天线发射射频信号。而实际应用中，射频识别读写器连接不同天线的端口之间的性能都有所差异，一致性往往很差，为了确保天线回波损耗的准确性，事先存储有多个对应不同链路的链路衰减值，在确定天线回波损耗的时候，根据特定导通的链路查询对应的值，例如，射频识别读写器打开1号天线将射频信号辐射出去，就通过查询获得一号天线对应端口及链路的链路衰减值，并根据上述公式进行计算。

步骤S3，判断天线回波损耗是否小于设定阈值以确定天线性能的好坏。设定阈值可以是事先通过测试，得出的射频识别读写器所能承受的天线回波损耗的最大阈值，也可以根据工程实践经验等确定的。天线回波损耗小于设定阈值，说明天线的性能就很好，天线回波损耗大于设定阈值，说明天线的性能就不好。具体地，在天线回波损耗小于设定阈值时，确定天线状态正常；在天线回波损耗大于设定阈值时，确定天线连接状态为断路或天线性能受损，包括天线连接出现问题，或者天线可能因为进水、过度弯曲、腐蚀等情况造成天线不能正常工作，此时优选地可以通过通信单元及时通知现场人员进行检修，或者根据需要对天线进行及时更换。

如图3所示，本发明一实施方式中射频识别天线检测装置示意图。射频识别天线检测装置包括检测单元E1、回波损耗确定单元E2、判断单元E3。

检测单元E1用于检测发射信号的第一功率及天线回波的第二功率。参照射频识别天线检测方法的实施方式，发射信号的功率可以通过耦合一路信号通过对数检波器进行检测，天线回波通过环形器的定向传输特性获得第二功率的检测，对数检波器可以为双路输入对数检波器，包括第一输入端和第二输入端，分别接收发射信号和天线回波的功率检测。需要说明的是，实现第一功率、第二功率的检测并不排除采用其他功率检测单元实现。在具体的实施方式中，检测单元E1通过对数检波器获得第一输出电压及第二输出电压，并根据以下公式确定第一功率及第二功率：

P1=K ×V1，P2= K ×V2，

其中，K为对数检波器的系数，P1为第一功率，V1为第一输出电压，P2为第二功率，V2为第二输出电压。对数检波器的系数是由对数检波器决定的，因此是恒定的，K是一个事先确定的常数，确定第一功率、第二功率时直接调用就可以了。检测单元E1优选地还可以设定射频识别读写器为固定频率工作，使射频识别读写器处于单载波发射模式。

回波损耗确定单元E2用于根据所述第一功率与第二功率之差确定天线回波损耗。如射频识别天线检测方法实施方式所述，通过第一功率与第二功率之差确定天线回波损耗可以有效地将漂移带来的误差相互抵消掉。具体地，回波损耗确定单元E2根据以下公式确定天线回波损耗：

RL=P1-P2-2×L，

其中，RL为天线回波损耗，P1为第一功率，P2为第二功率，L为链路衰减。L根据不同的链路会事先存储有不同的值，通过查询的方式获取指定的链路衰减，因此，链路衰减的值可以根据特定导通的链路查询对应的值进行确定。

判断单元E3用于判断天线回波损耗是否小于设定阈值以确定天线性能的好坏。设定阈值可以根据经验或者工程实践确定的一个常数，回波损耗单元E2确定的天线回波损耗小于设定阈值，说明天线的性能还是比较好，如果天线回波损耗大于设定阈值，说明天线的性能较差，出现了问题。在优选的实施方式中，判断单元E3 在天线回波损耗小于设定阈值时，确定天线状态正常；在天线回波损耗大于设定阈值时，确定天线连接状态为断路或天线性能受损。射频识别天线检测装置的具体实施方式还可以参照射频识别天线检测方法的具体实施方式。

结合本申请所公开的方法技术方案，可以直接体现为硬件、由控制单元执行的软件模块或二者组合，即一个或多个步骤和/或一个或多个步骤组合，既可以对应于计算机程序流程的各个软件模块，亦可以对应于各个硬件模块，例如ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）、FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。为了描述的方便，描述上述装置时以功能分为各种模块分别描述，当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请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。该软件由微控制单元执行，依赖于所需要的配置，可以包括任何类型的一个或多个微控制单元，包括但不限于微控制单元、微控制器、DSP（Digital Signal Processor，数字信号控制单元）或其任意组合。该软件存储在存储器，例如，易失性存储器（例如随机读取存储器等）、非易失性存储器（例如，只读存储器、闪存等）或其任意组合。

综上所述，本发明通过检测射频识别读写器中的发射信号功率、天线回波功率，然后通过判断发射信号功率与天线回波功率之间的关系以确定天线性能的好坏，这样检测的结果不受环境变化的影响，检测结果更加准确。本发明可以准确实时地检测天线连接状态及天线的性能，及时监测天线工作的稳定性。

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