专利名称：一种低成本的uhf频段读写器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种读写器，尤其涉及一种成本低廉的UHF频段的读写器。
背景技术：
UHF频段的系列读写器是RFID产业的关键部件之一，它的性能及成本对于 RFID的推广影响很大。目前市场上的各种类型的读写器基本的工作原理都是一 样的，不同的地方主要体现在标签返回信号的接收方式，因为标签需要读写器 提供能量才能工作，这样标签微弱的信号在返回读写器期间微波功率发射不能 关闭，因此读写器信号接收电路必须要在很强的微波信号和微弱的标签返回信 号混合进入时，能够解调出所需的标签信号，可以说这是读写器设计的难点、 关键点所在，所以读写器设计的各种不同的方案的不同点也主要集中在这里。 目前市面上常见的读写器信号接收电路主要有 一、零中频接收方式(见图1)， 二、六端口接收方式(见图2)，三、定向耦合接收方式(见图3)等三种接收 方式。
零中频接收方式其电路基本工作原理如下请参考(图l)，首先由控制单
元CPU锁定发射频率，再给出可调的电平控制信号APC及幅度键控调制信号ASK， 该电平控制信号APC及幅度键控调制信号ASK经微波功率放大单元PA1发射已 调制波功率经环形器中的1、 2端口由收发天线ANT1馈出，标签利用由天线 ANT1馈出的微波能量根据指令进行工作。该读写器数据返回的方式是由标签上 的回波经环形器端口 3再经MIX与本振信号混频，再经两路低频脉冲放大器 (AMP1、 AMP2)差分放大整形，输出I、 Q两路信号，该I、 Q两路数据信号最 后送入CPU控制单元经解调后上传到上位机PLL。此方案的优点是概念清楚， 调整简单，缺点是电路成本太高。以工作距离达5米的读写器为例，仅材料成 本就接近人民币上千元。
六端口接收方式其电路基本工作原理如下请参考(图2)，该(图2)中的电路图是替换(图1)中的虚线部分的电路图其余电路不变，本电路的基本 工作原理与零中频接收方式电路相同，其不同点在于在本电路中利用微波混频
检波管(Dl、 D2、 D3、 D4)代替零中频接收方式电路中的MIX混频电路及环型 器。此电路的优点是成本很低(读写距离达5米的读写器电路材料成本仅人民币 300元左右)，缺点是电路结构不易理解，调试困难。
定向耦合接收方式其电路基本工作原理如下请参考(图3)，该(图3) 中的电路图是替换(图1)中的虚线部分的电路图其余电路不变，本电路的基 本工作原理与零中频接收方式电路相同，其不同点在于在本电路中利用用定向 耦合器代替零中频接收方式电路中的环形器，其他工作原理与零中频基本相同。 此方案的优点是电路概念清楚，但成本较高(读写器成本接近千元)，而且调试 困难。
以上三种电路是目前国产的UHF频段读写器信号接收电路的主流方案及价 格，还有一些变种的方案产品在市场销售，但目前无论是哪一种方案，该种读 写器中的信号接收电路的价格都远远超过高频读写器中的信号接收电路，这是 因为UHF频段的读写器的信号接收电路功能块价格远远高过HF频段及低频读写
器的价格。从主流的方案看，由于UHF的读写距离远，需要解决多台相互干扰 的问题，设备要求跳频、分时工作，对信号接收电路功能块的要求就非常高， 通常一套信号接收电路功能块的组件成本达人民币40多元，还有功放单元，调 制单元、控制单元及接收单元，每一个组件的价格的差异最后导致读写器的价 格相差悬殊，也直接影响了 UHF频段的读写器的市场推广与运用。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种低成本的UHF频段的读写器， 本UHF频段的读写器信号接收电路功能块材料成本只有人民币30元左右，且在 该模块上可配接适当的天线，其读写最远可达6米的无源电子标签。
一种低成本的UHF频段的读写器，其主要由一 UHF频段的压控振荡器VCO、 二微波混频检波管(Dl、 D2)、 一PIN管D3、五电阻(Rl、 R2、 R3、 R4、 R5)、 一收发天线ANT、 一控制单元CPU、 一微波功率放大单元PA、 一低频脉冲放大 器AMP、 一PC机组成。
该UHF频段的压控振荡器VCO通过电阻(Rl、 R2、 R3)和控制单元CPU的跳频端口与控制单元CPU连接；同时该UHF频段的压控振荡器VC0还与微波功 率放大单元PA相连；该控制单元CPU连接于由电阻(R4、 R5)、 PIN管D3组成 的调制电路；同时该控制单元CPU还分别并联微波功率放大单元PA、 PC机；该 微波功率放大单元PA与收发天线ANT相连；该收发天线ANT连接于二微波混频 检波管(Dl、 D2);该二微波混频检波管(Dl、 D2)连接于低频脉冲放大器AMP; 该低频脉冲放大器AMP连接于PC机。
其基本工作原理如下首先由控制单元CPU向微波功率放大单元PA发出 自动电平控制信号APC，随后微波功率放大单元PA打开，接着由控制单元CPU 通过与其跳频端口连接的电阻(Rl、 R2、 R3)、 UHF频段的压控振荡器VC0设定 工作频率，随后控制单元CPU再发出一路幅度键控调制信号ASK加到由电阻(R4、 R5)、 PIN管D3组成的调制电路中，这时被调制的微波信号经过微波功率放大 单元PA放大以后，再通过收发天线ANT发射出去。电子标签在接收到由收发天 线ANT发射的微波信号以后，根据调制的命令开始工作。例如是读卡命令，这 时标签通过调制自身的天线将自带的数据信息发射出来，并接由读写器的收发 天线ANT接收，读写器在接收到的已调微波反射信号经过二微波混频检波管 (Dl、 D2)的90度正交混频，解调出标签的数据，再经过低频脉冲放大器AMP 放大、整形再送入控制单元CPU进行译码，最后控制单元CPU将译码的数据按 照要求上传至PC机或其它设备，全部读卡的工作完成后控制单元CPU关断自动 电平控制信号APC，微波功率放大单元PA进入休眠状态，等待下一个工作周期 的到来。
图1为定向耦合接收方式的电路原理图。 图2为六端口接收方式的电路原理图。 图3为定向耦合接收方式的电路原理图。
图4为本实用新型一种低成本的UHF频段的读写器的电路原理图。
具体实施方式
请参阅图4， 一种低成本的UHF频段的读写器，其主要由一UHF频段的压 控振荡器VCO、 二微波混频检波管(Dl、 D2)、 一PIN管D3、五电阻(Rl、 R2、R3、 R4、 R5)、 一收发天线ANT、 一控制单元CPU、 一微波功率放大单元PA、 一 低频脉冲放大器AMP、一 PC机组成。该UHF频段的压控振荡器VC0通过电阻(R1、 R2、 R3)和控制单元CPU的跳频端口与控制单元CPU连接；同时该UHF频段的 压控振荡器VC0还与微波功率放大单元PA相连；该控制单元CPU连接于由电阻
(R4、 R5)、 PIN管D3组成的调制电路；同时该控制单元CPU还分别并联微波功 率放大单元PA、 PC机；该微波功率放大单元PA与收发天线ANT相连；该收发 天线認T连接于二微波混频检波管(Dl、 D2);该二微波混频检波管(Dl、 D2) 连接于低频脉冲放大器AMP;该低频脉冲放大器AMP连接于PC机。
其基本工作原理如下:首先由控制单元CPU向微波功率放大单元PA发出 自动电平控制信号APC，随后微波功率放大单元PA打开，接着由控制单元CPU 通过与其跳频端口连接的电阻(R1、 R2、 R3)、 UHF频段的压控振荡器VCO设定 工作频率，随后控制单元CPU再发出一路幅度键控调制信号ASK加到由电阻(R4、 R5)、 PIN管D3组成的调制电路中，这时被调制的微波信号经过微波功率放大 单元PA放大以后，再通过收发天线ANT发射出去。电子标签在接收到由收发天 线ANT发射的微波信号以后，根据调制的命令开始工作。例如是读卡命令，这 时标签通过调制自身的天线将自带的数据信息发射出来，并接由读写器的收发 天线ANT接收，读写器在接收到的已调微波反射信号经过二微波混频检波管
(D1、 D2)的90度正交混频，解调出标签的数据，再经过低频脉冲放大器AMP 放大、整形再送入控制单元CPU进行译码，最后控制单元CPU将译码的数据按 照要求上传至PC机或其它设备，全部读卡的工作完成后控制单元CPU关断自动 电平控制信号APC，微波功率放大单元PA进入休眠状态，等待下一个工作周期 的到来。
本实用新型中利用UHF频段的压控振荡器VCO代替传统UHF频段的读写器 电路中的上位机PLL。可以取代的根据是，标签返回的载波与接收载波完全一 致，虽然UHF频段的压控振荡器VCO的稳定度很差，但在几个纳秒内发射与接 收的载波误差几乎为零，并且该回波信号比UHF频段的压控振荡器VCO的相位 躁声高出二个数量级，电路混频解调时信噪比能够完全满足要求。实际测试也 证明了这一点。UHF频段的压控振荡器VCO的材料成本只有人民币2元左右， 这是降低本成本UHF频段的读写器的关键措施之一。
UHF频段的读写系统通讯速率一般都很高， 一般可达300KHZ，这么高的 速率一般是通过专用的微波开关(开关速度达50ns左右)对微波信号进行调制，这样的微波开关市场售价在人民币30元上下，本实用新型中利用电阻(R4、 R5) 及PIN管D3组成调制电路，目的是减少脉冲放电时间，提高调制脉冲速率。另 一方面，电子标签在接收读写器发来的幅度键控调制信号ASK时，要求幅度键 控调制信号ASK的调制度大于30%即可，因此，本实用新型中的调制电路即降 低了成本(不足人民币l元)，同时也能满足实际的需求。
另外在数据信号接收电路中本实用新型不是利用传统电路中的通常意义上 的I、 Q两路输出方式。其可以这样处理的主要原理是因为一般标签与工作的距 离近，所以其回波信号较强、断点不是很明显，在节省了一路接收电路的情况 下，成本自然也就降下来了。其次，本实用新型中的接收电路中采用的是12只 NPN3904 (总值人民币l元左右)三极管构成低频脉冲放大器AMP，取代传统低 频脉冲放大器AMP中的三只类似AT04 (价值人民币100元)这样的集成模块， 本实用新型中可以取代的原因还是因为标签的回波较强，其信噪比远远大于低 频脉冲放大器AMP的输入要求。使得整个接收电路的方案成本降低到标准六端
口接收方式电路的十分之一。
本实用新型用以上的低成本方案设计的电路在功放输出功率1瓦，配接 7dBi圆极化天线时，可以稳定读取3米以内标签，最远可达6米。而读写器的 材料成本只有人民币50元左右，价格是同类产品的五分之一到十分之一，与低 频读卡器的成本相当。
权利要求1、一种低成本的UHF频段的读写器，其主要由一UHF频段的压控振荡器VCO、二微波混频检波管(D1、D2)、一PIN管D3、五电阻(R1、R2、R3、R4、R5)、一收发天线ANT、一控制单元CPU、一微波功率放大单元PA、一低频脉冲放大器AMP、一PC机组成，其特征在于该UHF频段的压控振荡器VCO通过电阻(R1、R2、R3)和控制单元CPU的跳频端口与控制单元CPU连接；同时该UHF频段的压控振荡器VCO还与微波功率放大单元PA相连；该控制单元CPU连接于由电阻(R4、R5)、PIN管D3组成的调制电路；同时该控制单元CPU还分别并联微波功率放大单元PA、PC机；该微波功率放大单元PA与收发天线ANT相连；该收发天线ANT连接于二微波混频检波管(D1、D2)；该二微波混频检波管(D1、D2)连接于低频脉冲放大器AMP；该低频脉冲放大器AMP连接于PC机。
2、 根据权利要求1所述的一种低成本的UHF频段的读写器，其特征在于 经由控制单元CPU向微波功率放大单元PA发出的自动电平控制信号APC和控 制单元CPU向由电阻(R4、 R5)、 PIN管D3组成的调制电路发出的幅度键控调 制信号ASK，经过微波功率放大单元PA放大以后，再通过收发天线ANT发射出去。
3、 根据权利要求1所述的一种低成本的UHF频段的读写器，其特征在于 控制单元CPU通过与其跳频端口连接的电阻(Rl、 R2、 R3)、 UHF频段的压控 振荡器VCO设定工作频率。
4、 根据权利要求1所述的一种低成本的UHF频段的读写器，其特征在于 读写器在接收到由标签上返回的数据信息经过二微波混频检波管(Dl、 D2)的 90度正交混频解调出标签上的数据，再经过低频脉冲放大器AMP放大、整形 再送入控制单元CPU进行译码。
专利摘要一种低成本的UHF频段的读写器，其主要由一UHF频段的压控振荡器VCO、二微波混频检波管(D1、D2)、一PIN管D3、五电阻(R1、R2、R3、R4、R5)、一收发天线ANT、一控制单元CPU、一微波功率放大单元PA、一低频脉冲放大器AMP、一PC机组成；该UHF频段的压控振荡器VCO通过电阻(R1、R2、R3)和控制单元CPU的跳频端口与控制单元CPU连接；同时该UHF频段的压控振荡器VCO还与微波功率放大单元PA相连；该控制单元CPU连接于由电阻(R4、R5)、PIN管D3组成的调制电路；同时该控制单元CPU还分别并联微波功率放大单元PA、PC机；该微波功率放大单元PA与收发天线ANT相连；该收发天线ANT连接于二微波混频检波管(D1、D2)；该二微波混频检波管(D1、D2)连接于低频脉冲放大器AMP；该低频脉冲放大器AMP连接于PC机。
文档编号G06K17/00GK201149700SQ20082009205
公开日2008年11月12日 申请日期2008年1月28日 优先权日2008年1月28日
发明者周必友 申请人:周必友