专利名称：一种射频识别阅读器模块的制作方法
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阅读器模块。
背景技术：
RFID (Radio Frequency Identification，射频识别)技术是一种非接触式标签信息识别技术，RFID系统主要由阅读器、电子标签和天线组成，其利用无线射频方式进行非接触双向数据通信，达到识别目标的目的，识别工作无需人工干预，可工作于各种环境。现有技术的超高频RFID阅读器一般分为两种一种是固定式阅读器，另一种是手持阅读器。固定式结构复杂，价格昂贵，用于远距离读写操作，使用非常的不方便；手持式设备，操作简单，方便便携，有着广泛的实用性，但是由于尺寸等问题，限制了手持式阅读器的清点性能和稳定性，特别是在小尺寸情况下，一般为了控制单板的面积，通常采用单路解调的接收方式，在使用过程中难免存在盲区，大大降低了手持式阅读器的性能。性能下降的本质原因在于阅读器模块接收解调方法的问题。接收电路的接收方法是阅读器模块的核心， 而小尺寸阅读器模块是手持式阅读器的重要组成部分，因此，在保证尺寸的前提下，如何改进接收电路的接收方法是手持式阅读器目前面临的主要问题。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题是提供一种射频识别阅读器模块，提高手持式阅读器模块识别标签的接收解调性能。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种射频识别阅读器模块，包括通信控制单元、射频信号接收单元和射频信号发送单元，其中，所述射频信号接收单元进一步包括分时正交解调接收电路，所述分时正交解调接收电路用于，对接收主链路上接收到的电子标签信号进行分时IQ正交解调，并输出解调后的差分基带信号。此外，所述分时正交解调接收电路包括接收主链路上的0°直通网络和90°移相网络，所述通信控制单元通过分时切换所述0°直通网络和90°移相网络，使在两个不同分时时解调出来的信号正交，从而实现分时IQ正交解调。此外，所述90°移相网络包括射频开关和90°移相网络通道；所述0°直通网络包括射频开关和0°通道；所述通信控制单元通过控制所述射频开关，选通所述90°移相网络或者选通所述 0°直通网络。此外，所述90°移相网络通道由微带线、电感和电容组成。此外，所述分时正交解调接收电路还包括两个移相网络电桥和两个下混频器；所述90°移相网络和0°直通网络分别通过射频开关与所述两个移相网络电桥及下混频器相连；[0015]所述移相网络电桥的一端产生90°相移，另一端为0°直通端；所述下混频器用于将射频接收信号与本地本振信号混频，并输出差分的基带信号。此外，所述射频信号接收单元还包括接收基带处理单元，所述接收基带处理单元进一步包括滤波网络、差分放大器和比较器；所述滤波网络、差分放大器和比较器分别用于，对下混频后的差分基带信号依次进行滤波、差分放大和比较器整形处理。此外，所述射频信号发送单元进一步包括锁相环、预放大器、功率放大器、环形器和天线；所述射频信号发送单元用于，在发送射频信号时，将锁相环输出的本振信号经过预放大器进入功率放大器，再通过调制功率放大器的偏置管脚，产生移幅键控信号，通过环形器后由天线辐射出去。本实用新型为手持式阅读器设备提供了成本较低，尺寸更小，性能稳定的阅读器模块及接收解调方法。与现有技术相比，本实用新型改进了电子标签信号接收解调方式，减少盲区，增大了覆盖范围，并压缩了器件占用的面积，大大降低了 RFID手持阅读设备的成本，且保证在小尺寸情况下性能稳定。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中图1为本实用新型的阅读器模块的组成示意框图；图2为本实用新型的分时IQ解调接收电路的示意框图；图3为本实用新型的射频信号发送单元的示意框图。
具体实施方式
本实用新型的主要目的是提出一种阅读器模块，采用超高频RFID分时动态IQ (即矢量分解)正交解调的接收方法，可以消除盲区，提高手持式阅读器识别标签的性能，并且阅读器的尺寸保持不变。考虑到手持式阅读器对清点速度要求并不高，因此，在保持单路接收的情况下，通过增加一个相移网络就可以实现正交IQ解调，并在解调之后进行差分输出，这样，在工作的情况下，可进行分时切换清点，从而有效的减小了阅读器模块的盲区。为实现上述目的，本实用新型具体采用如下技术方案1)本实用新型的超高频RFID阅读器模块，主要由通信控制单元、射频信号接收单元和射频信号发送单元，其中，所述的通信控制单元、射频信号发送单元和射频信号接收单元优选采用分立元器件。2)通信控制单元可由ARM单片机(MCU)、RS232接口和3. 3V直流电源接口构成。通信控制单元主要负责将发送的基带信号调制到射频频段，处理标签返回的协议信号和接收电路的IQ解调分时切换，并将处理的标签结果上传给上位机。3)射频信号接收单元主要由分时正交解调接收电路和接收基带处理电路构成。分时正交解调接收电路主要采用射频开关、两个正交的移相网络、两个移相网络电桥和两个混频器构成。其中，本实用新型首次提出了分时动态IQ正交解调接收的做法，其核心在于在射频接收主链路中增加两个射频开关，用于切换90°移相网络和0°直通网络。通过分时切换所述0°直通网络和90°移相网络，使在两个不同分时时解调出来的信号正交，从而实现分时IQ正交解调。然后分别进入移相网络电桥，该移相网络电桥分成两路，一路为 90°相移，一路为0°相移，分别通过射频开关进入下混频器与本振信号混频，形成差分信号输出，再经过差分放大器放大和比较器比较整形，得到的数字信号直接输入ARM单片机进行软件解码。4)射频信号发送单元，主要由锁相环直接锁定到需要的频点，经过预放大器和功率放大器，为了节约成本，发送基带信号直接加载到功率放大器的偏置管脚，控制功率输出，进而达到信号调制的目的。功率放大器输出的射频调制信号经过环形器后直接通过天线发送出去。为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。图1示出了本实用新型的阅读器模块，如图1所示，主要由通信控制单元、射频信号发送单元和射频信号接收单元构成。通信控制单元由ARM单片机、RS232接口、3. 3V电源接口构成。ARM单片机为该阅读器模块的核心，主要用于编码输出、对载波的调整、对接收电子标签数据信号的解码校验判断、实现阅读器模块与上位机的数据交换，采用ARM单片机使阅读器模块在实际应用中更加灵活，方便协议的优化，提高阅读器模块稳定性。射频信号接收单元中，分时动态IQ正交解调电路是该部分的核心，现有小尺寸阅读器模块中都是采用单路解调方式(I路解调或者Q路解调)，该方式在实际应用中盲区较多，本专利在保持原有尺寸同时在原有电路基础上只增加一个90°移相网络，通过分时切换的方式，实现了 IQ正交解调，有效地减少了阅读器模块覆盖的盲区。结合图1所示，本实用新型的工作原理描述如下锁相环输出902MHz (兆赫) 928MHz本振信号，经过预放大器进入功率放大器， 通过单片机的调制信号调制功率放大器的偏置管脚，产生幅度调制ASK信号，最后通过环形器后由天线辐射出去，进而实现阅读器模块和标签的交互。当标签收到天线辐射发出的信号后，标签会根据阅读器模块发送的命令返回相应的信号，在接收电子标签返回信号时，对接收主链路进行分时动态IQ正交解调，解调出来的I路差分信号或者Q路差分信号，经过滤波网络，通过差分信号放大器处理后由比较器整形送给ARM单片机解码，完成整个接收标签信号的过程。如图2所示，本实用新型的射频信号接收单元是由两个射频开关、90°移相网络、 0°直通网络、两个移相网络电桥及两个下混频器构成。在两个射频开关之间加上一个 90°的移相网络，和一个0°直通的网络。其中，90°移相网络中包括90°移相网络通道， 该90 °移相网络通道可由微带线、电感、电容分立元件组成，用于将接收到的标签信号相移 90°。移相网络电桥是采用专门的90°电桥，一端产生90°相移，一端为0°直通端。结合图2所示，当控制线“控制1”和“控制2”为低电平时，射频开关选通0°直通网路，接收到的标签信号与本地本振信号混频后输出的信号为正交信号的I路，其中I+和 Γ是差分的有利于抗干扰，具体算法公式如下I+路信号
Γ ArpCOS(ωκρ + θ)χ AloCOS(ωιο -90°)
=^ ArfAlo [cOS(aRFt + θ + mLOt - 90°) + COS{mRFt + θ-ωιο + 90α)}
LPF 1
=-ARFALOCOS(e + W)Γ路信号
I_: ArfCOS(coRFt + θ-90°)χ ALOCOS(aLOt)
=^ArfAlo[cOS(aRFt + θ-90°+ ωιο ) + COS{mRFt + 汐-90° -ωιο )}
LPF 1
=-ARFALOCOS(e-W)当控制线“控制1”和“控制2”为高电平时，开关选通90°相移网路，接收到标签信号相移90°，然后与本地本振信号进行混频，混频后输出的信号为正交信号的Q路，其中 Q+和Q-也是差分的，具体算法公式如下Q+路信号
Q+ ARFCOS{mRFt + θ-90°)χ AloCOS (o)LOt -90°)
=全 ArfAlo [cOS{mRFt + 汐-90° - mLOt + 90°) + COS{mRFt + 汐-90° - mLOt + 90°)]
LPF 1
=~ARPALOCOS(e)Q-路信号
Q-: ARFCOS(aRFt + ^-90°-90°)AloCOS(ioLOt)
=^ArfAlo[cOS(aRFt + Θ-900-90° + mLOt) + COS{mRFt + 汐-90° -90° -mLOt)}
LPF 1
=-ARFALOCOS(e-\W)上述公式中，ωKF是标签信号返回信号频率，是本振信号的频率，且等于ωκρ，θ是本振信号和标签返回信号的相位差，Akf和分别是标签返回信号和本振信号的幅度。若只是采用其中的一种接收方式(I路接收或Q路接收)，标签在个别的地方就会存在盲区，在θ刚好等于0°时，I路解调出来标签信号幅度正好为0，此时阅读器模块认为没有标签在覆盖范围内，即盲区出现了(该标签漏读)，若此时切换到Q路来解调，会发现θ =0°时是能够检测到标签信号，解调出幅度为ΑΚΡΧΑω/2，标签在同样一个位置上，使用不同的接收电路得到结果是不同的，只有将这两种接收方式结合在一起才可以有效地避免标签漏读的问题，即盲区问题。由上述分析可以得到，在保持单路接收的情况下，只增加一个相移网络就可以实现正交IQ解调，并且解调之后是差分输出，在工作的情况下，进行分时切换清点，有效的减小了阅读器模块的盲区。如图3所示，本实用新型的射频信号发送单元由锁相环、预放大器和功率放大器构成，锁相环由ARM单片机的控制，锁定输出902MHZ 928MHz之间的频点，输出的信号通过预放大器进入功率放大器，ARM单片机DAC (Digital to Analog Converter，数模转换器)输出的基带信号通过基带的处理，直接控制功率放大器的偏置管脚，形成移幅键控 (Amplitude Shift Keyed，简称为ASK)信号，通过环形器发送出去，此电路都是采用的独立元件搭建的，保证性能的前提下，极大简化了电路，降低了成本。此外，本实用新型的超高频阅读器模块各个单元采用分立元器件，设置在一个电路板上，各个单元已经极大的优化了电路，大幅缩小了板子的面积，仅保留RS232接口、电源供电接口和天线口，使用时接上天线和电源后，就可以完成对标签数据的读取了，所读数据通过RS232传到上位机。以上仅为本实用新型的优选实施案例而已，并不用于限制本实用新型，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
权利要求1.一种射频识别阅读器模块，其特征在于，包括通信控制单元、射频信号接收单元和射频信号发送单元，其中，所述射频信号接收单元进一步包括分时正交解调接收电路，所述分时正交解调接收电路用于，对接收主链路上接收到的电子标签信号进行分时IQ正交解调，并输出解调后的差分基带信号。
2.如权利要求1所述的射频识别阅读器模块，其特征在于，所述分时正交解调接收电路包括接收主链路上的0°直通网络和90°移相网络， 所述通信控制单元通过分时切换所述0°直通网络和90°移相网络，使在两个不同分时时解调出来的信号正交，从而实现分时IQ正交解调。
3.如权利要求2所述的射频识别阅读器模块，其特征在于， 所述90°移相网络包括射频开关和90°移相网络通道； 所述0°直通网络包括射频开关和0°通道；所述通信控制单元通过控制所述射频开关，选通所述90°移相网络或者选通所述0° 直通网络。
4.如权利要求3所述的射频识别阅读器模块，其特征在于， 所述90°移相网络通道由微带线、电感和电容组成。
5.如权利要求3所述的射频识别阅读器模块，其特征在于，所述分时正交解调接收电路还包括两个移相网络电桥和两个下混频器；所述90°移相网络和0°直通网络分别通过射频开关与所述两个移相网络电桥及下混频器相连；所述移相网络电桥的一端产生90°相移，另一端为0°直通端；所述下混频器用于将射频接收信号与本地本振信号混频，并输出差分的基带信号。
6.如权利要求1、2、3、4或5之任一项所述的射频识别阅读器模块，其特征在于， 所述射频信号接收单元还包括接收基带处理单元，所述接收基带处理单元进一步包括滤波网络、差分放大器和比较器；所述滤波网络、差分放大器和比较器分别用于，对下混频后的差分基带信号依次进行滤波、差分放大和比较器整形处理。
7.如权利要求6所述的射频识别阅读器模块，其特征在于，所述射频信号发送单元进一步包括锁相环、预放大器、功率放大器、环形器和天线； 所述射频信号发送单元用于，在发送射频信号时，将锁相环输出的本振信号经过预放大器进入功率放大器，再通过调制功率放大器的偏置管脚，产生移幅键控信号，通过环形器后由天线辐射出去。
专利摘要本实用新型公开了一种射频识别阅读器模块，包括通信控制单元、射频信号接收单元和射频信号发送单元，其中，射频信号接收单元进一步包括分时正交解调接收电路，分时正交解调接收电路用于，对接收主链路上接收到的电子标签信号进行分时IQ正交解调，并输出解调后的基带差分信号。本实用新型改进了电子标签信号接收解调方式，减少盲区，增大了覆盖范围，并压缩了器件占用的面积，大大降低了RFID手持阅读设备的成本。
文档编号G06K7/00GK202196417SQ201120167779
公开日2012年4月18日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者曹诚, 王永刚, 王芳, 王金龙, 贾旭峰 申请人:中兴通讯股份有限公司