射频信号监听设备的制作方法

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种射频信号监听设备。

背景技术：

特高频(ultrahighfrequency，uhf)射频识别(radiofrequencyidentification，rfid)系统一般由读写器、标签及应用层软件组成。其基本工作原理是：标签进入读写器辐射区域后，接收读写器发送的射频信号，依靠对射频信号检波供能并发送出存储在芯片中的信息(无源标签)，或者，由标签主动发送存储在芯片中的信息(有源标签)，读写器接收到标签信息后，将有效数据交给应用层软件处理。

在开发测试或者现场应用问题处理时，经常需要分析读写器与标签间的交互数据。对于标签发送的数据，一般可以经由读写器解析再通过人机接口显示。而标签由于封装集成度较高且没有外部接口，一般无法用来监视读写器端发送的数据。

使用信号分析仪并搭配rfid协议解析选件，可以直接捕获空间中的rfid射频信号。但是，信号分析仪一般体积重量较大不适于现场应用测试，且造价昂贵无法给现场测试人员大量配发。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种体积小、成本低的射频信号监听设备。

本发明提供一种射频信号监听设备，包括：天线、射频前端模块和处理模块，射频前端模块分别与天线和处理模块连接；其中，

天线，用于获取射频信号；

射频前端模块，用于将射频信号下变频为中频信号，并将中频信号解调为基带信号；

处理模块，用于对基带信号进行解码处理，并将解码后的基带信号发送给上位机。

在本发明的一实施例中，天线具体包括：介质基板、辐射单元、馈线和接地板；

辐射单元和馈线位于介质基板的上表面，接地板位于介质基板的下表面；

辐射单元包括多个平行微带线和多个垂直微带线，平行微带线与垂直微带线交替设置形成s形折叠结构；辐射单元末端通过垂直微带线与馈线电连接，且辐射单元末端的垂直微带线位于介质基板的中部。

在本发明的一实施例中，射频前端模块具体包括：本地振荡器、混频器和检波器，混频器的输入端分别与本地振荡器和天线连接，混频器的输出端与检波器连接；

本地振荡器，用于产生本地振荡信号；

混频器，用于将射频信号和本地振荡信号混频，以产生中频信号；

检波器，用于将中频信号解调为基带信号。

在本发明的一实施例中，射频前端模块还包括：射频带通滤波器和低噪声放大器，天线、射频带通滤波器、低噪声放大器和混频器依次连接；

射频带通滤波器，用于对射频信号进行滤波；

低噪声放大器，用于放大滤波后的射频信号。

在本发明的一实施例中，射频前端模块还包括：中频滤波器和基带处理电路；

中频滤波器连接在本地振荡器和检波器之间，用于对中频信号进行滤波；

基带处理电路与检波器连接，用于对基带信号进行滤波和门限判决处理。

在本发明的一实施例中，检波器为对数检波器。

在本发明的一实施例中，射频前端模块上设置有中频信号接口和基带信号接口；中频信号接口与中频滤波器连接，基带信号接口与基带处理电路连接。

在本发明的一实施例中，处理模块与本地振荡器连接，处理模块还用于控制本地振荡器产生的本地振荡信号的频率。

本发明实施例提供的射频信号监听设备，通过天线来获取射频信号，然后由射频前端模块将射频信号下变频为中频信号，并将中频信号解调为基带 信号，再由处理模块对基带信号进行解码处理，并将解码后的基带信号发送给上位机，从而实现了对rfid系统中射频信号的监听。本实施例提供的射频信号监听设备体积小、成本低，能够满足rfid领域研发人员、现场应用人员对于便携式协议测试设备的需求。

附图说明

图1为本发明提供的射频信号监听设备实施例一的结构示意图；

图2为图1中天线的结构示意图；

图3为本发明提供的射频信号监听设备实施例二的结构示意图，

图4为本发明提供的射频信号监听设备实施例三的结构示意图。

附图标记说明：

10-天线；20-射频前端模块；

30-处理模块；

11-介质基板；12-辐射单元；

13-馈线；14-接地板；

15-匹配电路；

121-平行微带线；122-垂直微带线；

21-本地振荡器；22-混频器；

23-检波器；24-射频带通滤波器；

25-低噪声放大器；26-中频滤波器；

27-基带处理电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的射频信号监听设备实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的射频信号监听设备包括：天线10、射频前端模块20 和处理模块30，射频前端模块20分别与天线10和处理模块30连接；其中，天线10，用于获取射频信号；射频前端模块20，用于将射频信号下变频为中频信号，并将中频信号解调为基带信号；处理模块30，用于对基带信号进行解码处理，并将解码后的基带信号发送给上位机。

具体的，天线10具有导行电磁波与辐射电磁波转换的功能，负责捕获空间中的电磁波信号(即射频信号)再传送给射频前端模块20。本实施例中使用调谐至845mhz至950mhz的单极子天线10，以减小设备体积。

射频前端模块20具体可以是一个一次变频的超外差接收机，负责将射频信号下变频至中频，并进一步解调为基带信号。

处理模块30具体可以是一个微控制单元(microcontrollerunit，mcu)或者其他微处理芯片，负责将基带信号进行双相间空号(bi-phasespacecoding，fm0)解码处理；如果解码后的基带信号中包含的基带数据符合rfid通信协议规定的数据格式，则将解码后的基带信号发送给上位机，其中，上位机提供有人机界面，可以对接收的基带信号进行分析。本实施例中，处理模块30优选采用stm32系列的mcu，以节约功耗和成本。另外，处理模块30还可以向射频前端模块20提供电源；处理模块30上可以设置有局域网(localareanetwork，lan)接口、rs232串行接口等，以实现与上位机连接。

本实施例提供的射频信号监听设备具体在使用时，将本设备置于rfid读写器辐射范围之内，通过rs232串行接口或者lan接口等与上位机连接。天线10则会持续监听捕获uhf频段内的无线电信号(即射频信号)然后发送给射频前端模块20；射频前端模块20对天线10捕获的射频信号下变频并解调为基带信号，并传送给处理模块30；处理模块30对基带信号进行解码处理，如果解码后的基带信号中包含的基带数据符合rfid通信协议格式，则将解码后的基带信号传送至上位机软件，从而实现了对rfid系统中射频信号的监听。本实施例中，天线10、射频前端模块20和处理模块30的体积都比较小，成本也比较低，相比现有的信号分析仪，本实施例中由天线10、射频前端模块20和处理模块30组成的射频信号监听设备体积小、成本低，能够满足rfid领域研发人员、现场应用人员对于便携式协议测试设备的需求。

本实施例提供的射频信号监听设备，通过天线来获取射频信号，然后由 射频前端模块将射频信号下变频为中频信号，并将中频信号解调为基带信号，再由处理模块对基带信号进行解码处理，并将解码后的基带信号发送给上位机，从而实现了对rfid系统中射频信号的监听。本实施例提供的射频信号监听设备体积小、成本低，能够满足rfid领域研发人员、现场应用人员对于便携式协议测试设备的需求。

图2为图1中天线的结构示意图，如图2所示，本实施例中，天线10具体包括：介质基板11、辐射单元12、馈线13和接地板14；辐射单元12和馈线13位于介质基板11的上表面，接地板14位于介质基板11的下表面；辐射单元12包括多个平行微带线121和多个垂直微带线122，平行微带线121与垂直微带线122交替设置形成s形折叠结构；辐射单元12末端通过垂直微带线122与馈线13电连接，且辐射单元12末端的垂直微带线122位于介质基板11的中部。

具体的，本实施例中，天线10为调谐至845mhz至950mhz的变形微带平面单极子天线，该天线具有方向性低、体积小的特点，有利于设备的小型化。天线10中各部件的尺寸可以根据实际需要设置，优选的，介质基板11的厚度为0.8mm，介电常数为4.3；辐射单元12的长度为150mm，宽度为2mm；馈线13的宽度为1mm，馈线13与接地板14之间的间隙为0.3mm。

辐射单元12中平行微带线121与垂直微带线122交替设置形成s形折叠结构，以节省空间，减小天线体积；辐射单元12具体包含的平行微带线121和垂直微带线122的个数可根据情况设置。本实施例中，优选的，平行微带线121和垂直微带线122均为4条，各平行微带线121和垂直微带线122总长为辐射单元12的长度，即150mm；靠近辐射单元12首端的3条平行微带线121的长度相等；靠近辐射单元12末端的最后一条平行微带线121的长度是位于辐射单元12首端的第一条平行微带线121的长度的一半；位于辐射单元12末端的垂直微带线122一端与最后一条平行微带线121连接，另一端与馈线13电连接，且位于介质基板11的中部。

另外，辐射单元12与馈线13之间可以连接有匹配电路15，该匹配电路15由电阻、电容或电感组成，以实现辐射单元12与馈线13之间的阻抗匹配。

图3为本发明提供的射频信号监听设备实施例二的结构示意图，本实施例是上述图1所示实施例中射频前端模块20的一种具体的电路结构。如图3所示，射频前端模块20具体包括：本地振荡器21、混频器22和检波器23，混频器22的输入端分别与本地振荡器21和天线10连接，混频器22的输出端与检波器23连接；本地振荡器21，用于产生本地振荡信号；混频器22，用于将射频信号和本地振荡信号混频，以产生中频信号；检波器23，用于将中频信号解调为基带信号。

具体的，本地振荡器21是超外差接收机的核心部件，用于产生本地振荡信号，可以采用集成了锁相环与压控振荡器的单片集成电路。本实施例中，本地振荡器21可以通过串行外设接口(serialperipheralinterface，spi)与处理模块30连接，以通过处理模块30控制更改本地振荡信号的频率，保证在不同射频信号频率的情况下，保持中频信号频率恒定。

混频器22可以采用双平衡混频器或单平衡混频器等结构，负责将射频信号与本地震荡信号混合，得到中频信号。本实施例中，优选的，混频器22采用双平衡混频器22，以提高设备性能。

检波器23可以采用对数检波器或均方根检波器等。本实施例中，优选的，检波器采用对数检波器，也称对数放大器，其由一系列级联的放大器组成，输出信号与输入信号呈对数函数关系，可以保证输入信号的功率变化很大时，仍能在输出端准确的检测出所需信号，即可以检测大动态范围的输入信号。在此用作幅移键控ask信号解调电路，以将中频信号解调为基带信号。

图4为本发明提供的射频信号监听设备实施例三的结构示意图，本实施例是对上述图3所示实施例中射频前端模块20的进一步优化。在上述图3所示实施例的基础上，如图4所示，本实施例中，射频前端模块20还包括：射频带通滤波器24和低噪声放大器25，天线10、射频带通滤波器24、低噪声放大器25和混频器22依次连接；射频带通滤波器24，用于对射频信号进行滤波；低噪声放大器25，用于放大滤波后的射频信号。

具体的，射频带通滤波器24可以采用低温共烧陶瓷(lowtemperatureco-firedceramic，ltcc)滤波器，通带在845mhz至950mhz，该滤波器具有插损小、体积小的特点，能有效滤除有效信号频带外干扰信号，防止低噪 声放大器25饱和。

低噪声放大器25具体可以采用现有的各种噪声放大器，其负责将射频信号放大。低噪声放大器25具有极低的噪声系数和适当的放大增益，是保证整个接收机系统信噪比的关键部件。

进一步的，射频前端模块20还可以包括：中频滤波器26和基带处理电路27；中频滤波器26连接在本地振荡器21和检波器23之间，用于对中频信号进行滤波；基带处理电路27与检波器23连接，用于对基带信号进行滤波和门限判决处理。

具体的，中频滤波器26可以采用中心频率为70mhz的声表滤波器，该滤波器具有过渡带陡峭、阻带衰减极大的特点，能有效滤除混频后泄露的本振频率以及混频中产生的其他无用信号，保持中频信号的纯净。

基带处理电路27由一系列的运算放大器电路组成，具有基带滤波、门限判决等功能，能够实现对基带信号的滤波，并将基带信号由模拟信号转换为数字信号。

可选的，本实施例中，射频前端模块20上可以设置有中频信号接口和基带信号接口；中频信号接口与中频滤波器26连接，基带信号接口与基带处理电路27连接。通过射频前端模块20上设置的中频信号接口和基带信号接口，本领域技术人员可以方便的使用外部仪器进行测试。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。