一种RFID读写器的无源自干扰抵消电路的制作方法

本实用新型涉及RFID技术领域，特别涉及一种RFID读写器的无源自干扰抵消电路。

背景技术：

超高频RFID(Radio Frequency Identification)是一种工作在840-960MHz的非接触式射频识别技术，其超高频(Ultra High Frequency,UHF)频段的RFID读写器是通过天线发射和接收射频信号，实现对标签的自动识别。

在无源标签的UHF RFID系统中，读写器通常采用单天线的收发结构，使用环形器或定向耦合器实现收发链路的相对隔离。在标签反向散射链路中，标签反射读写器发射的连续载波，完成与读写器的通信，读写器同时发射载波和接收标签信号。为了实现远距离的标签识别，UHF频段RFID读写器通过不断地增加功率放大器的发射功率，从而使标签在较远的距离下也能耦合到足够的能量，其返回的响应信号能传到RFID读写器。在此过程中，由于环形器或定向耦合器的隔离度和天线反射等多种因素会导致大量的载波信号进入接收链路，成为自干扰信号，与混频器的本振信号混频后产生直流分量和干扰信号，影响接收的灵敏度，从而影响UHF频段的RFID读写器的读取距离，导致接收性能下降。

技术实现要素：

为了克服现有无源超高频RFID技术存在的不足，本实用新型提供了一种RFID读写器的无源自干扰抵消电路，能够抵消耦合器的自干扰信号，使该读写器能在发射较高连续载波情况下有很好的接收灵敏度，所述技术方案如下：

本实用新型提供了一种RFID读写器的无源自干扰抵消电路，包括天线、发射链路耦合器、接收链路耦合器和无源自干扰抵消模块，所述天线与发射链路耦合器的直接端连接；

所述无源自干扰抵消模块通过发射链路耦合器的隔离端获取在发射链路发射连续载波信号时的耦合信号，所述无源自干扰抵消模块的输出端与所述接收链路耦合器的第一输入端连接，所述接收链路耦合器的第二输入端通过所述发射链路耦合器的耦合端获取自干扰信号，所述无源自干扰抵消模块用于对所述耦合信号的幅度和相位进行处理，使其与所述自干扰信号幅度一致且相位相反，所述接收链路耦合器的输出端将所述第一输入端与第二输入端的输入信号进行合成，并与接收链路连接。

进一步地，所述无源自干扰抵消模块包括正交移相器、第一移相器、第二移相器、第一数字衰减器、第二数字衰减器、合成器和数字自干扰抵消模块，所述正交移相器的输入端与发射链路耦合器的隔离端连接，所述数字自干扰抵消模块输出用于调节所述耦合信号相位和/或幅度大小的数字常数量；

所述正交移相器的输出端包括I路正交信号输出端和Q路正交信号输出端，所述I路正交信号输出端、第一移相器、第一数字衰减器顺序连接，所述Q路正交信号输出端、第二移相器、第二数字衰减器顺序连接，所述第一数字衰减器、第二数字衰减器分别与所述合成器的两个输入端连接，所述合成器的输出端与所述接收链路耦合器的第一输入端连接。

进一步地，所述数字自干扰抵消模块输出用于调节所述耦合信号相位和/或幅度大小的数字常数量包括：所述数字自干扰抵消模块产生的第一相移控制量输入第一移相器的控制端，所述数字自干扰抵消模块产生的第二相移控制量输入第二移相器的控制端。

进一步地，所述数字自干扰抵消模块输出用于调节所述耦合信号相位和/或幅度大小的数字常数量还包括：所述数字自干扰抵消模块产生的第一衰减控制量输入第一数字衰减器的控制端，所述数字自干扰抵消模块产生的第二衰减控制量输入第二数字衰减器的控制端。

进一步地，所述无源自干扰抵消模块还包括功率检测器，所述功率检测器的输入端与所述接收链路耦合器的输出端连接，所述功率检测器的输出端向所述数字自干扰抵消模块反馈信号。

进一步地，所述第一移相器使I路正交信号输出端输出的I路正交信号产生0°或180°的相位移动，所述第二移相器使Q路正交信号输出端输出的Q路正交信号产生0°或180°的相位移动。

进一步地，所述第一移相器包括第一巴伦、第一数字控制DPDT开关及第二巴伦，第一巴伦的非平衡端与I路正交信号输出端连接，第一巴伦的平衡端与第一数字控制DPDT开关的输入端连接，所述第一数字控制DPDT开关的输出端与第二巴伦的平衡端连接，所述第二巴伦的非平衡端与第一数字衰减器的输入端连接。

进一步地，所述第二移相器包括第三巴伦、第二数字控制DPDT开关及第四巴伦，第三巴伦的非平衡端与Q路正交信号输出端连接，第三巴伦的平衡端与第二数字控制DPDT开关的输入端连接，所述第二数字控制DPDT开关的输出端与第四巴伦的平衡端连接，所述第四巴伦的非平衡端与第二数字衰减器的输入端连接。

进一步地，所述发射链路上还设有功率放大器，所述功率放大器的输出端与发射链路耦合器的输入端连接。

进一步地，所述接收链路上还设有低噪声放大器，所述接收链路耦合器的输出端与所述低噪声放大器的输入端连接。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：

1)无源自干扰抵消模块设计结构简单，有效调节耦合信号的幅度和相位，使耦合信号与自干扰信号幅度一致且相位相反，实现抵消；

2)自干扰信号抵消后，发射链路可以通过功率放大器增加发射功率，接收链路通过低噪声放大器提高接收的灵敏度，从而实现RFID读写器在远距离UHF频段的读写。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的RFID读写器的无源自干扰抵消电路的电路原理示意图；

图2是本实用新型实施例提供的RFID读写器的无源自干扰抵消电路的具体实现示意图；

图3是本实用新型实施例提供的RFID读写器的无源自干扰抵消电路中第一移相器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的RFID读写器的无源自干扰抵消电路中第二移相器的结构示意图；

图5是现有技术中RFID读写器在发射连续载波时泄漏到接收端的示意图。

其中，附图标记包括：1-天线，2-功率放大器，3-发射链路耦合器，4-接收链路耦合器，5-低噪声放大器，6-无源自干扰抵消模块，61-正交移相器，62-第一移相器，621-第一巴伦，622-第一数字控制DPDT开关，623-第二巴伦，63-第二移相器，631-第三巴伦，632-第二数字控制DPDT开关，633-第四巴伦，64-第一数字衰减器，65-第二数字衰减器，66-合成器，67-数字自干扰抵消模块，68-功率检测器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图5所示，自干扰信号用A(t)cos[wc(t-td)+φ1(t)]表示，其中A(t)是自干扰信号的幅度，wc是自干扰信号的频率，td是自干扰信号相对载波信号的延时，φ1(t)是自干扰信号经过功率放大器(PA)放大、耦合器泄露过程及天线反射过程产生的相位变化量。混频器(mixer)的本振信号用B cos[wct+φ2(t)]表示，其中，B是本振信号的幅度，wc是本振信号的频率，φ2(t)是本振信号的相位噪声。

混频器之后处理的是低频信号，本振的二倍频信号会被滤掉，所以上式简化为：

该干扰信号除了导致读写器接收链路增益压缩外，其携带的噪声也会恶化接收机噪声基底，如不抑制射频自干扰信号将严重降低接收机灵敏度。对于远距离RFID读写器，可能天线接收到的标签返回信号与干扰信号相比更小，从而影响后续的解调与标签判决过程。故需要自干扰抵消技术来消除功率放大器发射连续载波时泄漏到接收端的信号。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种RFID读写器的无源自干扰抵消电路，参见图1，相对于图5中RFID读写器的经典结构，本实施例中增加了自干扰抵消电路，所述无源自干扰抵消电路包括天线1、发射链路耦合器3、接收链路耦合器4和无源自干扰抵消模块6，所述天线1与发射链路耦合器3的直接端连接；

所述无源自干扰抵消模块6通过发射链路耦合器3的隔离端获取在发射链路发射连续载波信号时的耦合信号，所述无源自干扰抵消模块6的输出端与所述接收链路耦合器4的第一输入端(图2中的IN1端)连接，所述接收链路耦合器4的第二输入端(图2中的IN2端)通过所述发射链路耦合器3的耦合端获取自干扰信号，所述无源自干扰抵消模块6用于对所述耦合信号的幅度和相位进行处理，使其与所述自干扰信号幅度一致且相位相反，所述接收链路耦合器4的输出端将所述第一输入端与第二输入端的输入信号进行合成，并与接收链路连接。由于耦合信号相对于接收端的自干扰信号都是通过耦合器获得的，因此两者包含同样的信息，将耦合信息的幅值信息调节成与自干扰信号幅值一致，将耦合信息的相位调节成与自干扰信号相反，则所述接收链路耦合器4将幅值一致、相位相反的两路信息合成，即实现抵消自干扰信号。

基于自干扰信号抵消技术，所述发射链路上还设有功率放大器2(PA)，所述功率放大器2的输出端与发射链路耦合器3的输入端连接；所述接收链路上还设有低噪声放大器5(LNA)，所述接收链路耦合器4的输出端与所述低噪声放大器5的输入端连接。利用自干扰抵消技术，低噪声放大器5处理的信号完全是由标签返回的信号，不存在接收端自干扰信号的阻塞现象。同时功率放大器2可以增加发射功率而不用担心会由于发射功率较大而泄漏到接收端的自干扰信号也较大，从而影响接收灵敏度。此外低噪声放大器5的加入也能增加接收链路前端的增益，提高接收链路的灵敏度。总之，在自干扰抵消的情况下，发射链路可以通过功率放大器2增加发射功率，接收链路通过低噪声放大器5提高接收的灵敏度，远距离UHF频段RFID读写器得以实现。

所述无源自干扰抵消模块6的具体结构参见图2，所述无源自干扰抵消模块6包括正交移相器61、第一移相器62、第二移相器63、第一数字衰减器64、第二数字衰减器65、合成器66和数字自干扰抵消模块67，所述正交移相器61的输入端与发射链路耦合器3的隔离端连接，所述数字自干扰抵消模块67输出用于调节所述耦合信号相位和/或幅度大小的数字常数量(A,B,C,D)，所述数字自干扰抵消模块67给定常数值A、B、C、D，使合成器的输出信号和接收端的自干扰信号的相位相反，幅度相同，使得合成器输出信号与接收端自干扰信号通过接收链路耦合器之后相互抵消。

所述正交移相器61的输出端包括I路正交信号输出端和Q路正交信号输出端，所述I路正交信号输出端、第一移相器62、第一数字衰减器64顺序连接，具体地，所述第一移相器62使I路正交信号输出端输出的I路正交信号产生0°或180°的相位移动；所述Q路正交信号输出端、第二移相器63、第二数字衰减器65顺序连接，具体地，所述第二移相器63使Q路正交信号输出端输出的Q路正交信号产生0°或180°的相位移动；所述第一数字衰减器64、第二数字衰减器65分别与所述合成器66的两个输入端连接，所述合成器66的输出端与所述接收链路耦合器4的第一输入端连接。

参见图2中所述数字自干扰抵消模块67输出的数字常数量：所述数字自干扰抵消模块67产生的第一相移控制量A输入第一移相器62的控制端，所述数字自干扰抵消模块67产生的第二相移控制量B输入第二移相器63的控制端；所述数字自干扰抵消模块67产生的第一衰减控制量C输入第一数字衰减器64的控制端，所述数字自干扰抵消模块67产生的第二衰减控制量D输入第二数字衰减器65的控制端。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述无源自干扰抵消模块6还包括功率检测器68，所述功率检测器68的输入端与所述接收链路耦合器4的输出端连接，所述功率检测器68的输出端向所述数字自干扰抵消模块67反馈信号。

所述无源自干扰抵消模块6中的第一移相器62和第二移相器63均为0°/180°移相器，两个移相器均包括两个巴伦和一个数字控制DPDT开关组成，其中0°/180°移相器的输入端为一个巴伦的非平衡端，将单端信号转换为差分信号，此巴伦的两个平衡端与数字控制DPDT开关的两个输入端相连，数字控制DPDT的两个输出端与另一个巴伦的两个平衡端相连，将差分信号转换为单端信号，此巴伦的非平衡端为0°/180°移相器的输出端，具体如下：

参见图3，所述第一移相器62包括第一巴伦621、第一数字控制DPDT开关622及第二巴伦623，第一巴伦621的非平衡端与I路正交信号输出端连接，第一巴伦621的平衡端与第一数字控制DPDT开关622的输入端连接，所述第一数字控制DPDT开关622的输出端与第二巴伦623的平衡端连接，所述第二巴伦623的非平衡端与第一数字衰减器64的输入端连接。

参见图4，所述第二移相器63包括第三巴伦631、第二数字控制DPDT开关632及第四巴伦633，第三巴伦631的非平衡端与Q路正交信号输出端连接，第三巴伦631的平衡端与第二数字控制DPDT开关632的输入端连接，所述第二数字控制DPDT开关632的输出端与第四巴伦633的平衡端连接，所述第四巴伦633的非平衡端与第二数字衰减器65的输入端连接。

本实用信息实施例提供的RFID读写器的无源自干扰抵消电路的工作原理如下：

RFID读写器处于接收状态下，功率放大器2的输出连续载波信号和天线的反射信号都会通过耦合器泄露到接收端，这是我们所需要消除的自干扰信号，记为：

LeakageSignal＝A1cos(ωct+θ1)

其中A1为泄露信号的幅度。

同时，通过发射链路耦合器3的隔离端取出连续载波信号的耦合信号，该信号先经过正交移相器，成为相互正交的I、Q两路信号；两路I、Q信号分别通过由数字自干扰抵消模块所产生的A、B信号控制的两个0°/180°移相器(I信号通过第一移相器62，Q信号通过第二移相器63)，产生0°或180°的相位移动，其主要作用是调节耦合信号的相位；通过0°/180°移相器后的信号，再分别通过由数字自干扰抵消模块67所产生的C、D信号控制的两个数字衰减器(第一数字衰减器64和第二数字衰减器65)，产生一定程度的衰减，其主要作用是调节耦合信号的幅度。原理如下：

其中：Processed Signal为发射链路耦合器隔离端取出的耦合信号通过无源自干扰网络之后形成的信号；A2为从发射链路耦合器隔离端取出的耦合信号的幅度；wc为从发射链路耦合器隔离端取出的耦合信号的频率；θ2为从发射链路耦合器隔离端取出的耦合信号的初相；φ1、φ2为耦合信号通过0°/180°移相器之后产生的相位移动，取值为0°或180°；a、b为耦合信号通过数字衰减器之后的幅度系数，取值范围在0～1之间。另有：

发射链路耦合器隔离端取出的耦合信号通过无源自干扰网络之后形成的信号,其幅度由数字自干扰抵消模块产生的控制信号C、D决定，其相位由数字自干扰抵消模块产生的控制信号A、B、C、D共同决定。如果A、B、C、D使得无源自干扰网络输出的信号与自干扰信号的幅度相同，相位相反，则两路信号经过接受链路耦合器合成后可以消除功率放大器发射连续载波时泄漏到接收端的信号。

计算的抵消后的信号平均功率：

其中约定如下：

C1＝Power1+Power2

C2＝2A1A3Power3cos(θ1)

C3＝2A1A3Power4sin(θ1)

从上述推导中可以看出功率反馈值与常数值a、b、φ1、φ2有对应关系，而常数值a、b、φ1、φ2由数字自干扰抵消模块产生的控制信号A、B、C、D决定，功率检测器在接收链路耦合器输出检测端抵消后的平均功率并将信息传给数字回拨抵消模块，数字自干扰抵消模块会不断的在控制信号A、B、C、D的数字信号位宽范围内调节A、B、C、D值，并记录在功率检测器反馈值最小时的A、B、C、D值并输出，以下是具体自干扰抵消数字算法实现的流程：

1)将自干扰抵消电路的输入信号记作S i gi n，其幅度记作Amp i n；输出信号记作S i gout，其幅度记作Ampout，其相位记作θout。定义幅度衰减系数初始化F＝1。

2)首先设定A、B的值，使θout位于第一象限。扫描C、D的值，使F为一个固定值，同时θout遍历0°至90°的区间，步进为1°，记录功率检测器的输出功率。

3)设定A、B的值，使θout位于第二象限。扫描C、D的值，使F为一个固定值，且与步骤1)中的F值相同，同时θout遍历90°至180°的区间，步进为1°，记录功率检测器的输出功率。

4)设定A、B的值，使θout位于第三象限。扫描C、D的值，使F为一个固定值，且与步骤1)中的F值相同，同时θout遍历180°至270°的区间，步进为1°，记录功率检测器的输出功率。

5)设定A、B的值，使θout位于第四象限。扫描C、D的值，使F为一个固定值，且与步骤1)中的F值相同，同时θout遍历270°至360°的区间，步进为1°，记录功率检测器的输出功率。

6)改变F的值(0≤F≤1)，使F逐渐递减，重复步骤2)至步骤5)。选定令功率检测器的输出功率最小的一组A、B、C、D作为自干扰抵消电路的控制信号。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型通过利用无源自干扰抵消技术，发射链路可以通过功率放大器增加发射功率，而不会由于自干扰信号使接收链路低噪声放大器及其后级电路饱和，也不会使天线接受的信号受到自干扰信号的明显恶化。接收链路通过低噪声放大器(LNA)提高接收的灵敏度，从而使远距离UHF频段RFID读写器得以实现。

利用自干扰抵消的网络模块能将泄漏到接收端的较高功率的信号抵消掉，这样接收链路可以添加低噪声放大器(LNA)，低噪声放大器的输入端的信号完全是天线接收到的标签返回信号，不会由于自干扰信号而进入饱和。在LNA帮助下能很好地增加接收链路的灵敏度，此外也可以不断地提高功率放大器的发射功率而不用担心连续载波信号会泄漏到接收端影响接收的灵敏度，从而实现了远距离UHF频段的RFID读写器。

本实用新型利用无源自干扰抵消模块对耦合信号的幅度和相位进行处理，使其与自干扰信号幅度一致且相位相反，实现RFID读写器的无源自干扰抵消。进而发射链路可以通过功率放大器增加发射功率，接收链路通过低噪声放大器提高接收的灵敏度，从而得以实现RFID读写器在远距离UHF频段的读写。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。