射频识别发射功率控制方法及装置与流程

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种射频识别发射功率控制方法及装置。

背景技术：

决定超高频射频识别读写器作用距离的因素主要有两个关键指标，分别是接收灵敏度和发射功率。根据电磁波自由空间的传播特性，射频识别读写器覆盖区的场强能量与其到射频识别读写器的距离呈指数下降的关系，理论上讲，作用距离每增加1倍，场强能量下降6dB。射频识别读写器发射功率的大小决定了其所能触发射频识别电子标签反向散射信号的作用距离，当射频识别读写器作用距离较大时，发射功率对其作用距离的影响就特别明显，往往1dB的发射功率误差会使得作用距离相差数米。为了使得射频识别读写器具备批量的一致性，必须实现其发射功率的精确控制。

此外，我国超高频射频识别的划分频段为840-845MHz和920-925MHz，这两个频段周围的频谱资源非常拥挤，相关部门对射频识别读写器的发射功率也做了严格的规定。为了使得射频识别读写器具备最佳的性能，其最大发射功率必须无限趋近于相关规定的要求，因此必须严格并精确控制其最大发射功率。

然而，现有的射频识别读写器多采用功率粗调的方式，可以实现功率的连续步进，但无法实现功率的精确控制，主要有以下几种方式：1.发射功率初始确定，发射功率为某一固定值，无法配置发射功率，这种方式无法实现射频识别读写器的灵活应用；2.通过控制功率放大器的增益，这种方式受制于电路中器件的不一致性，只能实现输出功率大小的调整，无法实现射频识别读写器的精确控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种射频识别发射功率控制方法及装置，解决了现有技术中射频识别读写器中的发射功率控制精确度不高，易受周围环境的影响。

为了解决上述技术问题，本发明的一种射频识别发射功率控制方法，通过调整正交调制器的I路调制信号、Q路调制信号的输入及通过调整可调衰减器的控制信号以实现天线辐射的发射信号功率的调整，所述方法包括如下循环调整步骤：

检测发射信号的功率；

比较发射信号的功率与设定功率值之间的差值；

在所述差值的绝对值小于设定阈值时，停止调整；在所述差值大于零时，通过调整增大可调衰减器的衰减值和/或减小正交调制器的I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度；在所述差值小于零时，通过调整减小可调衰减器的衰减值和/或增大正交调制器的I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度。

作为本发明上述射频识别发射功率控制方法的进一步改进，所述检测发射信号的功率通过耦合一路发射信号并传输给对数检波器实现。

作为本发明上述射频识别发射功率控制方法的进一步改进，通过耦合一路发射信号并传输给对数检波器所获得的信号功率值乘以特定的补偿系数以确定发射信号的功率。

作为本发明上述射频识别发射功率控制方法的进一步改进，在所述差值的绝对值大于预定值时，步进调整可调衰减器的控制信号；在所述差值的绝对值小于预定值时，调整正交调制器的I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度。

作为本发明上述射频识别发射功率控制方法的进一步改进，在特定周期内触发所述循环调整步骤或通过后台发起触发所述循环调整步骤。

为了解决上述技术问题，本发明的一种射频识别发射功率控制装置，包括如下循环调整模块：

检测单元，用于检测发射信号的功率；

比较单元，用于比较发射信号的功率与设定功率值之间的差值；

调整单元，用于在所述差值的绝对值小于设定阈值时，停止调整；在所述差值大于零时，通过调整增大可调衰减器的衰减值和/或减小所述I路调制信号、Q路调制信号的幅度；在所述差值小于零时，通过调整减小可调衰减器的衰减值和/或增大所述I路调制信号、Q路调制信号的幅度。

作为本发明上述射频识别发射功率控制装置的进一步改进，所述检测发射信号的功率通过耦合一路发射信号并传输给对数检波器实现。

作为本发明上述射频识别发射功率控制装置的进一步改进，通过耦合一路发射信号并传输给对数检波器所获得的信号功率值乘以特定的补偿系数以确定发射信号的功率。

作为本发明上述射频识别发射功率控制装置的进一步改进，所述调整单元具体还包括：在所述差值的绝对值大于预定值时，步进调整可调衰减器的控制信号；在所述差值的绝对值小于预定值时，调整正交调制器的 I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度。

作为本发明上述射频识别发射功率控制装置的进一步改进，所述装置还包括触发单元，用于在特定周期内触发所述循环调整模块或通过后台发起触发所述循环调整模块。

与现有技术相比，本发明通过环路检测的方式判断发射功率是否调整到位，再利用可调衰减器粗调和正交调制器细调相结合的方式实现功率的精确调整，调整精度可达±0.1dB，产品的输出功率批量一致性较好。本发明可以提高射频识别读写器的发射功率控制的精确度，调整方便易于实现，且不受外界环境的影响。

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发射功率控制方法流程图。

图3为本发明一实施方式中射频识别发射功率控制装置模块图。

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50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。耦合器90具体地可以为微带线，微带线的一端连接环形器70的第三端73，微带线的另一端连接负载92，在微带线上并联设置有耦合电阻连接对数检波器60的第二输入端。需要说明的是，耦合器91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或上述平行微带线的实施方式等其他功率耦合电路代替。

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。

如上所述实施方式对应的电路中，通过调整正交调制器的I路调制信号、Q路调制信号的输入及通过调整可调衰减器的控制信号以实现天线辐射的发射信号功率的调整，但本发明的射频识别发射功率控制方法所实施的电路并不以上述电路所指的实施方式为限。射频识别读写器开始工作时，初始化I路调制信号、Q路调制信号，初始设置是达到所需要的发射信号功率的参考配置，因为根据外界环境的不同，不可能直接就能达到理想功率，同时随着外界环境的变化，发射信号的功率也要能够保持稳定。

如图2所示，本发明一实施方式中射频识别发射功率控制方法。射频识别发射功率控制方法包括如下循环调整步骤：

步骤S1、检测发射信号的功率。发射信号的功率是指射频识别读写器通过天线辐射到外部的射频信号功率。在实际的应用中，发射信号的功率太低，就会影响到覆盖的范围，可能较远距离的射频识别电子标签就不会被识别到，功率太大又会影响到其他设备，违反了通信标准的规定。因此，需要先检测到发射信号的功率，优选地，参照上述实施方式中的电路，通过耦合器耦合一路发射信号并传输给对数检波器，通过对数检波器对发射信号的幅度信息线性地转变为电压信号，然后处理器通过模数转换器获得具体功率。如图1所示，耦合器的位置不同，导致耦合器50到天线82的走向与耦合器50到对数检波器60的走向也是不同，因此衰减也不同，但是耦合器50到天线82的衰减是线性的，耦合器50到对数检波器60的衰减也是线性，所以通过对数检波器60获得的功率值与天线实际发射的功率值具有一定线性关系，在优选的实施方式中，通过耦合一路发射信号并传输给对数检波器所获得的信号功率值乘以特定的补偿系数以确定发射信号的功率。上述的特定的补偿系数是一个固定值，因为电路是确定的，线性关系不受环境的变化，所以补偿系数是事先确定的一个固定值，可以存储在存储单元中，在确定发射信号的功率时直接调用。

步骤S2、比较发射信号的功率与设定功率值之间的差值，设定功率值是实际需要达到的功率，可以根据通信标准规定事先确定的一个最大值。步骤S1检测到的发射信号的功率与设定功率值进行比较，如果偏大，说明功率过高已经违反通信标准的规定了，如果偏小，说明天线辐射的射频信号覆盖范围变小。

步骤S3、在所述差值的绝对值小于设定阈值时，停止调整；根据差值的大小确定具体的调整方式。具体地，在所述差值的绝对值小于设定阈值时，停止调整；在所述差值大于零时，通过调整增大可调衰减器的衰减值和/或减小正交调制器的I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度；在所述差值小于零时，通过调整减小可调衰减器的衰减值和/或增大正交调制器的I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度。

在所述差值的绝对值小于设定阈值时，说明发射信号的功率已经调整到位，此时就可以停止调整，不需要再循环调整了。由于电路本身的局限性，发射信号的功率有时可能不会完全能调整到设定功率值，可以在设定功率值的上下设定一个可接受的容限范围，这个容限范围的边界就是上述的设定阈值，当发射信号的功率处于这个容限范围内，即趋近于设定功率值时，也可以确定为所述差值约等于零。

在所述差值大于零时，说明发射信号的功率大于设定功率值，此时应该调低发射信号的功率，在本实施方式中，通过调整增大可调衰减器的衰减值和/或减小正交调制器的I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度，以数字可调衰减器为例，增大衰减值可以通过步进增加控制信号，使导通的衰减模块的总衰减值增大。在所述差值小于零是，说明发射信号的功率小于设定功率值，发射信号的功率还有调高的空间，在本实施方式中，通过调整减小可调衰减器的衰减值和/或增大正交调制器的I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度。

在优选的实施方式中，正交调制器和可调衰减器调整发射信号的功率的方式和原理都不一样，可调衰减器的输出功率可以在大范围进行调整，一般调整范围可达31.5dB，且调整方便，适合粗调。而正交调制器可以实现更加精细化的调整。在所述差值的绝对值大于预定值时，预定值可以是可调衰减器的最小精度，每个步进调整所能达到的最小功率调整差，步进调整可调衰减器的控制信号，如上所述，如果大于零，步进增大衰减值，如果小于零，步进减小衰减值。在所述差值的绝对值小于预定值是，通过调整 I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度来调整正交调制器的输出功率。

因为当发射功率已经调整到位以后，还会出现环境的变化，这样会使发射功率重新发生了变化，因此可以通过在特定周期内再次触发上述循环调整步骤或者后台发起触发上述循环调整步骤，使发射功率再次进入调整阶段，使发射功率再次调整到合适稳定的位置。

如图3所示，本发明一实施方式中射频识别发射功率控制装置。射频识别发射功率控制装置包括如下循环调整模块：检测单元E1、比较单元E2、调整单元E3。

检测单元E1用于检测发射信号的功率。优选地，检测发射信号的功率通过耦合一路发射信号并传输给对数检波器实现。因为耦合信号与天线输出的发射功率呈线性关系，通过耦合一路发射信号并传输给对数检波器所获得的信号功率值乘以特定的补偿系数以确定发射信号的功率。

比较单元E2用于比较发射信号的功率与设定功率值之间的差值，设定功率值是实际需要达到的功率，可以根据通信标准规定事先确定的一个最大值。

调整单元E3用于在所述差值的绝对值小于设定阈值时，停止调整。设定阈值是指发射信号通过调整可以达到设定功率值上下的误差，其值的确定可以事先设定好的。在所述差值大于零时，通过调整增大可调衰减器的衰减值和/或减小所述I路调制信号、Q路调制信号的幅度；在所述差值小于零时，通过调整减小可调衰减器的衰减值和/或增大所述I路调制信号、Q路调制信号的幅度。在优选的实施方式中，调整单元E3具体还包括：在所述差值的绝对值大于预定值时，步进调整可调衰减器的控制信号；在所述差值的绝对值小于预定值时，调整正交调制器的 I路调制信号、Q路调制信号输入的幅度。预定值也是事先可以确定好的，可以是可调衰减器的最小精度。

为了保证在环境变化的情况下始终保持发射功率在一个合理的指标下，射频识别发射功率控制装置还包括触发单元，用于在特定周期内触发上述循环调整模块或通过后台发起触发上述循环调整模块。具体实施方式可以参照射频识别发射功率控制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，本发明通过环路检测的方式判断发射功率是否调整到位，再利用可调衰减器的粗调和正交调制器的细调相结合的方式实现功率的精确调整，调整精度可达±0.1dB，产品的输出功率批量一致性较好。本发明可以提高射频识别读写器的发射功率控制的精确度，调整方便易于实现，且不受外界环境的影响。

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。