用于rfid设备的射频模块及其rfid设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于RFID设备的射频模块，其射频发送通道包括多个射频发送子通道，所述多个发送子通道由所述基带控制单元的不同端口得到基带信号并将其转换为射频信号，通过各自的定向耦合器控制其相位并传输到所述天线的各个天线单元；所述射频模块还包括多路输入一路输出的、用于取得不同天线单元接收的射频信号并输出的射频切换开关，所述射频切换开关的输入端与所述各射频发送子通道的定向耦合器连接，其输出端与所述射频接收通道的输入端连接。本实用新型还涉及一种RFID设备。实施本实用新型的用于RFID设备的射频模块及其RFID设备，具有以下有益效果：能够在复杂环境下提高读写器距离、能够提取和识别标签信号。
【专利说明】用于RF ID设备的射频模块及其RF ID设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及射频识别领域，更具体地说，涉及一种用于RFID设备的射频模块及其RFID设备。
【背景技术】
[0002]射频识别(RFID)在过去的10年中取得了飞速的发展。例如，在百货公司所有商品的包装箱上都应用了 RFID技术，从而减少了与库存流程相关的失误，降低人力成本；在高速公路上设立了 RFID的电子收费站，实现了高速公路的不停车收费等等。近几年，RFID的运用领域已经得到了较大的扩展，例如，用于军舰天线的管理、在公共交通、地铁、校园等领域的应用。可以预见的是，随着RFID技术的发展和成本的降低，RFID技术将会得到更快的发展。当然RFID技术也还存在不少的问题，如读卡器的读写距离限制、电子标签的冲突和读写速度等。对于RFID而言，在超高频和微波频段射频识别系统(RFID)信号，由于存在噪声干扰、相干多径和多标签存在的环境，在一些情况(通常是噪声较大、存在相干多径和多个标签冲突)下难以提取和辨识标签信号。为此，能够在复杂环境下提取和识别标签信号就变得较为重要。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在复杂环境下读写器距离受到限制、难以提取和识别标签信号的缺陷，提供一种能够在复杂环境下提高读写器距离、能够提取和识别标签信号的用于RFID设备的射频模块及其RFID设备。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种用于RFID设备的射频模块，所述射频模块连接在所述RFID设备的基带控制单元和天线之间，所述射频模块包括射频发送通道和射频接收通道，所述射频发送通道和所述射频接收通道分别连接在所述基带控制单元的不同端口和所述天线之间，所述天线为包括多个天线单元的天线阵列；所述射频发送通道包括多个用于发送相同频率、不同相位射频信号的射频发送子通道，所述多个射频发送子通道由所述基带控制单元的不同端口得到基带信号并将其转换为射频信号，通过各自的定向耦合器控制其相位并传输到所述天线的各个天线单元；所述射频模块还包括多路输入一路输出的、用于取得不同天线单元接收的射频信号并输出的射频切换开关，所述射频切换开关的输入端与所述各射频发送子通道的定向耦合器连接，其输出端与所述射频接收通道的输入端连接。
[0005]更进一步地，所述射频切换开关由所述基带控制单元输出的控制信号控制其输出端与输入端接通或断开顺序。
[0006]更进一步地，所述射频发送通道包括的射频发送子通道数量与所述天线单元数量一一对应，每个射频发送子通道通过一个定向耦合器连接到一个天线单元。
[0007]更进一步地，所述射频发送子通道包括数模转换模块、上变频模块、同源振荡器模块、低通滤波模块和功率放大模块；所述数模转换模块将所述基带控制单元输出的数字信号转换为模拟信号，并输送到所述上变频模块，所述上变频模块还接收所述同源振荡器模块输出的振荡信号并将所述数模转换模块输出的信号调制到所述振荡信号上；输送已调制的信号到所述低通滤波模块进行滤波；滤波后的信号输送到功率放大模块进行功率放大；功率放大模块输出信号到所述射频发送子通道的定向耦合器。
[0008]更进一步地，所述射频接收通道包括功率放大器、低通滤波器、下变频器和模数转换模块；所述功率放大器由所述射频切换开关的输出端得到射频信号，将其进行功率放大后输送到所述低通滤波器进行滤波；滤波后的信号通过下变频器进行下解调得到模拟信号，通过所述模数转换模块转换为数字信号并输送到所述基带控制单元。
[0009]更进一步地，所述每个射频发送子单元的数模转换模块分别通过并行总线与所述基带控制单元连接。
[0010]更进一步地，通过控制每个射频发送子通道连接的定向耦合器的参数，使得所述每个天线单元发送的射频信号的相位不同，进而得到所述天线发射的合成波束。
[0011]更进一步地，所述射频切换开关在所述基带控制单元输出控制信号的作用下，分别使其输出端依次与各天线单元对应的定向耦合器的连接的输入端口连接，并通过所述射频接收通道得到标签回波信号。
[0012]更进一步地，所述天线单元的数量为4个，所述射频发送子通道的数量为4个。
[0013]本实用新型还涉及一种RFID设备，包括用于发送和接收射频的射频模块，所述射频模块是上述任意一项所述的用于RFID设备的射频模块。
[0014]实施本实用新型的用于RFID设备的射频模块及其RFID设备，具有以下有益效果:由于在射频模块中存在射频发送通道和射频接收通道，而射频发送通道包括多个子通道，这些子通道分别连接在天线阵列的不同天线单元上，且通过与其连接的天线单元输出相位不同的射频信号合成天线输出的信号波束；同时，射频接收通道依次取得所述天线单元输出的、不同相位的射频信号，处理后得到标签的回波信号。所以，其能够在复杂环境下提高读写器距离、能够提取和识别标签信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型用于RFID设备的射频模块及其RFID设备实施例中射频模块的结构示意图；
[0016]图2是所述实施例中射频模块的逻辑框图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。
[0018]如图1所示，在本实用新型的用于RFID设备的射频模块及其RFID设备实施例中，该射频模块连接在RFID设备的基带控制单元I和天线3之间，该射频模块包括射频发送通道21和射频接收通道22，射频发送通道21和射频接收通道22分别连接在基带控制单元I的不同端口和天线3之间，天线3为包括多个天线单元的天线阵列；射频发送通道21包括多个用于发送相同频率、不同相位射频信号的发送子通道(见图1)，多个发送子通道由基带控制单元I的不同端口得到基带信号并将其转换为射频信号，通过各自连接的、不同的定向耦合器控制其相位(使得每个射频发送子通道的射频信号的相位不同)并传输到天线3的各个天线单元；射频模块还包括多路输入一路输出的、用于取得不同天线单元接收的射频信号并输出的射频切换开关23，射频切换开关23的输入端与各射频发送子通道的定向耦合器连接，其输出端与射频接收通道22的输入端连接。这样的结构使得该射频模块可以通过控制上述定向耦合器的参数，进而调节个天线单元发出的射频信号，使得整个天线3发出的电磁波可以被调节为希望得到的波束形状，改进读写器的传输距离。同样，接收时也是这样，通过渠道不同天线单元感应到的电磁波，并对其进行处理，可以在存在噪声干扰、相干多径和多标签的环境，提取和辨识标签信号。
[0019]在本实施例中，射频切换开关23由基带控制单元I输出的控制信号控制其输出端与输入端接通或断开顺序。也就是说，该射频切换开关23有输入控制信号的控制端，且该端口与基带控制单元I连接(请参见图1)。此外，在本实施例中，射频发送通道21包括的(或具有的)射频发送子通道数量与天线单元数量一一对应，每个射频发送子通道通过一个定向耦合器(不同的射频发送子通道通过不同的定向耦合器)连接到一个天线单元；(通常是基带控制单元I)通过控制每个射频发送子通道连接的定向耦合器的参数，使得每个天线单元发送的射频信号的相位不同，进而得到整个天线发射的合成波束。
[0020]在接收标签发出的信号时，射频切换开关23在基带控制单元I输出控制信号的作用下，分别使其输出端依次与各天线单元对应的定向耦合器的连接的输入端口连接(即依次取得各天线单元感应而得的射频信号)，并通过射频接收通道22，经过处理运算，得到标签回波信号。
[0021]请参见图2，图2示出了本实施例中的一种情况，在图2中，上述天线单元和射频发送子通道均为4个(参见图2中部上方的4个信号通道)，天线单元和射频发送子通道一一对应，即一个射频发送子通道通过一个定向耦合器连接在一个天线单元上。在图2中，每个射频发送子通道包括数模转换模块(DAC)、上变频模块、同源振荡器模块(L0)、低通滤波模块(LPC)和功率放大模块(功率放大器)；数模转换模块将基带控制单元I输出的数字信号转换为模拟信号，并输送到上变频模块，上变频模块还接收同源振荡器模块输出的振荡信号并将数模转换模块输出的信号调制到振荡信号上；输送已调制的信号到低通滤波模块进行滤波；滤波后的信号输送到功率放大模块进行功率放大；功率放大模块输出信号到射频发送子通道的定向耦合器。在本实施例中，上述每个射频送子单元的数模转换模块分别通过并行总线与基带控制单元I连接。
[0022]射频接收通道22包括功率放大器、低通滤波器、下变频器和模数转换模块；功率放大器由射频切换开关23的输出端得到射频信号，将其进行功率放大后输送到低通滤波器进行滤波；滤波后的信号通过下变频器进行下解调得到模拟信号，通过模数转换模块转换为数字信号并输送到基带控制单元进行处理。
[0023]总之，在图2中，由顺序连接的1x4天线阵、射频模块这两部分组成，1x4天线阵用来向目标辐射和接收高频电磁波，射频模块完成信号的混频、解调及放大，基带信号编解码。1x4天线阵同时发射波束，进而合成具有较窄主瓣宽度的波束；射频模块在与1x4路天线阵同时收发信息，并进行4路信号的相位控制进而完成4路天线阵的相位合成，并且完成标签信息的处理及与上位机的通讯整个系统通过协议处理和信息的传递来完成系统任务。
[0024]对于射频模块的射频发送通道而言，其包括4路数模转换电路(DAC)电路，DAC电路采用并行总线模式，量化精度为12bit，转换速率为125Mbps，每路DAC完成2路独立的1、Q调制，其后端连接的上变频模块以及与上变频模块相连的同源振荡器电路对DAC电路输出的数字信号进行调制，之后通过低通滤波模块(LFP)滤波后进入功率放大模块进行放大，通过定向耦合器对四路信号进行相位控制、合成调制信号的固定相位差，进而控制天线发射波束形成合成波束。
[0025]对于射频模块的射频接收通道而言，其采用12bit精度的模数转换器(ADC)芯片MAX19712，通过与其相连的切换完成1x4天线阵接收的4路回波标签信号处理。经过切换开关选择的一路射频信号首先经过前端功率放大器和低通滤波器进行模拟预处理后送入下变频电路进行解调，变换为适合于A/D采样的宽带中频信号，该宽带中频信号在模数转换器(ADC)中对宽带数字中频内某一感兴趣的信号(对应于射频上的其中一个信道)进行数字正交和采样率变换，变换为与信号带宽相适应的低采样率的基带正交(I/Q)数字信号，这4路I/Q基带数据经过射频接收通路得到所需的标签回波信号。
[0026]本发明还涉及一种RFID设备，一般来讲，RFID设备是RFID读写器或带有RFID读写器模块的设备。在本实施例中涉及的RFID设备中，具有RFID射频模块，该RFID射频模块是上述的RFID射频模块。
[0027]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种用于RFID设备的射频模块，所述射频模块连接在所述RFID设备的基带控制单元和天线之间，所述射频模块包括射频发送通道和射频接收通道，所述射频发送通道和所述射频接收通道分别连接在所述基带控制单元的不同端口和所述天线之间，其特征在于，所述天线为包括多个天线单元的天线阵列；所述射频发送通道包括多个用于发送相同频率、不同相位射频信号的射频发送子通道，所述多个射频发送子通道由所述基带控制单元的不同端口得到基带信号并将其转换为射频信号，通过各自的定向耦合器控制其相位并传输到所述天线的各个天线单元；所述射频模块还包括多路输入一路输出的、用于取得不同天线单元接收的射频信号并输出的射频切换开关，所述射频切换开关的输入端与所述各射频发送子通道的定向耦合器连接，其输出端与所述射频接收通道的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的用于RFID设备的射频模块，其特征在于，所述射频切换开关由所述基带控制单元输出的控制信号控制其输出端与输入端接通或断开顺序。
3.根据权利要求2所述的用于RFID设备的射频模块，其特征在于，所述射频发送通道包括的射频发送子通道数量与所述天线单元数量一一对应，每个射频发送子通道通过一个定向I禹合器连接到一个天线单元。
4.根据权利要求3所述的用于RFID设备的射频模块，其特征在于，所述射频发送子通道包括数模转换模块、上变频模块、同源振荡器模块、低通滤波模块和功率放大模块；所述数模转换模块将所述基带控制单元输出的数字信号转换为模拟信号，并输送到所述上变频模块，所述上变频模块还接收所述同源振荡器模块输出的振荡信号并将所述数模转换模块输出的信号调制到所述振荡信号上；输送已调制的信号到所述低通滤波模块进行滤波；滤波后的信号输送到功率放大模块进行功率放大；功率放大模块输出信号到所述射频发送子通道的定向耦合器。
5.根据权利要求4所述的用于RFID设备的射频模块，其特征在于，所述射频接收通道包括功率放大器、低通滤波器、下变频器和模数转换模块；所述功率放大器由所述射频切换开关的输出端得到射频信号，将其进行功率放大后输送到所述低通滤波器进行滤波；滤波后的信号通过下变频器进行下解调得到模拟信号，通过所述模数转换模块转换为数字信号并输送到所述基带控制单元。
6.根据权利要求5所述的用于RFID设备的射频模块，其特征在于，所述每个射频发送子单元的数模转换模块分别通过并行总线与所述基带控制单元连接。
7.根据权利要求6所述的用于RFID设备的射频模块，其特征在于，通过控制每个射频发送子通道连接的定向耦合器的参数，使得所述每个天线单元发送的射频信号的相位不同，进而得到所述天线发射的合成波束。
8.根据权利要求7所述的用于RFID设备的射频模块，其特征在于，所述射频切换开关在所述基带控制单元输出控制信号的作用下，分别使其输出端依次与各天线单元对应的定向耦合器的连接的输入端口连接，并通过所述射频接收通道得到标签回波信号。
9.根据权利要求8所述的用于RFID设备的射频模块，其特征在于，所述天线单元的数量为4个，所述射频发送子通道的数量为4个。
10.一种RFID设备，包括用于发送和接收射频的射频模块，其特征在于，所述射频模块是如权利要求1-9任意一项所述的用于RFID设备的射频模块。
【文档编号】G06K17/00GK203630795SQ201320830010
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】关庆阳, 刘春江, 王炜 申请人:深圳市远望谷信息技术股份有限公司