Приемно-передающее устройство rfid считывателя

Изобретение относится к радиотехническим средствам приема и передачи сигналов, в частности к RFID-считывателям систем распознавания объектов. Техническим результатом является повышение чувствительности приемного канала приемно-передающего тракта считывателя за счет введенного устройства компенсации, осуществляющего компенсацию паразитного отраженного излучения в приемном канале считывателя. Предложен считыватель системы идентификации объектов. Считыватель содержит приемно-передающую антенну, циркулятор, первый и второй направленные ответвители, усилитель мощности, генератор высокочастотного (ВЧ) сигнала, смеситель. А также в приемный канал считывателя введено устройство компенсации. Устройство компенсации содержит векторный модулятор, управляющий микроконтроллер, сумматор ВЧ сигналов, третий ответвитель и выпрямитель. 2 ил.

 

Изобретение относится к приемно-передающим радиотехническим устройствам гомодинного типа, в частности к считывателям систем радиочастотной идентификации (Radio Frequency Identification-RFID) объектов средствами облучения радиоответчиков в виде меток с идентификационным кодом объекта и декодирования отраженного от метки излучения, модулированного этим кодом. Известны гомодинные приемопередатчики и считыватели систем опроса RFID меток и распознавания их кода идентификации объекта (патент США 4739328, кл. G01S 13/00, НКИ 342/44, 342/51, 1988, патент США 4636, кл. G01 S13/00, 342/16, 341/145, 191, Патент США 4999636, G01S 13/00, 342/90, 342/16, 341/145, 1991, патент РФ 2068183, кл. G01S 13/00, 1993, патент РФ 2276796, кл. G01S 13/75, 2006) Во всех перечисленных изобретениях, принятых за аналоги, и в патенте РФ 2222030, кл. G01S 13/82, 2004, принятом за прототип, приемно-передающий тракт считывающего устройства содержит ВЧ-генератор, линию передачи, направленные ответвители, усилитель мощности, циркулятор, приемно-передающую антенну, смесители, возможен модулятор. При этом приемно-передающий тракт формируется по схеме: генератор ВЧ-излучения через прямой канал направленного ответвителя напрямую или через модулятор и усилитель мощности ВЧ-сигнала подключается каналом передачи ВЧ-сигнала циркулятора к антенному входу, а выходом канала передачи сигнала антенны циркулятор подключен в канал приема ВЧ-сигнала антенны к сигнальному входу смесителя, вход опорного сигнала которого подключен через ответвленный канал направленного ответвителя к генератору ВЧ-сигнала.

Как правило, такие устройства характеризуются невысокими уровнями мощности излучения (единицы Ватт) и достаточно большим перепадом дистанции фиксации RFID-метки. Эти считыватели должны обладать высокой чувствительностью приемного канала, особенно при фиксации меток на подвижных объектах, поэтому в считывателе применяются антенны, индивидуально разработанные под характеристики его приемно-передающего тракта с малым результирующим КСВН (1,1-4,2). Однако в условиях дистанционной эксплуатации, например при работе считывателя в системе автоматической идентификации подвижных средств железнодорожного или автомобильного транспорта, замена антенны или переход на новую частоту излучения могут вызвать существенное ухудшение качества приема отраженного излучения из-за возникшего рассогласования параметров антенны с приемно-передающим трактом считывателя. Существующие методы согласования антенны аппаратными средствами перестраиваемых LC-элементов, шлейфами линии, четвертьволновыми трансформаторами (1, 2) мало пригодны в указанных ситуациях дистанционной работы считывателя. При этом все эти устройства не исключают влияния попадающего из канала передатчика излучения в канал приемника через элементы сочленения каналов, например через циркулятор, имеющий конечные значения внутренней развязки каналов передачи и приема сигналов. Например, при циркуляторе с развязкой каналов в 20 дБ и уровне излучения передатчика в 1 Вт излучение от передатчика в канале приемника составит 10 мВ.

Предлагаемое изобретение призвано решить задачу сохранения высокой чувствительности канала приемника считывателя в указанных условиях его работы.

Технический результат достигается тем, что считыватель системы идентификации объектов, содержащий приемно-передающую антенну, связанную через циркулятор с каналами приема и передачи сигналов, усилитель мощности, вход которого через прямой канал первого направленного ответвителя подключен к генератору высокочастотного (ВЧ) сигнала, а выход ответвленного канала первого направленного ответвителя соединен с опорным входом смесителя, сигнальный вход которого предназначен для восприятия сигнала, поступающего с антенны в канал приема сигналов, отличающийся тем, что в канал передачи сигналов введен второй направленный ответвитель, в приемный канал считывателя введено устройство компенсации, содержащее векторный модулятор, управляющий микроконтроллер, сумматор ВЧ-сигналов, третий направленный ответвитель и выпрямитель, при этом выход усилителя мощности подключен к циркулятору через прямой канал второго направленного ответвителя, выход ответвленного канала которого подключен к входу синфазного канала и входу канала сдвига фазы на 900 векторного модулятора, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к циркулятору, а выход сумматора подключен к входу прямого канала третьего направленного ответвителя, выход которого подключен к сигнальному входу смесителя, а выход ответвленного канала третьего направленного ответвителя подключен к входу выпрямителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя управляющего микроконтроллера, цифро аналоговые выходы которого подключены к входам управления фазой и амплитудой выходного сигнала векторного модулятора.

На рис.1 показана схема считывателя системы идентификации объекта (RFID-считывателя). На рис.2 показана схема векторного модулятора.

Считыватель содержит следующие устройства.

1 - приемно-передающая антенна,

2 - циркулятор,

3 - второй направленный ответвитель,

4 - усилитель мощности,

5 - первый направленный ответвитель,

6 - генератор ВЧ-излучения,

7 - векторный модулятор,

8 - сумматор ВЧ-сигналов,

9 - третий направленный ответвитель,

10 - смеситель,

11 - управляющий микроконтроллер,

12 - выпрямитель.

При этом усилитель мощности 4 подключается к циркулятору 2 через прямой канал второго направленного ответвителя 3, ответвленный канал которого подключается на вход синфазного канала и канала сдвига сигнала на 90° векторного модулятора 7, выход которого подключен на первый вход сумматора 8, второй вход которого включен на обратный выход циркулятора 2, передающий сигнал с антенны, а выход сумматора подключен к входу прямого канала третьего направленного ответвителя, выход которого подключен к сигнальному входу смесителя, вход опорного сигнала которого подключен на ответвляющий выход первого направленного ответвителя канала передатчика, а выход ответвленного канала третьего направленного ответвителя подключен к выпрямителю сигналов, выход которого подключен на вход аналого-цифрового преобразователя контроллера, цифроаналоговые выходы которого подключены к входам векторного модулятора управления фазой и амплитудой выходного сигнала векторного модулятора,

При этом контроллер первоначально выставляет максимальные уставки на входы управления векторного модулятора, а получив сигнал с выхода выпрямителя контроллер принимает его за опорное значение и перебором значений уставок сводит сигнал выпрямителя к нулевому значению.

Эффект компенсации внутренних помех приемно-передающего тракта в устройстве компенсации осуществляется следующим образом.

Представим входной сигнал генератора в устройство компенсации в виде V(t)=Acos(ωt+φ).

Этот сигнал можно представить в виде действительной части комплексного сигнала Z(t), дополнив его квадратурной составляющей и воспользовавшись формулой Эйлера связи тригонометрических и комплексных чисел.

Z(t)=A(cos(ωt+φ)+isin(ωt+φ))=Ae^i(ωt+φ)=A^eiφe^iωt=(I+iQ)(cos ωt+isin ωt)=(Icosωt-Qsin ωt)+i(Isin ωt+Qcos ωt), где I=Acosφ, Q=Asinφ

Таким образом, сигнал несущей частоты можно представить в виде

V(t)=Icos ωt-Qsin ωt=Icos ωt+Qcos(ωt+π/2), где I, Q - коэффициенты, влияющие на фазу и амплитуду сигнала несущей в структурной схеме векторного(квадратурного) модулятора Рис.2

Меняя значениями коэффициентов I и Q амплитуду и фазу выходного сигнала векторного модулятора можно обеспечить сигнал компенсирующий ложное излучение при последующем суммировании на сумматоре.

Эксперименты, проведенные с антеннами разных конструкций и с КСВН от 1,09 до 1,8, подтвердили эффективность подавления возникающих паразитных сигналов в приемно-передающем тракте считывателя.

Данная структура считывателя обеспечивает механизм компенсации паразитных сигналов в приемном тракта считывателя и в дистанционном режиме эксплуатации средствами удаленного программного управления работой устройства компенсации в моменты отсутствия RFID-метки.

В качестве векторного модулятора может применяться микросхема HMC630LP3, обеспечивающая 100-кратное изменение амплитуды и до 360° изменение фазы выходного сигнала.

Для реализации предлагаемого устройства может применяться в качестве циркулятора - циркулятор ФЦП 2-7 на 867МГц, в качестве второго направленного ответвителя - ADC-20-4, а в качестве первого и третьего направленных ответвителей - ХС0900А-05,

В качестве управляющего контроллера векторным модулятором может применяться Р1С-контроллер PIC24FJ128G-C010, имеющий два входных16-разрядных АЦП и два выходных 10-разрядных ЦАП, в качестве ВЧ-сумматора - JPS-2-4, а выпрямителя - однополупериодный выпрямитель на высокочастотном диоде HSMS2822.

Литература

1. Бенековский З., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. - М., 1983.

2 Гончаренко И.В. Антенны KB и УКВ, часть 2. - М.,2005.

Считыватель системы идентификации объектов, содержащий приемно-передающую антенну, связанную через циркулятор с каналами приема и передачи сигналов, усилитель мощности, вход которого через прямой канал первого направленного ответвителя подключен к генератору высокочастотного (ВЧ) сигнала, а выход ответвленного канала первого направленного ответвителя соединен с опорным входом смесителя, сигнальный вход которого предназначен для восприятия сигнала, поступающего с антенны в канал приема сигналов, отличающийся тем, что в канал передачи сигналов введен второй направленный ответвитель, в приемный канал считывателя введено устройство компенсации, содержащее векторный модулятор, управляющий микроконтроллер, сумматор ВЧ-сигналов, третий направленный ответвитель и выпрямитель, при этом выход усилителя мощности подключен к циркулятору через прямой канал второго направленного ответвителя, выход ответвленного канала которого подключен к входу синфазного канала и входу канала сдвига фазы на 90° векторного модулятора, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к циркулятору, а выход сумматора подключен к входу прямого канала третьего направленного ответвителя, выход которого подключен к сигнальному входу смесителя, а выход ответвленного канала третьего направленного ответвителя подключен к входу выпрямителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя управляющего микроконтроллера, цифроаналоговые выходы которого подключены к входам управления фазой и амплитудой выходного сигнала векторного модулятора.