技术领域
[0001] 本
发明涉及
电子信息通信技术领域，尤其涉及一种载波抵消电路及
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)读写器。
背景技术
[0002] RFID读写器通过射频识别
信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预，能够识别高速运动物体并同时识别多个RFID电子标签，操作快捷方便，应用于很多行业，如物流、防伪溯源，工业制造，停车管理，电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection，ETC)等。
[0003] 在实际应用中，RFID读写器在接收RFID电子标签返回的发射信号时，还要不断地发射载波信号给RFID电子标签，以此来向RFID电子标签提供
能量，然而，RFID读写器在向RFID电子标签发射载波信号时，会出现严重的载波信号泄露，这样，RFID读写器在接收RFID电子标签返回的发射信号的同时，就会由于严重的载波信号泄露，导致射频接收前端的低噪声
放大器(Low Noise Amplifier，LNA)和
混频器饱和，从而限制接收机的性能，另一方面，也会严重恶化接收
信噪比，从而造成RFID读写器的识别距离下降、解调误码率增加，进而使整个RFID读写器的性能急剧下降，因此，为了提升RFID读写器的性能，必须抑制
泄漏到接收机里的载波信号。
发明内容
[0004] 本发明
实施例提供了一种载波抵消电路及RFID读写器，用以解决
现有技术中存在的由于在发射载波信号时会出现严重的载波信号泄露，导致接收机的性能急剧下降的问题。
[0005] 本发明实施例提供的载波抵消电路包括：第一定向
耦合器和阻抗调节单元，其中，[0006] 第一定向耦合器的输入端与发射机的输出端相连接，输出端与天线相连接，耦合端与阻抗调节单元的一端相连接，隔离端与接收机的输入端相连接；第一定向耦合器用于通过天线输出发射机发射的载波信号，以及从载波信号中耦合出初始载波抵消信号并输入至阻抗调节单元；并通过天线接收
射频信号，以及将射频信号、阻抗调节单元反射的载波抵消信号和发射载波信号时的载波泄露信号组成的
叠加信号输出至接收机；
[0007] 阻抗调节单元的另一端接地，用于对初始载波抵消信号的
相位和幅度进行调整，得到载波抵消信号并反射至第一定向耦合器的隔离端。
[0008] 在一种可能的实施方式中，阻抗调节单元可以包括：
电阻、两个电感和两个可变电容，其中，
[0009] 两个电感中的第一电感形成第一支路，且第一支路的一端与第一定向耦合器的耦合端相连接；
[0010] 两个可变电容中的第一可变电容形成第二支路，第二支路与第一支路并联形成第一
谐振电路；
[0011] 两个电感中的第二电感、两个可变电容中的第二可变电容和电阻
串联形成第二谐振电路；
[0012] 第一谐振电路与第二谐振电路并联连接，且一个连接
节点为控制节点，另一个连接节点接地。
[0013] 在一种可能的实施方式中，阻抗调节单元可以包括：固定电容、电阻、两个电感和三个可变电容，其中，
[0014] 两个电感中的第一电感形成第一支路，且第一支路的一端与第一定向耦合器的耦合端相连接；
[0015] 三个可变电容中的第一可变电容与固定电容并联形成第二支路，第二支路与第一支路并联形成第一谐振电路；
[0016] 三个可变电容中的第二可变电容、三个可变电容中的第三可变电容、两个电感中的第二电感和电阻串联形成第二谐振电路；
[0017] 第一谐振电路与第二谐振电路并联连接，且一个连接节点为控制节点，另一个连接节点接地。
[0018] 在一种可能的实施方式中，载波抵消电路还可以包括：阻抗调节控制单元，其中，[0019] 阻抗调节控制单元的第一端与第一定向耦合器的隔离端相连接，第二端与接收机的输入端相连接，第三端与阻抗调节单元中的控制节点相连接；阻抗调节控制单元用于将叠加信号输出至接收机，并从叠加信号中获得表征载波抵消信号和载波泄露信号的叠加结果的检波信号，以及根据检波信号的功率值，控制阻抗调节单元中的控制节点的
电压。
[0020] 在一种可能的实施方式中，阻抗调节控制单元包括：检波单元和控制单元，其中，[0021] 检波单元的第一端与第一定向耦合器的隔离端相连接，第二端与接收机的输入端相连接，第三端与控制单元的一端相连接；检波单元用于将叠加信号输出至接收机，并从叠加信号中耦合出初始检波信号，以及对初始检波信号进行检波处理，得到检波信号并输出至控制单元；
[0022] 控制单元的另一端与阻抗调节单元中的控制节点相连接，用于根据检波信号的功率值，获得控制电压值，并按照控制电压值，控制阻抗调节单元中的控制节点的电压。
[0023] 在一种可能的实施方式中，检波单元包括：第二定向耦合器、电阻和
检波器，其中，[0024] 第二定向耦合器的输入端与第一定向耦合器的隔离端相连接，输出端与接收机的输入端相连接，耦合端与检波器的输入端相连接，隔离端与电阻的一端相连接；
[0025] 检波器的输出端与控制单元的一端相连接；
[0026] 电阻的另一端接地。
[0027] 在一种可能的实施方式中，控制单元包括：
控制器和
数模转换器，其中，[0028] 控制器的一端与检波单元的第三端相连接，另一端与
数模转换器的一端相连接；控制器用于判断检波信号的功率值是否小于设定
阈值，若是，则确定上一次获得的控制电压值为达到预期抵消效果的抵消电压值，并向数模转换器发送表征按照抵消电压值控制控制节点的电压的第一指令；若否，则根据检波信号的功率值，获得新的控制电压值，并向数模转换器发送表征按照新的控制电压值控制控制节点的电压的第二指令；
[0029] 数模转换器的另一端与阻抗调节单元中的控制节点相连接，用于若接收到第一指令，则将控制节点的电压值保持在抵消电压值不变，若接收到第二指令，则将控制节点的电压值调整到新的控制电压值。
[0030] 在一种可能的实施方式中，载波抵消电路还包括：环形器和功分器，其中，[0031] 环形器的第一端与第一定向耦合器的输出端相连接，第二端与天线相连接，第三端与功分器的第一输入端相连接；环形器用于将发射机输出的载波信号单向环形输出至天线；
[0032] 功分器的第二输入端与第一定向耦合器的隔离端相连接，输出端与阻抗调节控制单元的第一端相连接；功分器用于对天线接收到的射频信号、阻抗调节单元反射的载波抵消信号和发射载波信号时的载波泄露信号进行叠加，得到叠加信号并输出至接收机。
[0033] 在本发明实施例提供的载波抵消电路中，第一定向耦合器的工作频段为低频段125KHz～134KHz、高频段13.56MHz或超高频段860MHz～960MHz中的任意一种。
[0034] 本发明实施例提供的RFID读写器包括：本发明实施例提供的上述载波抵消电路。
[0035] 本发明实施例的有益效果如下：
[0036] 本发明实施例中，通过第一定向耦合器将部分载波信号耦合出来作为初始载波抵消信号输入到阻抗调节单元，通过阻抗调节单元对初始载波抵消信号的相位和幅度进行调整，从而得到用于抵消载波泄露信号的载波抵消信号并反射至第一定向耦合器DC1，这样，在第一定向耦合器的隔离端就汇聚了通过天线接收到的射频信号以及载波泄露信号和载波抵消信号，通过将射频信号、载波泄露信号和载波抵消信号的叠加信号输入至接收机，能够尽可能地抵消泄漏到接收机中的载波泄露信号，从而有效地降低了载波泄露信号对接收机性能的影响。
附图说明
[0037] 图1为本发明实施例中载波抵消电路的电路结构示意图；
[0038] 图2为本发明实施例中包含阻抗调节单元具体结构的载波抵消电路的电路结构示意图；
[0039] 图3为本发明实施例中包含另一种结构的阻抗调节单元的载波抵消电路的电路结构示意图；
[0040] 图4为本发明实施例中包含阻抗调节控制单元的载波抵消电路的电路结构示意图；
[0041] 图5为本发明实施例中包含阻抗调节控制单元主要结构的载波抵消电路的电路结构示意图；
[0042] 图6为本发明实施例中包含阻抗调节控制单元具体结构的载波抵消电路的电路结构示意图之一；
[0043] 图7为本发明实施例中包含阻抗调节控制单元具体结构的载波抵消电路的电路结构示意图之二；
[0044] 图8为本发明实施例中包含环形器和功分器的载波抵消电路的电路结构示意图。
具体实施方式
[0045] 为了解决现有技术中存在的由于在发射载波信号时会出现严重的载波信号泄露，导致接收机的性能急剧下降的问题，本发明实施例提供了一种载波抵消电路，参阅图1所示，本发明实施例提供的载波抵消电路至少包括：第一定向耦合器DC1和阻抗调节单元110，其中，
[0046] 第一定向耦合器DC1的输入端In与发射机的输出端相连接，输出端Out与天线相连接，耦合端Cpl与阻抗调节单元110的一端相连接，隔离端Iso与接收机的输入端相连接；第一定向耦合器DC1用于通过天线输出发射机发射的载波信号，以及从载波信号中耦合出初始载波抵消信号并输入至阻抗调节单元110；并通过天线接收射频信号，并将射频信号、阻抗调节单元110反射的载波抵消信号和发射载波信号时的载波泄露信号组成的叠加信号输出至接收机；
[0047] 阻抗调节单元110的另一端接地，用于对初始载波抵消信号的相位和幅度进行调整，得到载波抵消信号并反射至第一定向耦合器DC1的隔离端Iso。
[0048] 在如图1所示的载波抵消电路中，第一定向耦合器DC1将发射机发射的载波信号输出到天线的同时，耦合出部分载波信号作为初始载波抵消信号输入到阻抗调节单元110中，阻抗调节单元110对初始载波抵消信号的相位和幅度进行调整，从而得到了用于抵消载波泄露信号的载波抵消信号并反射至第一定向耦合器DC1的隔离端Iso，这样，在第一定向耦合器DC1的隔离端Iso就汇聚了通过天线接收到的射频信号以及载波泄露信号和载波抵消信号，通过将射频信号、载波泄露信号和载波抵消信号的叠加信号输入至接收机，能够尽可能地抵消泄漏到接收机中的载波泄露信号，从而有效地降低了载波泄露信号对接收机性能的影响。
[0049] 在具体实施时，本发明实施例提供的载波抵消电路中，阻抗调节单元110可以有多种具体结构实现其功能。例如图2所示，阻抗调节单元110可以具体包括：电阻R1、两个电感(即L1和L2)和两个可变电容(C1和C2)，其中，
[0050] 两个电感中的第一电感L1形成第一支路，且第一支路的一端与第一定向耦合器DC1的耦合端Cpl相连接；
[0051] 两个可变电容中的第一可变电容C1形成第二支路，第二支路与第一支路并联形成第一谐振电路；
[0052] 两个电感中的第二电感L2、两个可变电容中的第二可变电容C2和电阻R1串联形成第二谐振电路；
[0053] 第一谐振电路与第二谐振电路并联连接，且一个连接节点为控制节点CN，另一个连接节点接地。
[0054] 在实际应用中，可以先对如图2所示的载波抵消电路进行调试，在调试过程中，通过调整为控制节点CN提供的电压值，使阻抗调节单元110中的两个可变电容(C1和C2)的容值发生变化，从而使第一谐振电路的第一谐振
频率和第二谐振电路的第二谐振频率发生变化，进而使控制节点CN上的载波抵消信号的相位和幅度发生变化，尽可能地使载波抵消信号和载波泄露信号的幅度相同、相位相反，以此来抵消泄漏到接收机中的载波泄露信号，这样，每调整一次为控制节点CN提供的电压值，就根据输入到接收机的叠加信号，检测阻抗调节单元110反射的载波抵消信号的抵消效果，当检测到阻抗调节单元110反射的载波抵消信号的抵消效果满足预期抵消效果时，即可确定本次为控制节点CN提供的电压值为满足预期抵消效果的抵消电压值，此时，可以结束调试过程，并在如图2所示的载波抵消电路工作过程中，将控制节点CN的电压值保持在调试过程中确定出的抵消电压值不变，从而使得阻抗调节单元110反射的载波抵消信号能够持续满足预期抵消效果。
[0055] 此外，为了避免在实际使用过程中阻抗调节单元110中的第一可变电容C1和第二可变电容C2的容值范围无法满足调节需求的问题，本发明实施例还提供了另一种结构的阻抗调节单元110，例如图3所示，阻抗调节单元110可以具体包括：两个电感(即L1和L2)、三个可变电容(即C1、C2和C3)、固定电容C4和电阻R1，其中，
[0056] 两个电感中的第一电感L1形成第一支路，且第一支路的一端与第一定向耦合器DC1的耦合端Cpl相连接；
[0057] 三个可变电容中的第一可变电容C1与固定电容C4并联形成第二支路，第二支路与第一支路并联形成第一谐振电路；
[0058] 三个可变电容中的第二可变电容C2、三个可变电容中的第三可变电容C3、两个电感中的第二电感L2和电阻R1串联形成第二谐振电路；
[0059] 第一谐振电路与第二谐振电路并联连接，且一个连接节点为控制节点CN，另一个连接节点接地。
[0060] 在如图3所示的载波抵消电路中，通过第三可变电容C3和固定电容C1来调整第一可变电容C1和第二可变电容C2的容值范围，能够尽可能避免在实际使用过程中阻抗调节单元110中的第一可变电容C1和第二可变电容C2的容值范围无法满足调节需求的问题，进一步的，如图3所示的载波抵消电路也可以通过调试过程，来确定当阻抗调节单元110反射的载波抵消信号的抵消效果满足预期抵消效果时，为控制节点CN提供的电压值，从而获得控制节点CN的抵消电压值，这样，就可以在如图3所示的载波抵消电路工作过程中，将控制节点CN的电压值保持在调试过程中确定出的抵消电压值不变，从而使得阻抗调节单元110反射的载波抵消信号能够持续满足预期抵消效果，具体调试过程与如图2所示的载波抵消电路的调试过程大致相同，在此不再赘述。
[0061] 值得说的是，本发明实施例提供的载波抵消电路并不限于采用如图3所示的容值范围调整方案，还可以采用其他任何能够调整第一可变电容C1和第二可变电容C2的容值范围的方案，在此不作具体限定。本发明实施例中仅以如图2所示的载波抵消电路中的阻抗调节单元110的电路结构为例进行说明。
[0062] 进一步的，为了尽可能地减少人工调试过程，实现抵消效果的自动检测和控制节点CN的电压值的自动调整，参阅图4所示，本发明实施例提供的载波抵消电路还可以包括：阻抗调节控制单元120，其中，
[0063] 阻抗调节控制单元120的第一端与第一定向耦合器DC1的隔离端Iso相连接，第二端与接收机的输入端相连接，第三端与阻抗调节单元110中的控制节点CN相连接；阻抗调节控制单元120用于将叠加信号输出至接收机，并从叠加信号中获得表征载波抵消信号和载波泄露信号的叠加结果的检波信号，以及根据检波信号的功率值，控制阻抗调节单元110中控制节点CN的电压值。
[0064] 这样，通过阻抗调节控制单元120从叠加信号中获得表征载波抵消信号和载波泄露信号的叠加结果的检波信号，不仅能够根据获得的检波信号的功率值，实现对阻抗调节单元110反射的载波抵消信号的抵消效果的自动检测，还能够根据检测到的阻抗调节单元110反射的载波抵消信号的抵消效果，实现对控制节点CN的电压值的自动调整，尽可能地减少了人工调试过程。
[0065] 在具体实施时，本发明实施例提供的载波抵消电路中，阻抗调节控制单元120可以有多种结构实现其功能，例如图5所示，阻抗调节控制单元120可以具体包括：检波单元1210和控制单元1220，其中，
[0066] 检波单元1210的第一端与第一定向耦合器DC1的隔离端Iso相连接，第二端与接收机的输入端相连接，第三端与控制单元1220的一端相连接；检波单元1210用于将叠加信号输出至接收机，并从叠加信号中耦合出初始检波信号，以及对初始检波信号进行检波处理，得到检波信号并输出至控制单元1220；
[0067] 控制单元1220的另一端与阻抗调节单元110中的控制节点CN相连接，用于根据检波信号的功率值，获得控制电压值，并按照控制电压值，控制阻抗调节单元110中的控制节点CN的电压。
[0068] 这样，利用检波单元1210的耦合功能和检波功能，能够从叠加信号中获得检波信号，利用控制单元1220的分析控制功能，不仅能够获得检波信号的功率值，还能够根据检波信号的功率值，实现对阻抗调节单元110反射的载波抵消信号的抵消效果的自动检测以及对控制节点CN的电压值的自动调整，从而减少了人工调试过程。
[0069] 在具体实施时，本发明实施例提供的载波抵消电路中，检波单元1210可以有多种结构实现其功能，例如图6所示，检波单元1210可以具体包括：第二定向耦合器DC2、电阻R2和检波器Detector，其中，
[0070] 第二定向耦合器DC2的输入端In与第一定向耦合器DC1的隔离端Iso相连接，输出端Out与接收机的输入端相连接，耦合端Cpl与检波器Detector的输入端相连接，隔离端Iso与电阻R2的一端相连接；
[0071] 检波器Detector的输出端与控制单元1220的一端相连接；
[0072] 电阻R2的另一端接地。
[0073] 这样，就可以通过第二定向耦合器DC2来实现检波单元1210的耦合功能，以及通过检波器Detector来实现检波单元1210的检波功能。
[0074] 在具体实施时，本发明实施例提供的载波抵消电路中，控制单元1220可以有多种结构实现其功能，例如图7所示，控制单元1220可以具体包括：控制器Controller和数模转换器DAC，其中，
[0075] 控制器Controller的一端与检波单元1210的第三端相连接，另一端与数模转换器DAC的一端相连接；控制器Controller用于判断检波信号的功率值是否小于设定阈值，若是，则确定上一次获得的控制电压值为达到预期抵消效果的抵消电压值，并向数模转换器DAC发送表征按照抵消电压值控制控制节点CN的电压的第一指令；若否，则根据检波信号的功率值，获得新的控制电压值，并向数模转换器DAC发送表征按照新的控制电压值控制控制节点CN的电压的第二指令；
[0076] 数模转换器DAC的另一端与阻抗调节单元110中的控制节点CN相连接，用于若接收到第一指令，则将控制节点CN的电压值保持在抵消电压值不变，若接收到第二指令，则将控制节点CN的电压值调整到新的控制电压值。
[0077] 这样，就可以通过控制器Controller和数模转换器DAC来实现控制单元1220的分析控制功能。具体的，第二定向耦合器DC2将叠加信号输出至接收机的同时，从叠加信号中耦合出初始检波信号并输出至检波器Detector；检波器Detector对初始检波信号进行检波处理，得到检波信号并输出至控制器Controller；控制器Controller根据检波信号的功率值是否不大于设定阈值(比如：设定阈值为0)，来确定是否通过数模转换器DAC调整控制节点CN的电压值，例如，控制器Controller确定检波信号的功率值不大于设定阈值时，可以认定阻抗调节单元110反射的载波抵消信号达到了预期抵消效果，此时，可以将上一次确定出的控制电压值作为能够达到预期抵消效果的抵消电压值，并通知数模转换器DAC按照抵消电压值来控制控制节点CN的电压；控制器Controller确定检波信号的功率值大于设定阈值时，可以认定阻抗调节单元110反射的载波抵消信号未能达到预期抵消效果，此时，可以根据检波信号的功率值，获得新的控制电压值，并通知数模转换器DAC按照新的控制电压值来控制控制节点CN的电压，如此循环往复，直到控制器Controller确定检波信号的功率值不大于设定阈值为止，从而实现了对阻抗调节单元110反射的载波抵消信号的抵消效果的自动检测以及对控制节点CN的电压值的自动调整，尽可能四减少了人工调试过程。
[0078] 进一步的，参阅图8所示，为了提高载波泄露信号的隔离度，本发明实施例提供的载波抵消电路还可以包括：环形器Circulator和功分器PD，其中，
[0079] 环形器Circulator的第一端与第一定向耦合器DC1的输出端Out相连接，第二端与天线相连接，第三端与功分器PD的第一输入端相连接；环形器Circulator用于将发射机输出的载波信号单向环形输出至天线；
[0080] 功分器PD的第二输入端与第一定向耦合器DC1的隔离端Iso相连接，输出端与阻抗调节控制单元120的第一端相连接；功分器PD用于对天线接收到的射频信号、阻抗调节单元110反射的载波抵消信号和发射载波信号时的载波泄露信号进行叠加，得到叠加信号并输出至接收机。
[0081] 在如图8所示的载波抵消电路中，环形器Circulator能够将发射机发射的载波信号单向环形输出至天线，相比于直接将发射机发射的载波信号输出至天线，泄露到第一定向耦合器DC1的隔离端Iso的载波泄露信号有所减少，从而提高了载波泄露信号的隔离度。而且，功分器PD能够将通过天线接收并耦合到第一定向耦合器DC1的隔离端Iso的射频信号、阻抗调节单元110反射到第一定向耦合器DC1的隔离端Iso的载波抵消信号和发射载波信号时泄露到第一定向耦合器DC1的隔离端Iso的载波泄露信号进行叠加，从而得到了射频信号、载波抵消信号和载波泄露信号的叠加信号，进而实现了将射频信号、载波抵消信号和载波泄露信号进行叠加并输入至接收机的功能，有效地降低了载波泄露信号对接收机性能的影响。
[0082] 基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种RFID读写器，该RFID读写器可以包括本发明实施例提供的上述任意一种载波抵消电路，其功能详见上述载波抵消电路实施例，在此不再赘述。
[0083] 值得说的是，在本发明实施例提供的载波抵消电路中，第一定向耦合器DC1的工作频段为低频段125KHz～134KHz、高频段13.56MHz或超高频段860MHz～960MHz中的任意一种。这样，通过使用不同工作频段的第一定向耦合器DC1，可以使本发明实施例提供的载波抵消电路适配不同工作频段的RFID读写器，从而解决了不同工作频段的RFID读写器存在的由于在发射载波信号时会出现严重的载波信号泄露，导致RFID读写器的读写性能急剧下降的问题。
[0084] 综上所述，本发明实施例提供的载波抵消电路及RFID读写器中，第一定向耦合器将载波信号输出至天线的同时，耦合出部分载波信号作为初始载波抵消信号并输入到阻抗调节单元；阻抗调节单元对初始载波抵消信号的相位和幅度进行调整，从而得到用于抵消载波泄露信号的载波抵消信号并反射至第一定向耦合器DC1。这样，在第一定向耦合器的隔离端就汇聚了通过天线接收到的射频信号以及载波泄露信号和载波抵消信号，通过将射频信号、载波泄露信号和载波抵消信号的叠加信号输入至接收机，尽可能地抵消了泄漏到接收机中的载波泄露信号，从而有效地降低了载波泄露信号对接收机性能的影响，而且，还解决了目前RFID读写器中的载波抵消电路的复杂度高、成本高、尺寸大等问题。
[0085] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和
修改。所以，所附
权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0086] 显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
