一種窄帶載波泄漏消除器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種在超高頻射頻識(shí)別讀寫器中用于消除接收回路載波的消除器。本發(fā)明窄帶載波泄漏消除器由一個(gè)環(huán)形橋耦合器和一個(gè)反射網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)成，其中：環(huán)形橋耦合器是在一個(gè)絕緣層的一面設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電層，在該絕緣層的另一面設(shè)置一個(gè)其上帶有四個(gè)端口的環(huán)狀導(dǎo)電環(huán)；反射網(wǎng)絡(luò)電路由并聯(lián)的電阻、電容和電感組成，且電阻電容和電感一端接4端口，另外一端直接接地。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可使窄帶收發(fā)電路有極高的隔離度，完全可以滿足讀寫器高接收靈敏度和遠(yuǎn)距離識(shí)別的需求，特別適用于中國的UHFRFID系統(tǒng)中，本發(fā)明既可與窄帶收發(fā)電路電路板做成一體的，也可以是單獨(dú)的元件。
【專利說明】一種窄帶載波泄漏消除器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微波器件，特別是一種在超高頻射頻識(shí)別讀寫器中用于消除接收回路載波的消除器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，射頻識(shí)別技術(shù)得到高速發(fā)展，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，例如公交收費(fèi)系統(tǒng)、物流管理、人員的安全監(jiān)控以及生產(chǎn)過程的控制和超市的商品管理等，射頻識(shí)別技術(shù)已經(jīng)深入到人們生活的方方面面。
[0003]射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由讀寫器，應(yīng)答器和后臺(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，其中讀寫器的靈敏度和應(yīng)答器的反向散射性能決定了系統(tǒng)的讀取距離。
[0004]由于應(yīng)答器沒有直流電源供應(yīng)，讀寫器必須發(fā)射一個(gè)連續(xù)波信號(hào)激活應(yīng)答器，然后應(yīng)答器含有數(shù)據(jù)信息的調(diào)制信號(hào)反向散射回讀寫器，經(jīng)過后臺(tái)處理后得到所需要的信息。由于發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的頻率非常接近，不能用濾波器將它們分離，所以一般用環(huán)形器將讀寫器的收發(fā)信號(hào)分開。
[0005]環(huán)形器的隔離度一般只有25dB左右，在讀寫器發(fā)射機(jī)輸出功率為IW的情況下，在接收回路泄露的載波為6dBm。而典型的讀寫器接收機(jī)接收靈敏度為_80dBm，如果天線增益為6dBi，那么在接收回路泄露的載波功率將比接收信號(hào)大80dB。這么大的泄露信號(hào)不僅能夠淹沒接收信號(hào)，造成接收靈敏度降低，而且容易造成接收回路飽和，使得接收機(jī)不能正常工作。
[0006]為了能夠降低和消除接收回路的載波信號(hào)，近年來很多學(xué)者提出了各種載波消除的方法。W.Lim和J.Yu等人提出采用兩個(gè)天線來分離發(fā)射和接收信號(hào)如文獻(xiàn)1:W.Lim andJ.Yu.Balanced circulator structure with enhanced isolation characteristics[J].Microw.0pt.Technol.Lett.Sep.2008.50 (8).pp:2389 -2391.。雖然這種方法能夠提高隔離度，但是同時(shí)也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。Pekka Pursula等人提出了正交反饋的載波消除電路，可以使接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍增大IOdB左右，如文獻(xiàn)2:PekkaPursula， Mikko Kiviranta and Heikki Seppa.UHF RFID Reader with ReflectedPower Canceller [J].1EEE Microwave and Wireless Components Letters.January2009.19 (I).pp:48-50o 文獻(xiàn) 3:Thomas Brauner，Xiongwen Zha0.A Novel CarrierSuppression Method for RFID[J].1EEE Microwave and Wireless Components Letters.March 2009.19 (3).pp: 128-130.公開了用PIN 二極管構(gòu)成反射調(diào)制器的定向耦合器型載波消除電路，接收端的載波被抑制了 42dB。文獻(xiàn)4:Wan Kyu Kimj Moon Que Lee, JinHyun Kim etcs.A Passive Circulator for RFID Application with High Isolationusing a Directional Coupler[C].Proceedings of the 36th European MicrowaveConference.September 2006.Manchester UK.pp: 196-199.公開了用定向賴合器構(gòu)成的載波消除器使得接收端的載波被抑制了 45dB。文獻(xiàn)5:Peng Baij Yingzeng Yin and XiYang.A Novel Rx-Tx Front-Ends for Passive RFID Reader with High Isolation[C].IEEE 2007 International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation, andEMC Technologies for Wireless Communications, pp:332-335.提出 了 分支線型的載波消除電路，收發(fā)隔離度達(dá)到46dB。文獻(xiàn)6:Ting-wen Xiong; Xi Tan; Jing-tianXi; Hao Min.High TX-to-RX Isolation in UHF RFID Using Narrowband LeakingCarrier Canceller[J].1EEE Microwave and Wireless Components Letters.2010.20(2):124-126.提出了用定向耦合器，環(huán)形器和功率分配器等器件構(gòu)成的窄帶載波泄露消除器，達(dá)到了很好的性能，但是電路復(fù)雜，且成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種簡單，易于實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)成本低，隔離度高，可以與電路板共形的、基于環(huán)形橋的窄帶讀寫器載波泄露抵消器。
[0008]本發(fā)明的一種窄帶載波泄漏消除器，其特征在于所述的窄帶載波泄漏消除器由一個(gè)環(huán)形橋耦合器和一個(gè)反射網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)成，其中:環(huán)形橋耦合器是在一個(gè)絕緣層的一面設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電層，在該絕緣層的另一面設(shè)置一個(gè)其上帶有四個(gè)端口的周長為1.5倍波長λ環(huán)狀導(dǎo)電環(huán)，λ為UHF頻段射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作波長，環(huán)的寬度為2.3_，各端口間距離為四分之一個(gè)波長λ，端口 I至端口 4之間的距離為四分之三個(gè)波長λ，端口的寬度為4mm，端口的長度適于與其它器件連接即可，所設(shè)置的導(dǎo)電層和導(dǎo)電環(huán)平面均與絕緣層表面平行；反射網(wǎng)絡(luò)電路由并聯(lián)的電阻、電容和電感組成,且電阻電容和電感一端接4端口，另外一端直接接地。
[0009]本發(fā)明的窄帶載波泄漏環(huán)形橋消除器也可以是在一個(gè)絕緣層的一面設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電層，在該絕緣層的另一面設(shè)置一個(gè)半徑為3 λ /4 π、弧長為3 λ /4的圓弧和與此圓弧相交的由三個(gè)相交的小半圓環(huán)形成的S形構(gòu)成的導(dǎo)電環(huán)，其中的三個(gè)小半圓環(huán)總長度為3 λ/4、各小圓弧的直徑均等于λ/2 π，環(huán)寬度為2.3_，各端口間距離為四分之一個(gè)波長λ，端口I至端口 4之間的距離為四分之三個(gè)波長λ，端口的寬度為4mm，端口的長度適于與其它器件連接即可，所設(shè)置的導(dǎo)電層和導(dǎo)電環(huán)平面均與絕緣層表面平行；反射網(wǎng)絡(luò)電路由并聯(lián)的電阻、電容和電感組成，且電阻電容和電感一端接4端口，另外一端直接接地。
[0010]上述本發(fā)明的窄帶載波泄漏消除器中，環(huán)形橋耦合器的介質(zhì)層與導(dǎo)電層為雙面敷銅介質(zhì)板，導(dǎo)電環(huán)可通過刻制或腐蝕形成；反射網(wǎng)絡(luò)電路中電阻的阻值為R=50Q，電感為L=60nH,電容為 C=0.5pF。
[0011]本發(fā)明利用環(huán)形橋的特點(diǎn)，同時(shí)利用了各個(gè)端口的相位差，通過調(diào)節(jié)環(huán)形橋第四個(gè)端口的反射系數(shù)，最終達(dá)到消除泄露載波的目的。另外為了實(shí)現(xiàn)小型化，把圓環(huán)形導(dǎo)電環(huán)改為用三個(gè)小半圓連接的S形結(jié)構(gòu)，可在保證其功能的同時(shí)明顯減小整個(gè)裝置的尺寸。
[0012]與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
I)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，幾乎不需要什么元器件，只需要電路板上的銅皮和三個(gè)RLC分立元件，它即可與窄帶收發(fā)電路電路板做成一體的，使本發(fā)明成為窄帶收發(fā)電路的一個(gè)組成部分，也可以單獨(dú)的元件與現(xiàn)有的窄帶收發(fā)電路使用。
[0013]2)采用本發(fā)明后可使窄帶收發(fā)電路有極高的隔離度，完全可以滿足讀寫器高接收靈敏度和遠(yuǎn)距離識(shí)別的需求。
[0014]3)本發(fā)明特別適用于中國的UHF RFID系統(tǒng)中?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)導(dǎo)電環(huán)形狀示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)導(dǎo)電環(huán)形狀示意圖。
[0017]圖3表示4端口的反射網(wǎng)絡(luò)的電路圖
圖4為軟件仿真的數(shù)據(jù)，表示為發(fā)射機(jī)到天線端的傳輸系數(shù)曲線，表示了發(fā)射機(jī)到天線的傳輸關(guān)系。
[0018]圖5表示接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的隔離度的關(guān)系。
[0019]圖6表示接收機(jī)接收到的信號(hào)頻譜，表示所述小型化環(huán)形橋載波消除器在發(fā)射機(jī)發(fā)射連續(xù)載波，天線接收振幅調(diào)制信號(hào)后，接收回路的信號(hào)功率譜。
[0020]圖7接收回路在920MHz處的泄漏載波頻譜的測試結(jié)果。
[0021]圖8接收回路在925MHz處的泄漏載波頻譜的測試結(jié)果。
[0022]圖9接收回路在922.5MHz處的泄漏載波頻譜的測試結(jié)果。
[0023]上述圖中，黑色部分是導(dǎo)電環(huán)，1、2、3和4均為導(dǎo)電環(huán)上的端口，圖2中的A接圖1或圖2的端口 4。`【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明實(shí)際上是一種無源的微帶結(jié)構(gòu)環(huán)形橋載波消除電路。
[0025]圖1和圖2是本發(fā)明的兩種導(dǎo)電環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖，它在雙面敷銅介質(zhì)板的一面用腐蝕的方式形成導(dǎo)電環(huán)，其另一面為導(dǎo)電層構(gòu)成的接地的基板。在本發(fā)明的實(shí)施例中所用的介質(zhì)層厚度A =1.5mm,相對介電常數(shù)f=2.65。
[0026]在圖1給出的本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)中圓環(huán)直徑為適用于UHF頻段中




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920MHz-925MHz范圍的讀寫器。
[0027]在圖2給出的本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)中大半圓環(huán)的半徑7? =5--?,小半圓環(huán)的半徑/.=/?/3，大的半圓環(huán)和三個(gè)小的半圓環(huán)微帶的寬度，四個(gè)端口微帶的寬度PF =--?,端口微帶的長度Z =2/--，這一實(shí)施例同樣是適用于UHF頻段中920MHz-925MHz范圍的讀寫器。
[0028]圖3的電路是由電阻、電容和電感組成一個(gè)RLC反射網(wǎng)絡(luò)，其中各元件為:R=50 Ω，L=60nH，C=0.5pF。在使用中連續(xù)波信號(hào)從圖1或圖2的端口 I輸入到變形的載波消除器，從圖1或圖2的端口 2輸出到天線上，傳輸特性如圖3所示。接收信號(hào)由圖1或圖2的端口 2的天線端輸入，從圖1或圖2的端口 3輸出到接收回路，同時(shí)在接收回路有端口 I泄露到端口 3的連續(xù)載波和由于天線端的非理想匹配反射回3 口的連續(xù)載波，為了抵消這些泄露，將圖1或圖2中所示的端口 4與圖3的A相接，使得反射回端口 2的連續(xù)載波剛好和泄露的載波消除，通過調(diào)節(jié)端口 4的反射系數(shù)，即調(diào)節(jié)圖3中電阻、電感和電容的值可適用于不同頻率范圍的讀寫器。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的隔離度關(guān)系如圖4。圖3中，在920MHz到925MHz的頻帶內(nèi)，此變形的載波消除器插入損耗只有3dB。圖4中，接收端和發(fā)射端的隔離度S (3，I)在中心頻點(diǎn)922.5M處為_83dB，在起始和終止頻點(diǎn)處為_55dB。
[0029]圖5為最終接收端實(shí)際接收信號(hào)的頻率圖，從圖中可知，本發(fā)明變形的環(huán)形橋載波抑制電路把接收回路泄露的載波抑制到_53dBm?？梢蕴岣咦x寫器接收靈敏度，增大和標(biāo)簽的讀取距離，可以滿足中國UHF頻段RFID系統(tǒng)的需求。
[0030]本發(fā)明具體的實(shí)施例的測試方案中天線用50歐姆負(fù)載代替天線，射頻信號(hào)源作為連續(xù)波產(chǎn)生器接端口 1，頻譜分析儀作為接收機(jī)接端口 3，端口 4通過反射網(wǎng)絡(luò)控制反射信號(hào)的大小，這樣可以測試接收回路最終泄漏的載波大小。圖7中在窄帶邊頻920MHz處泄漏的載波功率被抑制到了 -61dBm，圖8中在窄帶邊頻925MHz處，泄漏的載波功率被抑制到-69dBm，圖9中在中心頻率處載波功率被抑制到了 -74dBm，而使用傳統(tǒng)環(huán)行器的讀寫器在中心頻率處接收回路的載波泄漏功率高達(dá)-lldBm，變形的環(huán)形橋同環(huán)行器相比將載波抑制提聞了 63dB。
[0031]以上所述僅為一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)然，本發(fā)明還可以有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明實(shí)施各種相應(yīng)的變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種窄帶載波泄漏消除器，其特征在于所述的窄帶載波泄漏消除器由一個(gè)環(huán)形橋耦合器和一個(gè)反射網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)成，其中:環(huán)形橋耦合器是在一個(gè)絕緣層的一面設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電層，在該絕緣層的另一面設(shè)置一個(gè)其上帶有四個(gè)端口的周長為1.5倍波長λ環(huán)狀導(dǎo)電環(huán)，入為UHF頻段射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作波長，環(huán)的寬度為2.3_，各端口間距離為四分之一個(gè)波長λ，端口 I至端口 4之間的距離為四分之三個(gè)波長λ，端口的寬度為4mm，端口的長度適于與其它器件連接即可，所設(shè)置的導(dǎo)電層和導(dǎo)電環(huán)平面均與絕緣層表面平行；反射網(wǎng)絡(luò)電路由并聯(lián)的電阻、電容和電感組成，且電阻電容和電感一端接4端口，另外一端直接接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種窄帶載波泄漏消除器，其特征在于所述的環(huán)形橋耦合器的介質(zhì)層與導(dǎo)電層為雙面敷銅介質(zhì)板，導(dǎo)電環(huán)通過刻制或腐蝕形成；所述的反射網(wǎng)絡(luò)電路中電阻的阻值為R=50 Ω，電感為L=60nH，電容為C=0.5pF。
3.一種窄帶載波泄漏消除器，其特征在于所述的窄帶載波泄漏消除器由一個(gè)環(huán)形橋耦合器和一個(gè)反射網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)成，其中:環(huán)形橋耦合器是在一個(gè)絕緣層的一面設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電層，在該絕緣層的另一面設(shè)置一個(gè)半徑為3 λ /4 π、弧長為3 λ /4的圓弧和與此圓弧相交的由三個(gè)相交的小半圓環(huán)形成的S形構(gòu)成的導(dǎo)電環(huán)，其中的三個(gè)小半圓環(huán)總長度為3 λ/4、各小圓弧的直徑均等于本2i,環(huán)寬度為為2.3mm,各端口間距離為四分之一個(gè)波長λ，端口I至端口 4之間的距離為四分之三個(gè)波長λ，端口的寬度為4mm，端口的長度適于與其它器件連接即可，所設(shè)置的導(dǎo)電層和導(dǎo)電環(huán)平面均與絕緣層表面平行；反射網(wǎng)絡(luò)電路由并聯(lián)的電阻、電容和電感組成，且電阻電容和電感一端接4端口，另外一端直接接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種窄帶載波泄漏消除器，其特征在于所述的環(huán)形橋耦合器的介質(zhì)層與導(dǎo)電層為雙面敷銅介質(zhì)板，導(dǎo)電環(huán)通過刻制或腐蝕形成；所述的反射網(wǎng)絡(luò)電路中電阻的阻值為R=50 Ω，電感為L=60nH，電容為C=0.5pF。
【文檔編號(hào)】H04B10/40GK103888202SQ201410079144
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】楊建紅, 馬中華, 何驚昱, 李利利 申請人:蘭州大學(xué)