ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО RFID СЧИТЫВАТЕЛЯ

Полезная модель относится к приемно-передающим радиотехнческим 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 идентификции объекта (патент США 4739328, кл. G01S 13/00, НКИ 342/44: 342/51, 1988, патент США 4636, кл. G01S 13/00, 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.
Предлагаемая полезная модель призвана решить задачу сохранения высокой чувствительности канала приемника считывателя в указанных условиях его работы.
Технический результат достигается тем, что разработан считыватель системы идентификции 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 фиг. 1 показана схема считывателя системы идентификации объекта (RFID-считывателя). На фиг. 2 показана схема векторного модулятора.
Считыватель содержит следующие устройства.
1 - премнопередающая 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 направленного ответвителя устройства компенсации, выход которого подключен к сигнальному входу смесителя, вход опорного сигнала которого подключен на ответвляющий выход первого направленного ответвителя канала передатчика, а выход ответвленного канала направленного ответвителя устройства компенсации подключен к выпрямителю сигналов, выход которого подключен на вход аналого-цифрового преобразователя контроллера, цифро аналоговые 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.
i(ωt+φ)
iφ
iωt
Z(t)=A(cos(ωt+φ)+isin(ωt+φ))=Ae=Aee=(I+iQ)(cosωt+isinωt)=(Icosωt-QSinωt)+i(Isinωt+Qcosωt), где I=Acosφ, Q=Asinφ
Таким образом сигнал несущей частоты можно представить в виде
V(T)=Icosωt-Qsinωt=Icosωt+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 867 МГц, в качестве второго направленного ответвителя - ADC-20-4, а в качестве первого направленного ответвителя канала передачи и направленного ответвителя устройства компенсации - ХС0900А-05,
В качестве управляющего контроллера векторным модулятором может применяться PIC-контроллер PIC24FJ128G-C010, имеющий два входных 16-ти разрядных АЦП и два выходных 10 разрядных ЦАП, в качестве ВЧ сумматора - JPS-2-4, а выпрямителя - однополупериодный выпрямитель на высокочастотном диоде HSMS2822.
1. З. Бенековский, Э. Липинский Любительские антенны коротких и ультракоротких волн М. 1983
2. И.В. Гончаренко Антенны КВ и УКВ часть 2 М. 2005