一种窄带载波泄漏消除器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103888202 A (43)申请公布日 2014.06.25 CN 103888202 A (21)申请号 201410079144.0 (22)申请日 2014.03.05 H04B 17/00(2006.01) H04B 10/40(2013.01) H04B 1/52(2006.01) (71)申请人 兰州大学 地址 730000 甘肃省兰州市天水南路 222 号 (72)发明人 杨建红 马中华 何惊昱 李利利 (74)专利代理机构 兰州振华专利代理有限责任 公司 62102 代理人 张晋 (54) 发明名称 一种窄带载波泄漏消除器 (57) 摘要 本发明公。

2、开一种在超高频射频识别读写器中 用于消除接收回路载波的消除器。本发明窄带载 波泄漏消除器由一个环形桥耦合器和一个反射 网络电路构成， 其中 ： 环形桥耦合器是在一个绝 缘层的一面设置一个导电层， 在该绝缘层的另一 面设置一个其上带有四个端口的环状导电环 ； 反 射网络电路由并联的电阻、 电容和电感组成， 且 电阻电容和电感一端接 4 端口， 另外一端直接接 地。本发明具有结构简单、 成本低、 可使窄带收发 电路有极高的隔离度， 完全可以满足读写器高接 收灵敏度和远距离识别的需求， 特别适用于中国 的 UHFRFID 系统中， 本发明既可与窄带收发电路 电路板做成一体的， 也可以是单独的元件。 。

3、(51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103888202 A CN 103888202 A 1/1 页 2 1. 一种窄带载波泄漏消除器， 其特征在于所述的窄带载波泄漏消除器由一个环形桥耦 合器和一个反射网络电路构成， 其中 ： 环形桥耦合器是在一个绝缘层的一面设置一个导电 层， 在该绝缘层的另一面设置一个其上带有四个端口的周长为 1.5 倍波长 环状导电环， 为UHF频段射频识别系统的工作波长， 环的宽度为2.3mm， 各端口间距离为。

4、四分之一个波 长 ， 端口 1 至端口 4 之间的距离为四分之三个波长 ， 端口的宽度为 4mm， 端口的长度适 于与其它器件连接即可， 所设置的导电层和导电环平面均与绝缘层表面平行 ； 反射网络电 路由并联的电阻、 电容和电感组成， 且电阻电容和电感一端接 4 端口， 另外一端直接接地。 2. 根据权利要求 1 所述的一种窄带载波泄漏消除器， 其特征在于所述的环形桥耦合 器的介质层与导电层为双面敷铜介质板， 导电环通过刻制或腐蚀形成 ； 所述的反射网络电 路中电阻的阻值为 R=50， 电感为 L=60nH, 电容为 C=0.5pF。 3. 一种窄带载波泄漏消除器， 其特征在于所述的窄带载波泄。

5、漏消除器由一个环形桥 耦合器和一个反射网络电路构成， 其中 ： 环形桥耦合器是在一个绝缘层的一面设置一个导 电层， 在该绝缘层的另一面设置一个半径为 3/4、 弧长为 3/4 的圆弧和与此圆弧相交 的由三个相交的小半圆环形成的 S 形构成的导电环， 其中的三个小半圆环总长度为 3/4、 各小圆弧的直径均等于， 环宽度为为 2.3mm， 各端口间距离为四分之一个波长 ， 端口 1 至端口 4 之间的距离为四分之三个波长 ， 端口的宽度为 4mm， 端口的长度适于与其它器 件连接即可， 所设置的导电层和导电环平面均与绝缘层表面平行 ； 反射网络电路由并联的 电阻、 电容和电感组成， 且电阻电容和电。

6、感一端接 4 端口， 另外一端直接接地。 4. 根据权利要求 3 所述的一种窄带载波泄漏消除器， 其特征在于所述的环形桥耦合 器的介质层与导电层为双面敷铜介质板， 导电环通过刻制或腐蚀形成 ； 所述的反射网络电 路中电阻的阻值为 R=50， 电感为 L=60nH, 电容为 C=0.5pF。 权 利 要 求 书 CN 103888202 A 2 1/4 页 3 一种窄带载波泄漏消除器 技术领域 0001 本发明涉及一种微波器件， 特别是一种在超高频射频识别读写器中用于消除接收 回路载波的消除器。 背景技术 0002 随着物联网概念的提出， 射频识别技术得到高速发展， 在工业、 农业、 商业等领域。

7、 得到广泛的应用， 例如公交收费系统、 物流管理、 人员的安全监控以及生产过程的控制和超 市的商品管理等， 射频识别技术已经深入到人们生活的方方面面。 0003 射频识别系统主要由读写器， 应答器和后台数据处理系统组成， 其中读写器的灵 敏度和应答器的反向散射性能决定了系统的读取距离。 0004 由于应答器没有直流电源供应， 读写器必须发射一个连续波信号激活应答器， 然 后应答器含有数据信息的调制信号反向散射回读写器， 经过后台处理后得到所需要的信 息。 由于发射信号和接收信号的频率非常接近， 不能用滤波器将它们分离， 所以一般用环形 器将读写器的收发信号分开。 0005 环形器的隔离度一般只。

8、有25dB左右， 在读写器发射机输出功率为1W的情况下， 在 接收回路泄露的载波为 6dBm。而典型的读写器接收机接收灵敏度为 -80dBm， 如果天线增益 为 6dBi， 那么在接收回路泄露的载波功率将比接收信号大 80dB。这么大的泄露信号不仅能 够淹没接收信号， 造成接收灵敏度降低， 而且容易造成接收回路饱和， 使得接收机不能正常 工作。 0006 为了能够降低和消除接收回路的载波信号， 近年来很多学者提出了各种载波消除 的方法。 W.Lim和J.Yu等人提出采用两个天线来分离发射和接收信号如文献1 ： W. Lim and J.Yu. Balanced circulator struc。

9、ture with enhanced isolation characteristicsJ. Microw.Opt.Technol.Lett. Sep. 2008. 50(8). pp:2389 -2391.。 虽 然 这 种 方 法 能 够提高隔离度， 但是同时也增加了系统的复杂程度和成本。Pekka Pursula 等人提出了 正交反馈的载波消除电路， 可以使接收机的动态范围增大 10dB 左右， 如文献 2 ： Pekka Pursula， Mikko Kiviranta and Heikki Seppa. UHF RFID Reader with Reflected Power Can。

10、cellerJ.IEEE Microwave and Wireless Components Letters. January 2009. 19(1).pp:48-50。文献 3 ： Thomas Brauner ,Xiongwen Zhao. A Novel Carrier Suppression Method for RFIDJ. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. March 2009. 19(3).pp:128-130. 公开了用 PIN 二极管构成反射调制器的定向耦合器型 载波消除电路， 接收端的载波被抑制了 42dB。文献。

11、 4 ： Wan Kyu Kim, Moon Que Lee,Jin Hyun Kim etcs. A Passive Circulator for RFID Application with High Isolation using a Directional CouplerC. Proceedings of the 36th European Microwave Conference.September 2006. Manchester UK.pp:196-199. 公开了用定向耦合器构成的 载波消除器使得接收端的载波被抑制了 45dB。文献 5 ： Peng Bai,Yingzeng Y。

12、in and Xi Yang. A Novel Rx-Tx Front-Ends for Passive RFID Reader with High IsolationC. 说 明 书 CN 103888202 A 3 2/4 页 4 IEEE 2007 International Symposium on Microwave, Antenna, Propagation, and EMC Technologies for Wireless Communications.pp:332-335. 提 出 了 分 支 线 型 的 载波消除电路， 收发隔离度达到 46dB。文献 6 ： Ting-we。

13、n Xiong; Xi Tan; Jing-tian Xi; Hao Min. High TX-to-RX Isolation in UHF RFID Using Narrowband Leaking Carrier CancellerJ. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2010. 20(2):124-126. 提出了用定向耦合器， 环形器和功率分配器等器件构成的窄带载波泄露消 除器， 达到了很好的性能， 但是电路复杂， 且成本较高。 发明内容 0007 本发明的目的在于提供一种简单， 易于实现， 生产成本低， 隔离度高， 可以。

14、与电路 板共形的、 基于环形桥的窄带读写器载波泄露抵消器。 0008 本发明的一种窄带载波泄漏消除器， 其特征在于所述的窄带载波泄漏消除器由一 个环形桥耦合器和一个反射网络电路构成， 其中 ： 环形桥耦合器是在一个绝缘层的一面设 置一个导电层， 在该绝缘层的另一面设置一个其上带有四个端口的周长为1.5倍波长环 状导电环， 为 UHF 频段射频识别系统的工作波长， 环的宽度为 2.3mm， 各端口间距离为四 分之一个波长 ， 端口 1 至端口 4 之间的距离为四分之三个波长 ， 端口的宽度为 4mm， 端 口的长度适于与其它器件连接即可， 所设置的导电层和导电环平面均与绝缘层表面平行 ； 反射网。

15、络电路由并联的电阻、 电容和电感组成， 且电阻电容和电感一端接 4 端口， 另外一端 直接接地。 0009 本发明的窄带载波泄漏环形桥消除器也可以是在一个绝缘层的一面设置一个导 电层， 在该绝缘层的另一面设置一个半径为 3/4、 弧长为 3/4 的圆弧和与此圆弧相交 的由三个相交的小半圆环形成的 S 形构成的导电环， 其中的三个小半圆环总长度为 3/4、 各小圆弧的直径均等于 /2， 环宽度为 2.3mm， 各端口间距离为四分之一个波长 ， 端口 1 至端口 4 之间的距离为四分之三个波长 ， 端口的宽度为 4mm， 端口的长度适于与其它器 件连接即可， 所设置的导电层和导电环平面均与绝缘层表。

16、面平行 ； 反射网络电路由并联的 电阻、 电容和电感组成， 且电阻电容和电感一端接 4 端口， 另外一端直接接地。 0010 上述本发明的窄带载波泄漏消除器中， 环形桥耦合器的介质层与导电层为双面敷 铜介质板， 导电环可通过刻制或腐蚀形成 ； 反射网络电路中电阻的阻值为 R=50， 电感为 L=60nH, 电容为 C=0.5pF。 0011 本发明利用环形桥的特点， 同时利用了各个端口的相位差， 通过调节环形桥第四 个端口的反射系数， 最终达到消除泄露载波的目的。 另外为了实现小型化， 把圆环形导电环 改为用三个小半圆连接的 S 形结构， 可在保证其功能的同时明显减小整个装置的尺寸。 0012。

17、 与现有的技术相比， 本发明的优点在于 ： 1） 结构简单、 成本低， 几乎不需要什么元器件， 只需要电路板上的铜皮和三个 RLC 分立 元件， 它即可与窄带收发电路电路板做成一体的， 使本发明成为窄带收发电路的一个组成 部分， 也可以单独的元件与现有的窄带收发电路使用。 0013 2） 采用本发明后可使窄带收发电路有极高的隔离度， 完全可以满足读写器高接收 灵敏度和远距离识别的需求。 0014 3） 本发明特别适用于中国的 UHF RFID 系统中。 说 明 书 CN 103888202 A 4 3/4 页 5 附图说明 0015 图 1 为本发明的第一种结构导电环形状示意图。 0016 图。

18、 2 为本发明的第二种结构导电环形状示意图。 0017 图 3 表示 4 端口的反射网络的电路图 图 4 为软件仿真的数据， 表示为发射机到天线端的传输系数曲线， 表示了发射机到天 线的传输关系。 0018 图 5 表示接收机和发射机之间的隔离度的关系。 0019 图 6 表示接收机接收到的信号频谱， 表示所述小型化环形桥载波消除器在发射机 发射连续载波， 天线接收振幅调制信号后， 接收回路的信号功率谱。 0020 图 7 接收回路在 920MHz 处的泄漏载波频谱的测试结果。 0021 图 8 接收回路在 925MHz 处的泄漏载波频谱的测试结果。 0022 图 9 接收回路在 922.5M。

19、Hz 处的泄漏载波频谱的测试结果。 0023 上述图中， 黑色部分是导电环， 1、 2、 3 和 4 均为导电环上的端口， 图 2 中的 A 接图 1 或图 2 的端口 4。 具体实施方式 0024 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。 本发明实际上是一种无源 的微带结构环形桥载波消除电路。 0025 图 1 和图 2 是本发明的两种导电环结构示意图， 它在双面敷铜介质板的一面用腐 蚀的方式形成导电环， 其另一面为导电层构成的接地的基板。在本发明的实施例中所用的 介质层厚度h =1.5mm, 相对介电常数=2.65。 0026 在图 1 给出的本发明的第一种结构中圆环直径为， 适用。

20、于 UHF 频段中 920MHz-925MHz 范围的读写器。 0027 在图2给出的本发明的第一种结构中大半圆环的半径R =53mm， 小半圆环的半径r =R/3， 大的半圆环和三个小的半圆环微带的宽度， 四个端口微带的宽度w =4mm， 端口微带的 长度L =2mm， 这一实施例同样是适用于 UHF 频段中 920MHz-925MHz 范围的读写器。 0028 图 3 的电路是由电阻、 电容和电感组成一个 RLC 反射网络， 其中各元件为 ： R =50， L=60nH,C=0.5pF。在使用中连续波信号从图 1 或图 2 的端口 1 输入到变形的载波消 除器， 从图 1 或图 2 的端口。

21、 2 输出到天线上， 传输特性如图 3 所示。接收信号由图 1 或图 2 的端口 2 的天线端输入， 从图 1 或图 2 的端口 3 输出到接收回路， 同时在接收回路有端口 1 泄露到端口 3 的连续载波和由于天线端的非理想匹配反射回 3 口的连续载波， 为了抵消这 些泄露， 将图 1 或图 2 中所示的端口 4 与图 3 的 A 相接， 使得反射回端口 2 的连续载波刚好 和泄露的载波消除， 通过调节端口 4 的反射系数， 即调节图 3 中电阻、 电感和电容的值可适 用于不同频率范围的读写器。 发射机和接收机之间的隔离度关系如图4。 图3中， 在920MHz 到925MHz的频带内， 此变形。

22、的载波消除器插入损耗只有3dB。 图4中， 接收端和发射端的隔 离度 S(3,1) 在中心频点 922.5M 处为 -83dB, 在起始和终止频点处为 -55dB。 0029 图 5 为最终接收端实际接收信号的频率图， 从图中可知， 本发明变形的环形桥载 说 明 书 CN 103888202 A 5 4/4 页 6 波抑制电路把接收回路泄露的载波抑制到 -53dBm。可以提高读写器接收灵敏度， 增大和标 签的读取距离， 可以满足中国 UHF 频段 RFID 系统的需求。 0030 本发明具体的实施例的测试方案中天线用 50 欧姆负载代替天线， 射频信号源作 为连续波产生器接端口 1， 频谱分析。

23、仪作为接收机接端口 3， 端口 4 通过反射网络控制反射 信号的大小， 这样可以测试接收回路最终泄漏的载波大小。图 7 中在窄带边频 920MHz 处 泄漏的载波功率被抑制到了 -61dBm， 图 8 中在窄带边频 925MHz 处， 泄漏的载波功率被抑制 到 -69dBm， 图 9 中在中心频率处载波功率被抑制到了 -74dBm， 而使用传统环行器的读写器 在中心频率处接收回路的载波泄漏功率高达 -11dBm， 变形的环形桥同环行器相比将载波抑 制提高了 63dB。 0031 以上所述仅为一个实施例， 当然， 本发明还可以有其他多种实施例， 在不背离本发 明精神及其实质的情况下， 熟悉本领域的技术人员可根据本发明实施各种相应的变形， 但 这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。 说 明 书 CN 103888202 A 6 1/4 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103888202 A 7 2/4 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103888202 A 8 3/4 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103888202 A 9 4/4 页 10 图 7 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103888202 A 10 。