甘泉教师花费数年之功，编撰的新书《物联网UHF RFID技能、产品及运用》正式出书发布，本书对UHF RFID最新的技能、产品与商场运用进行了体系性的论述，干货满满！RFID国际网得到了甘泉教师独家授权，在RFID国际网大众号特设专栏，连续发布本书内容。
经过20多年的尽力开展，超高频RFID技能现已成为物联网的核心技能之一，每年的出货量抵达了200亿的等级。在这个过程中，我国逐渐成为超高频RFID标签产品的首要出产国，在国家对物联网开展的大力支撑下，职业运用和整个生态的开展十分迅猛。可是，至今国内还没有一本全面介绍超高频RFID技能的书本。
为了添补这方面的空缺，甘泉教师花费数年之功，编撰的新书《物联网UHF RFID技能、产品及运用》正式出书发布，本书对UHF RFID最新的技能、产品与商场运用进行了体系性的论述，干货满满！RFID国际网得到了甘泉教师独家授权，在RFID国际网大众号特设专栏，连续发布本书内容。
无源超高频RFID体系中，当标签进入电磁场时，标签接纳到阅览器供给的能量被激活。阅览器将后台数据服务器发来的指令进行处理、编码并调制，经过天线以电磁波的办法辐射出去，一起为标签供给所需能量。而标签一方面经过天线从电磁波中吸收部分能量以驱动标签电路作业，另一方面临包括有用信息的电磁波进行解调，解码，发生回来信号。标签经过对接纳到的电磁波反射率的操控（负载调制）完结该信号的发射。阅览器将接纳到的细小信号扩大、解调，再送入数字基带提取有用信息发送给后台数据服务器，然后完结标签和阅览器的通讯。
在此通讯过程中，阅览器为标签供给能量向四周空间发射电磁波，抵达标签后电磁波能量的一部分被标签吸收驱动标签电路作业，另一部分则以不同的强度散射到各个方向上，反射能量的一部分终究会回来阅览器的发射天线。标签正是运用这部分反射的能量，与阅览器完结数据传输。这种办法被称为反向散射技能（又名后向散射），是以雷达原理为根底的。
因而在无源超高频RFID标签体系中为完结与阅览器的通讯，有必要完结对反射信号的调制。反向散射是运用标签天线和其输入电路之间接口处的反射系数的改动来完结的，因为此反射系数是复数值，故反射系数的改动实践是振幅和相位改动。而其间改动反射系数是经过改动标签天线的阻抗来完结的。经过依据一种“阻抗开关”的原理完结操控标签天线阻抗。实践中选用的几种阻抗开关有：变容二极管、逻辑门、高速开关等，其原理如图5-18所示。要发送的数据信号具有两种电平信号，经过操控一个简略的晶体管开关完结天线阻抗的改动，然后完结对载波信号的调制。因而，在整个数据通讯链路中，只是存在一个发射机，却完结了双向的数据通讯。
为降低本钱及减小阅览器体积选用单天线天线的模仿开关），由阅览器作业原理以及阅览器与标签之间的通讯办法能够看出，无源单天线体系中，超高频RFID阅览器体系结构框图如5-19所示。超高频RFID阅览器体系可依据功用首要分为数字基带和模仿射频两大部分。电源模块为阅览器供给所有必要的能量以完结阅览器的正常作业，通讯接口模块使得阅览器与后台数据服务器相连，完结阅览器与后台数据库之间的通讯。操控模块首要完结阅览器数字基带的编解码、时序操控等功用，频率合成器首要为各模块供给它们各自所需的时钟频率。因运用单天线体系，为使收发分置，运用阻隔器材将接纳信号与发送信号分脱离完结半双工通讯。天线首要担任接纳标签后向散射回的信号及发送阅览指令和为标签供给能量的未调制载波。
射频部分首要由射频接纳模块和射频发送模块组成。射频发送部分首要由调制模块和功率扩大模块组成，担任将数字基带送来的信号调制成契合规范的信号，再经过功率扩大模块扩大。射频接纳模块首要由解调模块和模仿处理模块组成，担任将从天线接纳到的信号变频到模仿基带，经过模仿处理模块滤波、整形、扩大，送往数字基带部分。其射频部分首要作业流程：
天线将从标签回来的电磁波转化为电信号，射频接纳部分将电信号经过解调模块解调、滤波，并将细小信号进行扩大、整形后送入数字基带进行处理。
将数字基带送来的基带信号对本振信号进行调制构成ISO/IEC 18000-6C规范规则的调制信号，再经功率扩大构成终究的信号，终究经过天线以电磁波的办法辐射到空间。
将经过模仿预处理的信号进行滤波、整形、解码、校验，得到终究标签回来的有用信息，并经过通讯接口送至后台数据服务器。
后台数据服务器经过通讯接口发送指令给数字基带部分，数字基带将接纳到的指令依照协议规则进行编码，构成基带信号送往射频处理部分。
由5.2.1节所述，已从功用视点剖析阅览器根本结构。本节将从阅览器的结构计划进行详解。因为超高频RFID体系遵从ISO/IEC18000-6C协议规范，契合协议所要求的调制办法、数据率以及编解码办法，如图5-20所示为超高频RFID阅览器干流的计划框图。框图首要分为两部分：射频前端和数字基带部分，本节要点介绍射频前端部分（大都开发者选用专用芯片开发阅览器，射频前端是体系的要害）。
本规划中，从天线经环形器馈入接纳机的标签回来信号不像传统的射频接纳机相同直接经过LNA和带通滤波器。这是因为在传统的射频接纳机中，接纳信号先经过带通滤波器，能够去除频段外的搅扰，并对接纳的弱小信号进行扩大。可是在超高频RFID体系中，滤波器的用途并不大。因为其它频段的搅扰信号起伏相关于无源标签反向散射的信号起伏较小（无源标签的信号强度一般-60dBm左右，而同频带的搅扰信号一般-100dBm左右）；而不经过LNA，则是因为超高频RFID的首要噪声来源于环形器走漏的未调制载波，很简略导致低噪声扩大器饱满并带来进一步影响。数字基带部分由模数转化器（ADC）、数字信号处理模块、协议操控器组成。其信号数字化采样、通道核算挑选、数据相干判定，以及数据编解码，都由一个独自的FPGA完结（如选用专用芯片，则芯片内部自带数字处理模块）。
现有的射频前端接纳机结构中，最简略有用的规划便是在射频频段将信号数字化后直接送入数字基带进行处理，但考虑现有AD转化技能约束及本钱要求，接纳机一般将从天线送来的射频信号先一级或多级下变频到能处理的频段再进行后续处理。依据混频器将天线送来的射频信号下变频到的频率不同，可将接纳机分为超外差式接纳机、零中频接纳机和低中频接纳机。
超外差接纳机是运用本振将射频信号直接下变频到中频，挑选性与灵敏度较好，较易完结有用信道的挑选、A/D转化等，但其结构杂乱，组合搅扰频率点多，镜像搅扰现象在三种结构中最为严峻。零中频结构使本振频率与载频相同，将信号直接下变频到零频，不存在镜像搅扰，使得结构相对简略、规划本钱低，但存在本振走漏、直流偏移等问题。低中频结构虽克服了直流偏移和闪耀噪声等问题，可是它对本振相位噪声要求较高并存在镜像搅扰。在超高频RFID阅览器规划中，绝大大都选用零中频结构，将从天线接纳到的射频信号直接经过本振下变频到零中频，并分为I/Q两路信号，如图5-21所示。
超高频RFID阅览器中，接纳机选用零中频规划结构首要原因为：阅览器天线接纳到的信号为标签对阅览器发送信号的反射，因而接纳端接纳信号的频率与阅览器本振信号频率相同，而且信号接纳端本振和发送端本振可为同一个本振，简化电路结构与硬件开支。但仍然存在零点效应及信号自混频引起的直流偏移问题。直流偏移将导致后级电路堵塞或输入直流点偏移。
在混频输出和基带之间参加一个截止频率很低的高通滤波器，滤除直流偏移的影响，为了不搅扰有用信号，这些高通滤波器的截止频率一般应不低于数据率的0.1%，在实践中运用也一般会用一个大电容替代高通滤波器。此计划最好对基带信号选用恰当编码和适宜的调制办法，以削减基带信号直流邻近的能量。
关于时分复用（TimeDivision Duplexing，TDD）体系，因为收发时分复用，在发射阶段，接纳机处于闲暇状况，这时就能够运用这些闲暇时隙对直流偏移进行采样并存储起来，在接纳机转为作业状况时，将接纳到的基带信号和存储的信号相减，就能够消除直流偏移的影响。
谐波混频。将本振信号频率设为接纳射频信号频率的一半，本振信号的二次谐波与输入射频信号进行混频。因而，由本振信号走漏引起的自混频将发生一个与其同频率的沟通讯号，而不发生直流偏移。有些器材支撑该功用，在混频器内部对本振信号进行倍频或分频。
运用老练的数字信号处理技能来确认直流偏移的巨细，并将成果反应回模仿前端来消除直流偏移。
在这些办法中，办法③较为杂乱，在超高频RFID阅览器中，一方面直流偏移因为本振相位噪声的影响，纷歧定为直流，而是在低频段。别的，因为直流偏移噪声根本来自于未调制载波经过阻隔器材的走漏，因而其强度远大于有用信号起伏，有必要在扩大器扩大之前将其消除，故无法运用办法②。考虑到接纳信号带宽有限，因而，为尽可能消除直流偏移问题，一般状况下在模仿前端选用相似①的办法，用截止频率较低的带通滤波器对其进行滤波，以滤除小部分有用信息为价值交换消除直流偏移现象，带通滤波器的低通截止频率由接纳信号带宽确认。也可选用办法④，在射频前端添加功率抵消环路，消除直流偏移影响。商场上的绝大大都阅览器都是选用了办法①大电容阻隔的办法减小直流偏置，其间，中高端阅览器一起还选用办法④载波抵消的技能计划进步体系灵敏度。
已知在ISO/IEC18000-6C协议中，前向链路和后向链路的调制办法、编码办法等要素决议了阅览器发射机的架构。在前向链路中选用DSB-ASK、SSB-ASK、PR-ASK调制办法，而后向链路选用ASK或BPSK对回波进行调制，因而发射机的架构要能够用于发送起伏和相位调制的信号，其结构图如图5-22所示，由混频器、本振、天线、功率扩大器组成，运用本振和乘法器对基带送来的信号进行调制，经过功率扩大器后由天线将射频信号辐射到空中。
无源RFID体系为半双作业业办法。阅览器一边向外发射未调制功率载波为标签供给能量，另一方面还要接纳标签后向散射回的有用信号，这种通讯机制导致接纳机前端的载波走漏。阅览器作业时，两信号将一起出现在天线上且两信号频率相同，阅览器的发射信号强度远远大于接纳的标签反向散射的信号。
载波走漏信号的发生有三个途径：收发之间有限的阻隔度使得发射端载波走漏到接纳前端；阅览器天线的失配形成载波信号反射到接纳前端；环境对载波信号的反射再次进入接纳天线。为了减小载波走漏，需求阅览器结构中将阅览器收发通道阻隔，常用的阻隔办法有三种，分别是选用收、发天线别离的双天线结构；选用环形器；选用耦合器。
关于运用无源标签的超高频RFID体系，无论是双天线结构仍是单天线结构的阅览器，其接纳前端都存在载波走漏问题。关于如图5-23所示的双天线结构的阅览器，接纳机天线dB，其阻隔度与两个天线方位和摆放相关，假如两个天线靠得较近或辐射面相对则阻隔度会大幅下降。
假定阅览器功率扩大器的输出功率为30dBm，接纳天线收到的标签反向散射的信号强度为-60dBm，收发天线dB（双天线结构天线输入反射系数和载波走漏无关）。此刻发生的载波走漏功率约5dBm（30 - 25dBm），经过带通滤波器后接纳机收到的信号包括5dBm的走漏载波和-60dBm的标签信号。阻隔作用的好坏首要由如下几个参数判别，接纳机收到的载波信号的强度、标签信号的强度以及两个信号的差值。
接纳机收到的载波信号越强，则直流偏移影响越大，所以接纳到的载波越小越好。一般带有载波消除功用的阅览器能够处理的载波走漏强度为+15dBm左右，假如大于该值将很难完结有用的载波消除，阅览器的灵敏度会受限。
接纳机收到的标签信号强度越大，则体系越简略解调该信号，阅览器的灵敏度越高。在没有载波走漏的状况下，阅览器的灵敏度能够抵达-90dBm之下的灵敏度，在有载波走漏的环境中灵敏度会下降，中高端的阅览器能够完结在10dBm载波走漏的环境下-80dBm的灵敏度。因而标签反向散射的信号强度一般需求在-80dBm之上。
两者信号强度的差值越小，信号处理越便利，能够获得更好的解调作用。接纳机收到两个信号后，能够经过可变增益处理将两个信号一起变大或变小，然后满意载波消除和接纳机小信号解调的问题。本体系中两者差值为65dB，阻隔作用十分不错。
双天线结构是常用三种阻隔办法中作用最好的，其缺陷是体系需求两个天线，本钱和施行难度都进步了，运用时还需求注意两个天线的阻隔问题。前期阅览器多选用双天线结构，不过跟着对小型化、低本钱、施行简易的要求，商场上的干流阅览器现已不再选用收发双天线结构了，都选用收发同天线）环形器
环形器是一种多端口器材（常见三个端口），选用的资料是铁氧体，运用铁氧体在稳定电场中对电磁波各方向表现出不同磁导率挑选导通端口完结发送和接纳通道的阻隔。环形器是将进入其任一端口的入射波，依照由静偏磁场确认的方向次序传入下一个端口的多端口器材。环形器是有数个端的非可逆器材。比方：从1端口输入信号，信号只能从2端口输出，相同，从2端口输入的信号只能从3端口输出，以此类推，故称作环形器。如图5-24为一个三端口的环形器，当从端口1进入时从端口2的插损为1dB，一起端口3的阻隔为20dB。此处的插损1dB和阻隔度20dB是常用器材的参数，实践中能够挑选插损更小阻隔度更高的器材，这与环形器的尺度和特性相关。
因为环形用具有直通和阻隔的特性，因而十分合适超高频RFID阅览器的收发阻隔体系，如图5-25所示为选用环形器作为阻隔器材的单天线计划。相同阅览器功率扩大器的输出功率为30dBm，接纳天线收到的标签反向散射的信号强度为-60dBm，天线dBm输出信号经过环形器衰减1dB后抵达天线dBm，因为天线dB，则天线dBm，该信号再次经过环形器衰减1dB后抵达接纳机，此刻经过天线dBm。于此一起发射机的信号还能够经过环形器的阻隔端口抵达接纳机，阻隔走漏信号强度为10dBm，因为天线适配引起的载波走漏占首要的，能够大致以为接纳到的载波走漏为13dBm（13dBm 10dBm）。标签信号经过环形器衰减1dB后抵达接纳接，信号强度为-61dBm。
从阻隔作用的视点看，运用环形器后，载波走漏为13dBm,能够经过载波消除的手法按捺;有用信号的强度为-61dBm，是不错的信号强度;两个信号的差值为74dB，能够说有不错的作用。环形器在超高频RFID体系中广泛运用，尤其是高端阅览器，根本都选用环形器作为阻隔器材。其缺陷为尺度较大，无法运用于小型阅览器或手持设备，再加上本钱高，一般的阅览器都不选用该计划。
在微波体系中，往往需将一路微波功率按份额分红几路，这便是功率分配问题，完结这一功用的元件称为功率分配元器材,即耦合器。如图5-26所示为一个4端口的耦合器，其特色为：
1 →2 为直接通路（directpath），衰减很小，一般小于1dB。
1 →4 耦合通路（coupledpath），常见的耦合能量为5dB、7dB、10dB等，R2000系列的阅览器常挑选参数为10dB的耦合器。
超高频RFID阅览器常运用定向耦合器作为阻隔器材。定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合（分配）元件。它是一种四端口元件，一般由称为直通线（主线）和耦合线（副线）的两段传输线组合而成。直通线和耦合线之间经过必定的耦合机制（例如缝隙、孔、耦合线段等）把直通线功率的一部分（或悉数）耦合到耦合线中，而且要求功率在耦合线中只传向某一输出端口，另一端口则无功率输出。假如直通线中波的传达方向变为与本来的方向相反，则耦合线中功率的输出端口与无功率输出的端口也会随之改动，也便是说，功率的耦合（分配）是有方向的，因而称为定向耦合器（方向性耦合器）。
如图5-27所示为运用定向耦合器作为阻隔器材的阅览器射频前端的结构示意图，其间阅览器功率扩大器的输出功率为30dBm，接纳天线收到的标签反向散射的信号强度为-60dBm，天线dB。界说该定向耦合器的输出端到输入端损耗为0dB；输出端到耦合端的阻隔为-30dB；输入端到耦合端的耦合为-10dB。此刻，天线dBm，天线失配反射的载波信号强度为15dBm（30dBm-15dB），耦合到接纳机的载波信号强度为5dBm（15dBm-10dB），与此一起，发射机的载波也直接耦合到接纳机的信号强度为0dBm（30dBm-30dB）。因为阻隔走漏的载波能量小于天线反射的耦合走漏能够以为接纳机的载波走漏信号强度为5dBm（5dBm0dBm）。标签信号经过耦合抵达接纳机的信号强度为-70dBm（-60-10）。
从阻隔作用的视点看，运用定向耦合器后，载波走漏为5dBm本身走漏并不大，还能够经过载波消除的手法进一步按捺，有用信号的强度为-70dBm，能够完结解调，两个信号的差值为75dB，与环形器的成果相似。定向耦合器凭借其尺度小、本钱的优势成为超高频RFID阅览器体系中遍及运用的阻隔器材。
定向耦合器的耦合系数太大或太小都不好，假如耦合系数太大，则接纳机端的标签信号会衰减过大，导致低于阅览器芯片灵敏度无法解调；同理假如耦合系数太小，则会有更多的载波走漏入接纳机。
在运用环形器和阻隔器的电路中，天线的阻抗匹配是十分要害的参数，尤其是在阅览器大功率输出时，假如天线适配严峻，则会引起接纳机载波走漏过大导致接纳灵敏度下降。因而阅览器大功率输出时必定要挑选输入反射系数小的天线dB，则接纳机很简略被走漏的载波堵塞无法作业。
许多阅览器都带有载波走漏强度指示功用，能够显现当时的载波走漏状况，也从旁边面阐明天线的匹配是否杰出。假如未衔接天线或天线适配严峻，体系就会宣布提示，主张运用者查看接头或替换天线。其意图为维护电路，当大功率的PA输出的信号都回来到阅览器时简略引起高温，然后损坏电路。
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