[發明專利]一種具有雙向放大的無源UHF RFID標簽電路

有效

• 申請號: 202110916713.2
• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113437943B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 李港;文光俊;趙發定
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06K19/077
• 分類號: G06K19/077
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種具有雙向放大的無源UHF RFID標簽電路，包括標簽天線、反射放大器、無源環形器和標簽電路；標簽天線與無源環形器端口1連接、反射放大器與無源環形器端口2連接、標簽電路與無源環形器的端口3連接。本發明采用晶體管構成的低功耗、高增益反射放大電路與無源環形器結合，同時對UHF RFID系統前向鏈路和反射鏈路進行放大，通過放大前向鏈路信號增加了UHF RFID標簽的靈敏度，通過放大反向鏈路信號可有效增加UHF RFID標簽的通信距離。同時設計的標簽電路具有低功耗、低成本和集成度高等特點，為遠距離、低功耗無源UHF RFID標簽芯片的研發提供了板級驗證依據與參考，可以被廣泛應用于軍事、民用等領域。

技術領域

本發明書屬于射頻識別技術領域，特別涉及一種具有雙向放大的無源UHF RFID標簽電路。

背景技術

射頻識別技術(RFID)是一種自動識別技術，通過無線射頻/空間耦合(電感或電磁耦合)/雷達反射方式進行非接觸雙向數據通信。目前RFID技術被廣泛應用于物流、零售、制造業、醫療、身份識別、防偽、資產管理、交通、圖書館管理、軍事等領域。

RFID系統主要由上位機、讀寫器和標簽(終端)組成，標簽與讀寫器的通信方式主要是反向散射。讀寫器將射頻信號發送給標簽，標簽接收來自讀寫器提供的能量，并通過調制其負載阻抗Z_L進行響應。該調制方式通過改變標簽天線和標簽輸入接口間的反射系數的振幅或相位來實現。標簽從讀寫器獲取射頻能量(無源標簽)或從電池(半無源標簽)獲取能量，為了降低標簽的功耗，無源和半無源標簽都沒有放大器對接收和反射信號進行放大。

無源標簽/半無源標簽只有很少或沒有能量存儲，因此它們的使用僅限于從讀寫器收集能量的短距離通信應用。常見的超高頻(UHF)RFID系統通信分為讀寫器到標簽的前向鏈路和標簽到讀寫器的反向鏈路。前向鏈路的通信距離主要受限于讀寫器發射功率和標簽的接收靈敏度；后向鏈路則受限于讀寫器的靈敏度。目前的結果顯示，UHF RFID通信距離最大為21.25m。

為了增加UHF RFID系統的通信距離，可以通過提升讀寫器的靈敏度或標簽的功率要求，或同時提升讀寫器靈敏度和標簽功率要求。在標簽方面，采用隧道二極管構成的反射放大器，該反射放大器的特點是具有負的負載阻抗Z_L，以一定的偏置功率為代價，可以有效放大反向散射信號。隧道二極管雖然具有較低的功耗和較高的增益，但是其輸入功率范圍非常小。基于場效應晶體管(FET)和雙極結晶體管(BJT)的反射放大器可有效的對反射信號進行放大，同時可以擴展輸入功率范圍，但FET或BJT構成的反射放大器功耗相對較高。同時，無論是隧道二極管還是FET/BJT構成的反射放大電路均只對反向鏈路的信號進行放大。

綜上所述，讀寫器靈敏度提升技術、標簽靈敏度提升技術和反向散射技術都日趨成熟，難以再通過提升這些方面的性能來大幅度增加UHF RFID系統的通信距離。反射信號放大技術雖能有效的對反射信號進行放大，但是卻沒有對前向鏈路的信號進行放大。

UHF RFID系統前向鏈路是讀寫器通過天線發送射頻信號，激活標簽，前向鏈路架構如附圖1所示。前向鏈路的傳輸距離受限于標簽的靈敏度，為提升UHF RFID系統前向鏈路的通信距離，有源標簽一般在匹配網絡和解調電路間引入低噪聲放大器，將標簽接收到的微弱信號放大后再進行解調，從而有效增加了前向鏈路的通信距離。

UHF RFID標簽被激活后，標簽將自身編碼等信息通過發射天線發送出去，讀寫器接收天線收到標簽發送來的載波信號，并傳送到讀寫器，讀寫器對接收信號進行解調和解碼，然后經過相關處理，獲取標簽信息，后向鏈路架構如圖2所示。無源標簽使用開關電路，通過失配控制信號控制開關的通/斷，從而控制標簽匹配電路的失配/匹配進行信號調制。由于無源標簽是被動反射，無法對反射信號進行放大，且讀寫器靈敏有限，因此傳統的UHFRFID標簽反向鏈路通信距離通常較近。有源標簽為了有效提升反向鏈路的通信距離，使用主動調制并發射電磁波的方式來完成后向鏈路的通信，但同時該方案具有高功耗、高成本等缺陷。