射頻識(shí)別技術(shù)（RFID,，即Radio Frequency Identification）是一種基于雷達(dá)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的識(shí)別技術(shù),，其主要原理是通過無(wú)線電磁波進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信從而獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別，RFID技術(shù)是微波技術(shù),、密碼學(xué)以及無(wú)線通信原理等眾多學(xué)科知識(shí)交叉的新興產(chǎn)物,，其應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋了高速公路收費(fèi)管理,、鐵路物流運(yùn)輸控制管理及工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。RFID系統(tǒng)按照工作頻段可以劃分為低頻（135kHz以下）,、高頻?（13.56MHz）,、超高頻?（860～930MHz）和微波?（2.4GHz以上）等幾類。射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽（射頻標(biāo)簽）,、天線和閱讀器組成,。

　　一、讀卡器

　　讀卡器一般由射頻信號(hào)處理模塊,、基帶信號(hào)處理模塊,、控制單元以及和外部設(shè)備連接的接口模塊等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示,。射頻信號(hào)處理模塊主要實(shí)現(xiàn)三大功能：一是通過天線發(fā)射足夠功率的射頻電磁波,，以激發(fā)電子標(biāo)簽并為其提供能量；二是對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,，然后將已調(diào)制的信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電磁波傳送給標(biāo)簽,；三是接收并解調(diào)來(lái)自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)。為了處理往來(lái)于應(yīng)答器的兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)流,，射頻信號(hào)處理模塊有兩個(gè)不同的信號(hào)通道,，傳送到電子標(biāo)簽中去的數(shù)據(jù)通過發(fā)射電路分支，而來(lái)自于電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通過接收電路分支處理,。

　　控制單元的主要功能：與上層應(yīng)用軟件進(jìn)行通信,，并執(zhí)行應(yīng)用軟件發(fā)來(lái)的命令；控制與電子標(biāo)簽的通信過程,；信號(hào)的編碼與解碼,。對(duì)于某些特定系統(tǒng)還有以下的附加功能：執(zhí)行防碰撞算法；對(duì)電子標(biāo)簽與讀卡器之間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密,；進(jìn)行電子標(biāo)簽和讀卡器之間雙向的身份驗(yàn)證,。

　　二、射頻信號(hào)處理單元電路

　　讀卡器的發(fā)射信號(hào)功率遠(yuǎn)大于電子標(biāo)簽反向散射回來(lái)的信號(hào),，而且與接收信號(hào)同頻率,，這樣如果大功率的反射信號(hào)漏泄到接收電路就會(huì)使接收電路各個(gè)部分的器件飽和，導(dǎo)致讀卡器對(duì)接收信號(hào)無(wú)法解調(diào),，因此射頻信號(hào)處理模塊的技術(shù)指標(biāo)好壞會(huì)直接影響到RFID系統(tǒng)的質(zhì)量水平,。如圖2所示為射頻前端電路結(jié)構(gòu)示意圖，射頻信號(hào)處理模塊一般包括兩大單元：一是基帶信號(hào)調(diào)制發(fā)射模塊電路,，它由鎖相環(huán)電路,、混頻調(diào)制電路、濾波電路、功率放大電路等幾部分組成,；二是射頻信號(hào)解調(diào)接收處理電路,，它由差分放大電路，零中頻解調(diào)電路以及相應(yīng)的濾波電路構(gòu)成,。

　?。ㄒ唬┝阒蓄l信號(hào)接收處理電路

　　射頻信號(hào)接收處理電路可以超外差電路和零中頻接收電路等等。由于零中頻檢測(cè)接收機(jī)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,，成本低的優(yōu)點(diǎn),，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：頻率變換關(guān)系簡(jiǎn)單，非線性變換分量更少,；可以避免使用中頻SAW濾波器,；不需要中頻放大器，電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔,，性價(jià)比更高,。

　　如前所述，電子標(biāo)簽發(fā)射回來(lái)的信號(hào)的調(diào)制為振幅鍵控調(diào)制?（ASK）方式,，并且與閱讀器發(fā)射信號(hào)的載波同頻,，如圖3 所示為 RFID系統(tǒng)中采用四通道零中頻解調(diào)電路，來(lái)自移相電路中四個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的信號(hào)均包含閱讀器的發(fā)射信號(hào)和接收到的標(biāo)簽散射回來(lái)的信號(hào),，它們經(jīng)過二極管混頻處理后,，利用低通濾波器將高頻成分濾除掉，將分別得到攜帶標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息和閱讀器天線與標(biāo)簽距離（反映在收發(fā)信號(hào)的相位差上）的信號(hào),，其中A,、C兩點(diǎn)得到的信號(hào)在相位上將相差π， B,、D的情況也是如此,；將它們分別饋入差分放大器D1和D2放大后，得到兩路輸出信號(hào),，它們的振幅反映了標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息,，且相位上相差90°，即它們是正交的,。信號(hào)再分別經(jīng)過差分放大器D3和D4進(jìn)行放大,，然后通過比較電路，最終得到TTL電平的IQ信號(hào)送入基帶電路進(jìn)行處理,。由于I 和Q這兩路信號(hào)是正交的,，且只跟閱讀器天線和標(biāo)簽之間的距離（根據(jù)電磁波的基本知識(shí)，其表現(xiàn)為收發(fā)信號(hào)之間的相位差）有關(guān),，這就是說,，當(dāng)標(biāo)簽位于閱讀器天線所發(fā)射電磁波覆蓋的區(qū)域內(nèi)，在每一個(gè)確定的時(shí)間里，這兩路信號(hào)不但是唯一確定的,，而且更重要的是它們相位的正交保證了這兩路信號(hào)不可能同時(shí)為零，這就確保了電路對(duì)電子標(biāo)簽散射信號(hào)的有效捕獲,。

　?。ǘ┱{(diào)制發(fā)射模塊電路

　　調(diào)制發(fā)射電路由三部分構(gòu)成：載波信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)調(diào)制電路和射頻功率放大電路等,。

　　1．載波發(fā)生電路,。圖4所示為一個(gè)載波發(fā)生電路。其中PLL400-915A是鎖相環(huán)路頻率合成器,，它具有良好的窄帶濾波特性和良好的相位噪聲指標(biāo),，同時(shí)它還具有輸出頻率純度高和頻率輸出可控等特點(diǎn)該芯片可由MCU通過程序進(jìn)行控制，輸出信號(hào)的頻率可在902MHz~928MHz之間變換,，步進(jìn)頻率為 200kHz,，該特性可以方便用戶實(shí)現(xiàn)廣譜跳頻，提高系統(tǒng)抗干擾能力,。電路中TCX0是溫度補(bǔ)償晶振,，它提供穩(wěn)定、低相位噪聲的12.8MHz作為頻率合成器的參考頻率,。本振信號(hào)輸出端所接SF2049E為帶通濾波器,，以濾除輸出載波信號(hào)的高次諧波，降低系統(tǒng)的噪聲,。

　　2．信號(hào)調(diào)制電路,。調(diào)制電路如圖5所示。依照RFID 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),，發(fā)射信號(hào)采用ASK調(diào)制,。電路采用低噪聲射頻放大器芯片RF2361作為射頻功放的前置驅(qū)動(dòng)。 RF2361具有低噪聲,，高截獲點(diǎn),，放大使能可控。通過調(diào)整控制端電壓VPD,，其增益可從20dB迅速降到0dB,，即通過電壓控制使它在關(guān)閉狀態(tài)與工作狀態(tài)之間快速地切換，從而實(shí)現(xiàn)ASK調(diào)制,，而且能夠達(dá)到非常深的調(diào)制深度,。這樣，編碼信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路與非門芯片TC7S00達(dá)到對(duì)VPD的控制,，從而利用對(duì)載波的放大控制實(shí)現(xiàn)了編碼信號(hào)對(duì)載波的ASK調(diào)制,。

　　3．射頻功率放大電路。射頻功率放大器是無(wú)線發(fā)射機(jī)主要組成部分，為了有效地將調(diào)制信號(hào)通過天線以電磁波的形式輻射出,，射頻信號(hào)必須獲得足夠大的射頻輸出功率,，所以在信號(hào)被送入天線前必須采用射頻功率放大器進(jìn)行放大，射頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率與效率,。

　　射頻功率放大器的重要指標(biāo)為：（1）集電極效率ηc為輸出功率pout與電源供給功率pdc之比,，即ηc=pout / pdc；（2）功率增加效率& amp;#8197;（PAE,， Power Added Efficiency）為輸出功率pout與輸入功率pin的差與電源供給功率pdc之比,，即 PAE=（pout-pin）/?pdc=（1-1/Ap）ηc。當(dāng)pout>>pin時(shí),，有ηc≈PAE,。如何提高輸出功率和保證高的效率，是射頻功率放大器設(shè)計(jì)目標(biāo)的核心,。（3）射頻功率放大器線性度指標(biāo)有三階互調(diào)截點(diǎn)（IP3）,、1dB壓縮點(diǎn)、諧波,、鄰道功率比等,。鄰道功率比衡量由放大器的非線性引起的頻譜再生對(duì)鄰道的干擾程度。（4）雜散輸出與噪聲,。

　　在發(fā)射系統(tǒng)中,，射頻末級(jí)功率放大器輸出功率的范圍可小至毫瓦級(jí)（便攜式移動(dòng)通信設(shè)備）、大至數(shù)千瓦級(jí)（發(fā)射廣播電臺(tái)）,。為了要實(shí)現(xiàn)大功率輸出,，末級(jí)功率放大器的前置放大電路必須要有足夠高的激勵(lì)功率電平。根據(jù)工作頻率和輸出功率等要求,，可以采用FET,、射頻功率集成電路等作為射頻功率放大器。本系統(tǒng)采用了日立公司的功率放大芯片PF01411A 來(lái)實(shí)現(xiàn)完成該任務(wù),，如圖6所示,。PF01411A具有線性失真小，輸入功率要求低（0dBm即可）,，增益控制范圍可達(dá)90dB,，效率可達(dá) 45％，最大輸出功率可達(dá)5W,。MCU可通過電壓控制端Vapc來(lái)對(duì)輸出增益進(jìn)行控制,，以實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻輸出功率的控制。

　　三,、結(jié)語(yǔ)

　　本文研制改進(jìn)了零中頻解調(diào)技術(shù),、載波電路,、信號(hào)調(diào)制電路及射頻功率放大電路，特別是對(duì)讀卡器的重要組成部分——射頻信號(hào)處理單元作了深入的研究,，實(shí)驗(yàn)表明,，研制電路的簡(jiǎn)單、實(shí)用,、可靠,。