專利名稱：用于分離收發(fā)信號的耦合裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種在信號發(fā)送部和信號接收部共 有一個天線的無線通信系統(tǒng)中能夠使漏泄到信號接收部的發(fā)送信號的漏泄信號減少的技 術(shù)。
背景技術(shù)：
作為收發(fā)信號的通信系統(tǒng)的示例可舉出無線射頻識別(RFID)系統(tǒng)。RFID是指閱 讀器(reader)利用無線射頻對儲存在裝有微芯片的標簽(tag)、標識(label)、卡等上的數(shù) 據(jù)進行自動識別的技術(shù)。RFID技術(shù)是一種利用RFID閱讀器而讀出RFID標簽信息的技術(shù)。當RFID標簽為 手持式時，在RFID標簽的外部沒有另設用于驅(qū)動RFID標簽的電源，如電池。因此，為了驅(qū) 動RFID標簽，必須從外部向RFID標簽側(cè)持續(xù)提供RF Cff信號，由此能夠產(chǎn)生驅(qū)動RFID標 簽所需的電源。但對于手持RFID閱讀器來說，即使是在讀出RFID標簽所發(fā)出的信號的情 況下，RFID閱讀器也必須持續(xù)產(chǎn)生RF CW信號并將其傳送到RFID標簽側(cè)。此時，發(fā)送信號 與由RFID標簽產(chǎn)生并傳送到RFID閱讀器的信號發(fā)生混頻，以混頻信號的方式傳送給RFID 閱讀器，從而導致RFID閱讀器難以從接收到的信號中判別出RFID標簽信號。特別是在僅 使用一個天線的情況下，RFID閱讀器中發(fā)送信號的強度比接收信號的強度大得多，因此無 法避免發(fā)送信號漏泄到信號接收部的現(xiàn)象。由于發(fā)送信號漏泄到信號接收部，因此降低了 接收信號的質(zhì)量。圖1表示的是，從輸入到信號接收部130的信號中分離出發(fā)送信號中的漏泄信號 150的裝置100，其通過使用下述部件來分離漏泄信號天線140，用于發(fā)送和接收RF信號； 信號發(fā)送部120，其將基帶信號轉(zhuǎn)換為RF發(fā)送信號TX1 ；信號接收部130，將第二端口輸出的 信號作為輸入信號并將其轉(zhuǎn)換為基帶信號；以及環(huán)行器110。環(huán)行器110僅按port 1 port 2、port 2 port 3、port 3 port 1方向傳送信號、而與上述方向相反的port 2 port 1、 port 1 port 3,port 3 port 2方向上不傳送信號。這是因為通過強磁場而具有非互易性 (non-reciprocity)的緣故。如果利用這樣的非互易性，則在信號發(fā)送部120中就可以隔離 (isolation)漏泄到信號接收部130的漏泄信號150。通過這種方法通?？色@得25dB左右 的隔離性能。但若該裝置100所使用的射頻低于GHz，如使用射頻為860MHz 960MHz的情 況下，存在環(huán)行器變得巨大且價格高的缺點。圖2表示的是，通過使用接發(fā)信號的一個天線140與定向耦合器210，從輸入到信 號接收部130的信號中分離出由信號發(fā)送部120所輸出的、發(fā)送信號中的漏泄信號的裝置 200。圖2的定向耦合器210，在portl port 2方向上具有信號直通通路(through path), 在port 1 port 3方向上具有信號隔離路徑(isolation path)，在port 1 port 4方向上 具有通過耦合(coupling)而形成的信號耦合路徑(coupling path)。而且，各個端口相對 于其他端口均具有互易性(reciprocity)。port 1 port 3之間有隔離路徑，以使信號發(fā)送 部120的發(fā)送信號TX1無法傳送到與信號接收部130相連接的端口 port 3，但部分信號仍
4以漏泄信號TX3的方式被輸入到信號接收部130。此時，通常能夠獲得25dB左右的隔離性 能。上述兩種裝置100、200是為了分離發(fā)送信號TX1和接收信號RX2而通常使用于 RFID的裝置。在上述兩種情況下，這些裝置也不能完全隔離RF發(fā)送信號TX1漏泄到RFID 閱讀器的信號接收部130的現(xiàn)象。發(fā)送信號的強度越大漏泄的信號強度也越大。圖3表示的是，通過使用一個天線140、兩個定向耦合器210、平衡振蕩器 (balanced oscillator) 320 以及威爾金森功率合成器(Wilkinson powercombiner) 330 來 改善發(fā)送信號的隔離性能的裝置300。平衡振蕩器320將與發(fā)送信號相位相同的信號輸入 給一個耦合器210，且將與發(fā)送信號相位相差180°的差分信號(differential signal)輸 入給另一個耦合器210。在威爾金森功率合成器330中相位相差180°的差分信號會相互 抵消(cancel out)，以清除從天線140所接收到的發(fā)送信號，從而僅分離出所需的接收信 號。但是該裝置300中，用于發(fā)送的信號僅占整個發(fā)送信號的一半，而另一半只是單純地用 于抵消漏泄到信號接收部130的漏泄信號。即，產(chǎn)生發(fā)送功率的浪費。圖4表示的是，通過使用矢量調(diào)制器(vector modulator)430來產(chǎn)生相位相差 180°的信號而清除發(fā)送信號的技術(shù)。通過與信號發(fā)送部120相連接的耦合器210，發(fā)送信 號471的部分信號將傳送到矢量調(diào)制器430上，矢量調(diào)制器430產(chǎn)生與環(huán)行器110所漏泄 的發(fā)送信號450大小相同、且相位相差180°的抵消信號(cancellation signal)490并提 供給耦合器210。接收到抵消信號490的耦合器210對產(chǎn)生的抵消信號490、天線140所接 收到的接收信號460以及漏泄的發(fā)送信號450進行加法計算，由此清除發(fā)送信號450。在 上述方法中，由于需要產(chǎn)生與漏泄的發(fā)送信號450大小相同、且相位相差180°的抵消信號 490，因此要求矢量調(diào)制器430的準確性高，而這是比較困難且復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題，其目的在于提供一種在共有一個天線的通信系統(tǒng)中能 夠隔離發(fā)送部的發(fā)送信號漏泄到信號接收部的耦合裝置及利用該耦合裝置的信號收發(fā)裝置。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種耦合裝置及衰減值控制方法，能夠適應性地改 變可變衰減器的衰減值，同時使從信號發(fā)送部漏泄到信號接收部的信號的隔離效果達到最 大化。本發(fā)明的耦合裝置，在信號發(fā)送部和信號接收部共有一個天線的信號收發(fā)裝置中 對RF發(fā)送信號和RF接收信號進行分配，其包括四端口電路，其具有第一端口、第二端口、 第三端口和第四端口，且在所述四端口電路中，所述第一端口和所述第二端口之間形成有 直通通路，輸入到所述第一端口的信號耦合至所述第四端口，輸入到所述第二端口的信號 耦合至所述第三端口，所述第一端口和所述第三端口之間被隔離，所述第二端口和所述第 四端口之間被隔離；衰減器，對第三端口所輸出的輸出信號進行衰減并輸出；在所述耦合 裝置中，所述RF發(fā)送信號被輸入至所述第一端口，所述RF接收信號被輸入至所述第二端 口，并將所述衰減器和所述第四端口的輸出信號提供給信號接收部。優(yōu)選本發(fā)明的耦合裝置還包括減法器，其從所述第四端口的輸出信號中減去所述 衰減器的輸出信號并將其提供給信號接收部。
在此，優(yōu)選所述衰減器為能夠?qū)λp程度進行可變控制的可變衰減器。在此，優(yōu)選所述四端口電路為定向耦合器和高頻變壓器之中的一個。本發(fā)明的信號收發(fā)裝置，包括信號發(fā)送部、信號接收部和上述的耦合裝置，其中， 所述衰減器為能夠?qū)λp程度進行可變控制的可變衰減器；所述信號接收部包括低噪音 放大器，從所述第四端口的輸出信號中減去所述衰減器的輸出信號并對其進行放大；信號 強度測量部，測量所述低噪音放大器的輸出信號中發(fā)送信號的漏泄信號強度RSSI ；以及控 制部，根據(jù)測量的所述RSSI值，對所述衰減器的衰減值進行控制。優(yōu)選所述信號收發(fā)裝置 還包括與所述耦合裝置的第二端口相連接的天線。本發(fā)明的信號收發(fā)裝置包括信號發(fā)送部、信號接收部和第一項所述的耦合裝置， 其中，所述衰減器為能夠?qū)λp程度進行可變控制的可變衰減器；所述信號接收部包括 低噪音放大器，從所述第四端口的輸出信號中減去所述衰減器的輸出信號并對其進行放 大；混頻器(mixer)，對所述低噪音放大器的輸出信號進行下變換；低通濾波器LPF，僅允許 所述混頻器的輸出信號中的低頻成分通過；信號強度測量部，測量所述低通濾波器的輸出 信號中發(fā)送信號的漏泄信號強度RSSI ；以及控制部，根據(jù)測量的所述RSSI值，對所述衰減 器的衰減值進行控制。優(yōu)選所述信號收發(fā)裝置還包括與所述耦合裝置的第二端口相連接的 天線。在此，優(yōu)選所述四端口電路為定向耦合器和高頻變壓器之中的一個。本發(fā)明的控制衰減值的方法，在本發(fā)明的信號收發(fā)裝置中，所述控制部對所述可 變衰減器的衰減值進行控制，其包括以下階段將所述可變衰減器的衰減值作為預設的最 小值設定的第一階段；接收RF信號后，將第四端口的輸出信號輸入至所述可變衰減器，且 所述可變衰減器和第三端口的輸出信號通過所述減法器而進行減法計算的第二階段；測量 所述減法器的輸出信號中發(fā)送信號的漏泄信號強度RSSI的第三階段；依次提高所述可變 衰減器的衰減值并測量減法器的輸出信號的RSSI值的第四階段；從所測量的RSSI值中，將 RSSI值最小時的衰減值設定為可變衰減器的衰減值的第五階段。根據(jù)本發(fā)明，在共有一個天線的通信系統(tǒng)中能夠?qū)π盘柊l(fā)送部的發(fā)送信號被漏泄 到信號接收部的漏泄信號進行隔離。另外，根據(jù)本發(fā)明能夠適應性地改變可變衰減器的衰 減值，同時使從信號發(fā)送部漏泄到信號接收部的信號的隔離效果達到最大化。


圖1為表示通過環(huán)行器從輸入到信號接收部的信號中分離出發(fā)送信號的漏泄信 號的裝置的圖；圖2為表示通過定向耦合器從信號接收部的輸入信號中分離出信號發(fā)送部所輸 出的發(fā)送信號中的漏泄信號的裝置的圖；圖3為通過一個天線、兩個定向耦合器、平衡振蕩器以及威爾金森功率合成器以 改善發(fā)送信號的隔離性能的裝置的圖；圖4為通過使用矢量調(diào)制器來產(chǎn)生相位不同的信號以清除發(fā)送信號的技術(shù)的圖；圖5為用于本發(fā)明的四端口電路的圖；圖6為本發(fā)明的一個實施例的包括耦合裝置的RF信號收發(fā)裝置的框圖；圖7為本發(fā)明的另一個實施例的包括耦合裝置的RF信號收發(fā)裝置的框圖8a為通過電阻來表示本發(fā)明衰減器630的圖；圖8b為為了模擬本發(fā)明的圖6的耦合裝置而使用的電路圖的圖；圖9a為圖8b所示的電路的隔離特性的模擬結(jié)果的圖；圖9b為圖8b所示的電路的耦合特性的模擬結(jié)果的圖；圖10為包括耦合裝置的RF信號收發(fā)裝置的兩種實施例，表示利用平衡_不平衡 變壓器來減去信號的減法器的圖；圖11為包括耦合裝置的RF信號收發(fā)裝置的兩種實施例，表示利用差分放大器來 減去信號的減法器的圖；圖12為包括在四端口電路的實施例中通過用高頻變壓器來代替定向耦合器而構(gòu) 成的耦合裝置的RF信號收發(fā)裝置的圖；圖13表示RF信號收發(fā)裝置，為使用可變衰減器來控制衰減器的衰減值的圖；圖14表示RF信號收發(fā)裝置，為使用可變衰減器來控制衰減器的衰減值的圖；圖15為找出本發(fā)明實施例的RF信號收發(fā)裝置1330中執(zhí)行的使發(fā)送信號的隔離 效果達到最大化的可變衰減器1330的衰減值的方法流程圖。符號說明
120信號發(fā)送部
130信號接收部
140天線
210定向耦合器
500四端口電路
600耦合裝置
630衰減器
670減法器
660基帶部
具體實施例方式圖5為表示用于本發(fā)明的四端口電路500的圖。如圖5所示，四端口電路500具 有四個端口 port 1、port 2、port 3、port 4。各個端口之間的關(guān)系如下當發(fā)送信號TX1 輸入到第一端口 port 1時，通過插入損耗(Insertion loss)而衰減的信號TX2被輸出至 第二端口 port 2(式1)，此時，假設在第一端口 port 1和第二端口 port 2之間形成有直通 通路。被輸入到第一端口 port 1的發(fā)送信號TX1通過耦合輸出TX4至第四端口 port 4(式 2)，此時，假設第一端口 port 1和第四端口 port 4被耦合。被輸入到第一端口 port 1的 發(fā)送信號TX1的部分信號TX3通過漏泄輸出TX3至第三端口 port 3 (式3)。此時，假設第一 端口 port 1和第三端口 port3之間形成有隔離路徑。而且，用于本發(fā)明的四端口電路相對 于各個端口均具有互易性。
權(quán)利要求
1.一種耦合裝置，在共有一個天線的信號收發(fā)裝置中對RF發(fā)送信號和RF接收信號進 行分配，其包括四端口電路，其具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，在所述第一端口和所 述第二端口之間形成有直通通路，輸入到所述第一端口的信號耦合至所述第四端口，輸入 到所述第二端口的信號耦合至所述第三端口，所述第一端口和所述第三端口之間被隔離， 所述第二端口和所述第四端口之間被隔離；衰減器，對第四端口所輸出的輸出信號進行衰減并輸出；所述RF發(fā)送信號被輸入至所述第一端口，所述RF接收信號被輸入至所述第二端口，并 將所述衰減器和所述第三端口的輸出信號提供給信號接收部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合裝置，其還包括從所述第三端口的輸出信號中減去所述 衰減器的輸出信號的減法器，將所述減法器的輸出信號提供給所述信號接收部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合裝置，其特征在于所述衰減器為能夠?qū)λp程度進行 可變控制的可變衰減器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的耦合裝置，其特征在于所述四端口電路為定 向耦合器和高頻變壓器之中的一個。
5.一種信號收發(fā)裝置，包括信號發(fā)送部、信號接收部和權(quán)利要求1所述的耦合裝置，其中，所述衰減器為能夠?qū)λp程度進行可變控制的可變衰減器； 所述信號接收部包括低噪音放大器，從所述第三端口的輸出信號中減去所述衰減器的輸出信號并對其進行 放大；信號強度測量部，測量所述低噪音放大器的輸出信號中發(fā)送信號的漏泄信號強度 RSSI ；以及控制部，根據(jù)測量的所述RSSI值，對所述衰減器的衰減值進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號收發(fā)裝置，其還包括與所述耦合裝置的第二端口相連接 的天線。
7.一種信號收發(fā)裝置，包括信號發(fā)送部、信號接收部和權(quán)利要求2所述的耦合裝置，其中，所述衰減器為能夠?qū)λp程度進行可變控制的可變衰減器； 所述減法器從所述第三端口的輸出信號中減去所述衰減器的輸出信號； 所述信號接收部包括信號強度測量部，測量所述減法器的輸出信號中發(fā)送信號的漏泄信號強度RSSI ；以及 控制部，根據(jù)測量的所述RSSI值，對所述衰減器的衰減值進行控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號收發(fā)裝置，其還包括與所述耦合裝置的第二端口相連接 的天線。
9.一種信號收發(fā)裝置，包括信號發(fā)送部、信號接收部和權(quán)利要求1所述的耦合裝置，其中，所述衰減器為能夠?qū)λp程度進行可變控制的可變衰減器； 所述信號接收部包括低噪音放大器，從所述第三端口的輸出信號中減去所述衰減器的輸出信號并對其進行 放大；混頻器，對所述低噪音放大器的輸出信號進行下變換；低通濾波器，僅允許所述混頻器的輸出信號中的低頻成分通過；信號強度測量部，測量所述低通濾波器的輸出信號中發(fā)送信號的漏泄信號強度RSSI ；以及控制部，根據(jù)測量的所述RSSI值，對所述衰減器的衰減值進行控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號收發(fā)裝置，其還包括與所述耦合裝置的第二端口相連 接的天線。
11.根據(jù)權(quán)利要求6 10中任一項所述的信號收發(fā)裝置，其特征在于所述四端口電 路為定向耦合器和高頻變壓器之中的一個。
12.—種控制衰減值的方法，其在權(quán)利要求5、7或9中任一項所述的信號收發(fā)裝置中， 所述控制部對所述可變衰減器的衰減值進行控制，其包括以下階段將所述可變衰減器的衰減值作為預設的最小值設定的階段；接收RF信號后，將第四端口的輸出信號輸入至所述可變衰減器，且所述可變衰減器和 第三端口的輸出信號通過所述減法器而進行減法計算的階段；測量所述減法器的輸出信號中發(fā)送信號的漏泄信號強度RSSI的信號強度測量階段； 依次提高所述可變衰減器的衰減值并測量減法器的輸出信號的RSSI值的階段； 從所測量的RSSI值中，將RSSI值最小時的衰減值設定為可變衰減器的衰減值的階段。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于分離收發(fā)信號的耦合裝置及控制方法，在無線通信領(lǐng)域，更具體地講，信號發(fā)送部和信號接收部共有一個天線的無線通信系統(tǒng)中，涉及能夠使漏泄到信號接收部的發(fā)送信號的漏泄信號減少的技術(shù)。在信號發(fā)送部和信號接收部共有一個天線的信號收發(fā)裝置中，本發(fā)明的耦合裝置包括對RF發(fā)送信號和RF接收信號進行分配的四端口電路，四端口電路具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，且在所述四端口電路中，所述第一端口和所述第二端口之間形成有直通通路，輸入到所述第一端口的信號耦合至所述第四端口，輸入到所述第二端口的信號耦合至所述第三端口，所述第一端口和所述第三端口之間被隔離。
文檔編號G06K7/00GK102006102SQ20091021035
公開日2011年4月6日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者李鎮(zhèn)晟 申請人:派芯片有限公司