[0001] 本申请实施例涉及反向散射通信技术领域，特别涉及一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端。

[0002] RFID即无线射频识别技术(Radio Frequency Idenfication)是一种非接触式的自动识别技术。传统的RFID标签通常在特性的极化方向上运行，因此需要RFID标签和RFID阅读器之间的极化匹配，极化可调RFID技术允许用户根据具体应用和环境需要对RFID标签和RFID阅读器的极化方向进行调整，进而可提高通信的可靠性并提升通信性能。极化可调RFID技术还可以减少多径干扰和信号弱化，可有效应用于复杂的无线环境中，例如城市中的建筑物或室内环境。

[0003] 在复杂的无线环境中，无线传感网络的密度较高，传感器节点部署非常接近，因此需要无线传感器之间高度隔离，通常使用对信号进行正交极化隔离的方法。

[0004] V·Vena·A等人在论文“A depolarizing chipless RFID tag for robust detection and its FCC compliant UWB reading system”中提出了一款双L形谐振器的变极化的无源RFID标签。此标签结构简单，不需要电池供电，可以实现反射信号的正交极化转变，但是其仅能实现线极化到线极化的反射转变，同时转变角度也不可控。因此只能起到上下行信道隔离的作用，无法实现近距离多目标的信道隔离。

[0005] 公开号为CN105139047A的发明专利，公开了一种变极化的无芯片RFID系统，包含一种极化任意调控的系统方案，包括：双路信号源，用于产生相位任意可控的射频信号；水平、垂直极化支路，用于调整幅值；双极化天线，用于叠加呈任意极化的电磁波。该系统可实现多个近距离传感器的信道隔离，但该系统包含多种复杂元件，例如可控衰减器和产生任意相位双信号源，并且该系统需要电池供电。

[0024] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

[0025] 实施例1

[0026] 本申请实施例1提供一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端，如图1所示，包括：共口径的正交双极化天线1、正交耦合电路2、改进整流电路3、电源管理电路4、传感器5和MCU；改进整流电路3包括第一整流器31和第二整流器32，第一整流器31的负载为第一晶体管311，第二整流器32的负载为第二晶体管321，正交耦合电路2包含输入端、隔离端、直通端和耦合端，共口径的正交双极化天线1包含水平极化端11和垂直极化端12。需要说明的是，MCU为微控制单元。

[0027] 共口径的正交双极化天线1的水平极化端11与垂直极化端12分别和正交耦合电路2的输入端和隔离端连接，正交耦合电路2的直通端和第一整流器31连接，正交耦合电路2的耦合端和第二整流器32连接，第一整流器31通过第一直流接口和电源管理电路4连接，第二整流器32通过第二直流接口和电源管理电路4连接，第一晶体管311的栅极与第二晶体管
321的栅极分别和MCU连接，传感器5与电源管理电路4和MCU连接。

[0028] 请参阅图2，图2出示了本申请实施例1的等效电路图，需要说明的是，在本申请实施例中每一整流器均包含一个滤波电容和一个二极管，且以晶体管为负载，本实施例中第一晶体管311的源极与第二晶体管321的源极分别和第一二极管313与第二二极管323连接，第一晶体管311的漏极与第二整流器32的漏极均接地，第一整流器31包含第一滤波电容312和第一二极管313，第二整流器32包含第二滤波电容322和第二二极管323；第一滤波电容312、第一直流接口、第一晶体管311这三者并联，第一晶体管311和第一二极管313、第一滤波电容312、第一直流接口这三者串联，第二滤波电容322、第二直流接口、第二晶体管321这三者并联，第二晶体管321和第二二极管323、第二滤波电容312、第二直流接口这三者串联。

[0029] 共口径的正交双极化天线1的水平极化端11接收初始电磁波并将初始电磁波传输至正交耦合电路2的输入端，正交耦合电路2将输入端接收的初始电磁波平均分至直通端和耦合端，传感器5获取目标环境的传感信号，MCU将传感信号转化为控制电平，由于第一晶体管311的栅极与第二晶体管321的栅极分别和MCU连接，进而第一整流器31的负载第一晶体管311和第二整流器32的负载第二晶体管321其阻值受MCU控制电平控制，第一整流器31和第二整流器32接收的初始电磁波受MCU调制，记调制后的电磁波为携有信息的电磁波，正交耦合电路2将携有信息的电磁波耦合至隔离端，隔离端激励共口径的正交双极化天线1的垂直极化端12辐射出携有信息的电磁波，将辐射出携有信息的电磁波记为正交极化偏转信号。需要说明的是，第一整流器31和第二整流器32还用于将接收的初始电磁波整流为直流电，电源管理电路4将直流电升压或降压后为传感器5和MCU供电。

[0030] 实施例2

[0031] 本申请实施例2提供一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端，如图3所示，图3出示了本申请实施例2的等效电路图，本申请实施例2提供的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端包括：共口径的正交双极化天线1、正交耦合电路2、改进整流电路3、电源管理电路4、传感器5和MCU；改进整流电路3包括第一整流器31和第二整流器32，第一整流器31的负载为第一晶体管311，第二整流器32的负载为第二晶体管321，正交耦合电路2包含输入端、隔离端、直通端和耦合端，共口径的正交双极化天线1包含水平极化端
11和垂直极化端12，第一整流器31包含第一滤波电容312和第一二极管313，第二整流器32包含第二滤波电容322和第二二极管323。

[0032] 共口径的正交双极化天线1的水平极化端11与垂直极化端12分别和正交耦合电路2的输入端和隔离端连接，正交耦合电路2的直通端和第一整流器31连接，正交耦合电路2的耦合端和第二整流器32连接，第一整流器31通过第一直流接口和电源管理电路4连接，第二整流器32通过第二直流接口和电源管理电路4连接，传感器5与电源管理电路4和MCU连接，第一晶体管311的源极与第二晶体管321的源极分别和第一二极管313与第二二极管323连接，第一晶体管311的漏极与第二整流器32的漏极均接地。

[0033] 图3中，由于第一晶体管311和第二晶体管321工作状态不变，本实施例将第一晶体管311和第二晶体管321等效为阻值不变的电阻。

[0034] 共口径的正交双极化天线1的水平极化端11接收初始电磁波并将初始电磁波传输至正交耦合电路2的输入端，正交耦合电路2将输入端接收的初始电磁波平均分至直通端和耦合端，第一整流器31和第二整流器32将接收的初始电磁波整流为直流电，电源管理电路4将直流电升压或降压后为传感器5和MCU供电，由于第一整流器31和第二整流器32中第一二极管313和第二二极管323的非线性特征，正交耦合电路2将直通端和耦合端的初始电磁波耦合至隔离端，隔离端激励共口径的正交双极化天线1的垂直极化端12辐射出初始电磁波，将辐射出初始电磁波记为原始信号。

[0035] 实施例3

[0036] 本申请实施例3提供一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端，如图4所示，图4出示了本申请实施例3的等效电路图，本申请实施例3提供的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端包括：共口径的正交双极化天线1、正交耦合电路2、改进整流电路3、电源管理电路4、传感器5和MCU；改进整流电路3包括第一整流器31和第二整流器32，第一整流器31的负载为第一晶体管311，第二整流器32的负载为第二晶体管321，正交耦合电路2包含输入端、隔离端、直通端和耦合端，共口径的正交双极化天线1包含水平极化端
11和垂直极化端12，第一整流器31包含第一滤波电容312和第一二极管313，第二整流器32包含第二滤波电容322和第二二极管323。

[0037] 共口径的正交双极化天线1的水平极化端11与垂直极化端12分别和正交耦合电路2的输入端和隔离端连接，正交耦合电路2的直通端和第一整流器31连接，正交耦合电路2的耦合端和第二整流器32连接，第一整流器31通过第一直流接口和电源管理电路4连接，第二整流器32通过第二直流接口和电源管理电路4连接，第一晶体管311的栅极和MCU连接，传感器5与电源管理电路4和MCU连接，第一晶体管311的源极与第二晶体管321的源极分别和第一二极管313与第二二极管323连接，第一晶体管311的漏极与第二整流器32的漏极均接地。

[0038] 图4中，由于第二晶体管321的工作状态不变，本实施例将第二晶体管321等效为阻值不变的电阻。

[0039] 共口径的正交双极化天线1的水平极化端11接收初始电磁波并将初始电磁波传输至正交耦合电路2的输入端，正交耦合电路2将输入端接收的初始电磁波平均分至直通端和耦合端，记为均分电磁波，传感器5获取目标环境的传感信号，MCU将传感信号转化为控制电平，由于第一晶体管311的栅极和MCU连接，进而第一整流器31的负载第一晶体管311其阻值受MCU控制电平控制，第一整流器31接收的均分电磁波受MCU调制，记调制后的均分电磁波为第一调制电磁波，正交耦合电路2将第一调制电磁波耦合至隔离端和输入端，由于第二晶体管321的工作状态不变，进而第二整流器32接收的均分电磁波被负载吸收，不进行反射，共口径的正交双极化天线1的水平极化端11和垂直极化端12辐射出第一调制电磁波，由于两个端口辐射的第一调制电磁波，功率相等，相位差90°，两个第一调制电磁波会在空气中生成左旋圆极化信号。

[0040] 需要说明的是，第一整流器31和第二整流器32还用于将接收的均分电磁波整流为直流电，电源管理电路4将直流电升压或降压后为传感器5和MCU供电。

[0041] 实施例4

[0042] 本申请实施例4提供一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端，如图5所示，图5出示了本申请实施例4的等效电路图，本申请实施例4提供的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端包括：共口径的正交双极化天线1、正交耦合电路2、改进整流电路3、电源管理电路4、传感器5和MCU；改进整流电路3包括第一整流器31和第二整流器32，第一整流器31的负载为第一晶体管311，第二整流器32的负载为第二晶体管321，正交耦合电路2包含输入端、隔离端、直通端和耦合端，共口径的正交双极化天线1包含水平极化端
11和垂直极化端12，第一整流器31包含第一滤波电容312和第一二极管313，第二整流器32包含第二滤波电容322和第二二极管323。

[0043] 共口径的正交双极化天线1的水平极化端11与垂直极化端12分别和正交耦合电路2的输入端和隔离端连接，正交耦合电路2的直通端和第一整流器31连接，正交耦合电路2的耦合端和第二整流器32连接，第一整流器31通过第一直流接口和电源管理电路4连接，第二整流器32通过第二直流接口和电源管理电路4连接，第二晶体管321的栅极和MCU连接，传感器5与电源管理电路4和MCU连接，第一晶体管311的源极与第二晶体管321的源极分别和第一二极管313与第二二极管323连接，第一晶体管311的漏极与第二整流器32的漏极均接地。

[0044] 图5中，由于第一晶体管311的工作状态不变，本实施例将第一晶体管311等效为阻值不变的电阻。

[0045] 共口径的正交双极化天线1的水平极化端11接收初始电磁波并将初始电磁波传输至正交耦合电路2的输入端，正交耦合电路2将输入端接收的初始电磁波平均分至直通端和耦合端，记为均分电磁波，传感器5获取目标环境的传感信号，MCU将传感信号转化为控制电平，由于第二晶体管321的栅极和MCU连接，进而第二整流器32的负载第二晶体管321其阻值受MCU控制电平控制，第二整流器32接收的均分电磁波受MCU调制，记调制后的均分电磁波为第二调制电磁波，正交耦合电路2将第二调制电磁波耦合至隔离端和输入端，由于第一晶体管311的工作状态不变，进而第一整流器31接收的均分电磁波被负载吸收，不进行反射，共口径的正交双极化天线1的水平极化端11和垂直极化端12辐射出第二调制电磁波，由于两个端口辐射的第二调制电磁波，功率相等，相位差90°，两个第一调制电磁波会在空气中生成右旋圆极化信号。

[0046] 需要说明的是，第一整流器31和第二整流器32还用于将接收的均分电磁波整流为直流电，电源管理电路4将直流电升压或降压后为传感器5和MCU供电。

[0047] 实施例5

[0048] 本实施例5是在实施例1和实施例2的基础上，利用实施例1的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端和实施例2的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端提出的一种近距离传感方法。

[0049] 请参阅图6，将实施例1的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端和实施例2的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端近距离放置，读写器的天线发出线极化电磁波，实施例1的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端和实施例2的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端接收线极化电磁波并分别辐射正交极化偏转信号和原始信号。

[0050] 需要说明的是，正交极化偏转信号和原始信号为两个相互正交的信号，利用本实施例5的一种极化可调反向散射终端多设备近距离传感方法可以使得两个上行信道互相极化正交，具有高隔离的特性，可以实现多传感器信号的采集的同时进行多传感信号的高隔离传输。

[0051] 实施例6

[0052] 本实施例6是在实施例3和实施例4的基础上，利用实施例3的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端和实施例4的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端提出的一种近距离传感方法。

[0053] 请参阅图7，将实施例3的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端和实施例4的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端近距离放置，读写器的天线发出线极化电磁波，实施例3的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端和实施例2的一种基于整流负载调制的极化可调反向散射无源终端接收线极化电磁波并分别辐射左旋圆极化信号和右旋圆极化信号。

[0054] 需要说明的是，左旋圆极化信号和右旋圆极化信号为两个相互正交的信号，利用本实施例6的一种极化可调反向散射终端多设备近距离传感方法可以使得两个上行信道互相极化正交，具有高隔离的特性，可以实现多传感器信号的采集的同时进行多传感信号的高隔离传输。

[0055] 对本申请实施例的电路中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其电路的核心设计都在该申请的保护范围内。

[0056] 本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。