[信息与通信]第2章 电感耦合方式的射频前端.ppt

第二章 电感耦合方式的射频前端 射频前端概况 基本功能：实现射频能量和信息传递 射频识别技术在工作频率13.56 MHz和小于135 kHz时，基于电感耦合方式 在更高频段基于雷达探测目标的反向散射耦合方式。 电感耦合方式的阅读器天线电路 常见电感形式 电感设计 电感线圈的设计 经验计算式 RFID常用电感形式 应答器常用的电感线圈的结构和外形 串联谐振回路原理 2 电感耦合方式的射频前端 串联谐振回路 2 电感耦合方式的射频前端 串联谐振回路 2 电感耦合方式的射频前端 串联谐振回路特性： （1）谐振时，回路电抗X=0，阻抗Z=R为最小值，且为纯阻 （2）谐振时，回路电流最大 （3）电感与电容两端电压的模值相等，且等于外加电压的Q倍 2 电感耦合方式的射频前端 串联谐振回路 2 电感耦合方式的射频前端 谐振曲线 2 电感耦合方式的射频前端 谐振曲线 2 电感耦合方式的射频前端 通频带 电感线圈的交变磁场 安培定理指出，电流流过一个导体时，在此导体的周围会产生一个磁场 。 2 电感耦合方式的射频前端 电感线圈的交变磁场 在电感耦合的RFID系统中，阅读器天线电路的电感常采用短圆柱形线圈结构 。 2 电感耦合方式的射频前端 电感线圈的交变磁场 磁感应强度B和距离r的关系 应答器的天线电路 Microchip 公司的13.56 MHz应答器（无源射频卡）MCRF355和MCRF360芯片的天线电路 2 电感耦合方式的射频前端 e5550芯片的天线电路 工作频率为125 kHz，电感线圈和电容器为外接。 2 电感耦合方式的射频前端 并联谐振回路 串联谐振回路适用于恒压源，即信号源内阻很小的情况。 如果信号源的内阻大，应采用并联谐振回路。 在研究并联谐振回路时，采用恒流源（信号源内阻很大）分析比较方便。 2 电感耦合方式的射频前端 串并联阻抗等效互换 2 电感耦合方式的射频前端 阅读器和应答器之间的电感耦合 法拉第定理指出，一个时变磁场通过一个闭合导体回路时，在其上会产生感应电压，并在回路中产生电流。 当应答器进入阅读器产生的交变磁场时，应答器的电感线圈上就会产生感应电压，当距离足够近，应答器天线电路所截获的能量可以供应答器芯片正常工作时，阅读器和应答器才能进入信息交互阶段。 2 电感耦合方式的射频前端 应答器线圈感应电压的计算 2 电感耦合方式的射频前端 应答器谐振回路端电压的计算 应答器天线电路的等效电路 2 电感耦合方式的射频前端 应答器谐振回路端电压的计算 2 电感耦合方式的射频前端 应答器直流电源电压的产生 2 电感耦合方式的射频前端 整流与滤波 2 电感耦合方式的射频前端 负载调制 应答器向阅读器的信息传送时采用 2 电感耦合方式的射频前端 电阻负载调制 开关S用于控制负载调制电阻Rmod的接入与否，开关S的通断由二进制数据编码信号控制。 2 电感耦合方式的射频前端 电阻负载调制 二进制数据编码信号用于控制开关S。当二进制数据编码信号为“1”时，设开关S闭合，则此时应答器负载电阻为RL和Rmod并联；而二进制数据编码信号为“0”时，开关S断开，应答器负载电阻为RL。 应答器的负载电阻值有两个对应值，即RL（S断开时）和RL与Rmod的并联值RL//Rmod（S闭合时）。 2 电感耦合方式的射频前端 电阻负载调制 2 电感耦合方式的射频前端 电阻负载调制数据信息传递的原理 2 电感耦合方式的射频前端 电容负载调制 2 电感耦合方式的射频前端 电容负载调制 2 电感耦合方式的射频前端 功率传输 2 电感耦合方式的射频前端 功率放大电路 功率放大电路位于RFID系统的阅读器中，用于向应答器提供能量 采用谐振功率放大器 分为A类（或称甲类）、B类（或称乙类）、C类（或称丙类）三类工作状况 在电感耦合RFID系统的阅读器中，常采用B，D和E类放大器 2 电感耦合方式的射频前端 B类功率放大器 采用两个特性相同的功率管接成推挽电路，它使一管在正半周导通，另一管在负半周导通，而后在负载上将它们的集电极电流波形合成，就可获得完整的正弦波。 2 电感耦合方式的射频前端 D类功率放大器 D类谐振式功率放大器有电压开关型、电流开关型等电路形式 2 电感耦合方式的射频前端 功率放大器效率 2 电感耦合方式的射频前端 在L1C1谐振回路的设计上应注意下述问题 L1C1谐振回路应准确调谐于激励信号的基波频率上 为保护功率放大管，可在其集电极C和发射极E间并接一个保护二极管 谐振回路中的负载RL在电感耦合方式的RFID系统中很容易理解为应答器反射电阻Rf1和电感线圈损耗电阻R1之和 2 电感耦合方式的射频前端 电流开关型D类功率放大器 2 电感耦合方式的