射頻發(fā)射和射頻接收電路

1、圖3.26動(dòng)態(tài)天線(xiàn)的增益變化(左后輪)圖3.27動(dòng)態(tài)天線(xiàn)的阻抗變化(左后輪) 根據(jù)上圖動(dòng)態(tài)天線(xiàn)的模擬結(jié)果，我們可以得知，天線(xiàn)的實(shí)際輻射電阻值比較小，而且隨著輪軸的旋轉(zhuǎn)而不斷變化，分析可知上述變化規(guī)律和上圖2.1所示的垂直輻射電阻的變化規(guī)律十分類(lèi)似。3.2 TPMS接收天線(xiàn)的仿真分析 TPMS傳輸天線(xiàn)的模型如下圖3.30所示，傳輸天線(xiàn)使用1 /4型天線(xiàn)。接下來(lái)，筆者將詳細(xì)的論述在理想條件下單天線(xiàn)與車(chē)輛，以及單天線(xiàn)組成的結(jié)構(gòu)特征。圖3.30接收天線(xiàn)模型1)單天線(xiàn)圖3.31單天線(xiàn)方向圖圖3.32方位角平面(仰角900)方向圖圖3.33仰角平面(方位角00)方向圖圖3.34仰角平面(方位角900)方向

2、圖2)車(chē)內(nèi)天線(xiàn)圖3.35車(chē)內(nèi)天線(xiàn)方向圖圖3.36方位角平面(仰角900)方向圖圖3.37仰角平面(方位角00)方向圖圖3.38仰角平面(方位角900)方向圖 以上說(shuō)明：?jiǎn)翁炀€(xiàn)可以很好的維持1 /4型天線(xiàn)的所有特征，但是車(chē)身與單天線(xiàn)組成的車(chē)輛整體受到的影響作用比較強(qiáng)烈(上述方向圖有一定的對(duì)稱(chēng)性，但是在很多方向也產(chǎn)生零點(diǎn))。3.3 本章小結(jié) 在本章里，筆者詳細(xì)論述了針對(duì)TPMS傳輸天線(xiàn)展開(kāi)的模擬仿真運(yùn)行：(1)考慮到車(chē)身和輪胎對(duì)信號(hào)收發(fā)的影響，建立了動(dòng)態(tài)天線(xiàn)模型，進(jìn)行了相關(guān)的仿真。(2)對(duì)車(chē)內(nèi)天線(xiàn)進(jìn)行了方向性分析。 4 射頻發(fā)射和射頻接收電路4.1 身寸頻發(fā)射電路設(shè)計(jì) 射頻發(fā)射電路的設(shè)計(jì)目的為:把

3、數(shù)據(jù)信號(hào)中頻率是315±0. 035MHz的射頻數(shù)據(jù)信號(hào)，符合FCC關(guān)于短距離無(wú)線(xiàn)通信規(guī)定20dB帶寬0.25%的要求，同時(shí)把數(shù)據(jù)信號(hào)展開(kāi)功率擴(kuò)增處理。 基本上所有的TPMS射頻電路使用的都是Infineon集團(tuán)推出的低能耗單片合成FSK/ASK傳送IC模塊TDK5101F來(lái)實(shí)現(xiàn)，其工作原理示意圖如下圖4.1所示。這個(gè)板塊生成FSK數(shù)據(jù)信號(hào)的工作原理和第二章里提到的工作原理類(lèi)似，不同之處在于數(shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)整改變采用的是頻率源的工作頻率，并不是鎖相環(huán)的分頻率。圖4.1 TDK S101F功能圖主要性能參數(shù)如下表所示:表4.1 TDK S101F主要性能指標(biāo)工作頻率范圍311317MHz最

4、大信號(hào)發(fā)射功率5dBm射頻發(fā)射電路要注意的幾個(gè)問(wèn)題:1)功率放大器輸出匹配: TDA5101F的功率擴(kuò)增設(shè)備運(yùn)行在高效率的C狀態(tài)，從理論上分析可知，最佳載荷阻抗為Ropt，根據(jù)下式可以得出： 其中，Vs為供電電壓，Po為輸出功率。但是在實(shí)際上，阻抗還會(huì)受到其他多種運(yùn)行參數(shù)的作用，因此，必須結(jié)合實(shí)際工作情況，獲得有效的匹配值。在實(shí)際工作中，采用動(dòng)態(tài)天線(xiàn)電阻的調(diào)整改變來(lái)進(jìn)行匹配電路的設(shè)計(jì)具有很多的問(wèn)題，但是根據(jù)上圖3.27,圖3.28分析可知，動(dòng)態(tài)傳輸電阻的電抗相對(duì)來(lái)說(shuō)，改變量很小，但是電阻改變量比較大的部分通常分布在240°300°范圍，也就是無(wú)線(xiàn)感應(yīng)設(shè)備的天線(xiàn)調(diào)整到靠近地面

5、的范圍。開(kāi)展電阻的匹配設(shè)計(jì)，就需要考慮到所有工作點(diǎn)的實(shí)際情況。根據(jù)實(shí)際工作狀況，使用一類(lèi)非常簡(jiǎn)單、有效、可靠的折中方式來(lái)處理傳輸天線(xiàn)阻抗的隨機(jī)改變給發(fā)射設(shè)備的功率擴(kuò)增設(shè)備以及天線(xiàn)匹配產(chǎn)生的矛盾，也就是挑選出合理的阻抗展開(kāi)匹配工作，與此同時(shí)，必須確保所有的工作點(diǎn)可以正常工作;實(shí)際檢測(cè)的結(jié)果和仿真模擬分析獲得的結(jié)果偏差不大，在此，選用240°角的阻抗來(lái)完成傳輸網(wǎng)絡(luò)的匹配設(shè)計(jì)工作，其流程示意圖以及運(yùn)行結(jié)果如下圖4.2所示。而下圖4.3 則列舉出了左前輪以及左后輪在不同角度下的運(yùn)行狀況，由下圖分析可知，其接口回波主要是在1236dB范圍內(nèi)改變，可以充分滿(mǎn)足匹配要求。圖4.2 TDK S101

6、F功率放大器輸入匹配原理圖及仿真結(jié)果圖4.3前輪動(dòng)態(tài)天線(xiàn)阻抗匹配對(duì)比圖4.4后輪動(dòng)態(tài)天線(xiàn)阻抗匹配對(duì)比2 ) FSK調(diào)制頻率的產(chǎn)生: 想要生成70KHz的FSK數(shù)據(jù)信號(hào)，和晶體振蕩設(shè)備以及載荷電容的選用有關(guān)系，和晶體振蕩設(shè)備的工作頻率以及PLL的分頻效果有關(guān)系，這里選其頻率為9. 84375MHz，采用NDK公司的NX8045GB來(lái)實(shí)現(xiàn);荷載電容CV1CV2影響了FSK數(shù)據(jù)信號(hào)的誤差大小(如圖4.5)，進(jìn)行有效地調(diào)整就能夠產(chǎn)生70KHz的信號(hào)。圖4.5 TDK S101F FSK信號(hào)產(chǎn)生圖采用TDA5211的接收機(jī)原理圖、PCB版圖見(jiàn)附錄204.2 身寸頻接收電路設(shè)計(jì) 射頻接收電路的設(shè)計(jì)目的為:

7、把出自天線(xiàn)接口的31 SMHz大小的弱電平數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)低噪聲擴(kuò)增設(shè)備加大濾波之后，調(diào)整為10. 7MHz左右的中頻數(shù)據(jù)信號(hào)。 在本文中，TPMS射頻傳輸電路主要使用的都是Infineon集團(tuán)推出的低能耗單片合成FSK/ASK超外差傳輸IC板塊TDA5211來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其主要性能如下圖4. 6所示。圖4.6 TDA 5211功能圖射頻工作部分的基本特征參數(shù)如表4.2所示: 表4.2 TDA5211主要性能指標(biāo)接收信號(hào)功率范圍(FSK)-110-13dBm低噪放輸入頻率范圍310350MHz混頻器輸入頻率范圍310350MHz3dB中頻頻率范圍(FSK)10.411MHz射頻傳輸電路需要解決的問(wèn)題如下:1)低噪聲擴(kuò)增設(shè)備傳輸匹配電路的具體設(shè)計(jì): 為了獲得較小的駐波比以及噪聲指數(shù)，低噪聲擴(kuò)增設(shè)備的設(shè)計(jì)要求兼容噪聲匹配以及傳輸功率匹配;根據(jù)芯片資料提供的數(shù)據(jù)，S11=0.895/-25.5 , NF=2dB ,Gain = 21dB來(lái)進(jìn)行匹配，匹配電路使用ADS展開(kāi)仿真模擬，其工作流程示意圖以及運(yùn)行結(jié)果如下圖4.4所示。圖4.7 TDA 5211低噪聲放大器輸入匹配原理圖及仿真結(jié)果2)中頻濾波器的選擇: 中頻濾波設(shè)備的對(duì)混頻裝置傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)開(kāi)始濾波處理，只可以通過(guò)有效數(shù)據(jù)信號(hào)，去除無(wú)效數(shù)據(jù)信號(hào)。這里中頻濾波器的中