電感耦合方式射頻前端

1、電感耦合方式射頻前端電感耦合方式射頻前端22 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端 射頻識(shí)別技術(shù)在工作頻率13.56 MHz135 kHz電感耦合方式（能量及信息傳遞以電感耦合方式實(shí)現(xiàn)），在更高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的反向散射耦合方式（雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī)）。 電感耦合方式的基礎(chǔ)是電感電容（LC）諧振回路及電感線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，它是射頻卡工作的基本原理?；诶走_(dá)探測(cè)目標(biāo)的反向散射耦合方式的基礎(chǔ)是電磁波傳播和反射的形成，它用于微波電子標(biāo)簽。 實(shí)現(xiàn)射頻能量和信息傳遞的電路稱為射頻前端電路，簡(jiǎn)稱為射頻前端。 電感耦合方式射頻前端32 電感耦合方式的射頻前端電

2、感耦合方式的射頻前端閱讀器天線電路 在閱讀器中，串聯(lián)諧振回路具有電路簡(jiǎn)單、成本低，激勵(lì)可采用低內(nèi)阻的恒壓源，諧振時(shí)可獲得最大的回路電流等特點(diǎn)，被廣泛采用。 電感耦合方式射頻前端42 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端串聯(lián)諧振回路R1是電感線圈L損耗的等效電阻，RS是信號(hào)源sV的內(nèi)阻，RL是負(fù)載電阻，回路總電阻值R=R1+RS+RL。 電感耦合方式射頻前端52 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端串聯(lián)諧振回路1jjsssVVVIZRXRLC回路電流I 22221ZRXRLC阻抗 相角 1arctanarctanLXCRR電感耦合方式射頻前端62 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方

3、式的射頻前端串聯(lián)諧振回路10XLC串聯(lián)回路的諧振條件 01LC012fLC001LLCC電感耦合方式射頻前端72 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端串聯(lián)諧振回路具有如下特性：（1）諧振時(shí)，回路電抗X=0，阻抗Z=R為最小值，且為純阻（2）諧振時(shí)，回路電流最大，即，且與同相（3）電感與電容兩端電壓的模值相等，且等于外加電壓的Q倍電感耦合方式射頻前端82 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端串聯(lián)諧振回路回路的品質(zhì)因數(shù) 00111LLQRCRRCR 通常，回路的Q值可達(dá)數(shù)十到近百，諧振時(shí)電感線圈和電容器兩端電壓可比信號(hào)源電壓大數(shù)十到百倍，在選擇電路器件時(shí)，必須考慮器件的耐壓?jiǎn)栴}，

4、電感耦合方式射頻前端92 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端諧振曲線000000111j()1j()1j ()IRLIRLQCR取其模值 m2220m20001111211IIQQ電感耦合方式射頻前端102 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端諧振曲線串聯(lián)諧振回路的諧振曲線 電感耦合方式射頻前端112 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端通頻帶 諧振回路的通頻帶通常用半功率點(diǎn)的兩個(gè)邊界頻率之間的間隔表示，半功率的電流比Im/I0m為0.707 通頻帶 200.7002122BW2222fQQ電感耦合方式射頻前端122 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電感線

5、圈的交變磁場(chǎng)安培定理指出，電流流過一個(gè)導(dǎo)體時(shí)，在此導(dǎo)體的周圍會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng) 。ai2H電感耦合方式射頻前端132 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電感線圈的交變磁場(chǎng)在電感耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器天線電路的電感常采用短圓柱形線圈結(jié)構(gòu) 。20 11Z0Z3 2222i N aarBH電感耦合方式射頻前端142 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電感線圈的交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和距離r的關(guān)系11Z02i NaBra時(shí) 211Z00Z32i N arBH電感耦合方式射頻前端152 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端應(yīng)答器的天線電路 Microchip 公司的13.56

6、 MHz應(yīng)答器（無源射頻卡）MCRF355和MCRF360芯片的天線電路 電感耦合方式射頻前端162 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端e5550芯片的天線電路 工作頻率為125 kHz，電感線圈和電容器為外接。 電感耦合方式射頻前端172 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端 并聯(lián)諧振回路 串聯(lián)諧振回路適用于恒壓源，即信號(hào)源內(nèi)阻很小的情況。 如果信號(hào)源的內(nèi)阻大，應(yīng)采用并聯(lián)諧振回路。 在研究并聯(lián)諧振回路時(shí)，采用恒流源（信號(hào)源內(nèi)阻很大）分析比較方便。 電感耦合方式射頻前端182 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端串并聯(lián)阻抗等效互換 222222221122222222

7、22(j)()jjjxRXR XR XZRRXRXRXRX2222122222221/xR XRRRRXRX2222122222221/R XXXRXXR電感耦合方式射頻前端192 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端 閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合 法拉第定理指出，一個(gè)時(shí)變磁場(chǎng)通過一個(gè)閉合導(dǎo)體回路時(shí)，在其上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并在回路中產(chǎn)生電流。 當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)時(shí)，應(yīng)答器的電感線圈上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)距離足夠近，應(yīng)答器天線電路所截獲的能量可以供應(yīng)答器芯片正常工作時(shí)，閱讀器和應(yīng)答器才能進(jìn)入信息交互階段。 電感耦合方式射頻前端2 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端

8、應(yīng)答器線圈感應(yīng)電壓的計(jì)算 SraaitNStNtNvd2ddddddd23222102222B22ddddvNtt 2NSB d電感耦合方式射頻前端212 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端應(yīng)答器諧振回路端電壓的計(jì)算應(yīng)答器天線電路的等效電路 電感耦合方式射頻前端222 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端應(yīng)答器諧振回路端電壓的計(jì)算201223 222dd2iN N a SivQtar 2012212z3/222cos22mN avQ N SItfN SQar B201z13/222cos2mN aItarB電感耦合方式射頻前端232 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前

9、端應(yīng)答器直流電源電壓的產(chǎn)生 應(yīng)答器直流電源電壓的產(chǎn)生 電感耦合方式射頻前端242 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端整流與濾波 采用MOS管的全波整流電路 電感耦合方式射頻前端252 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端負(fù)載調(diào)制 應(yīng)答器向閱讀器的信息傳送時(shí)采用 電感耦合方式射頻前端262 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端互感耦合回路的等效阻抗關(guān)系 12111jZ IM IV1222j0M IZI1121122VIMZZ11222211j MVZIMZZ電感耦合方式射頻前端272 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電阻負(fù)載調(diào)制 開關(guān)S用于控制負(fù)載調(diào)制電阻R

10、mod的接入與否，開關(guān)S的通斷由二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號(hào)控制。 電感耦合方式射頻前端282 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電阻負(fù)載調(diào)制二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號(hào)用于控制開關(guān)S。當(dāng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號(hào)為“1”時(shí)，設(shè)開關(guān)S閉合，則此時(shí)應(yīng)答器負(fù)載電阻為RL和Rmod并聯(lián)；而二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號(hào)為“0”時(shí)，開關(guān)S斷開，應(yīng)答器負(fù)載電阻為RL。應(yīng)答器的負(fù)載電阻值有兩個(gè)對(duì)應(yīng)值，即RL（S斷開時(shí)）和RL與Rmod的并聯(lián)值RL/Rmod（S閉合時(shí)）。 電感耦合方式射頻前端292 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電阻負(fù)載調(diào)制次級(jí)回路等效電路中的端電壓 2CD2f222Lm11jjVVRRLCR電感耦合方式

11、射頻前端302 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電阻負(fù)載調(diào)制數(shù)據(jù)信息傳遞的原理 （a）是應(yīng)答器上控制開關(guān)S的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號(hào)， （b）是應(yīng)答器電感線圈上的電壓波形， （c）是閱讀器電感線圈上的電壓波形， （d）是對(duì)閱讀器電感線圈上的電壓解調(diào)后的波形。 電感耦合方式射頻前端312 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電容負(fù)載調(diào)制 電容負(fù)載調(diào)制是用附加的電容器Cmod代替調(diào)制電阻Rmod 電感耦合方式射頻前端322 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電容負(fù)載調(diào)制電容負(fù)載調(diào)制時(shí)初、次級(jí)回路的等效電路 電感耦合方式射頻前端332 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻

12、前端功率放大電路功率放大電路位于RFID系統(tǒng)的閱讀器中，用于向應(yīng)答器提供能量采用諧振功率放大器分為A類（或稱甲類）、B類（或稱乙類）、C類（或稱丙類）三類工作狀況在電感耦合RFID系統(tǒng)的閱讀器中，常采用B，D和E類放大器 電感耦合方式射頻前端342 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端B類功率放大器 采用兩個(gè)特性相同的功率管接成推挽電路，它使一管在正半周導(dǎo)通，另一管在負(fù)半周導(dǎo)通，而后在負(fù)載上將它們的集電極電流波形合成，就可獲得完整的正弦波。 電感耦合方式射頻前端35用于125 kHz閱讀器的B類放大器 L3，C4和C5組成濾波網(wǎng)絡(luò)，該帶通濾波器的中心頻率 03124534511125

13、kHz1800 68002 1 1010218006800fC CLCC電感耦合方式射頻前端362 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端功率傳輸 等效電路 從阻抗匹配的條件下負(fù)載可獲得最大功率考慮，則應(yīng)滿足 2f12s122MRRRRR電感耦合方式射頻前端372 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端D類功率放大器D類諧振式功率放大器有電壓開關(guān)型、電流開關(guān)型等電路形式 電感耦合方式射頻前端38電感耦合方式射頻前端392 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端功率放大器效率 電流基波幅值 CCCESCESomL()2VVVIR負(fù)載電阻RL上的輸出功率 2CCCES20omL2

14、L2122VVPIRR電感耦合方式射頻前端402 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端在L1C1諧振回路的設(shè)計(jì)上應(yīng)注意下述問題L1C1諧振回路應(yīng)準(zhǔn)確調(diào)諧于激勵(lì)信號(hào)的基波頻率上 為保護(hù)功率放大管，可在其集電極C和發(fā)射極E間并接一個(gè)保護(hù)二極管 諧振回路中的負(fù)載RL在電感耦合方式的RFID系統(tǒng)中很容易理解為應(yīng)答器反射電阻Rf1和電感線圈損耗電阻R1之和 電感耦合方式射頻前端412 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電流開關(guān)型D類功率放大器 電感耦合方式射頻前端電感耦合方式射頻前端432 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端 電壓開關(guān)型Vs電流開關(guān)型 在電壓開關(guān)型電路中，兩管

15、是與電源電壓VCC串聯(lián)的。電流開關(guān)型電路中，兩管與電源電壓VCC并聯(lián) 電壓開關(guān)型電路中，兩管集電極電流是正弦半波，集電極與發(fā)射極間電壓為方波，負(fù)載流過的電流是正弦波。電流開關(guān)型電路中，兩管集電極電流是方波，集電極和發(fā)射極間電壓是正弦半波，負(fù)載兩端電壓是正弦波。 在電流開關(guān)型電路中，電流是方波，電壓開關(guān)型電路中，兩管集電極電流是正弦半波電感耦合方式射頻前端442 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端傳輸線變壓器耦合功率放大器 具有兩種方式：一種按傳輸線方式來工作，另一種是按照變壓器方式工作。 電感耦合方式射頻前端452 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端 （a）倒相 RL RS

16、 v 1 3 2 4 （b） 平衡 不平衡轉(zhuǎn)換 RS RS v1 v2 1 3 2 4 RL RS v 1 3 2 4 RL/2 RL/2 （c）不平衡 平衡轉(zhuǎn)換 1:1傳輸線變壓器應(yīng)用 電感耦合方式射頻前端462 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端1:4傳輸線變壓器 信號(hào)端呈現(xiàn)的輸入阻抗 L1 21244ivvRRii傳輸線的特性阻抗 CL1 2122vvZRii電感耦合方式射頻前端472 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端v1和v2為晶體管VT1和VT2的集電極電壓，很顯然在輸入開關(guān)信號(hào)激勵(lì)下，兩管集電極電壓為方波，且電壓反相。兩管集電極電流為正弦半波，各電流的方向如箭

17、頭所指。 電感耦合方式射頻前端482 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端E類功率放大器 單管工作于開關(guān)狀態(tài)，諧波成分主要為二次諧波。它選取適當(dāng)?shù)呢?fù)載網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以使它的瞬態(tài)響應(yīng)最佳。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通（或斷開）的瞬間，只有當(dāng)器件的電壓（或電流）將為零后，才能導(dǎo)通（或斷開）。電感耦合方式射頻前端492 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端E類功率放大器E類功率放大器基本電路 電感耦合方式射頻前端502 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端E類功率放大器等效電路圖 電感耦合方式射頻前端51電感耦合方式射頻前端522 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)E類功率放大器，工作頻率為1 MHz，輸出到負(fù)載RL=50 上的功率Po=5 W，電源電壓VCC=24 V。 電感耦合方式射頻前端532 電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端電磁兼容 電子產(chǎn)品的電磁兼容性（EMC）包含兩方面：一是電磁干擾（EMI），二是抗電磁干擾的能力（EMS）。在13.56 MHz頻率，F(xiàn)CC的節(jié)的規(guī)定為： 載波頻率范圍13.56 MHz