全面詳解射頻技術原理電路及設計電路

2020-11-24 電子產品世界

　　射頻(RF)技術—基本介紹

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201610/311735.htm

　　RF(Radio Frequency)技術被廣泛應用於多種領域，如：電視、廣播、行動電話、雷達、自動識別系統等。專用詞RFID(射頻識別)即指應用射頻識別信號對目標物進行識別。RFID的應用包括：

　　● ETC(電子收費)

　　● 鐵路機車車輛識別與跟蹤

　　● 貨櫃識別

　　● 貴重物品的識別、認證及跟蹤

　　● 商業零售、醫療保健、後勤服務等的目標物管理

　　● 出入門禁管理

　　● 動物識別、跟蹤

　　● 車輛自動鎖死(防盜)

　　RF(射頻)專指具有一定波長可用於無線電通信的電磁波。電磁波可由其頻率表述為：KHz(千赫)，MHz(兆赫)及GHz(千兆赫)。其頻率範圍為VLF(極低頻)也即10-30KHz至EHF(極高頻)也即30-300GHz。

　　RFID是一項易於操控，簡單實用且特別適合用於自動化控制的靈活性應用技術，其所具備的獨特優越性是其它識別技術無法企及的。它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫工作模式，且無需接觸或瞄準;可自由工作在各種惡劣環境下;可進行高度的數據集成。另外，由於該技術很難被仿冒、侵入，使RFID具備了極高的安全防護能力。

　　從概念上來講，RFID 類似於條碼掃描，對於條碼技術而言，它是將已編碼的條形碼附著於目標物並使用專用的掃描讀寫器利用光信號將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器;而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著於目標物的RFID單元，利用RF信號將信息由RFID單元傳送至RFID讀寫器。

　　RFID單元中載有關於目標物的各類相關信息，如：該目標物的名稱，目標物運輸起始終止地點、中轉地點及目標物經過某一地的具體時間等，還可以載入諸如溫度等指標。RFID單元，如標籤、卡等可靈活附著於從車輛到載貨底盤的各類物品。

　　RFID技術所使用的電波頻率為50KHz-5.8GHz，如圖一所示，一個最基本的RFID系統一般包括以下幾個部份：

　　● 一個載有目標物相關信息的RFID單元(應答機或卡、標籤等)

　　● 在讀寫器及RFID單元間傳輸RF信號的天線

　　● 一個產生RF信號的RF收發器(RF transceiver)

　　● 一個接收從RFID單元上返回的RF信號並將解碼的數據傳輸到主機系統以供處理的讀寫器。

　　● 天線、讀寫器、收發器及主機可局部或全部集成為一個整體，或集成為少數的部件。不同製造商有各自不同的集成方法。

　　(在以上基本配置之外，還應包括相應的應用軟體)

　　射頻技術—典型的射頻電路

　　射頻電路最主要的應用領域就是無線通信，圖1為一個典型的無線通信系統的框圖，下面以這個系統為例分析射頻電路在整個無線通信系統中的作用。

　　

 

　　這是一個無線通信收發機(《span》tranceiver)的系統模型，它包含了發射機電路、接收機電路以及通信天線。這個收發機可以應用於個人通信和無線區域網路中。在這個系統中，數字處理部分主要是對數位訊號進行處理，包括採樣、壓縮、編碼等;然後通過A/D轉換器轉換器變成模擬形式進入模擬信號電路單元。

　　射頻技術—電路的組成和特點

　　下面，將針對圖方框圖中的低噪聲放大器(LNA)討論一般射頻電路的組成和特點。

　　

 

　　上圖給出了這個放大器的電路板圖， 注意到輸入信號是通過一個經過匹配濾波網絡輸入放大模塊。放大模塊一般採用電晶體的共射極結構，其輸入阻抗必須與位於低噪聲放大器前面的濾波器的輸出阻抗 相匹配，從而保證最佳傳輸功率和最小反射係數，對於射頻電路設計來說，這種匹配是必須的。此外，低噪聲放大器的輸出阻抗必須與其後端的混頻器輸入阻抗相匹 配，同樣能保證放大器輸出的信號能完全、無反射的輸入到混頻器中去。這些匹配網絡是由微帶線組成，在有些時候也可能由獨立的無源器件組成，但是它們在高頻 情況下的電特性與在低頻的情況下完全不同。圖上還可以看出微帶線實際上是一定長度和寬度的敷銅帶，與微帶線連接的是片狀電阻、電容和電感。

　　射頻技術—電路的功率和增益

　　增益、噪聲和非線性是描述射頻電路最常用的指標。在射頻和微波系統中，由於反射的普遍存在和理想的短路、開路難以獲得，低頻電路中常用的電壓和電流參數的測量變得十分困難，因此，功率的測量得到了廣泛的應用。並且，傳統的射頻和微波電路使用分立元件和傳輸線構成，電路的輸入、輸出通常需要匹配到一個系統阻抗(50?或75?)。由於上面兩個原因，電路的性能指標，如增益、噪聲、非線性等，都可以通過功率表示出來

　　為了計算方便，在射頻和微波工程中常用功率強度對數的形式來表示功率，dBm是信號功率相對於1mW的對數值。

　　有了功率的定義，現在開始討論射頻系統中的一個重要指標：增益。在射頻系統中考慮的功率指的是功率增益，這與電壓增益很容易產生混淆。此外，在射頻系統中，同樣存在多種功率的定義，當匹配電路存在時，可以定義以下功率：

　　PL：負載獲得的功率

　　Pin：電路的輸入功率

　　Pavs：信號源能提供的最大功率

　　Pavn：電路能提供的最大功率

　　相應的，可以定義三種功率：一般功率增益Gp、轉化功率增益GT和資用增益GA，它們由下列公式給出。

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