物聯(lián)網(wǎng)射頻識別(RFID)技術(shù)與應(yīng)用課件

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

射頻基礎(chǔ)知識點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

與電子通信相關(guān)的射頻概念1史密斯圓圖2S參數(shù)3ADS設(shè)計與仿真舉例4物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

與電子通信相關(guān)的射頻概念1物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用1.1射頻的概念1、什么是射頻

射頻廣義地說，可以向外輻射電磁信號的頻率稱為射頻；是指該頻率的載波功率能通過天線發(fā)射出去（反之亦然），以交變的電磁場形式在自由空間以光速傳播，碰到不同介質(zhì)時傳播速率發(fā)生變化，也會發(fā)生電磁波反射、折射、繞射、穿透等，引起各種損耗。在金屬線傳輸時具有趨膚效應(yīng)現(xiàn)象。該頻率在各種無源和有源電路中R、L、C各參數(shù)反映出是分布參數(shù)。信號采用的傳輸方式和信號的傳輸特性主要是由工作頻率決定的。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2、什么是射頻電路

在電路設(shè)計中，當(dāng)頻率較高、電路的尺寸可以與波長相比擬時，電路可以稱為射頻電路。一般認(rèn)為，當(dāng)頻率高于30MHz時電路的設(shè)計就需要考慮射頻電路理論，而射頻電路理論應(yīng)用的典型頻段為幾百M(fèi)Hz至4GHz（現(xiàn)已大于4GHz），在這個頻率范圍內(nèi)，電路需要考慮分布參數(shù)的影響，低頻的基爾霍夫電路理論不再適用。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

50Hz的市電可以采用低頻電路理論50Hz的市電屬于ELF（極低頻），對應(yīng)的工作波長：6000km這個工作波長比電路的尺寸大得多，對此工作頻率完全可以用低頻的基爾霍夫電路理論進(jìn)行電路設(shè)計。

2.4GHz無線局域網(wǎng)必須采用射頻電路理論

無線局域網(wǎng)的工作頻率為2.4GHz，對應(yīng)的工作波長為：12.5cm這個工作波長比電路的尺寸可以相比擬，在此工作頻率下，低頻的基爾霍夫電路理論不再適用，而應(yīng)該用射頻電路理論設(shè)計。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用3、長線和短線的概念

圖（a）表示的是半波長的波形圖，AB是線上的一小段，它比波長小得多。由圖可見，線段AB上各點(diǎn)的電流或電壓的幅度和相位幾乎不變，此時的線段AB是一段“短線”。如果頻率很高，雖然線段AB的長度相同，但在某一瞬時線上各點(diǎn)電流或電壓的幅度和相位均有很大變化，如圖（b）所示，此時的線段AB即應(yīng)視為“長線”.我們把傳輸線的幾何長度（L)與其上傳輸電信號的波長（λ）之比L/λ，稱為傳輸線的相對長度或者叫電長度。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映電流電壓沿線分布圖（a）短線情況（b）長線情況物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

圖1.1終端短路的傳輸線物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

圖1.1所示的是終端短路傳輸線，根據(jù)射頻電路理論會得到距離短路終端l處的阻抗為（1-1）式中Z0為常數(shù)，Z0的取值范圍一般為幾十到幾百之間。式（1-1）改變了低頻電路理論的觀點(diǎn)，因?yàn)榈皖l電路理論會認(rèn)為Zin=0。下面對式（1-1）加以數(shù)值分析。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映集膚效應(yīng)在電路中信號是通過導(dǎo)體傳輸?shù)?，?dǎo)體存在集膚效應(yīng)。所謂集膚效應(yīng)是指當(dāng)頻率升高時，電流只集中在導(dǎo)體的表面，導(dǎo)體內(nèi)部的電流密度非常小。集膚效應(yīng)使導(dǎo)線的有效導(dǎo)電橫截面積減小，交流電阻增加。集膚效應(yīng)如圖1.2所示圖1.2

集膚效應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映可以用趨膚深度描述集膚效應(yīng)的程度。趨膚深度δ定義為式中μ為導(dǎo)體的磁導(dǎo)率，σ為導(dǎo)體的電導(dǎo)率，導(dǎo)體內(nèi)的電流主要集中在導(dǎo)體表面的趨膚深度內(nèi)。在射頻電路中，集膚效應(yīng)引起電路損耗急劇增加，必須考慮分布電阻對射頻電路的影響。射頻電路主要應(yīng)用在無線通信領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映低頻和射頻的關(guān)系低頻電路理論只適用于低頻電路設(shè)計，射頻電路理論有更大的適用范圍，低頻電路理論是射頻電路理論的特例。低頻電路理論稱為集總參數(shù)電路理論；射頻電路理論稱為分布參數(shù)電路理論，分布參數(shù)是射頻電路的最大特色。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

射頻電路的分布參數(shù)

從正弦交流（AC）電路分析中可以知道，電感L（1nH）和電容C(1pF)的電抗XL和XC與頻率有關(guān)。(1)當(dāng)(2)當(dāng)結(jié)論：低頻時1nH電感相當(dāng)于短路，1pF電容相當(dāng)于開路；3GHz時它們的影響必須考慮。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

傳輸線上的分布參數(shù)低頻時什么都不用考慮，當(dāng)頻率達(dá)到射頻以后，傳輸線上直導(dǎo)線的電感分布不可忽略，2根直導(dǎo)線之間的電容分布也不可忽略，等效為b圖。射頻電路認(rèn)為傳輸線上到處分布著電感和電容，所以射頻電路也稱為分布參數(shù)電路。由于分布參數(shù)的存在，傳輸線上電壓、電流和阻抗的分布與低頻電路完全不同，射頻傳輸線上信號出現(xiàn)了波動性，并導(dǎo)致反射產(chǎn)生，因此需要建立射頻電路理論體系。圖1.3

一段傳輸線物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映均勻傳輸線方程傳輸線方程是研究傳輸線上電壓、電流的變化規(guī)律，以及它們之間相互關(guān)系的方程。對于均勻傳輸線，由于分布參數(shù)是沿線均勻分布的，所以只考慮線元dz的情況。

圖1.4

傳輸線上電壓和電流的定義及其等效電路物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映線元dz可以看成集總參數(shù)電路，則線元dz上的電壓和電流有如下關(guān)系：對右上節(jié)點(diǎn)列KCL：物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映帶入上頁方程組，然后略去二階無窮小量和dz后得：

（1-2）

式（1-2）稱為均勻傳輸線方程，又稱為電報方程。

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映研究均勻傳輸線在始端電源角頻率為的正弦時間函數(shù)時電路的穩(wěn)態(tài)分析：式（1-2）可以寫成：物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映其中：由于，僅為距離z的函數(shù)，所以對u,i的偏導(dǎo)數(shù)可以寫成全導(dǎo)數(shù)。所以偏微分方程組就成了上面的全微分方程組。上式再對z取一次導(dǎo)數(shù)得：物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映將一階微分式代入二階微分式得：二階齊次線性微分方程的解為：令物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

傳播常數(shù) 傳播常數(shù)γ是描述傳輸線上入射波和反射波的衰減和相位變化的參數(shù)。

傳播常數(shù)的一般公式為

由于討論限于射頻波段，而且傳輸線一般不長，可以把傳輸線當(dāng)成無耗傳輸線來處理。對于無耗傳輸線

對于射頻低耗傳輸線

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映上述均勻無耗傳輸線方程是常系數(shù)二階線性微分方程，它們的通解具有下列形式：

（1-3）A1e－jβz表示向+z方向傳播的行波，A2ejβz表示向-z方向傳播的行波，傳輸線上電壓的解呈現(xiàn)出波動性。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映傳輸線的二種邊界條件圖1.4

傳輸線的邊界條件物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映1.已知傳輸線終端電壓V2和終端電流I2這是最常用的情況。將帶入（1-3）式得

代回（1-3）式得上式中，上式變換成正弦函數(shù)形式得到：（1-5）（1-4）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映2.已知傳輸線始端電壓V1和始端電流I1始端帶入（1-3）式得

（1-6）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映1、反射系數(shù)

傳輸線上的波一般為入射波與反射波的疊加。波的反射現(xiàn)象是傳輸線上最基本的物理現(xiàn)象，傳輸線的工作狀態(tài)也主要決定于反射的情況。為了表示傳輸線的反射特性，引入反射系數(shù)Γ。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

反射系數(shù)Γ的定義及表示式

反射系數(shù)是指傳輸線上某點(diǎn)的反射電壓與入射電壓之比。反射系數(shù)為

（1-7）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映對于式（1-4），令式（1-4）簡化為：（1-8）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映終端反射系數(shù)為:距離終端處的傳輸線上的反射系數(shù)為：物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

綜上所述，可以得到如下結(jié)論：（1）反射系數(shù)隨傳輸線位置變化。（2）反射系數(shù)為復(fù)數(shù)，這反映出反射波與入射波之間有相位差異。（3）無耗傳輸線上任一點(diǎn)反射系數(shù)的模值是相同的，說明無耗傳輸線上任一點(diǎn)反射波與入射波振幅之比為常數(shù)。（4）反射系數(shù)是周期性函數(shù)，周期為。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

2.反射系數(shù)與終端負(fù)載的關(guān)系 傳輸線終端負(fù)載ZL決定著終端反射系數(shù)ΓL。由于無耗傳輸線上任意點(diǎn)的反射系數(shù)模值是相同的，所以終端負(fù)載ZL決定著無耗傳輸線上反射波的振幅。按照終端負(fù)載ZL的性質(zhì)，傳輸線上將有3種不同的工作狀態(tài)。（1）當(dāng)ZL=Z0時，ΓL=0，傳輸線上無反射波，只有入射波，稱為行波狀態(tài)。（2）當(dāng)ZL=0（終端短路）時，ΓL=－1；當(dāng)ZL=∞（終端開路）時，ΓL=1；當(dāng)ZL=±jXL（終端接純電抗負(fù)載）時，|ΓL|=1。這3種狀態(tài)為全反射，稱為駐波狀態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（3）當(dāng)ZL=RL±XL時，0<|ΓL|<1，入射波能量部分被負(fù)載吸收，部分被反射，稱為部分反射工作狀態(tài)，為行駐波狀態(tài)。3.駐波系數(shù)和行波系數(shù) 由上面的結(jié)果可以看出，反射系數(shù)是復(fù)數(shù)，且隨傳輸線的位置而改變。為更方便地表示傳輸線的反射特性，工程上引入駐波系數(shù)的概念。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映特性阻抗傳輸線上入射電壓與入射電流之比（也即行波電壓與行波電流之比），稱為傳輸線的特性阻抗，特性阻抗用Z0表示。傳輸線特性阻抗的一般公式為

對于射頻傳輸線特性阻抗近似為 可見,在射頻情況下可以認(rèn)為傳輸線的特性阻抗為純電阻。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

輸入阻抗 傳輸線上任意一點(diǎn)電壓V（z）與電流I（z）之比稱為傳輸線的輸入阻抗。輸入阻抗為（1-9）將式（1-5）代入式（1-9）分子分母同除以得：（1-10）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映例1：求終端短路的λ/4傳輸線的輸入阻抗。解：對于終端短路的λ/4傳輸線，有由式（1-10）知即終端短路的傳輸線過λ/4后等效為開路。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映將式（1-8）代入式（1-9）得：在終端為：物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

駐波系數(shù)（也稱為電壓駐波比）定義為傳輸線上電壓最大點(diǎn)與電壓最小點(diǎn)的電壓振幅之比，用ρ或VSWR表示，即行波系數(shù)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

（1-11）

（1-12）可以得到下面的結(jié)論:（1）當(dāng)|ΓL|=0，也即行波狀態(tài)時，駐波系數(shù)ρ=1，行波系數(shù)K=1。

（2）當(dāng)|ΓL|=1，也即駐波狀態(tài)時，駐波系數(shù)ρ=∞，行波系數(shù)K=0。

（3）當(dāng)0<|ΓL|<1，也即行駐波狀態(tài)時，駐波比1<ρ<∞，行波系數(shù)0<K<1。

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

在不同反射系數(shù)Γ下傳輸線的電壓駐波分布Γ=-1全反射終端短路Γ=+1全反射終端開路Γ=0無反射終端匹配0〈|Γ|〈1局部反射終端不完全匹配物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

4.電壓和電流的最大值和最小值電壓的振幅為最大值、電流的振幅為最小值，分別為（1-13）電壓的振幅為最小值、電流的振幅為最大值，分別為（1-14）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

由式（1-13）和式（1-14）還可以得出

（1-15）

綜上所述，得到如下結(jié)論：（1）傳輸線上電壓最大值所在點(diǎn)，電流為最小值。（2）傳輸線上電壓最小值所在點(diǎn)，電流為最大值。（3）傳輸線上電壓最大值與電流最大值之比等于特性阻抗。（4）傳輸線上電壓最小值與電流最小值之比等于特性阻抗。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

衰減常數(shù)

衰減常數(shù)表示單位長度行波振幅的變化，這種變化慣以用相對電平和絕對電平兩種方式來表示。相對電平常用分貝（dB）和奈培（Np）這兩個單位表示，絕對電平常用分貝毫瓦（dBm）和分貝瓦（dBW）這兩個。（1）傳輸線上兩點(diǎn)之間相對電平的表示 ①dB

若傳輸線有衰減，可以將傳輸線上兩點(diǎn)功率電平P1和P2的比值用dB表示。（dB）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

②Np

傳輸線中的衰減也常用Np表示。（NP）

dB與Np的關(guān)系為

1Np=8.686dB 1dB=0.115Np

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

傳輸電路中某點(diǎn)絕對電平的表示 ①dBm dBm的定義是功率電平對1mW的比，即功率（dBm）=

0dBm=1毫瓦

②dBW dBW的定義是功率電平對1W的比，即功率（dBW）=物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映移動通信系統(tǒng)使用頻段物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

史密斯圓圖2點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

在傳輸線問題的計算中，經(jīng)常涉及輸入阻抗、負(fù)載阻抗、反射系數(shù)和駐波系數(shù)等量，以及這些量之間的相互關(guān)系，這些量利用前面給出的公式進(jìn)行計算，并不困難，但比較繁瑣。為簡化計算，P.H.Smith開發(fā)了圖解方法，可以在一個圖中簡單、直觀地顯示傳輸線上各點(diǎn)阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系，該圖解稱為史密斯圓圖。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2.1復(fù)平面上反射系數(shù)的表示方法反射系數(shù)可以用以了解傳輸線上的工作狀態(tài)。反射系數(shù)也描述了負(fù)載阻抗與特性阻抗的失配度。史密斯圓圖是在反射系數(shù)的復(fù)平面上建立起來的，為此，首先介紹復(fù)平面上反射系數(shù)的表示方法。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用無耗傳輸線上距離終端為z′處的反射系數(shù)為上式表明，反射系數(shù)是復(fù)數(shù)，可以在復(fù)平面上表示Γ（z′），不同的反射系數(shù)Γ（z′）對應(yīng)復(fù)平面上不同的點(diǎn)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用例2.1在反射系數(shù)的復(fù)平面上給出下列點(diǎn)的位置

。

（1）傳輸線的特性阻抗Z0=50?，終端短路。距終端分別為z'=0和z'=λ/8的點(diǎn)。當(dāng)z'=0，當(dāng)z'=λ/8，點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（2）傳輸線的特性阻抗Z0=50?，終端開路。距終端分別為z'=0和z'=λ/8的點(diǎn)。當(dāng)z'=0，當(dāng)z'=λ/8，點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（3）傳輸線的特性阻抗Z0=50?，終端負(fù)載阻抗為ZL=50?。距終端分別為z'=0和z'=λ/8的點(diǎn)。當(dāng)z'=0，當(dāng)z'=λ/8，這是負(fù)載匹配的情況，負(fù)載匹配時傳輸線上所有點(diǎn)的輸入阻抗Zin（z′）都等于特性阻抗Z0。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（4）傳輸線的特性阻抗Z0=50?，終端負(fù)載阻抗為ZL=（16.67-j16.67）?。距終端分別為z'=0和z'=λ/8的點(diǎn)。當(dāng)z'=0，當(dāng)z'=λ/8，點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（5）傳輸線的特性阻抗Z0=50?，終端負(fù)載阻抗為ZL=（50+j50）?。距終端分別為z'=0和z'=λ/8的點(diǎn)。

當(dāng)z'=0，當(dāng)z'=λ/8，由（4）、（5）知當(dāng)負(fù)載ZL≠Z0時，輸入阻抗Zin（z′）隨傳輸線的位置z′而變，輸入阻抗Zin（z′）與負(fù)載阻抗ZL不相等。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用1.

等反射系數(shù)圓

在Γ（z′）=Γr+jΓi的復(fù)平面上，同一條傳輸線上各點(diǎn)的反射系數(shù)在同一個圓上，這個圓稱為等反射系數(shù)圓。等反射系數(shù)圓的軌跡是以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心、|ΓL|為半徑的圓。因?yàn)?≤|ΓL|≤1，所以所有傳輸線的等反射系數(shù)圓都位于半徑為1的圓內(nèi)，這個半徑為1的圓稱為單位反射圓。又因?yàn)榉瓷湎禂?shù)的模值與駐波系數(shù)一一對應(yīng)，所以等反射系數(shù)圓族又稱為等駐波系數(shù)圓族。等反射系數(shù)圓族有下面3個特點(diǎn)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

（1）當(dāng)?shù)确瓷湎禂?shù)圓的半徑為0，即在坐標(biāo)原點(diǎn)處時，反射系數(shù)的模值|ΓL|=0，駐波系數(shù)ρ=1。所以，反射系數(shù)復(fù)平面上的坐標(biāo)原點(diǎn)為匹配點(diǎn)。（2）當(dāng)?shù)确瓷湎禂?shù)圓的半徑為1時，為單位反射圓，單位反射圓上反射系數(shù)的模值|ΓL|=1，駐波系數(shù)ρ=∞。所以，反射系數(shù)復(fù)平面上的單位反射圓對應(yīng)著終端開路、終端短路和終端接純電抗負(fù)載時傳輸線上各點(diǎn)的反射系數(shù)。（3）所有等反射系數(shù)圓均在單位反射圓內(nèi)，圓的半徑隨負(fù)載阻抗與特性阻抗失配度的不同而不同，同一條傳輸線上各點(diǎn)的反射系數(shù)在同一個圓上。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖2.1等反射系數(shù)圓物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

2.電刻度圓可以在單位反射圓的外面畫兩個同心圓分別標(biāo)明反射系數(shù)相角的變化，其中一個圓用來標(biāo)明傳輸線電長度一周變化λ/2；另一個圓用來標(biāo)明反射系數(shù)相角一周變化360°。電刻度圓和相角變化的情況如圖2.2所示。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖2.2反射系數(shù)的相角和電刻度圓物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用3.史密斯阻抗圓圖

將等電阻圓和等電抗圓畫在反射系數(shù)的復(fù)平面上，就構(gòu)成了史密斯阻抗圓圖。史密斯阻抗圓圖用來顯示傳輸線上各點(diǎn)輸入阻抗與反射系數(shù)的關(guān)系。

傳輸線上任意一點(diǎn)的反射系數(shù)都與該點(diǎn)的歸一化輸入阻抗有關(guān)，將歸一化輸入阻抗用歸一化電阻和歸一化電抗表示。在反射系數(shù)的復(fù)平面上，歸一化電阻為常數(shù)的曲線稱為等電阻曲線；歸一化電抗為常數(shù)的曲線稱為等電抗曲線。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用歸一化輸入阻抗簡稱為歸一化阻抗，定義為：將代入上式得點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用設(shè)r為歸一化電阻，x為歸一化電抗，則：為等電阻圓方程，圓心坐標(biāo)為，半徑為等電阻圓族在復(fù)平面的點(diǎn)（1，0）處相切。為等電抗圓方程，圓心坐標(biāo)為，半徑為等電抗圓族在復(fù)平面的點(diǎn)（1，0）處與實(shí)軸相切。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（a）等電阻圓（b）等電抗圓圖2.3等電阻圓和等電抗圓物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映由（a）圖等電阻圓可以看出，歸一化電阻r相等得點(diǎn)在同一個圓上，r越大，等電阻圓越小。當(dāng)r=0時，等電阻圓與單位反射圓重合；當(dāng)r=∞時，等電阻圓半徑為0，成為一個點(diǎn)。由（b）圖等電抗圓可以看出，歸一化電抗x相等得點(diǎn)在同一個圓上，x越大，等電抗圓越小。當(dāng)x>0時，等電抗圓在實(shí)數(shù)軸的上方；當(dāng)x<0時，等電抗圓在實(shí)數(shù)軸的下方；當(dāng)x=0時，等電抗圓與實(shí)數(shù)軸重合；當(dāng)x=∞時，等電抗圓半徑為0，成為一個點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.史密斯阻抗圓圖將等反射系數(shù)圓、反射系數(shù)相角和電刻度圓、等電阻圓和等電抗圓都繪在一起，就構(gòu)成了史密斯阻抗圓圖。

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映史密斯阻抗圓圖物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用史密斯阻抗圓圖由上面圓圖坐標(biāo)（Γr，jΓi）的構(gòu)成可以知道，史密斯阻抗圓圖有如下特點(diǎn)。（1）圓圖旋轉(zhuǎn)1周為λ/2，而非λ。（2）圓圖上有3個特殊的點(diǎn)。匹配點(diǎn)。坐標(biāo)為（0，0），此處對應(yīng)于r=1、x=0、|Γ|=0、ρ=1。

短路點(diǎn)。坐標(biāo)為（－1，0），此處對應(yīng)于r=0、x=0、|Γ|=1、ρ=∞、φ=180°。開路點(diǎn)。坐標(biāo)為（1，0），此處對應(yīng)于r=∞、x=∞、|Γ|=1、ρ=∞、φ=0°。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（3）圓圖上有3條特殊的線。右半實(shí)數(shù)軸線。線上x=0、r>1，為電壓波腹點(diǎn)的軌跡；線上r的讀數(shù)也為駐波系數(shù)的讀數(shù)。左半實(shí)數(shù)軸線。線上x=0、r<1，為電壓波谷點(diǎn)的軌跡；線上r的讀數(shù)也為行波系數(shù)的讀數(shù)。單位反射系數(shù)圓。線上r=0，為純電抗軌跡，反射系數(shù)的模值為1。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（4）圓圖上有2個特殊的面。實(shí)軸以上的上半平面是感性阻抗的軌跡。實(shí)軸以下的下半平面是容性阻抗的軌跡。（5）圓圖上有2個旋轉(zhuǎn)方向。傳輸線上的點(diǎn)向電源方向移動時，在圓圖上沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)。傳輸線上的點(diǎn)向負(fù)載方向移動時，在圓圖上沿等反射系數(shù)圓逆時針旋轉(zhuǎn)。（6）由圓圖上的點(diǎn)可以得到4個參量，其為r、x、|Γ|、φ。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映史密斯阻抗圓圖的應(yīng)用

1.負(fù)載的阻抗變換對射頻電路設(shè)計來說，經(jīng)常需要確定電路的阻抗響應(yīng)。沒有對阻抗性質(zhì)的詳細(xì)了解，就不能恰當(dāng)?shù)仡A(yù)言射頻系統(tǒng)的性能。用史密斯阻抗圓圖可以計算輸入阻抗。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映例2.2

已知傳輸線的特性阻抗Z0=60?，負(fù)載阻抗ZL=（120-j36）?，傳輸線長l=0.3λ，求輸入阻抗。例2.2用圖物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映解：用史密斯圓圖求解的示意圖如上圖所示。（1）計算歸一化負(fù)載阻抗（2）在阻抗圓圖上找出r=2的等電阻圓和x=-0.6的等電抗圓，兩圓的交點(diǎn)A即為負(fù)載阻抗在圓圖上的位置，點(diǎn)A對應(yīng)的電刻度是0.278.（3）以原點(diǎn)為圓心，原點(diǎn)與點(diǎn)A的連線為半徑，自點(diǎn)A沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)0.3λ至點(diǎn)B，點(diǎn)B對應(yīng)的電刻度是0.078.（4）由點(diǎn)B讀得歸一化輸入阻抗為：（5）傳輸線的輸入阻抗為物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映2.反射系數(shù)和駐波系數(shù)的計算

使用圓圖可以求出駐波系數(shù)和反射系數(shù)。過zL點(diǎn)的等反射系數(shù)圓與圓圖右半實(shí)數(shù)軸交點(diǎn)的歸一化電阻讀數(shù)即為駐波系數(shù)。駐波系數(shù)與反射系數(shù)模值之間的關(guān)系為物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映例2.3

已知傳輸線的特性阻抗Z0=50?，終端負(fù)載阻抗為ZL=50?和ZL=(30+j40)?兩種情況，分別求終端的反射系數(shù)、傳輸線上的駐波系數(shù)及回波損耗。例2.3用圖物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映解：用史密斯阻抗圓圖求解的示意圖如上圖所示（1）ZL=50?時，計算得到歸一化負(fù)載阻抗zL=1，zL=1的點(diǎn)在圓圖的原點(diǎn)位置，在圓圖上可以讀出:。計算得到回波損耗RL=∞dB（回波損耗為-10lg[(反射功率)/(入射功率)]）（2）ZL=(30+j40)?時，計算得到歸一化負(fù)載阻抗，在阻抗圓圖上找出r=0.6的等電阻圓和x=0.8的等電抗圓，兩圓的交點(diǎn)A即為負(fù)載阻抗在圓圖上的位置，過點(diǎn)A的等反射系數(shù)圓與圓圖右半實(shí)軸交點(diǎn)的歸一化電阻讀數(shù)為3，故傳輸線上駐波系數(shù)由可以得到，計算得到回波損耗為RL=-10lg0.25=6.02dB；圓圖上點(diǎn)A與圓心的連線與右半實(shí)軸的夾角因此得終端反射系數(shù)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

3.傳輸線上行駐波電壓最大點(diǎn)和最小點(diǎn)位置的計算用圓圖可以找到傳輸線上行駐波電壓的最大點(diǎn)和最小點(diǎn)。在射頻電路中，如果在傳輸線的電壓最大點(diǎn)或電壓最小點(diǎn)插入λ/4阻抗變換器，可以達(dá)到阻抗匹配。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映例2.4用圖例2.4

已知傳輸線的特性阻抗Z0=50?，終端負(fù)載阻抗為ZL=(32.5-j20)?，求傳輸線上的電壓最大點(diǎn)和電壓最小點(diǎn)距終端負(fù)載的長度。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映解：用史密斯圓圖求解的示意圖如上圖所示。（1）計算歸一化負(fù)載阻抗（2）在阻抗圓圖上找出r=0.65的等電阻圓和x=-0.4的等電抗圓，兩圓的交點(diǎn)A即為負(fù)載阻抗在圓圖上的位置，點(diǎn)A對應(yīng)的電刻度是0.412。（3）阻抗圓圖上電壓最小點(diǎn)在左半實(shí)數(shù)軸上，左半實(shí)數(shù)軸電刻度的讀數(shù)為0.5。由點(diǎn)A沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)到左半實(shí)數(shù)軸，就是電壓最小點(diǎn)距終端負(fù)載的長度，長度為由于電壓振幅有λ/2的重復(fù)性，電壓最小點(diǎn)距終端負(fù)載的長度可以為物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（4）電壓最大點(diǎn)在右半實(shí)數(shù)軸上，距電壓最小點(diǎn)為0.25λ，在圓圖上由電壓最小點(diǎn)沿等反射系數(shù)圓繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)0.25λ交于右半實(shí)數(shù)軸，得到電壓最大點(diǎn)距終端負(fù)載的長度可以為由于電壓振幅有λ/2的重復(fù)性，電壓最大點(diǎn)距終端負(fù)載的長度可以為物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映例2.5用圖例2.5

已知傳輸線的特性阻抗Z0=50?，終端電壓反射系數(shù)。求：（1）電壓波腹點(diǎn)及電壓波谷點(diǎn)的輸入阻抗；（2）終端負(fù)載阻抗；物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映解：用史密斯阻抗圓圖求解的示意圖如上圖所示（1）由，計算可以得出,電壓波腹點(diǎn)及電壓波谷點(diǎn)的輸入阻抗為純電阻，電阻值為：電壓波腹點(diǎn)歸一化阻抗，而正實(shí)軸r讀數(shù)即為，所以輸入阻抗,電壓波谷點(diǎn)在負(fù)實(shí)軸，而負(fù)實(shí)軸r讀數(shù)即為，則輸入阻抗為（2）表明，傳輸線的等反射系數(shù)圓與圓圖右半實(shí)軸交點(diǎn)A的歸一化電阻讀數(shù)為1.5，由交點(diǎn)A沿等反射系數(shù)圓逆時針旋轉(zhuǎn)50o,得到原圖上的負(fù)載阻抗點(diǎn)B，讀出點(diǎn)B的歸一化阻抗為，故終端負(fù)載阻抗為物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

4.傳輸線終端短路和終端開路時的阻抗變換終端短路的傳輸線和終端開路的傳輸線可以等效為電感和電容。在給定頻率下，依據(jù)傳輸線長度和終端條件，可以產(chǎn)生感性和容性兩種阻抗，這種用分布電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)集總元件參數(shù)的方法有很大的實(shí)用價值。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映例2.6

用一段終端短路的傳輸線等效集總參數(shù)元件。已知工作頻率為2GHz，傳輸線的特性阻抗為50?，求形成5pF電容和9.4nH電感的傳輸線電長度。例2.6用圖物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映解：用史密斯阻抗圓圖求解的示意圖如上圖所示（1）2GHz時，5pF電容和9.4nH電感的電抗分別為：相應(yīng)的歸一化阻抗為(2)傳輸線的終端短路點(diǎn)在圓圖的最左端。由圓圖的最左端沿單位反射圓順時針旋轉(zhuǎn)到x=-0.32處，該處的電刻度為0.451，由電刻度可以求得傳輸線的電長度為0.451λ-0λ=0.451λ，即5pF的電容可以有長度為0.451λ（6.765cm，因?yàn)棣?15cm）的終端短路傳輸線代替。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（3）由圓圖的最左端沿單位反射圓順時針旋轉(zhuǎn)到x=2.36處，該處的電刻度為0.187，由電刻度可以求得傳輸線的電長度為0.187λ-0λ=0.187λ即9.4nH的電感可以有長度為0.187λ（2.8cm，因?yàn)棣?15cm）的終端短路傳輸線代替。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映例2.7用圖例2.7

用一段終端開路的傳輸線等效集總參數(shù)元件。已知工作頻率為3GHz，傳輸線的特性阻抗為50?，相速度為光速的77%，求形成2pF電容和5.3nH電感的傳輸線長度。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映解：用史密斯阻抗圓圖求解的示意圖如上圖所示（1）3GHz時，2pF電容和5.3nH電感的電抗分別為：相應(yīng)的歸一化阻抗為(2)工作波長為傳輸線的終端開路點(diǎn)在圓圖的最右端。由圓圖的最右端沿單位反射圓順時針旋轉(zhuǎn)到x=-0.53處，該處的電刻度為0.422，由電刻度可以求得傳輸線的電長度和長度為0.422λ-0.25λ=0.172λ，0.172λ=0.172x7.7≈1.32cm，即2pF的電容可以由長度為0.32cm的終端開路傳輸線代替。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（3）由圓圖的最右端沿單位反射圓順時針旋轉(zhuǎn)到x=2處，該處的電刻度為0.176，由電刻度可以求得傳輸線的電長度和長度為0.176λ+（0.5λ-0.25λ）=0.426λ，0.426λ=0.426x7.7≈3.28cm，即5.3nH的電感可以由長度為3.28cm的終端開路傳輸線代替。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映總結(jié)

在高頻時，因?yàn)殚_路線周圍濕度、溫度和介質(zhì)其他參量的改變，保持理想的開路條件是困難的，所以在實(shí)際應(yīng)用中短路條件是更可取的。然而在很高頻率或者當(dāng)用短路通孔連接在印制電路板上時，即使是短路線也會引起附加寄生電感而出問題。此外，假如要求電路尺寸為最小，只能采用開路線來實(shí)現(xiàn)電容器，采用短路線來實(shí)現(xiàn)電感器。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

5.串聯(lián)終端短路傳輸線為了將負(fù)載阻抗調(diào)節(jié)到某一個預(yù)期值，可以在距負(fù)載一段距離處串聯(lián)一終端短路的傳輸線。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映例2.8

已知傳輸線的特性阻抗Z0=50?，終端負(fù)載阻抗為ZL=100?，在距負(fù)載0.25λ處串接一個長度為0.125λ的終端短路傳輸線，計算輸入阻抗。例2.8電路物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映解：用史密斯圓圖求解的示意圖如上圖所示。（1）首先求長度為0.125λ的終端短路傳輸線的歸一化輸入阻抗zsc。在圓圖上最左端（終端短路點(diǎn)）沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)0.125λ至點(diǎn)A，點(diǎn)A的讀數(shù)為zsc=j1（2）計算歸一化負(fù)載阻抗zL點(diǎn)在圓圖上的位置為點(diǎn)B。（3）由點(diǎn)B沿等反射系數(shù)圓順時針旋轉(zhuǎn)0.25λ得到歸一化輸入阻抗讀數(shù)為zin（0.25λ）=0.5，zin（0.25λ）點(diǎn)在圓圖上的位置為點(diǎn)C。（3）由zin（0.25λ）和zsc串聯(lián)，可以得到所求的歸一化輸入阻抗為物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（在圓圖上由點(diǎn)C沿等電阻圓順時針轉(zhuǎn)到x=j1的點(diǎn)即為zin，zin在圓圖上為點(diǎn)D。與zin對應(yīng)的輸入阻抗為）例2.7用圖物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映史密斯導(dǎo)納圓圖

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映史密斯導(dǎo)納圓圖有如下2個特點(diǎn)。（1）電導(dǎo)g越小，等電導(dǎo)圓越大。當(dāng)g<1時，等電導(dǎo)圓與實(shí)數(shù)軸的交點(diǎn)在右半實(shí)數(shù)軸上；當(dāng)g=1時，等電導(dǎo)圓過原點(diǎn)；當(dāng)g>1時，等電導(dǎo)圓與實(shí)數(shù)軸的交點(diǎn)在左半實(shí)數(shù)軸上。（2）當(dāng)b<0時，等電納圓在實(shí)數(shù)軸以上的上半平面，是感性；當(dāng)b>0時，等電納圓在實(shí)數(shù)軸以下的下半平面，是容性。|b|越小，等電納圓的半徑越大物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映史密斯阻抗-導(dǎo)納圓圖

在實(shí)際應(yīng)用中，電路中經(jīng)常會同時出現(xiàn)阻抗和導(dǎo)納的值，通常將史密斯阻抗圓圖和史密斯導(dǎo)納圓圖同時使用，構(gòu)成史密斯阻抗-導(dǎo)納圓圖。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用S參數(shù)3點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映3.1二端口低頻網(wǎng)絡(luò)參量

對一個線性網(wǎng)絡(luò)特征的描述，可以采用網(wǎng)絡(luò)參量的形式給出。描述低頻線性網(wǎng)絡(luò)輸入和輸出的物理量是電壓和電流，低頻網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量通過電壓和電流的關(guān)系給出。常用的網(wǎng)絡(luò)參量有4種，分別稱為阻抗參量、導(dǎo)納參量、混合參量和轉(zhuǎn)移參量，視具體應(yīng)用場合，可選擇一種最適合電路特性的網(wǎng)絡(luò)參量。圖3.1二端口網(wǎng)絡(luò)的電壓和電流物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映3.2二端口射頻網(wǎng)絡(luò)參量

在射頻頻段，用散射參量［S］描述網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量。［S］參量是在各端口匹配時用入射電壓和反射電壓之間的關(guān)系得到的，射頻電路利用［S］參量就可以避開不現(xiàn)實(shí)的終端條件，同時使參數(shù)易于測量。［S］參量可以表征射頻器件的特征，在絕大多數(shù)涉及射頻系統(tǒng)的技術(shù)資料和設(shè)計手冊中，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)都由［S］參量表示。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

1散射參量

在射頻頻段內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)端口與外界連接的是各類傳輸線，端口上的場量由入射波和反射波疊加而成，散射參量采用入射行波和反射行波的歸一化電壓表征各網(wǎng)絡(luò)端口的相互關(guān)系。下面討論散射參量的特性。1.歸一化參量圖3.2

歸一化入射電壓和歸一化反射電壓的定義物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映歸一化參量定義如圖3.2所示，對于二端口網(wǎng)絡(luò)，端口1的歸一化入射電壓和歸一化反射電壓定義為端口2的歸一化入射電壓和歸一化反射電壓定義為其中Z01和Z02分別為輸入、輸出端口傳輸線的特性阻抗。（3-1）（3-2）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映端口1的總電壓和總電流與歸一化入射電壓和歸一化反射電壓的關(guān)系為端口2的總電壓和總電流與歸一化入射電壓和歸一化反射電壓的關(guān)系為（3-4）（3-3）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

2.散射參量的定義二端口網(wǎng)絡(luò)中歸一化入射電壓和歸一化反射電壓的關(guān)系用方程表示為寫成矩陣形式，為上式可以簡寫成式中，［S］稱為散射矩陣或散射參量。上述散射參量用于射頻頻段有許多優(yōu)點(diǎn)，簡述如下。（3-7）（3-6）（3-5）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（3-8）表示端口2接匹配負(fù)載時，端口1的電壓反射系數(shù)。（3-9）表示端口1接匹配負(fù)載時，端口2至端口1的反向電壓傳輸系數(shù)。。（3-10）表示端口2接匹配負(fù)載時，端口1至端口2的正向電壓傳輸系數(shù)。（3-11）表示端口1接匹配負(fù)載時，端口2的電壓反射系數(shù)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

（1）散射參量用來表示網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)和傳輸特性非常方便，而且它給出了一個網(wǎng)絡(luò)端口之外的完整特性描述。（2）散射參量沒有使用開路或短路描述方式。在射頻電路中如果出現(xiàn)短路或開路的情況，將引起強(qiáng)烈的反射，會導(dǎo)致振蕩的產(chǎn)生，并引起晶體管元件的損壞。（3）散射參量要求各端口使用匹配負(fù)載，因匹配負(fù)載可以吸收全部的入射功率，從而消除了過強(qiáng)的能量反射，降低了對源和設(shè)備損傷的可能性。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

例3.1已知二端口網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣[S]及負(fù)載反射系數(shù)，如下圖所示，求其輸入端的反射系數(shù)和歸一化輸入阻抗。

圖3.3

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

解：二端口網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣方程為：

考慮到，并代入上式，有

解此方程組，得到

故得輸入端反射系數(shù)為

輸入端歸一化輸入阻抗為

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

3.S12和S21的物理意義首先討論散射參量S21的物理意義。S21是在端口2匹配的情況下確定的，此時a2=0，由式（3-3）得到。圖3.4S21的物理意義物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映上式中由于所以說明端口2的電壓與信號源的電壓有直接關(guān)系，S21表示網(wǎng)絡(luò)的正向電壓增益，同理，S12表示網(wǎng)絡(luò)的反向電壓增益物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用ADS設(shè)計與仿真舉例4點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.1LC濾波器的ADS設(shè)計與仿真

1.濾波器的基本原理

射頻濾波器在無線通信系統(tǒng)中至關(guān)重要，起到選擇頻帶和信道的作用，并且能濾除諧波，抑制雜散。在射頻電路設(shè)計時，經(jīng)常會用濾波器從各種電信號中提取出想要的頻譜信號。濾波器的基礎(chǔ)是諧振電路，它是一個二端口網(wǎng)絡(luò)，對通帶內(nèi)頻率信號呈現(xiàn)匹配傳輸，對阻帶頻率信號失配而進(jìn)行發(fā)射衰減，從而實(shí)現(xiàn)信號頻率過濾功能。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

（1）通過原理圖設(shè)計

1.新建一個工程名為Step_Filter的工程，同時在ADS（main）主窗口中設(shè)置長度單位為millimeter。

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映→→物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

2.建立低通濾波器設(shè)計

單擊建立原理圖，命名為lpf，選擇元器件建立如圖4.1的原理圖；設(shè)置S_PARAMETERS，“Step-size”選項(xiàng)改為500MHz，其他默認(rèn)，如圖4.2

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖4.1圖4.2物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

3仿真點(diǎn)擊進(jìn)行仿真，仿真成功后添加S（2，1），選擇dB為單位，如下圖所示→點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

最后結(jié)果如圖3點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖3物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

在lpf原理圖中，點(diǎn)擊，彈出“TuneParameters”對話框，如圖4點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖4物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

然后單擊lpf原理圖中的C1原件，勾選“C1”選項(xiàng)，如圖5，同樣的方法添加C2，L1，就會和上面圖4一樣了。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖5物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

接著設(shè)置調(diào)諧值范圍，在“TuneParameters”對話框中可以改變調(diào)諧器件的參數(shù)范圍。其中，改變Min、Max中的值可以調(diào)整調(diào)諧范圍；改變Step中的值可以調(diào)整調(diào)諧的步進(jìn)。拖動“TuneParameters”對話框中的滑塊，調(diào)節(jié)參數(shù)，觀察S21參數(shù)的變化，如圖6。調(diào)諧得到滿意結(jié)果后，單擊【UpdataSchematic】按鈕把調(diào)諧好的值更新到原理圖。單機(jī)【Close】結(jié)束調(diào)諧點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖6物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

（2）通過濾波器設(shè)計向?qū)гO(shè)計1.濾波器設(shè)計指標(biāo)設(shè)計一個4GHz的低通濾波器，指標(biāo)如下A.具有最平坦響應(yīng)，通帶內(nèi)紋波系數(shù)小于2B.截止頻率為4GHzC.在8GHz處的插入損耗必須大于15dBD.輸入/輸出阻抗為502.濾波器電路生成（1）.在Step_Filter工程中建立一個名為Filter_micro_lpf的原理圖，執(zhí)行菜單命令【】→【】，彈出如圖7對話框。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖7物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

選擇【】，單擊ok，彈出如圖8對話框點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖8物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

(2).單擊

圖標(biāo)，在剛建立的‘Filter_micro_lpf’原理圖中出現(xiàn)元器件列表，如圖9點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖9物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

選擇雙端口低通濾波器模型，彈出的對話框中單擊ok，并將雙端口低通濾波器添加到原理圖中。(3).重新回到圖8，打開【】標(biāo)簽頁，在【】下拉列表中選擇“MaximallyFlat”(巴特沃茲響應(yīng))。(4).輸入濾波器參數(shù)A.Ap（dB）=2：濾波器的紋波系數(shù)為2B.Fp=4GHz：濾波器的通帶截止頻率為4GHzC.Fs=8GHz：濾波器的阻帶截止頻率為8GHzD.As(dB)=15:濾波器截止頻率處損耗大于15dBE.FirstElement選擇為“Series”：第一個元器件是串聯(lián)元器件。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

（5）.設(shè)置好后，單擊【Redraw】（刷新）按鈕，即可看到刷新后的巴特沃茲響應(yīng)曲線，如圖10。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖10物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

然后單擊【Design】，返回原理圖，雙擊濾波器元器件模型【】查看濾波器參數(shù)，如圖11點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖11物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（6）.單擊【】，選中【】，單擊ok，勾選【】選項(xiàng)，單擊【】，單擊ok，所有參數(shù)都在原理圖窗口顯示出來（7）單擊【】，然后單擊【】，就可以得到濾波器的子電路，如圖12點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖12物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（8）.再次回到圖8，選擇【】，進(jìn)行濾波器仿真設(shè)置，”start”設(shè)置0MHz，”stop”設(shè)置10GHz，”step”設(shè)置20MHz如圖13點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖13物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用單擊【】仿真，仿真結(jié)果如圖14點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖14物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用此時一個集總參數(shù)濾波器設(shè)計完成。由于上述濾波器電路工作頻率高，不宜采用集總元件，需要把集總元件轉(zhuǎn)化為分布參數(shù)元件，這里采用Richards變換和Kuroda等效來實(shí)現(xiàn)。（9）.Kuroda轉(zhuǎn)換法：單擊【】即圖8菜單欄上的【】，打開濾波器轉(zhuǎn)換助手對話框，如圖15點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖15物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（10）.選則‘LCtoTLine’選項(xiàng)，單擊集總參數(shù)元件形式【】選中串聯(lián)電感，將會出現(xiàn)圖16電感轉(zhuǎn)換頁面

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖16物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用單擊【】，然后單擊【AddAll】，單擊【Transform】，接著單擊【】返回，單擊并聯(lián)電容【】，出現(xiàn)圖17對話框點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖17物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

單擊【】，單擊【Add】，添加C1，單擊【Transform】把電容轉(zhuǎn)換成并聯(lián)開路傳輸線。轉(zhuǎn)換后電路如圖18單擊【】返回濾波器轉(zhuǎn)換助手對話框，選中【】，開始進(jìn)行Kuroda轉(zhuǎn)換（11）.單擊‘AddTransmissionLines’中的【】按鈕在輸入端口添加一個單元器件,同樣單擊【】按鈕在輸出端口添加一個單元器件。添加后的原理圖如圖19

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖18物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（12）.單擊【】，然后單擊【Add】添加這對轉(zhuǎn)換，單擊【Transform】按鈕，進(jìn)行Kuroda轉(zhuǎn)換，同樣選擇【】，單擊【Add】，在單擊【Transform】，轉(zhuǎn)換后如圖20點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖19圖20物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（13）.仍在【】（轉(zhuǎn)換助手）中選中【】，單擊短截線【】，然后單擊【AddAll】添加所有短截線到微帶線轉(zhuǎn)換，同時設(shè)置基片厚度【】和基片介電常數(shù)【】如圖21點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用單擊【Transform】把短截線轉(zhuǎn)換為微帶線，單擊【ok】完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的濾波器子電路如圖22點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖22物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖23單擊【】回到原理圖，在原理圖中添加【】和【】，設(shè)置S參數(shù)，‘Start’為0GHz，‘STop’為10GHz，‘Step’為0.02GHz，如圖23物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用單擊【】仿真，在數(shù)據(jù)顯示窗口添加S21參數(shù)觀察，如圖24從圖中得，濾波器在4GHz處插入損耗為1.368dB，基本滿足設(shè)計要求。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖24物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.2.1反饋控制電路簡介

在無線電技術(shù)中，為了改善電子設(shè)備的性能，廣泛采用各種的反饋控制電路。常用的有自動相位控制（APC）電路，也稱為鎖相環(huán)路（PLL-PhaseLockedLoop），自動增益控（AGC）電路以及自動頻率控制（AFC）電路。它們所起的作用不同，電路構(gòu)成也不同，但它們同屬于反饋控制系統(tǒng)，其基本工作原理和分析方法是類似的。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映4.2

鎖相環(huán)ADS設(shè)計與仿真物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用1.自動增益控制電路（AGC）

自動增益控制電路是某些電子設(shè)備特別是接收設(shè)備的重要輔助電路之一，其主要作用是使設(shè)備的輸出電平保持一定的數(shù)值。所以也叫自動電平控制（ALC）電路。自動增益控制電路是一種反饋控制電路，當(dāng)輸入信號電平變化時，用改變增益的方法，維持輸出信號電平基本不變的一種反饋控制系統(tǒng)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用AGC電路接收方框圖如圖4.1所示。

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖4.1AGC電路的接收方框圖物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

工作原理:

它的工作過程是輸入信號經(jīng)放大、變頻、再放大后，到中頻輸出信號，然后把此輸出電壓經(jīng)檢波和濾波，產(chǎn)生控制電壓，反饋回到中頻、高頻放大器，對他們的增益進(jìn)行控制。所以這種增益的自動調(diào)整主要由兩步來完成：第一，產(chǎn)生一個隨輸入信號而變化的直流控制電壓(叫AGC電壓)；第二，利用AGC電壓去控制某些部件的增益,使接收機(jī)的總增益按照一定規(guī)律而變化。

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

產(chǎn)生控制信號的簡單的AGC電路如圖4.2所示。

圖4.2簡單的AGC電路物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

工作原理：

圖4.2是簡單AGC電路,這是一種常用的電路。是中頻放大管，中頻輸出信號經(jīng)檢波后，除了得到音頻信號外，還有一個平均分量（直流），它的大小和中頻輸出載波幅度成正比，經(jīng)濾波器，把檢波后的音頻分量濾掉，使控制電壓不受音頻電壓的影響，然后把此電壓（AGC控制電壓）加到的基極，對放大器進(jìn)行增益控制。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2.自動頻率控制（AFC）電路

AFC電路也是一種反饋控制電路。他控制的對象是信號的頻率，其主要作用是自動控制振蕩器的振蕩頻率。例如，在調(diào)頻發(fā)射機(jī)中如果振蕩頻率漂移，則利用AFC反饋控制作用，可以適當(dāng)減少頻率變化，可以提高頻率穩(wěn)定度。又如在超外差接收機(jī)中，依靠AFC系統(tǒng)的反饋調(diào)整作用，可以自動控制本振頻率，使其與外來信號頻率之差值維持在接近中頻得數(shù)值。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映自動頻率控制(AFC)的原理框圖

圖4.3AFC的原理方框圖物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用工作原理:

圖4.3是AFC的原理框圖。被穩(wěn)定的振蕩器頻率f0

與標(biāo)準(zhǔn)頻率fr在頻率比較器中進(jìn)行比較。當(dāng)f0

=fr時，頻率比較器無輸出，控制元件不受影響；當(dāng)f0

≠fr時，頻率比較器有誤差電壓輸出，該電壓大小與|f0-fr

|成正比。此時，控制元件的參數(shù)即受到控制而發(fā)生變化，從而使發(fā)生變化，直到使頻率誤差減小到某一定值Δf，自動頻率微調(diào)過程停止，被穩(wěn)定的振蕩器就穩(wěn)定在f0=f0±Δf的頻率上。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

AFC電路是以消除頻率誤差為目的的反饋控制電路,由于它的基本原理利用頻率誤差電壓去消除頻率誤差,這樣,當(dāng)電路達(dá)到平衡時,必然有剩余的頻率誤差存在,無法達(dá)到現(xiàn)代通信中對高精度頻率同步(頻差為0)和相位跟蹤的廣泛要求.要實(shí)現(xiàn)頻率和相位的跟蹤,必須采用自動相位控制電路,即鎖相環(huán)(PLL:PraseLockedLoop)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用3.鎖相環(huán)路(PLL)

鎖相環(huán)路是一個相位誤差控制系統(tǒng)，是將參考信號與輸出信號之間的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生相位誤差電壓來調(diào)整輸出信號的相位，以達(dá)到與參考信號同頻的目的。

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

參考信號輸出信號圖4.4鎖相環(huán)系統(tǒng)框圖鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

1.鎖相環(huán)技術(shù)基礎(chǔ)

在通信系統(tǒng)中，產(chǎn)生可變的本振信號（LO:localoscillator）或電路時鐘的方法有倍頻/混頻、直接數(shù)字頻率合成（DDS:DirectDigitalSynthesis）和鎖相環(huán)技術(shù)（PLL）。其中，倍頻/混頻方法雜散較大，諧波難以抑制，DDS器件工作頻率較低且功耗較大，而PLL技術(shù)相對來說具有應(yīng)用方便靈活與頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段主流的頻率合成技術(shù)。

目前，PLL半導(dǎo)體芯片的供應(yīng)商主要包括模擬器件公司（ADI）、美國國家半導(dǎo)體公司（NS）和德州儀器（TI）等，市場上的主要型號包括ADF4111(ADI)、LMX2346(NS)和TRF3750(TI)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

在鎖相頻率合成器中，鎖相環(huán)路具有穩(wěn)頻作用，能夠完成頻率的加、減、乘、除等運(yùn)算，可以作為頻率的加減器、倍頻器、分頻器等使用。鎖相環(huán)路應(yīng)用鎖相接收機(jī)微波鎖相振蕩源鎖相調(diào)頻器鎖相鑒頻器定時提取（濾波）鎖相頻率合成器……物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

鎖相環(huán)的基本原理

鎖相環(huán)是一個相位負(fù)反饋控制系統(tǒng)。它由鑒相器(PhaseDetector,縮寫為PD)、環(huán)路濾波器(LoopFilter,縮寫為LF)和電壓控制振蕩器(VoltageControlledOscillator,縮寫為VCO)三個基本部件組成,如圖所示。圖4.5鎖相環(huán)的基本構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

設(shè)參考信號為若參考信號是未調(diào)載波時,則θr(t)=θr=常數(shù)。設(shè)輸出信號為兩信號之間的瞬時相差為由頻率和相位之間的關(guān)系可得兩信號之間的瞬時頻差為（1）（2）（3）（4）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映鎖定后兩信號之間的相位差表現(xiàn)為一固定的穩(wěn)態(tài)值。即（5）

此時,輸出信號的頻率已偏離了原來的自由振蕩頻率ω0(控制電壓uc(t)=0時的頻率),其偏移量由式(4)和(5)得到為

(6)這時輸出信號的工作頻率已變?yōu)?7)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映1.鑒相器(PhaseDetector,PD)鑒相器（PD）又稱為相位比較器,它是用來比較兩個輸入信號之間的相位差θe(t)。鑒相器輸出的誤差信號ud(t)是相差θe(t)的函數(shù),即基本環(huán)路方程圖4.6

乘法器作為鑒相器是正弦鑒相器模型物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖4.7

線性鑒相器的頻域數(shù)學(xué)模型物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

若以壓控振蕩器的載波相位ω0t作為參考,將輸出信號uo(t)與參考信號uruo(t)=Uocos［ω0t+θ2(t)］(8)

ur(t)=Ursin［ωrt+θr(t)］=Ursin［ω0t+θ1(t)］(9)

式中，θ2(t)=θ0(t),

θ1(t)=(ωr-ω0)t+θr(t)=Δω0t+θr(t)(10)將uo(t)與ur(t)相乘,濾除2ω0分量,可得ud(t)=Udsin［θ1(t)-θ2(t)］=Udsinθe(t)(11)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖4.8正弦鑒相器的鑒相特性物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

說明：在上面的推導(dǎo)中，將兩個輸入信號分別表示為正弦和余弦形式，目的是得到正弦鑒相特性。實(shí)際上兩者同時都用正弦或余弦表示也可以，只不過得到的將是余弦鑒相特性。而環(huán)路的穩(wěn)定工作區(qū)不管是正弦還是余弦特性，總是處于特性的線性區(qū)域內(nèi)，顯然是用正弦特性（線性區(qū)在坐標(biāo)原點(diǎn)左右對稱）比較方便。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

(a)時域模型(b)頻域模型圖4.9

環(huán)路濾波器的模型2.環(huán)路濾波器(LoopFilter,縮寫為LF)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

環(huán)路濾波器(LF)是一個線性低通濾波器,用來濾除誤差電壓ud(t)中的高頻分量和噪聲,更重要的是它對環(huán)路參數(shù)調(diào)整起到?jīng)Q定性的作用。

1)

RC積分濾波器這是最簡單的低通濾波器,電路如圖所示,其傳遞函數(shù)為(12)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

(a)組成

(b)頻率特性圖4.10RC積分濾波器的組成與頻率特性

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

2)無源比例積分濾波器無源比例積分濾波器如圖(a)所示。與RC積分濾波器相比,它附加了一個與電容C串聯(lián)的電阻R2,這樣就增加了一個可調(diào)參數(shù)。它的傳遞函數(shù)為(13)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

(a)組成;(b)頻率特性圖4.11

無源比例積分濾波器

物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映3)有源比例積分濾波器有源比例積分濾波器由運(yùn)算放大器組成,電路如圖(a)所示。當(dāng)運(yùn)算放大器開環(huán)電壓增益A為有限值時,它的傳遞函數(shù)為(14)式中，τ′1=(R1+AR1+R2)C;τ2=R2C。若A很高,則(15)物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖4.12

有源比例積分濾波器

(a)電路;(b)頻率特性物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映3.壓控振蕩器(VoltageControlledOscillator,縮寫為VCO)壓控振蕩器(VCO)是一個電壓-頻率變換器,在環(huán)路中作為被控振蕩器,它的振蕩頻率應(yīng)隨輸入控制電壓uc(t)線性地變化,即式中，ωv(t)是VCO的瞬時角頻率,Kd是線性特性斜率,表示單位控制電壓,可使VCO角頻率變化的數(shù)值。因此又稱為VCO的控制靈敏度或增益系數(shù),單位為［rad/V·s］。在鎖相環(huán)路中,VCO的輸出對鑒相器起作用的不是瞬時角頻率而是它的瞬時相位,即（16）物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（17）（18）

可知以ω0t為參考的輸出瞬時相位為

由此可見,VCO在鎖相環(huán)中起了一次積分作用,因此也稱它為環(huán)路中的固有積分環(huán)節(jié)。式(18)就是壓控振蕩器相位控制特性的數(shù)學(xué)模型,若對式(18)進(jìn)行拉氏變換,可得到在復(fù)頻域的表示式為（19）（20）VCO的傳遞函數(shù)為物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映圖4.13VCO的復(fù)頻域模型物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

4.環(huán)路相位模型和基本方程