物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)與應(yīng)用-第4章

物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)與應(yīng)用-第4章第一頁(yè)，共94頁(yè)。

RFID電感耦合方式的射頻前端4.1RFID電磁反向散射方式的射頻前端4.2物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第二頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

RFID電感耦合方式的射頻前端4.1點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第三頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用 低頻和高頻RFID采用電感耦合方式進(jìn)行工作。在這種工作方式中，線圈形式的天線相當(dāng)于電感，電感線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間相互耦合，構(gòu)成了電感耦合的工作方式。同時(shí)，線圈產(chǎn)生的電感與射頻電路中的電容組合在一起，形成諧振電路，諧振電路可以實(shí)現(xiàn)低頻和高頻RFID能量和數(shù)據(jù)的傳輸。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第四頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.1.1線圈的自感和互感1.磁通量

磁感應(yīng)強(qiáng)度B通過(guò)曲面S的通量稱(chēng)為磁通量，為（4.1）圖4.1通過(guò)一個(gè)閉合回路的磁通量點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第五頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2.線圈的電感

在RFID中，讀寫(xiě)器的線圈與電子標(biāo)簽的線圈都有電感。線圈的電感為（4.3）點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第六頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用3.線圈的互感

兩個(gè)線圈之間有互感?；ジ卸x為（4.5）圖4.4讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間的互感點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第七頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.1.2RFID讀寫(xiě)器的射頻前端對(duì)讀寫(xiě)器天線電路的構(gòu)造有如下要求。（1）讀寫(xiě)器天線上的電流最大，使讀寫(xiě)器線圈產(chǎn)生最大的磁通；（2）功率匹配，最大程度地輸出讀寫(xiě)器的能量；（3）足夠的帶寬，使讀寫(xiě)器信號(hào)無(wú)失真輸出。因此，RFID讀寫(xiě)器的射頻前端常采用串聯(lián)諧振電路。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第八頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

圖4.5讀寫(xiě)器的射頻前端圖4.6串聯(lián)諧振電路 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第九頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用1.諧振頻率

只有當(dāng)頻率為某一特殊值時(shí)，才能產(chǎn)生諧振，此頻率稱(chēng)為諧振頻率。

諧振頻率為(4.9)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2.品質(zhì)因數(shù)

品質(zhì)因數(shù)定義為(4.10)串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為(4.11)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十一頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用3.輸入阻抗

在諧振頻率，電感的感抗和電容的容抗相互抵消，輸入阻抗為

(4.13) 在其它頻率，輸入阻抗為復(fù)數(shù)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十二頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.帶寬

圖4.7串聯(lián)諧振電路的帶寬帶寬可以由品質(zhì)因數(shù)和諧振頻率求得，如果品質(zhì)因數(shù)越高，則相對(duì)帶寬越小。(4.16)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十三頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用5.有載品質(zhì)因數(shù)

實(shí)際應(yīng)用中，諧振電路總是要與外負(fù)載相耦合，由于外負(fù)載消耗能量，使有載品質(zhì)因數(shù)下降。 無(wú)載品質(zhì)因數(shù)、外部品質(zhì)因數(shù)和有載品質(zhì)因數(shù)關(guān)系為(4.19)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十四頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.1.3RFID電子標(biāo)簽的射頻前端圖4.8電子標(biāo)簽射頻前端天線電路的結(jié)構(gòu) 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十五頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用RFID電子標(biāo)簽的射頻前端常采用并聯(lián)諧振電路。 并聯(lián)諧振電路如圖4.9所示，由電阻、電感和電容并聯(lián)而成。圖4.9并聯(lián)諧振電路 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十六頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

例4.1設(shè)計(jì)一個(gè)由理想電感和理想電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，要求在負(fù)載及時(shí)，有載品質(zhì)因數(shù)。討論通過(guò)改變電感和電容值提高有載品質(zhì)因數(shù)的途徑。

解

有載品質(zhì)因數(shù)為點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十七頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用所以電感為諧振時(shí)的角頻率為

所以電容為點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十八頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用 可以通過(guò)將電感值降低倍同時(shí)將電容值提高倍的方法來(lái)提高有載品質(zhì)因數(shù)。例如，電感、電容和有載品質(zhì)因數(shù)分別為點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第十九頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.1.4讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽的電感耦合

1.電子標(biāo)簽的感應(yīng)電壓當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器產(chǎn)生的磁場(chǎng)區(qū)域后，電子標(biāo)簽的線圈上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，電子標(biāo)簽獲得的能量可以使標(biāo)簽開(kāi)始工作。圖4.12電子標(biāo)簽并聯(lián)諧振的等效電路點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第二十頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2.電子標(biāo)簽的直流電壓

電子標(biāo)簽通過(guò)與讀寫(xiě)器電感耦合，產(chǎn)生交變電壓，該交變電壓通過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓后，給電子標(biāo)簽的芯片提供所需的直流電壓。圖4.13電子標(biāo)簽交變電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第二十一頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.1.5RFID負(fù)載調(diào)制技術(shù)

負(fù)載調(diào)制通過(guò)對(duì)電子標(biāo)簽振蕩回路的電參數(shù)按照數(shù)據(jù)流的節(jié)拍進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電子標(biāo)簽阻抗的大小和相位隨之改變，從而完成調(diào)制的過(guò)程。負(fù)載調(diào)制技術(shù)主要有電阻負(fù)載調(diào)制和電容負(fù)載調(diào)制兩種方式。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第二十二頁(yè)，共94頁(yè)。電阻負(fù)載調(diào)制第二十三頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼

電子標(biāo)簽線圈兩端的電壓

讀寫(xiě)器線圈兩端的電壓

讀寫(xiě)器線圈解調(diào)后的電壓

圖4.15電阻負(fù)載調(diào)制的波形變化過(guò)程點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第二十四頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

圖4.15（a）為電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼，圖4.15（b）為電子標(biāo)簽線圈兩端的電壓，圖4.15（c）為讀寫(xiě)器線圈兩端的電壓，圖4.15（d）為讀寫(xiě)器線圈解調(diào)后的電壓?？梢钥闯?，圖4.15（a）與圖4.15（d）的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼一致，表明電阻負(fù)載調(diào)制完成了信息傳遞的工作。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第二十五頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

RFID電磁反向散射方式的射頻前端4.2點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第二十六頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.2.1微波射頻前端的一般框圖點(diǎn)擊此處結(jié)束放映微波RFID的射頻前端主要包括發(fā)射機(jī)電路和接收機(jī)電路，需要處理收、發(fā)兩個(gè)過(guò)程。天線接收到的信號(hào)通過(guò)雙工器進(jìn)入接收通道，然后通過(guò)帶通濾波器進(jìn)入放大器，這時(shí)信號(hào)的頻率還為射頻；射頻信號(hào)在混頻器中與本振信號(hào)混頻，生成中頻信號(hào)；中頻信號(hào)的頻率為射頻與本振信號(hào)頻率的差值，混頻后中頻信號(hào)的頻率比射頻信號(hào)的頻率大幅度降低。發(fā)射的過(guò)程與接收的過(guò)程相反，在發(fā)射的通道中首先利用混頻器將中頻信號(hào)與本振信號(hào)混頻，生成射頻信號(hào)；然后將射頻信號(hào)放大，并經(jīng)過(guò)雙工器由天線輻射出去。在上述過(guò)程中，濾波、放大、本地振蕩器和混頻都屬于射頻前端電路的范疇。第二十七頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.2.2射頻濾波器1.濾波器的類(lèi)型

濾波器有低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器4種基本類(lèi)型。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第二十八頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

2.低通濾波器原型

低通濾波器原型是設(shè)計(jì)濾波器的基礎(chǔ)，集總元件低通、高通、帶通、帶阻濾波器以及分布參數(shù)濾波器，可以根據(jù)低通濾波器原型變換而來(lái)。插入損耗作為考察濾波器的指標(biāo)，用來(lái)討論低通濾波器原型的設(shè)計(jì)方法。插入損耗定義為來(lái)自源的可用功率與傳送到負(fù)載功率的比值。（4.22）點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第二十九頁(yè)，共94頁(yè)。反射系數(shù)Γ（reflectioncoefficient）為反射電壓與入射電壓之比，其公式為：(Z1-Z0)/(Z1+Z0)其中：Z1反射點(diǎn)等效阻抗值Z0電纜的特性阻抗。第三十頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（1）巴特沃斯低通濾波器原型 如果濾波器在通帶內(nèi)的插入損耗隨頻率的變化是最平坦的，這種濾波器稱(chēng)為巴特沃斯（最平坦）濾波器。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第三十一頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（2）切比雪夫低通濾波器原型 如果濾波器在通帶內(nèi)有等波紋的響應(yīng)，這種濾波器稱(chēng)為切比雪夫?yàn)V波器，也稱(chēng)為等波紋濾波器。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第三十二頁(yè)，共94頁(yè)。

（a）巴特沃斯（b）切比雪夫低通濾波器原型電路濾波器的結(jié)構(gòu)可以為下圖第三十三頁(yè)，共94頁(yè)。342.π型和T濾波匹配網(wǎng)絡(luò)

RPC2RLL1C1RLL1C1L2RPπ型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)T型濾波匹配網(wǎng)絡(luò)C2RLL11C1L12RPR’L低阻變高阻高阻變低阻

恰當(dāng)選擇兩個(gè)L型網(wǎng)絡(luò)的Q值，就可兼顧濾波和阻抗匹配的要求。第三十四頁(yè)，共94頁(yè)。

可以求出N元件低通濾波器原型的元件取值如下：

最平坦低通濾波器原型的元件取值（g0=1，N=1至10）第三十五頁(yè)，共94頁(yè)。

第三十六頁(yè)，共94頁(yè)。

第三十七頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用3.濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器

對(duì)低通濾波器原型進(jìn)行反歸一化設(shè)計(jì)，可以變換到任意源阻抗和任意頻率的低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。（1）濾波器的變換 濾波器的變換包括阻抗變換和頻率變換2個(gè)過(guò)程，以滿(mǎn)足實(shí)際的源阻抗和工作頻率。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第三十八頁(yè)，共94頁(yè)。

將歸一化頻率變換為實(shí)際頻率，相當(dāng)于變換原型中的電感和電容值。

通過(guò)頻率變換，不僅可以將低通濾波器原型變換為低通濾波器，而且可以將低通濾波器原型變換為高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。下面分別加以討論。第三十九頁(yè)，共94頁(yè)。

若實(shí)際的源電阻為RS

，令變換后實(shí)際濾波器的元件值用下面帶撇號(hào)的符號(hào)表示：第四十頁(yè)，共94頁(yè)。

1.低通濾波器原型變換為低通濾波器

將低通濾波器原型的截止頻率由1改變?yōu)棣豤（ωc≠1），在低通濾波器中需要用ω/ωc代替低通濾波器原型中的ω，即第四十一頁(yè)，共94頁(yè)。

圖低通濾波器原型到低通濾波器的頻率變換第四十二頁(yè)，共94頁(yè)。

2.低通濾波器原型變換為高通濾波器

將低通濾波器原型變換為高通濾波器，在高通濾波器中需要用－ωc/ω代替低通濾波器原型中的ω，ωc為高通濾波器的截止頻率，即式中負(fù)號(hào)可實(shí)現(xiàn)電感轉(zhuǎn)換為電容，電容轉(zhuǎn)換為電感。這種頻率變換可以將低通濾波器原型的變換為高通濾波器，帶入到低通濾波器原型的串聯(lián)阻抗jwL和并聯(lián)導(dǎo)納jwC中，可確定高通濾波器的元件值：第四十三頁(yè)，共94頁(yè)。

圖低通濾波器原型到高通濾波器的頻率變換第四十四頁(yè)，共94頁(yè)。

圖低通濾波器原型變換到帶通和帶阻的頻率變換3.低通濾波器原型變換為帶通和帶阻濾波器

低通濾波器原型也能變換到帶通和帶阻濾波器響應(yīng)的情形。第四十五頁(yè)，共94頁(yè)。

用ω1和ω2表示帶通濾波器通帶的邊界，將低通濾波器原型變換為帶通濾波器，需要用下面的頻率變換關(guān)系第四十六頁(yè)，共94頁(yè)。（2）頻率變換

第四十七頁(yè)，共94頁(yè)。4.分布參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)

前面討論的濾波器是由集總元件電感和電容構(gòu)成，當(dāng)頻率不高時(shí)，集總元件濾波器工作良好。 但當(dāng)頻率高于500Mz時(shí)，濾波器通常由分布參數(shù)元件構(gòu)成，這是由于兩個(gè)原因造成的，其一是頻率高時(shí)電感和電容應(yīng)選的元件值過(guò)小，由于寄生參數(shù)的影響，如此小的電感和電容已經(jīng)不能再使用集總參數(shù)元件。 其二是此時(shí)工作波長(zhǎng)與濾波器元件的物理尺寸相近，濾波器元件之間的距離不可忽視，需要考慮分布參數(shù)效應(yīng)。第四十八頁(yè)，共94頁(yè)。

本節(jié)討論采用短截線方法，將集總元件濾波器變換為分布參數(shù)濾波器，其中理查德（Richards）變換用于將集總元件變換為傳輸線段，科洛達(dá)（Kuroda）規(guī)則可以將各濾波器元件分隔。第四十九頁(yè)，共94頁(yè)。

理查德變換 通過(guò)理查德變換，可以將集總元件的電感和電容用一段終端短路或終端開(kāi)路的傳輸線等效。終端短路和終端開(kāi)路傳輸線的輸入阻抗具有純電抗性，利用傳輸線的這一特性，可以實(shí)現(xiàn)集總元件到分布參數(shù)元件的變換。第五十頁(yè)，共94頁(yè)。

科洛達(dá)規(guī)則 科洛達(dá)規(guī)則是利用附加的傳輸線段，得到在實(shí)際上更容易實(shí)現(xiàn)的濾波器。例如，利用科洛達(dá)規(guī)則既可以將串聯(lián)短截線變換為并聯(lián)短截線，又可以將短截線在物理上分開(kāi)。第五十一頁(yè)，共94頁(yè)。

1.單位元件

附加的傳輸線段稱(chēng)為單位元件。單位元件是一段傳輸線，當(dāng)f=f0時(shí)這段傳輸線長(zhǎng)為λ/8。2.科洛達(dá)規(guī)則 科洛達(dá)規(guī)則包含4個(gè)恒等關(guān)系，這4個(gè)恒等關(guān)系列于下表中，表中的電感和電容分別代表短路和開(kāi)路短截線。第五十二頁(yè)，共94頁(yè)。

表4個(gè)科洛達(dá)規(guī)則第五十三頁(yè)，共94頁(yè)。

（a）巴特沃斯（b）切比雪夫低通濾波器原型電路濾波器的結(jié)構(gòu)可以為下圖第五十四頁(yè)，共94頁(yè)。

第五十五頁(yè)，共94頁(yè)。

濾波器設(shè)計(jì)舉例 利用理查德變換和科洛達(dá)規(guī)則，可以實(shí)現(xiàn)低通和帶阻濾波器。例：用短截線設(shè)計(jì)微帶線低通濾波器，要求截止頻率為4GH在，3階，帶內(nèi)波紋為3dB,阻抗為50?.解：由于帶內(nèi)等波紋，所以由前面表知低通濾波器原型的元件值為：g1=3.3487=L1g2=0.7117=C2g3=3.3487=L3集總參數(shù)低通濾波器原型如有圖所示。第五十六頁(yè)，共94頁(yè)。

利用理查德變換，將集總元件變換成短截線。串聯(lián)電感L1和L3變換成串聯(lián)短截線，并聯(lián)電容C2變換成并聯(lián)短截線，所有短截線在f=fc=4GHz時(shí)長(zhǎng)度都是λ/8,短截線的歸一化特性阻抗分別為：Z1=3.3487Z2=1/0.7117=1.4051Z3=3.3487,電容電感變換成短截線如下如所示：第五十七頁(yè)，共94頁(yè)。

串聯(lián)短截線用微帶很難實(shí)現(xiàn)，并聯(lián)短截線用微帶容易實(shí)現(xiàn)，用科洛達(dá)規(guī)則將串聯(lián)短截線變換為并聯(lián)短截線。

首先在濾波器輸入和輸出端添加2個(gè)單位元件，單位元件與源和負(fù)載匹配，不會(huì)影響濾波器的特性(a圖)。然后利用科洛達(dá)規(guī)則第2種情況，將串聯(lián)短截線變?yōu)椴⒙?lián)短截線。計(jì)算如下：N=1+1/3.3487≈1.2986(由表下注釋N=1+Z2/Z1可知)濾波器輸入端口和輸出端口并聯(lián)短截線的歸一化特性阻抗為：Z1=Z3=N=1.2986濾波器2個(gè)單位元件的歸一化特性阻抗為ZUE1=ZUE2=3.3487*N≈4.3486最后利用阻抗變換，用50?乘以b圖各段傳輸線的歸一化特性阻抗，得到c圖將c圖用微帶線實(shí)現(xiàn)得到微帶短截線濾波器第五十八頁(yè)，共94頁(yè)。

第五十九頁(yè)，共94頁(yè)。

（1）微帶短截線低通濾波器第六十頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用3.2.4微帶天線微帶天線是由導(dǎo)體薄片粘貼在背面有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上形成的天線，矩形微帶貼片天線尺寸為dxL，基片厚度為h??0,?0為自由空間波長(zhǎng)。該貼片可看作為長(zhǎng)為d，寬為L(zhǎng)的一段微帶傳輸線，沿d邊終端處呈現(xiàn)開(kāi)路，因而將形成電壓波腹與寬度為W的導(dǎo)帶饋線相連，一般取d=?g/2，?g為微帶天線上波長(zhǎng)，于是d邊另一端也呈電壓波腹，天線的輻射主要就由貼片與接地板之間沿著兩端的L邊隙縫形成，于是矩形貼片可表示為相距d的兩條具有復(fù)導(dǎo)納的隙縫。通常利用微帶傳輸線或同軸探針來(lái)饋電，在導(dǎo)體貼片與接地板之間激勵(lì)器高頻電磁場(chǎng)，通過(guò)貼片四周與接地板之間的縫隙向外輻射。

圖3.11微帶天線點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第六十一頁(yè)，共94頁(yè)。

由于微帶天線具有一系列突出優(yōu)點(diǎn)，因此在很多領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用，如：衛(wèi)星通信，多普勒及其他雷達(dá)，射頻測(cè)量計(jì)，指揮和控制系統(tǒng)，導(dǎo)彈遙測(cè)，武器引信，環(huán)境檢測(cè)儀表和遙感，衛(wèi)星導(dǎo)航接收，生物醫(yī)學(xué)輻射器等等。在某些領(lǐng)域內(nèi)還可望取代常規(guī)的微波天線。第六十二頁(yè)，共94頁(yè)。

短傳輸線段的近似等效電路 為得到短傳輸線段的近似等效電路，需要討論一段傳輸線的網(wǎng)絡(luò)參量和集總元件T形網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量，通過(guò)這2種網(wǎng)絡(luò)參量的對(duì)比，可以得到短傳輸線段與集總元件電感和電容的等效關(guān)系。

第六十三頁(yè)，共94頁(yè)。

圖T形網(wǎng)絡(luò)與一段傳輸線相的等效第六十四頁(yè)，共94頁(yè)。

第六十五頁(yè)，共94頁(yè)。補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)

如果信號(hào)沿互連線傳播時(shí)所受到的瞬態(tài)阻抗發(fā)生變化，則一部分信號(hào)將被反射，另一部分發(fā)生失真并繼續(xù)傳播，這正是單一網(wǎng)絡(luò)中多數(shù)信號(hào)完整性問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因。 反射和失真使信號(hào)質(zhì)量下降，看起來(lái)就像是振鈴。引起信號(hào)電平下降的下沖可能會(huì)超過(guò)噪聲容限，造成誤觸發(fā)。下圖表示短傳輸線末端由瞬態(tài)阻抗突變?cè)斐傻姆瓷湓肼?。第六十六?yè)，共94頁(yè)。阻抗變化處的反射

只要瞬態(tài)阻抗發(fā)生了改變，部分信號(hào)將沿著與原傳播方向相反的方向反射，而另一部分將繼續(xù)傳播，但幅度有所改變。將瞬態(tài)阻抗發(fā)生改變的地方稱(chēng)為阻抗突變，或簡(jiǎn)稱(chēng)突變。 反射信號(hào)的量值由瞬態(tài)阻抗的變化量決定，如圖所示。如果第一個(gè)區(qū)域瞬態(tài)阻抗是Z1，第二個(gè)區(qū)域是Z2，則反射信號(hào)與入射信號(hào)幅值之比為（后面證明）：Vreflected表示反射電壓；Vincident表示入射電壓；Z1表示信號(hào)最初所在區(qū)域1的瞬態(tài)阻抗；Z2表示信號(hào)進(jìn)入?yún)^(qū)域2時(shí)的瞬態(tài)阻抗；表示反射系數(shù)；第六十七頁(yè)，共94頁(yè)。阻抗變化處的反射

兩個(gè)區(qū)域的阻抗差異越大，反射信號(hào)量就越大。 例如，1V信號(hào)沿特性阻抗為50W的傳輸線傳播，開(kāi)始所受到的瞬態(tài)阻抗為50W，當(dāng)它進(jìn)入特性阻抗為75W的區(qū)域時(shí)，反射系數(shù)為： (75-50)/(75+50)=0.2，反射電壓為1V×0.2=0.2V。 信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí)遇到阻抗突變，在突變處將產(chǎn)生另一個(gè)波。該波將疊加在第1個(gè)波上，向源端傳播，其幅度等于入射電壓的幅度乘以反射系數(shù)。反射系數(shù)描述了反射回源端的那部分電壓。傳輸系數(shù)描述了通過(guò)交界面進(jìn)入第二區(qū)域的部分入射電壓。第六十八頁(yè)，共94頁(yè)。電阻性負(fù)載的反射

傳輸線的終端匹配有三種最重要的特殊情況。假設(shè)傳輸線的特性阻抗是50W。

首先，如果傳輸線的終端為開(kāi)路，即末端的瞬態(tài)阻抗是無(wú)窮大。這時(shí)反射系數(shù)為1： (無(wú)窮-50)/(無(wú)窮+50)=1。

即在開(kāi)路端將產(chǎn)生與入射波大小相同、方向相反、返回源端的反射波。 在傳輸線的末端（開(kāi)路端的總電壓），將是兩個(gè)波的疊加。一個(gè)是幅度為1V的信號(hào)向開(kāi)路端傳播，同時(shí)另一個(gè)也是1V信號(hào)，但它向相反的方向傳播。因此開(kāi)路端的電壓為2V。見(jiàn)下圖。第六十九頁(yè)，共94頁(yè)。電阻性負(fù)載的反射如果區(qū)域2是開(kāi)路，則反射系數(shù)為1。此時(shí)開(kāi)路處有兩個(gè)方向相反的波相疊加。第七十頁(yè)，共94頁(yè)。電阻性負(fù)載的反射

第二種特殊情況是傳輸線的末端與返回路徑相短路，即末端阻抗為0。反射系數(shù)為-1： (0-50)/(0+50)=-1。1V入射信號(hào)到達(dá)遠(yuǎn)端時(shí)，產(chǎn)生-1V反射信號(hào)向源端傳播。 短路突變處測(cè)得的電壓為入射電壓與反射電壓之和，即0V。第七十一頁(yè)，共94頁(yè)。電阻性負(fù)載的反射 最后一種特殊情況是傳輸線末端所接阻抗與傳輸線的特性阻抗相匹配。如果傳輸線的末端連接50W電阻，則反射系數(shù)為0，此時(shí)不會(huì)存在反射電壓，50W電阻兩端的電壓就僅是入射信號(hào)。第七十二頁(yè)，共94頁(yè)。電阻性負(fù)載的反射 當(dāng)末端為一般電阻性負(fù)載時(shí)，信號(hào)所受到的瞬態(tài)阻抗在0到無(wú)窮大之間，這樣，反射系數(shù)在-1到+1之間。下圖給出了50W傳輸線的終端電阻與反射系數(shù)之間的關(guān)系。信號(hào)從50W的區(qū)域1到區(qū)域2各種阻抗時(shí)的反射系數(shù)。第七十三頁(yè)，共94頁(yè)。電阻性負(fù)載的反射 當(dāng)區(qū)域2的阻抗小于區(qū)域1的阻抗時(shí)，反射系數(shù)為負(fù)，反射電壓也是負(fù)電壓。該負(fù)電壓行波將返回源端。這時(shí)電阻（負(fù)載）兩端的電壓總是小于入射電壓。1V入射信號(hào)，終端電壓值。為入射波與反射波之和。第七十四頁(yè)，共94頁(yè)。反射形成機(jī)理

只要信號(hào)遇到瞬態(tài)阻抗突變，反射就會(huì)發(fā)生。 反射可能發(fā)生在線末端，或者是互連線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變的地方，如拐角、過(guò)孔、T型結(jié)構(gòu)、接插件等處。因此設(shè)計(jì)互連線的目的就是盡可能保持信號(hào)受到的阻抗恒定。為了減少和消除反射，在高速電路板設(shè)計(jì)中的要注意四點(diǎn)：使用可控阻抗互連線；傳輸線兩端至少有一端需要匹配；采用使多分支產(chǎn)生的影響最小化的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；使幾何結(jié)構(gòu)的不連續(xù)（突變）最小化。

第七十五頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.2.3射頻低噪聲放大器1.放大器穩(wěn)定的定義

穩(wěn)定性是指放大器抑制環(huán)境的變化（如信號(hào)頻率、溫度、源和負(fù)載等變化時(shí)），維持正常工作特性的能力。因此，放大器穩(wěn)定意味著反射系數(shù)的模小于1。

點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第七十六頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2.放大器的功率增益放大器的轉(zhuǎn)換功率增益為：(4.28)其中為晶體管的增益，GS為輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的有效增益，GL為輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的有效增益點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第七十七頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用信源與晶體管之間，晶體管與負(fù)載之間的失配程度對(duì)放大器有影響。很對(duì)情況下，放大器的失配由輸入和輸出電壓駐波比表示。3.放大器輸入輸出駐波比電壓駐波比（VoltageStandingWaveRatio）

放大器輸入、輸出電壓駐波比為晶體管發(fā)射系數(shù)越大，電壓駐波比越大，失配也就越大。(4.29)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第七十八頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.放大器的噪聲(4.30)(4.31)多級(jí)的級(jí)連的高增益放大器，僅第一級(jí)對(duì)總噪聲有較大影響。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第七十九頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.2.4射頻功率放大器

功率放大器是大信號(hào)放大器，晶體管時(shí)常工作于非線性區(qū)域。功率放大器的效率是特別需要考慮的，放大器的效率定義為射頻輸出功率與直流輸入功率之比，A類(lèi)放大器的效率最高為50%。 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第八十頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用

1.1dB增益壓縮點(diǎn) 當(dāng)輸入功率較低時(shí)，輸出與輸入功率成線性關(guān)系；當(dāng)晶體管的輸入功率達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，其增益開(kāi)始下降，或者稱(chēng)為壓縮。當(dāng)晶體管的功率增益從其小信號(hào)線性功率增益下降1dB時(shí)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)稱(chēng)為1dB增益壓縮點(diǎn)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第八十一頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2.交調(diào)失真

在非線性放大器的輸入端加兩個(gè)或兩個(gè)以上頻率的正弦信號(hào)時(shí)，在輸出端將產(chǎn)生附加的頻率分量。這些新的頻率分量稱(chēng)為諧波失真或交調(diào)失真。

三階交調(diào)和由于距和太近而落在了放大器的頻帶內(nèi)，不易濾除，可以導(dǎo)致信號(hào)失真。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映第八十二頁(yè)，共94頁(yè)。

由于混頻器是依靠非線性元件來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻，而通過(guò)非線性元件的信號(hào)將含有許多頻率成份

,(p,q=0,1,2,3,….)us(fc)uL(fL)uI(fI)un(f

n)非線形元件中頻濾波器uo(

)如果設(shè)輸入信號(hào)為

,本振頻率信號(hào)為

則通過(guò)

非線性元件的信號(hào)

，其中

而這些組合頻率的信號(hào)中只要和中頻頻率fI=fL-fs相同或接近，都會(huì)和有用信號(hào)一起被選出，并送到后級(jí)中放，經(jīng)放大后解調(diào)輸出而引起串音，嘯叫和各種干擾，從而影響有用信號(hào)的正常工作。

BfI第八十三頁(yè)，共94頁(yè)。如果設(shè)輸入信號(hào)為

,本振頻率信號(hào)為

一般混頻器存在下列干擾：

(1)干擾哨聲：接收的射頻信號(hào)

與本振信號(hào)

的自身組合干擾，即

(2)副波道干擾：外來(lái)干擾信號(hào)

與本振信號(hào)

的組合頻率產(chǎn)生的干擾

(3)交叉調(diào)制干擾：有用信號(hào)

與干擾信號(hào)

混頻產(chǎn)生的干擾。

(4)互調(diào)干擾：指兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)同時(shí)作用在混頻器輸入端，經(jīng)混頻產(chǎn)生的組合分量而形成的干擾。

(5)阻塞干擾(6)倒易混頻

兩干擾信號(hào)和本振信號(hào)產(chǎn)生的互相調(diào)制干擾第八十四頁(yè)，共94頁(yè)。物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.2.5射頻振蕩器

振蕩器是一個(gè)非線性電路，它將直流（DC）功率轉(zhuǎn)換為交流（AC）波形。振蕩器的核心是一個(gè)能夠在特定頻率上實(shí)現(xiàn)正反饋的環(huán)路。（1）放大器工作于穩(wěn)定狀態(tài)，振蕩器依賴(lài)于不穩(wěn)定電路。（2）放大器設(shè)計(jì)輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，振蕩器設(shè)計(jì)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)和終端網(wǎng)絡(luò)。（3）放大器將輸入信號(hào)放大，振蕩器的起振由任意噪聲或暫態(tài)信號(hào)觸發(fā)。點(diǎn)擊此處結(jié)