射频识别电路中高频功放的设计

射频识别电路中高频功放的设计 王兴君1, 殷兴光2, 孙　瑜2, 吴玮玮1, 王宏刚1 (11 陕西国防学院 电路设计研究所　陕西 西安　710302; 21 陕西科技大学 电气与电子工程学院　陕西 咸阳　712081) 摘　要: 分析了射频识别电路中高频功放的特点, 在此基础上提出了一种新型的高频功放电路, 并对他的工作原理进 行了分析。 关键词: 射频识别电路; 高频功放; 设计; 谐振电路 中图分类号: TN 710　　　　　文献标识码: B　　　　　文章编号: 1004 373X (2004) 09 064 02 D esign of a H igh Frequency Power Am pl if ica t ion in the Rad io Frequency Spot C ircu it WAN G X ingjun1, Y IN X ingguang2, SUN Yu2, WU W eiw ei1, WAN G Honggang1 (11C ircu its D esign Institu te of Shaanxi Institu te of N ationalD efence, X i′an, 710302, Ch ina; 21ShaanxiU niversity of Science & Techno logy, X ianyang, 712081, Ch ina) Abstract: T h is paper analysis the featu re of h igh frequency pow er amp lificat ion in the radio frequency spo t circu it, then gives a new k ind of circu it on it and in troduces its p rincip le1 Keywords: R F ID; h igh frequency pow er amp lificat ion; design; resonance circu it 收稿日期: 2003 12 29 　　射频识别技术是 20 世纪 80 年代初发展起来的一种 先进的识别技术, 经过十几年的发展, 已在各行各业, 尤 其是电子信息行业得到了广泛的应用。射频识别是一种非 接触式的自动识别技术, 他通过射频信号自动识别目标对 象并获取相关数据, 识别工作无需人工干预, 可工作于各 种恶劣环境。射频识别系统由阅读器和应答器 (标签) 构 成。当他工作时, 阅读器通过天线发送出一定频率的射频 信号, 当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量, 发 送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主 机进行有关处理[ 1 ]。高频功率放大器是阅读器的关键部 件, 主要功能是对标签信号的返回信号进行功率放大。 1　工作原理 图 1 为射频识别电路中的高频功率放大器原理框图。 13156 M H z 输入方波信号经功率放大器放大输出一个方 波信号, 再经过阻抗变换网络一部分在天线负载产生高频 输出交流电压, 从天线发射出去。另外一部分通过检波电 路解调出有用信号输出[ 2 ]。 图 1　高频功放原理框图 图 2 为高频功率放大器的电路图。 各项参数如下: V T1型号: 3DA 106A 　　　V D 型号 2A P1 V CC= 9 V C 1= 0101 ΛF 　 L = 0101 ΛH　R 1= 6 k8 C 2= 550 pF 　 L b= 113 ΛH C 3= 0101 ΛF 　 L C1= 113 ΛH C 4= 0101 ΛF 　 L C2= 113 ΛH C 5= 10 pF 图 2　高频功放电路图 2　单元电路设计 (1) 选择丙类放大电路如图 3 所示。 高频谐振功率放大器电路可以工作在A 类, B 类或C 类状态。相比之下C 类谐振功放的失真虽不及A 类和B 类大, 但C 类适用于输入信号比较大、输出功率大、效率 高, 节约能源的环境下, 因此, 在大功率射频功放电路中 经常使用[ 3 ]。 具体参数如下: ① 确定功率放大器最佳负载: 设晶体管饱和电压为 1 V , 则: (V CC - V CE (SA T) ) 2 2P 0 = (9 - 1) 2 2 × 3 ƒ 1017 8 46 王兴君等: 射频识别电路中高频功放的设计 © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 　　② 高频扼流圈电感量计算, 扼流圈的电感量应远大 于放大器的等效负载, 取: X LC ≥ 10R 0 = 10 × 1017 = 107 8 L C ≥ X LC2Πf 0 = 1072Π× 13156 × 106 ƒ 113 ΛH ICM 1 ≥V CMR 0 = V CC - V CE (SA T) R 0 = 9 - 1 1017 = 0174 A 　　选取 ΗC= 70°:Α0 (70°) = 0. 253　　Α1 (70°) = 0. 436 iCMAX = ICM 1Α1 (70°) = 017401436 = 1175 A IC0 = iCMAX × Α0 (70°) = 1175 × 01253 = 0143 A P DC = V CC IC0 = 9 × 0143 = 319 V P C = P DC - P 0 = 319 - 3 = 019 WΓ= P 0P DC = 3319 ƒ 77% 　　集电极与发射极击穿电压U R CEO≥2V CC, 即: U R CEO≥18 V 所以选用三极管 3DA 106A 型。 图 3　丙类放大电路 (2) 阻抗变换网络如图 4 所示。 图 4　阻抗变换网络 选用阻抗变换网络主要有 2 个作用: ① 滤波作用　可以滤除高频脉冲电流中的谐波分量 只输出要求信号频率的电压和功率。 ② 阻抗匹配作用　通过振荡回路阻抗的调节, 可使 振荡回路呈现高频功率所要得最佳阻抗值, 从而使高频功 放以高效率输出最大功率[ 4 ]。 通过并联L 1C 1 回路实现谐振、选频滤波, L C 谐振回 路工作频率变化不大, 带宽范围相对很窄, 一般选频放大 器的频带 ∃f 与中心频率 f 0 之比从百分之零点几到百分 之十左右可知, 取 ∃f öf 0= 1% , 则: BW = 2∃f = 2 × f 0 × 1% = 2 × 13. 56 × 106 × 1% = 0. 271 2M H Z 对应品质因数: Q 0 = f 0BW = 13156 × 106 01271 2 × 106 = 50 　　因此L 1 和C 1 谐振时: X L = R L Q 0 = 50 50 = 1 8 L 1 = X L 2Πf 0 = 12Π× 13. 56 × 106 = 0. 01 ΛH X C1 = R L Q 0 = 50 50 = 1 8 C 1 = 12Πf 0X C1 = 12Π× 13. 56 × 106 × 1 = 0. 01 ΛF 　　由于流过负载R L 上的电流为: IL = P 0öP L = 3ö50 = 0. 244 A 　　则回路线圈应承受的电流峰值为: IL 1 = Q × 2 IL = 50 × 2 × 0. 244 = 1713 A 　　其次考虑阻抗变换采用高通L 网络将 50 8 负载变换 为放大器要求的最佳负载 1017 8 , 则: 　　Q = R L öR 0 - 1 = 50ö1017 - 1 = 2 　　L = R LW 0Q = R L 2Πf 0R 0 = 502Π× 13. 56 × 106 × 2 = 0. 29 ΛH 　　C 2 = 1W 0QR 0 = 1 2Πf 0Q 0R 0 　　 = 12Π× 13. 56 × 106 × 2 × 1017 　　 = 550 pF 完整的电路图中L 是电感L 1 与L 2 并联的总电感 L = L 1L 2 L 1 + L 2 = 0. 01 × 0. 29 0. 01 + 0. 29 = 01009 7 ΛH 　　 (3) 包络检波电路如图 5 所示。其具体参数如下: ①R C ≥ 5～ 10W 0 , 取: R C ≥ 5W 0 = 5 2Πf 0 = 52 × 3114 × 13156 × e6 = 0. 06 × 106 ②取M a = 0. 3, R C ≤ 1 - M a 2 M a8MAX , 28MAX = BW ,8MAX = 12 BW = 12 × 01272 M H z = 0. 136 M H z R C ≤ 1 - 0132013 × 01136 × 10- 6 = 1 - 0109013 × 01136 × 10- 6 = 4177 × 10- 3 取R = 5 k8 , C = 10 pF, 　R C = 5 × 103 × 10 × 10- 12 = 5 × 10- 8 满足上一步对时间常数的要求。 图 5　检波电路原理图 (下转第 69 页) 　 56 《现代电子技术》2004 年第 9 期总第 176 期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　嵌入式技术 © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net BOO T 11116 为例介绍如何使用 PPCBOO T 来引导内核: (1) 在主机服务器上配置并开启 T FT P Server。 (2) 使用 PPCBOO T 的m k im age 工具将内核和文件 系统压缩文件转换成 PPCBOO T 可识别的映像文件。 (3) 在 PPCBOO T Shell 提示符下设置主机和目标板 的 IP 及内核启动参数等, 环境变量如下: setenv ip = 1921168101138: 1921168101108: 19211681012: 2551255125510: BCN G: : boo tm; setenv boo targs roo t= ödevöram rw boo targs 是 PPCBOO T 传递给内核启动的参数, 这里 表示使用 ram disk 作为内核的 roo t 文件系统。如果将 boo targs 设置为: setenv boo targs roo t = ödevönfs rw nfsroo t = 1921168101108: öhom eöbcngöexpo rt 则表示使用N FS 方式将主机 1921168101108 上的目 录öhom eöbcngöexpo rt 作为输出的文件系统, 挂入到内核 作为其 roo t 文件系统。 在系统开发阶段, 通常需要频繁修改文件系统中的文 件, 使用N FS 作为 roo t 文件系统是非常方便的。选择N FS 就必须在配置内核时设置对网络及N FS 的支持, 并且还要在 主机服务器上开启N FS Server, 在öetcöexpo rts 文件中输出 与 nfsroo t 变量相同的目录作为N FS 文件系统目录。 (4) 用 tftp 下载并引导内核。 如果能过在控制台终端上看到L inux 内核启动的打 印信息, 最后出现 Shell 的命令提示符, 那就说明内核已成 功移植到M PC850 上了。 5　结　语 本文所介绍的基于M PC850 的嵌入式L inux 内核的 移植过程, 是笔者所做工作的总结, 供读者参考。移植过 程并不是千遍一律的, 有可能会碰到许多新的问题, 这就 要求根据实际情况具体问题具体分析。根据出现问题的位 置认真分析原因反复修改调试, 从而实现内核的成功移 植。 参　考　文　献 [ 1 ] 　M o to ro la Inc1M PC850 fam ily user′s m anual1 2001111 [ 2 ] 　W o lfgang D enk1D EN X PPCBoo t and L inux guide (TQM 8xxL ) 1h t tp: ööwww 1denx1deödocöTQM 8 xxL ö2002111121 [ 3 ] 　Boas Betzle1L inux fo r Pow erPC Em bedded syst em s HOW TO 1h t tp: ööpenguinppc1o rgöem beddedöhow toöPow erPC Em bedded HOW TO 1h tm l 2001181211 作者简介　施峻武　男, 1977 年出生, 硕士。主要从事嵌入式系统的研究工作。 (上接第 65 页) 3　谐振电路的调整和测试方法 谐振电路的调整有 2 种方法: 逐点法和扫频法[ 5 ]。本 文采用逐点法, 以高频信号发生器为信号源, 用示波器或 电压表等测试仪器直接接线测试。测试电路如图 6 所示。 图 6　谐振电路的测试电路 将信号发生器的输出频率置于 f i = 13156 M H z 输出 V i = 15 V , 调可变电容 C 2, 使回路发生谐振, 即超高频毫 伏表的指示值达到最大, 回路处于谐振状态, 可调试谐振 频率。 幅频特性的调试方法为: 当中心频率调整后, 就可测试谐振电路的频率特性, 保持输入信号不变, 在谐振频率 f 0 两旁逐点改变信号频 率, 用示波器或高频毫伏表测出相应的输出电压U 0, 计算 出各点的任意频率下的单位谐振函数, 指出谐振曲线, 从 曲线上即可求出 2∃ f 017 和 2∃ f 011。 如果 2∃f 017窄了, 可以通过调整阻尼电阻 R 使之变 小, 从而增加输入损耗使 ∃f 017变宽。 参　考　文　献 [ 1 ]　Jo seph J Carr1R F circu it design [M ] 1M cGraw H ill Companies, Inc1N ew Yo rk, 20011 [ 2 ] 　张玉兴 1 射频模拟电路 [M ] 1 北京: 电子工业出版 社, 20021 [ 3 ] 　武秀玲 1 高频电子线路 [M ] 1 西安: 西安电子科技 大学出版社, 19991 [ 4 ] 　沈伟慈 1 高频电路 [M ] 1 西安: 西安电子科技大学 出版社, 20021 [ 5 ] 　曾兴雯 1 高频电路原理与分析 [M ] 1 西安: 西安电 子科技大学出版社, 20021 96 《现代电子技术》2004 年第 9 期总第 176 期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　嵌入式技术 © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net