射頻專指具有一定波長可用于無線電通信的電磁波。用來產(chǎn)生射頻的高頻電路成為射頻電路,基本上是由無源元件、有源器件和無源網(wǎng)絡(luò)組成的。隨著通信技術(shù)的發(fā)展,通信設(shè)備所用頻率日益提高,射頻(RF)和微波(MW)電路在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用,射頻電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了工業(yè)界的特別關(guān)注。
RF(Radio Frequency)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域,如:電視、廣播、移動(dòng)電話、雷達(dá)、自動(dòng)識別系統(tǒng)等。**詞RFID(射頻識別)即指應(yīng)用射頻識別信號對目標(biāo)物進(jìn)行識別。RFID的應(yīng)用包括:ETC(電子收費(fèi))、 鐵路機(jī)車車輛識別與**、集裝箱識別、 貴重物品的識別、認(rèn)證及**、 商業(yè)零售、醫(yī)療保養(yǎng)、后勤服務(wù)等的目標(biāo)物管理、出入門禁管理、動(dòng)物識別、**、車輛自動(dòng)鎖死(防盜)。
RF(射頻)專指具有一定波長可用于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)。其頻率范圍為VLF(極低頻)也即10-30KHz至EHF(極高頻)也即30-300GHz。
RFID是一項(xiàng)易于操控,簡單實(shí)用且特別適合用于自動(dòng)化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù),其所具備的獨(dú)特優(yōu)越性是其它識別技術(shù)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(zhǔn);可自由工作在各種惡劣環(huán)境下;可進(jìn)行高度的數(shù)據(jù)集成。另外,由于該技術(shù)很難被仿冒、侵入,使RFID具備了極高的安全防護(hù)能力。
從概念上來講,RFID 類似于條碼掃描,對于條碼技術(shù)而言,它是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物并使用**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**的RFID讀寫器及專門的可附著于目標(biāo)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(guān)于目標(biāo)物的各類相關(guān)信息,如:該目標(biāo)物的名稱,目標(biāo)物運(yùn)輸起始終止地點(diǎn)、中轉(zhuǎn)地點(diǎn)及目標(biāo)物經(jīng)過某一地的具體時(shí)間等,還可以載入諸如溫度等指標(biāo)。RFID單元,如標(biāo)簽、卡等可靈活附著于從車輛到載貨底盤的各類物品RFID技術(shù)所使用的電波頻率為50KHz-5.8GHz,如圖一所示,一個(gè)相當(dāng)基本的RFID系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)部份:
一個(gè)載有目標(biāo)物相關(guān)信息的RFID單元(應(yīng)答機(jī)或卡、標(biāo)簽等); 在讀寫器及RFID單元間傳輸RF信號的天線; 一個(gè)產(chǎn)生RF信號的RF收發(fā)器(RF transceiver);一個(gè)接收從RFID單元上返回的RF信號并將****的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)以供處理的讀寫器;天線、讀寫器、收發(fā)器及主機(jī)可局部或全部集成為一個(gè)整體,或集成為少數(shù)的部件。不同制造商有各自不同的集成方法。
射頻電路相當(dāng)主要的應(yīng)用領(lǐng)域就是無線通信,圖1為一個(gè)典型的無線通信系統(tǒng)的框圖,下面以這個(gè)系統(tǒng)為例分析射頻電路在整個(gè)無線通信系統(tǒng)中的作用。
這是一個(gè)無線通信收發(fā)機(jī)的系統(tǒng)模型,它包含了發(fā)射機(jī)電路、接收機(jī)電路以及通信天線。這個(gè)收發(fā)機(jī)可以應(yīng)用于個(gè)人通信和無線局域網(wǎng)絡(luò)中。在這個(gè)系統(tǒng)中,數(shù)字處理部分主要是對數(shù)字信號進(jìn)行處理,包括采樣、壓縮、編碼等;然后通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器變成模擬形式進(jìn)入模擬信號電路單元。
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(diǎn)。
上圖給出了這個(gè)放大器的電路板圖, 注意到輸入信號是通過一個(gè)經(jīng)過匹配濾波網(wǎng)絡(luò)輸入放大模塊。放大模塊一般采用晶體管的共射極結(jié)構(gòu),其輸入阻抗必須與位于低噪聲放大器前面的濾波器的輸出阻抗 相匹配,從而保證相當(dāng)佳傳輸功率和相當(dāng)小反射系數(shù),對于射頻電路設(shè)計(jì)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后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(wǎng)絡(luò)是由微帶線組成,在有些時(shí)候也可能由**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(shí)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。
增益、噪聲和非線性是描述射頻電路相當(dāng)常用的指標(biāo)。在射頻和微波系統(tǒng)中,由于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(shù)的測量變得十分困難,因此,功率的測量得到了常用的應(yīng)用。并且,傳統(tǒng)的射頻和微波電路使用分立元件和傳輸線構(gòu)成,電路的輸入、輸出通常需要匹配到一個(gè)系統(tǒng)阻抗(50?或75?)。由于上面兩個(gè)原因,電路的性能指標(biāo),如增益、噪聲、非線性等,都可以通過功率表示出來
為了計(jì)算方便,在射頻和微波工程中常用功率強(qiáng)度對數(shù)的形式來表示功率,dBm是信號功率相對于1mW的對數(shù)值。
有了功率的定義,現(xiàn)在開始討論射頻系統(tǒng)中的一個(gè)重要指標(biāo):增益。在射頻系統(tǒng)中考慮的功率指的是功率增益,這與電壓增益很容易產(chǎn)生混淆。此外,在射頻系統(tǒng)中,同樣存在多種功率的定義,當(dāng)匹配電路存在時(shí),可以定義以下功率:
PL:負(fù)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(yīng)的,可以定義三種功率:一般功率增益Gp、轉(zhuǎn)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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