4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端

第4章RFID的射頻前端

RFID系統(tǒng)的通信模型:如圖2-5。本章討論模型中讀寫器射頻前端和電子標(biāo)簽射頻前端，

射頻前端：實(shí)現(xiàn)射頻能量和信息傳輸?shù)碾娐贩Q為射頻前端電路，簡稱為射頻前端。先討論基于電感耦合方式的射頻前端電路的構(gòu)造和原理，再討論反向散射耦合方式的射頻前端。第4章RFID的射頻前端4.1.1閱讀器天線電路的選擇4.1.2串聯(lián)諧振回路4.1.3電感線圈的交變磁場

4.1閱讀器天線電路4.1.1閱讀器天線電路的選擇4.1閱讀器天線電路4.1閱讀器天線電路4.1.1閱讀器天線電路的選擇

下圖所示3種典型天線電路。閱讀器選用串聯(lián)諧振回路電路，簡單、成本低，激勵采用低內(nèi)阻恒壓源，諧振時(shí)可獲得最大的回路電流等特點(diǎn)，被廣泛采用。4.1閱讀器天線電路4.1.1閱讀器天線電路的選擇4.1.2串聯(lián)諧振回路1.電路組成R1是電感線圈L損耗的等效電阻Rs是信號源的內(nèi)阻RL是負(fù)載電阻回路總電阻值：R=R1+Rs+RL4.1閱讀器天線電路4.1.2串聯(lián)諧振回路R1是電感線圈L損耗的等效電阻4.1閱

2.諧振及諧振條件若外加電壓，應(yīng)用復(fù)數(shù)計(jì)算法得到回路電流為4.1閱讀器天線電路式中，阻抗為Z，電抗為X。阻抗的模為相角為2.諧振及諧振條件4.1閱讀器天線電路式中，阻抗為Z，電在某一特定角頻率w0處，回路的電抗X=0，即

則

為最大值，回路發(fā)生諧振。

諧振定義：在w0處，輸入阻抗的幅值最小R,此時(shí)端口電壓和電流同向。工程上將這種工作狀況稱為諧振。諧振條件：X=0。

4.1閱讀器天線電路在某一特定角頻率w0處，回路的電抗X=0，即則為最大

諧振頻率：由（4-4）導(dǎo)出回路產(chǎn)生串聯(lián)諧振的角頻率和頻率分別為

f0稱為諧振頻率。由此式可知，諧振頻率由電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定，與外加激勵頻率無關(guān)。前兩式（4-4、4-5）可推得4.1閱讀器天線電路為諧振回路的特性阻抗。諧振頻率： f0稱為諧振頻率。由此式可知，諧振頻率由電路3.諧振特性串聯(lián)諧振回路具有如下特性。（1）諧振時(shí)，回路電抗X=0，阻抗Z=R為最小值（X=0），且為純阻。（2）諧振時(shí)，回路電流最大，即且與電壓同相（相角=0）。（3）電感與電容兩端電壓模值相等，且等于外加電壓Q倍。

4.1閱讀器天線電路3.諧振特性4.1閱讀器天線電路諧振時(shí)，電容C兩端的電壓為 Q稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，是諧振時(shí)的回路感抗值（或容抗值）與回路電阻值R的比值，由（4-6、7、8）得4.1閱讀器天線電路（3）電感與電容兩端電壓模值相等，相位互查1800且等于外加電壓Q倍。諧振時(shí)，電感L兩端的電壓為諧振時(shí)，電容C兩端的電壓為 Q稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，是諧振時(shí)的4.能量關(guān)系 設(shè)諧振時(shí)瞬時(shí)電流的幅值為I0m，則瞬時(shí)電流為電感L上存儲的瞬時(shí)電能為4.1閱讀器天線電路電容C上存儲的瞬時(shí)磁能為由（4-9）得4.能量關(guān)系電感L上存儲的瞬時(shí)電能為4.1閱讀器天線電路電電感L和電容C上存儲的能量和為電感L和電容C上存儲的能量和w：是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常數(shù)，說明回路中存儲的能量保持不變，只在線圈和電容器間相互轉(zhuǎn)換。4.1閱讀器天線電路電感L和電容C上存儲的能量和為電感L和電容C上存儲的能量諧振時(shí)電阻上消耗的平均功率為在每一周期T（T=,f0為諧振頻率）的時(shí)間內(nèi)，電阻R上消耗的能量為4.1閱讀器天線電路回路中存儲的能量wc+wL與每周期消耗的能量wR之比為從能量的角度看，品質(zhì)因數(shù)Q諧振時(shí)電阻上消耗的平均功率為在每一周期T（T=從能量的角度看，品質(zhì)因數(shù)Q可表示為4.1閱讀器天線電路從能量的角度看，品質(zhì)因數(shù)Q可表示為4.1閱讀器天線電路

5.諧振曲線和通頻帶1）諧振曲線：回路中電流幅值與外加電壓頻率之間的關(guān)系曲線，稱為諧振曲線。4.1閱讀器天線電路取其模值，得

式中，

表示偏離諧振的程度，稱為失諧量。僅是附近（即為小矢楷量的情況）時(shí)成立，而具有失諧量的定義稱為廣義失諧。5.諧振曲線和通頻帶4.1閱讀器天線電路取其模值，得式

根據(jù)式（4-18）可畫出諧振曲線，如圖4-3所示。串聯(lián)諧振回路的諧振曲線4.1閱讀器天線電路由圖知：回路Q值越高，諧振曲線越尖銳，回路的選擇性越好。串聯(lián)諧振回路的諧振曲線4.1閱讀器天線電路由圖知：回路Q2）通頻帶

諧振回路的通頻帶：通常用半功率點(diǎn)的兩個(gè)邊界頻率之間的間隔表示，半功率點(diǎn)的電流比為0.707。

串聯(lián)諧振回路的通頻帶4.1閱讀器天線電路2）通頻帶串聯(lián)諧振回路的通頻帶4.1閱讀器天線電路通頻帶BW為

由此可見，Q值越高，通頻帶越窄（選擇性越強(qiáng)）。

在RFID技術(shù)中，為保證通信帶寬在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮Q值的大小。4.1閱讀器天線電路通頻帶BW為由此可見，Q值越高，通頻帶越窄（選擇性越強(qiáng)）。6、對 Q值的理解1）電感的Q值在燒制或選用電感時(shí)，要測試電感的QL值,以滿足電路設(shè)計(jì)要求。通常用測試儀器Q表測量。

R1為電感的損耗電阻4.1閱讀器天線電路6、對 Q值的理解R1為電感的損耗電阻4.1閱讀器天線電路6、對 Q值的理解2）回路的Q值在回路Q值計(jì)算時(shí)，必須考慮源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL的作用，串聯(lián)諧振回路工作時(shí)必須有源來激勵，必須考慮源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL，電容損耗低，可以忽略4.1閱讀器天線電路6、對 Q值的理解4.1閱讀器天線電路4.1.3電感線圈的交變磁場

1.磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B

安培定理指出，當(dāng)電流流過一個(gè)導(dǎo)體時(shí)，在此導(dǎo)體的周圍會產(chǎn)生磁場，如圖4-5所示。

4.1閱讀器天線電路4.1.3電感線圈的交變磁場4.1閱讀器天線電路4.1.3電感線圈的交變磁場

1.磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B

對于直線載流體，在半徑為a的環(huán)行磁力線上，磁場強(qiáng)度H是恒定的，磁場強(qiáng)度H為4.1閱讀器天線電路式中，i為電流，a為半徑。磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場強(qiáng)度H的關(guān)系式為式中，

為真空磁導(dǎo)率，

，是相對磁導(dǎo)率，說明材料的磁導(dǎo)率是的多少倍。4.1.3電感線圈的交變磁場4.1閱讀器天線電路式中，i為2.環(huán)形短圓柱形線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度在電感耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器天線電路的電感常采用短圓柱形線圈結(jié)構(gòu)，如圖4-6所示。

離線圈中心距離為r處P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為4.1閱讀器天線電路式中，為電流，N1為線圈匝數(shù)，a為線圈半徑，r為離線圈中心的距離，為真空磁導(dǎo)率。2.環(huán)形短圓柱形線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度4.1閱讀器天線電路式中，1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B和距離r的關(guān)系(1)當(dāng)時(shí)，由（4-25）可知，在范圍內(nèi)磁場強(qiáng)度幾乎是不變的，當(dāng)r=0時(shí)，公式簡化為4.1閱讀器天線電路1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B和距離r的關(guān)系4.1閱讀器天線電路(2)當(dāng)時(shí)，由（4-25）可改寫為

4.1閱讀器天線電路上式表面當(dāng)時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的衰減和距離r的3次方成正比。4.1閱讀器天線電路上式表面當(dāng)時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和距離r的關(guān)系綜上所述為：從線圈中心到一定距離磁場強(qiáng)度幾乎不變，而后急劇下降，其衰減大約為60dB/10倍距離。此結(jié)論適合近場，近場是指從線圈中心距離小于的范圍4.1閱讀器天線電路式中為波長。4.1閱讀器天線電路

2）最佳線圈半徑a

設(shè)r為常數(shù)，并簡單地假定線圈中電流不變，討論a和BZ的關(guān)系。上式對a求導(dǎo)，求Bz的極值，可得4.1閱讀器天線電路

上式表明，在距離r處，當(dāng)線圈半徑時(shí)，可獲得最大場強(qiáng)。也就是說，線圈半徑a一定時(shí)，在處可獲得最大場強(qiáng)。 2）最佳線圈半徑a上式對a求導(dǎo)，求Bz的極值，可得4.1閱3.矩形線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度矩形線圈在閱讀器和應(yīng)答器的天線電路中經(jīng)常被采用，在距離線圈為r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為4.1閱讀器天線電路

式中，為電流，a和b為矩形的邊長，N為線圈匝數(shù)。3.矩形線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度4.1閱讀器天線電路式中，4.1.1閱讀器天線電路的選擇4.1.2串聯(lián)諧振回路4.1.3電感線圈的交變磁場

4.1閱讀器天線電路（小結(jié)）4.1.1閱讀器天線電路的選擇4.1閱讀器天線電路4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端4.2.1應(yīng)答器天線電路的連接4.2.2并聯(lián)諧振回路4.2.3串、并聯(lián)阻抗等效互換

4.2應(yīng)答器天線電路4.2.1應(yīng)答器天線電路的連接4.2應(yīng)答器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.2.1應(yīng)答器天線電路的連接1）MCRF355和MCRF360芯片的天線電路Microchip公司的13.56MHz應(yīng)答器（無源射頻卡）芯片MCRF355和MCRF360的天線電路接線示意圖如圖4-8所示。4.2應(yīng)答器天線電路4.2.1應(yīng)答器天線電路的連接

當(dāng)Ant.B端通過控制開關(guān)與Vss端短接時(shí)，諧振回路與工作頻率失諧，此時(shí)應(yīng)答器芯片雖然已處于閱讀器的射頻能量場之內(nèi)，但因失諧無法獲得正常工作所需能量，處于休眠狀態(tài)。 當(dāng)Ant.B端開路時(shí)，諧振回路諧振在工作頻率（13.56MHz）上，應(yīng)答器可獲得能量，進(jìn)入工作狀態(tài)。

4.2應(yīng)答器天線電路 當(dāng)Ant.B端通過控制開關(guān)與Vss端短接時(shí)，諧振回路與工作

2）e5550芯片的天線電路 頻率為125kHz的無源射頻卡芯片，如圖4-9所示，電感線圈和電容器為外接。還提供電源（Vdd和Vss）和測試（Testl，Test2，Test3）引腳，供測試時(shí)快速編程和校驗(yàn)，在射頻工作時(shí)不用。4.2應(yīng)答器天線電路 2）e5550芯片的天線電路4.2應(yīng)答器天線電路小結(jié)：從上面兩例可以看到，無源應(yīng)答器的天線電路多采用并聯(lián)諧振回路。

從后面并聯(lián)諧振回路的性能分析知，并聯(lián)諧振稱為電流諧振，在諧振時(shí)，電感和電容支路中電流最大，即諧振回路兩端可獲得最大電壓，這對無源應(yīng)答器的能量獲取是必要的。4.2應(yīng)答器天線電路小結(jié)：從上面兩例可以看到，無源應(yīng)答器的天線電路多采用并聯(lián)諧振4.2.2并聯(lián)諧振回路 1.電路組成與諧振條件 串聯(lián)諧振回路適用于恒壓源，即信號源內(nèi)阻很小的情況。如果信號源采用恒流源（內(nèi)阻大），應(yīng)采用并聯(lián)諧振回路。

4.2應(yīng)答器天線電路4.2.2并聯(lián)諧振回路4.2應(yīng)答器天線電路圖4-10（a）中并聯(lián)回路兩端間的阻抗為4.2應(yīng)答器天線電路圖4-10（a）中并聯(lián)回路兩端間的阻抗為4.2應(yīng)答器天線電路如圖4-10（b）所示。得另一種形式并聯(lián)諧振回路，導(dǎo)納Y為當(dāng)并聯(lián)諧振回路的電納b=0時(shí)，回路兩端電壓4.2應(yīng)答器天線電路如圖4-10（b）所示。得另一種形式并聯(lián)諧振回路，導(dǎo)納Y為當(dāng)由b=0，

可以推得并聯(lián)諧振條件為4.2應(yīng)答器天線電路由b=0，可以推得并聯(lián)諧振條件為42.諧振特性（1）諧振電阻Rp為純阻性。由得諧振電阻Rp為諧振電阻、Qp、感抗值、容抗值的關(guān)系：諧振電阻等于感抗值（或容抗值）的Qp倍，且具純阻性。4.2應(yīng)答器天線電路2.諧振特性諧振電阻、Qp、感抗值、容抗值的關(guān)系：諧振電（2）諧振時(shí)電感和電容中電流的幅值為外加電流源的Qp倍。

電容支路的電流為4.2應(yīng)答器天線電路式中，為諧振回路兩端電壓同樣可求得,電感支路的電流為由以上兩式知，并聯(lián)諧振時(shí)，電感、電容兩支路的電流為信號電流倍，所以稱為電流諧振。（2）諧振時(shí)電感和電容中電流的幅值為外加電流源的Qp倍。3.諧振曲線和通頻帶類似與串聯(lián)諧振分析方法，由4-33、35、37求出并聯(lián)諧振回路的電壓4.2應(yīng)答器天線電路諧振時(shí)回路端電壓3.諧振曲線和通頻帶4.2應(yīng)答器天線電路諧振時(shí)回路端電壓4.2應(yīng)答器天線電路根據(jù)上兩式有取其模值有相角為并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)諧振回路的諧振曲線形狀相同，但其縱坐標(biāo)為電壓幅值比。4.2應(yīng)答器天線電路根據(jù)上兩式有取其模值有相角為并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振回路的通頻帶帶寬也與串聯(lián)諧振回路相同。4.2應(yīng)答器天線電路并聯(lián)諧振回路的通頻帶帶寬為并聯(lián)諧振回路的通頻帶帶寬也與串聯(lián)諧振回路相同。4.2應(yīng)答器天

4.加入負(fù)載后的并聯(lián)諧振回路考慮源內(nèi)阻和負(fù)載電阻后并聯(lián)諧振回路等效電路圖如下圖4.2應(yīng)答器天線電路4.加入負(fù)載后的并聯(lián)諧振回路4.2應(yīng)答器天線電路4.2.3串、并聯(lián)阻抗等效互換

為了分析電路的方便，經(jīng)常需要用到串、并聯(lián)阻抗等效互換。所謂“等效”就是指在電路的工作頻率為f時(shí)，從圖4-12的AB端看進(jìn)去的阻抗相等。4.2應(yīng)答器天線電路4.2.3串、并聯(lián)阻抗等效互換4.2應(yīng)答器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路串聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)4.2應(yīng)答器天線電路用串聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)表示4-46和4-47后，可得串聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)4.2應(yīng)答器天線電路用串聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)表4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合

閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合關(guān)系如下圖所示。法拉第定理指出，當(dāng)時(shí)變磁場通過一個(gè)閉合導(dǎo)體回路時(shí)，在導(dǎo)體上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并在回路中產(chǎn)生電流。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合

當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器產(chǎn)生的交變磁場時(shí)，應(yīng)答器的電感線圈上就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

當(dāng)距離足夠近，應(yīng)答器天線電路所截獲的能量可以供應(yīng)答器芯片正常工作時(shí)，閱讀器和應(yīng)答器才能進(jìn)入信息交互階段。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3.1應(yīng)答器線圈感應(yīng)電壓的計(jì)算4.3.2應(yīng)答器諧振回路端電壓的計(jì)算4.3.3應(yīng)答器直流電源電壓的產(chǎn)生4.3.4負(fù)載調(diào)制4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3.1應(yīng)答器線圈感應(yīng)電壓的計(jì)算4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的4.3.1應(yīng)答器線圈感應(yīng)電壓的計(jì)算

應(yīng)答器線圈上感應(yīng)電壓的大小和穿過導(dǎo)體所圍面積的總磁通量的變化率成正比。感應(yīng)電壓表示為4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合式中，N2是應(yīng)答器線圈匝數(shù)，為每匝線圈的磁通量，并且4.3.1應(yīng)答器線圈感應(yīng)電壓的計(jì)算4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合磁通量和磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的關(guān)系

磁感應(yīng)強(qiáng)度Β：是由閱讀器線圈產(chǎn)生，大小由式（4-25）給出；S：是線圈所圍面積；“”:表示內(nèi)積算，為磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量Β和面積S表面法線之間夾角的余弦函數(shù)值。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合磁通量和磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的關(guān)4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合如圖4-14所示，應(yīng)答器線圈和閱讀器線圈平行時(shí)，夾角為0o，cosa=1。

將（4-25）和（4-55）代入（4-53）中，可得4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合如圖4-14所示，應(yīng)答4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合i1：為閱讀器線圈電流；N1：為閱讀器線圈匝數(shù)；a：以為閱讀線圈半徑；r：為兩線圈距離；M：為閱讀器與應(yīng)答器線圈間的互感；S：為應(yīng)答器線圈面積。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合i1：為閱讀器線圈電流；(式4-57)結(jié)論：閱讀器線圈和應(yīng)答器線圈之間的耦合像變壓器耦合一樣，初級線圈（閱讀器線圈）的電流產(chǎn)生磁通，該磁通在次級線圈（應(yīng)答器線圈）產(chǎn)生感應(yīng)電壓。電感耦合方式為變壓器耦合方式。這種耦合的初、次級是獨(dú)立可分離的，耦合通過空間電磁場實(shí)現(xiàn)。

4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合(式4-57)結(jié)論：4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合(式4-57)結(jié)論：應(yīng)答器線圈上感應(yīng)電壓的大小和互感大小成正比，互感是兩個(gè)線圈參數(shù)的函數(shù)，并且和距離的三次方成反比。因此，應(yīng)答器要能從閱讀器獲得正常工作的能量，必須要靠近閱讀器。其貼近程度是電感耦合方式RFID系統(tǒng)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，也稱為工作距離或讀寫距離（讀距離和寫距離可能會不同，通常讀距離大于寫距離）。4.3

閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合(式4-57)結(jié)論：4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3.2應(yīng)答器諧振回路端電壓的計(jì)算4.3

閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合應(yīng)答器天線電路表示如下圖等效電路。v2

是電感線圈

中的感應(yīng)電壓；R2是L2的損耗電阻；C2是諧振電容；RL是負(fù)載；

是應(yīng)答器諧振回路兩端的電壓。應(yīng)答器在

達(dá)到一定電壓值后，通過整流電路，產(chǎn)生應(yīng)答器芯片正常工作所需的直流電壓。4.3.2應(yīng)答器諧振回路端電壓的計(jì)算4.3閱讀器和應(yīng)答4.3.2應(yīng)答器諧振回路端電壓的計(jì)算4.3

閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合在此回路L2、C2、RL并聯(lián)，V2在L2支路。在4.2.3節(jié)介紹串、并聯(lián)阻抗等效互換的方法，因此，把RL和C2的并聯(lián)變換為等效C2和

的串聯(lián)。左圖的電路可等效為如右圖示的電路。4.3.2應(yīng)答器諧振回路端電壓的計(jì)算4.3閱讀器和應(yīng)答由于L2，C2回路的諧振頻率和閱讀器電壓v1的頻率相同，也就是和v2的頻率相同，因此電路處于諧振狀態(tài)，所以有4.3

閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合由于L2，C2回路的諧振頻率和閱讀器電壓v1的頻率相同，因?yàn)椋?，所以有式中BZ

為距離閱讀器電感線圈為r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度值

以上兩式可用于標(biāo)簽和閱讀器之間的耦合回路參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。4.3

閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合因?yàn)?，?-1MCRF355芯片工作于13.56MHz，其天線電路封裝在ID-1型卡（符合ISO7810標(biāo)準(zhǔn)）中，卡尺寸為85.6mm×54mm×0.76mm，當(dāng)MCRF355芯片天線電路上具有4V（峰值）電壓時(shí)，器件可達(dá)到正常工作所需的2.4V直流電壓，設(shè)其天線電路的Q值為40，線圈圈數(shù)N2=4，試求閱讀器電感線圈的電流值。

解:（1）根據(jù)式（4-61）計(jì)算BZ值。

忽略式中表示方向的負(fù)號，BZ為

4.3

閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合例4-1MCRF355芯片工作于13.56MHz，其天線

代入下列數(shù)值：f=13.56MHz，N2=4，S=85.6×54mm2=46×10-4m2，Q=40，=4v（峰值）

故BZ的有效值為4.3

閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合代入下列數(shù)值：f=13.56MHz，N2=4，S=4.3

閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合(2)按式（4-62）計(jì)算閱讀器線圈的電流。設(shè)閱讀器應(yīng)具有的作用距離為a=38cm，閱讀器線圈半徑為r=0.1m，則即線圈圈數(shù)N1=1時(shí)電流為430mA,N1=2式電流為210mA。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合(2)按式（4-62）4.3.3應(yīng)答器直流電源電壓的產(chǎn)生對于無源應(yīng)答器，其供電電壓必須從耦合電壓v2獲得。從耦合電壓v2到應(yīng)答器工作所需直流電壓Vcc的電壓變換過程如下圖所示。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3.3應(yīng)答器直流電源電壓的產(chǎn)生對于無源應(yīng)答器，其供電4.3.3應(yīng)答器直流電源電壓的產(chǎn)生1.整流與濾波天線電路獲得的耦合電壓經(jīng)整流電路后變換為單極性的交流信號，再經(jīng)濾波電容Cp濾去高頻成分，獲得直流電壓。濾波電容Cp同時(shí)又作為儲能器件，以獲得較強(qiáng)的負(fù)載能力。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3.3應(yīng)答器直流電源電壓的產(chǎn)生1.整流與濾波4.3閱讀4.3.3應(yīng)答器直流電源電壓的產(chǎn)生1.整流與濾波

下圖所示為一個(gè)采用MOS管的全波整理電路，濾波電容Cp集成在芯片內(nèi)。Cp容量選得較大，則電路儲能及電壓平滑作用較好，但是集成電路制作代價(jià)大。因此，Cp容量不能選擇得過大，通常在百pF數(shù)量級。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3.3應(yīng)答器直流電源電壓的產(chǎn)生1.整流與濾波4.3閱讀2.穩(wěn)壓電路

濾波電容Cp兩端輸出的直流電壓是不穩(wěn)定的，當(dāng)應(yīng)答器（卡）與閱讀器的距離變化時(shí)，隨應(yīng)答器線圈L2上耦合電壓的變化而變化，而應(yīng)答器內(nèi)的電路需要有較高穩(wěn)定性的直流電源電壓，因此必須采用穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路在眾多書籍中都有介紹，本節(jié)不再贅述。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合2.穩(wěn)壓電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合

4.3.4負(fù)載調(diào)制

在RFID系統(tǒng)中，應(yīng)答器向閱讀器的信息傳輸采用負(fù)載調(diào)制技術(shù)，下面介紹基于電感耦合方式的負(fù)載調(diào)制原理4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3.4負(fù)載調(diào)制4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合將圖4-13改畫為耦合電路形式，如圖4-19（a）所示。圖中，V1角頻率為w的正弦電壓；RS

為其內(nèi)阻；R1是電感L1的損耗電阻；M是互感；R2是電感L2的損耗電阻；

是等效負(fù)載電阻。在圖中還標(biāo)明了線圈的同名端關(guān)系。很明顯，初級回路代表閱讀器天線電路，次級回路代表應(yīng)答器的天線電路，它們通過互感M實(shí)現(xiàn)耦合。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合將圖4-13改畫為耦合電路

耦合系數(shù)k是反映耦合回路耦合程度的重要參數(shù)4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合耦合系數(shù)k是反映耦合回路耦合程度的重要參數(shù)4.3閱

為分析電路方便起見，將圖4-19（a）C2與RL的并聯(lián)電路轉(zhuǎn)化為

和

的串聯(lián)電路，這樣便可得到如圖4-19（b）所示的電路，這是一個(gè)互感耦合串聯(lián)型回路。在次級（應(yīng)答）回路中，品質(zhì)因數(shù)Q都大于10，滿足Q>>1的條件，因此滿足條件因此

。?4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合為分析電路方便起見，將圖4-19（a）C2與RL的并2.互感耦合回路的等效阻抗關(guān)系圖4-19（b）中初級和次級回路的電壓方程可寫為4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合式中，Z11為初級回路自阻抗，Z22為次級回路的自阻抗，2.互感耦合回路的等效阻抗關(guān)系4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電從（4-64和4-65）可以求得初級回路電流為4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合從（4-64和4-65）可以求得次級回路電流為從（4-64和4-65）可以求得初級回路電流為4.3閱讀器和則（4-66和4-67）可表示為式中，4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合則（4-66和4-67）可表示為式中，4.3閱讀器和應(yīng)答器之由上兩式，根據(jù)電路關(guān)系，可以畫出下圖所示初級和次級回路的等效電路。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合由上兩式，根據(jù)電路關(guān)系，可以畫出下圖所示初級和次級回路的

由于Zf1是互感M和次級回路阻抗Z22的函數(shù)，并出現(xiàn)在初級等效回路中，故Zf1稱為次級回路對初級回路的反射阻抗，它由反射電阻Rf1和反射電抗Xf1兩部分組成，即Zf1=Rf1+jXf1。類似地，Zf2稱為初級回路對次級回路的反射阻抗，由反射電阻Rf2和反射電抗Xf2組成，即Zf2=Rf2+jXf2。這樣，初、次級回路之間的影響可以通過反射阻抗的變化來進(jìn)行分析。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合由于Zf1是互感M和次級回路阻抗Z22的函數(shù)，3.電阻負(fù)載調(diào)制

負(fù)載調(diào)制是應(yīng)答器向閱讀器傳輸數(shù)據(jù)所使用的方法。在電感耦合方式的RFID系統(tǒng)中，負(fù)載調(diào)制有電阻負(fù)載調(diào)制和電容負(fù)載調(diào)制兩種方法。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合3.電阻負(fù)載調(diào)制4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合電阻負(fù)載調(diào)制的原理電路下圖所示，開關(guān)S用于控制負(fù)載調(diào)制電阻Rmod的接入與否，開關(guān)S的通斷由二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號控制。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合電阻負(fù)載調(diào)制的原理電路下圖所示，開關(guān)S用于控制負(fù)載調(diào)制電二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號控制開關(guān)S。當(dāng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號為1時(shí)，設(shè)開關(guān)S閉合，應(yīng)答器負(fù)載電阻為RL和Rmod并聯(lián)；當(dāng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號為0時(shí)，開關(guān)S斷開，應(yīng)答器負(fù)載電阻為RL。電阻負(fù)載調(diào)制時(shí)，應(yīng)答器的負(fù)載電阻值有兩個(gè)對應(yīng)值，即RL（S斷開時(shí)）和RL與Rmod的并聯(lián)值RL//Rmod（S閉合時(shí)）。顯然，RL//Rmod小于RL。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號控制開關(guān)S。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感圖(a)的等效電路如圖(b)所示，在初級等效電路中，RS是源電壓V1的內(nèi)阻，R1是電感線圈L1的損耗電阻，Rf1是次級回路的反射電阻，Xf1是次級回路的反射電抗。R11=RS+R1,X11=j[wL1-1/(wC1)]。在次級等效電路中，V2=-jwMV1/Z11，R2電感線圈L2的損耗電阻，Rf2是初級回路反射電阻，Xf2是初級回路的反射電抗，RL是負(fù)載電阻，Rmod負(fù)載調(diào)制電阻。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合圖(a)的等效電路如圖(b)所示，在初級等效電路中，RS是源1）次級回路等效電路中的端電壓

設(shè)初級回路處于諧振狀態(tài)，則其反射電抗Xf2=0，故4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合1）次級回路等效電路中的端電壓設(shè)初級回路處于諧振狀態(tài)，則其RLm為負(fù)載電阻RL和負(fù)載調(diào)制電阻Rmod的并聯(lián)值。當(dāng)進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時(shí)，RLm<RL，因此電壓VCD下降。在實(shí)際電路中，電壓的變化反映為電感線圈L2兩端可測的電壓變化。該結(jié)果也可從物理概念上獲得，即次級回路由于Rmod的接入，負(fù)載加重，Q值降低，諧振回路兩端電壓下降。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合RLm為負(fù)載電阻RL和負(fù)載調(diào)制電阻Rmod的并聯(lián)值。當(dāng)進(jìn)行負(fù)由次級回路的阻抗表達(dá)式得知在負(fù)載調(diào)制時(shí)Z22下降，可得反射阻抗Zf1上升（在互感M不變的條件下）。若次級回路調(diào)整于諧振狀態(tài)，其反射電抗Xf1=0，則表現(xiàn)為反射電阻Rf1的增加。

2）初級回路等效電路中的端電壓

Zf1=Rf1+jXf14.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合由次級回路的阻抗表達(dá)式得知在負(fù)載調(diào)制時(shí)Z22下降，可得反射

Rf1不是一個(gè)電阻實(shí)體，它的變化體現(xiàn)為電感線圈L1兩端的電壓變化，即等效電路中端電壓VAB的變化。在負(fù)載調(diào)制時(shí)，由于Rf1增大，所以VAB增大，即電感線圈L1兩端的電壓增大。由于Xf1=0（與頻率和相位無關(guān)），所以電感線圈兩端電壓的變化表現(xiàn)為幅度調(diào)制。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合3）電阻負(fù)載調(diào)制數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)脑?前面分析得：電阻負(fù)載調(diào)制數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)倪^程如圖所示。應(yīng)答器的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號通過電阻負(fù)載調(diào)制方法傳送到閱讀器，電阻負(fù)載調(diào)制過程是一個(gè)調(diào)幅過程。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合3）電阻負(fù)載調(diào)制數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)脑?.3閱讀器和應(yīng)答器之間的

4.電容負(fù)載調(diào)制 電容負(fù)載調(diào)制是用附加的電容器Cmod代替調(diào)制電阻Rmod。電容負(fù)載調(diào)制原理圖如下圖所示。其中，R2是電感線圈L2的損耗電阻4.電容負(fù)載調(diào)制設(shè)互感M不變，下面分析Cmod接入的影響。電容負(fù)載調(diào)制和電阻負(fù)載調(diào)制的不同：Rmod接入不改變應(yīng)答器回路的諧振頻率，因此，閱讀器和應(yīng)答器在工作頻率下都處于諧振狀態(tài)；Cmod接入后應(yīng)答器回路失諧，其反射電抗引起閱讀器回路失諧。分析方法和電阻負(fù)載類似。電路如下圖所示4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合設(shè)互感M不變，下面分析Cmod接入的影響。電容負(fù)載調(diào)制和

分析次級和初級等效回路的端電壓可知：電容Cmod的接入，反射阻抗Zf1

上升，但是此時(shí)應(yīng)答器回路失諧，因此Zf1包含反射電抗Xf1部分。因而電感線圈L1兩端的電壓增加，但此時(shí)電壓不僅是幅度調(diào)制，也存在相位調(diào)制。

電容負(fù)載調(diào)制：數(shù)據(jù)信息的傳輸過程基本同圖4-23所示，只是閱讀器線圈兩端電壓會產(chǎn)生相位調(diào)制的影響，但該相位調(diào)制只要能保持在很小的情況下，就不會對數(shù)據(jù)的正確傳輸產(chǎn)生影響。4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合分析次級和初級等效回路的端電壓可知：電容Cmod的接入4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)低頻RFID系統(tǒng)工作原理:采用電感耦合原理其采用變壓器原理模型。屬于近距離RFID系統(tǒng)。

微波RFID系統(tǒng)工作原理：采用電磁反向散射方式工作，其采用雷達(dá)原理模型，發(fā)射電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息。屬于遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)低頻RFID系統(tǒng)工作原理:采用電4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)

微波反向散射方式射頻前端：主要包括發(fā)射機(jī)電路、接收機(jī)電路和天線。

4個(gè)基本組成電路：濾波器、放大器、混頻器和振蕩器工作過程：需要處理接收和發(fā)送射頻信號兩過程。

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 微波反向散射方式射頻前端：主要包括4.4.1濾波器的類型4.4.2低通濾波器原型4.4.3濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器4.4.4分布參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.1濾波器的類型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.1濾波器的類型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4種理想濾波器類型：低通、高通、帶通和帶阻濾波器，如下圖所示。4.4.1濾波器的類型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4種理想濾波器4.4.1濾波器的類型4.4.2低通濾波器原型4.4.3濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器4.4.4分布參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.1濾波器的類型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.2低通濾波器原型

低通濾波器原型：源阻抗為1歐姆，截止頻率為1的歸一化設(shè)計(jì)低通濾波器原型作用：設(shè)計(jì)濾波器的基礎(chǔ)，根據(jù)低通濾波器原型變換可得集總元件低通、高通、帶通、帶阻濾波器以及分布參數(shù)濾波器。 插入損耗定義：為來自源的可用功率與傳送到負(fù)載功率的比值，用dB表示的插入損耗定義為4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)插入損耗作用:作為考察濾波器的指標(biāo)，用來討論低通濾波器原型的設(shè)計(jì)方法。濾波器的響應(yīng)是用插入損耗來表征。4.4.2低通濾波器原型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)插入損耗作用4.4.2低通濾波器原型

根據(jù)不同插入損耗表征的4種低通濾波器原型：

巴特沃斯低通濾波器原型切比雪夫低通濾波器原型橢圓函數(shù)低通濾波器原型線性相位低通濾波器原型

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.2低通濾波器原型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 1．巴特沃斯低通濾波器原型

定義：通帶內(nèi)插入損耗隨頻率變化最平坦，這種濾波器稱為巴特沃斯濾波器，也稱為最平坦濾波器。

響應(yīng)函數(shù)：最平坦響應(yīng)的數(shù)學(xué)表示式為4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)式中，N為濾波器的階數(shù)，wc為截止角頻率，一般選k=1，這樣w=wc

時(shí) 1．巴特沃斯低通濾波器原型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 1）濾波器的階數(shù)

由式（4-77）看出，N值越大，阻帶內(nèi)衰減隨著頻率增大得越快。

設(shè)計(jì)低通濾波器時(shí)，對阻帶內(nèi)的衰減有數(shù)值上的要求，由此可以計(jì)算出N值。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 1）濾波器的階數(shù)4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)2）濾波器的結(jié)構(gòu)4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)低通濾波器原型構(gòu)成：由集總元件電感和電容構(gòu)成。假設(shè)源內(nèi)阻為1歐，截止頻率wc=1。下表4-2給出了元件取值，g0為源內(nèi)阻，gN+1為負(fù)載阻抗。2）濾波器的結(jié)構(gòu)4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)低通濾波器原型構(gòu)成：4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)圖4-30所示是與表4-2相對應(yīng)的濾波電路，圖（a）和圖（b）能給出同樣的響應(yīng)。它們互為共生電路。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)圖4-30所示是與表4-2相對應(yīng)

2．切比雪夫低通濾波器原型 定義：通帶內(nèi)有等波紋的響應(yīng)，這種濾波器稱為切比雪夫?yàn)V波器，也稱為等波紋濾波器。

響應(yīng)函數(shù)：低通等波紋響應(yīng)的數(shù)學(xué)表示式為

式中，是切比雪夫多項(xiàng)式。切比雪夫多項(xiàng)式特點(diǎn)：4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 2．切比雪夫低通濾波器原型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)

3．橢圓函數(shù)低通濾波器原型

定義：在通帶和阻帶內(nèi)都有等波紋響應(yīng)的濾波器稱為橢圓函數(shù)濾波器。如圖4-33所示。應(yīng)用：在有些應(yīng)用中需設(shè)定一個(gè)最小阻帶衰減獲得較好的截止陡度，這種類型的濾波器稱為橢圓函數(shù)濾波器。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 3．橢圓函數(shù)低通濾波器原型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4．線性相位低通濾波器原型

定義：線性的相位衰減響應(yīng)。

特點(diǎn)：線性相位濾波器在阻帶內(nèi)振幅衰減較平緩。

應(yīng)用：但在有些應(yīng)用中，線性的相位響應(yīng)比陡峭的阻帶振幅衰減響應(yīng)更為關(guān)鍵。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4．線性相位低通濾波器原型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)5．4種低通濾波器原型的比較最平坦響應(yīng)和等波紋響應(yīng)兩者在阻帶內(nèi)都有單調(diào)上升衰減。最平坦響應(yīng)和等波紋和橢圓函數(shù)都是設(shè)定振幅響應(yīng)，線性相位為線性的相位響應(yīng)。

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)5．4種低通濾波器原型的比較4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.1濾波器的類型4.4.2低通濾波器原型4.4.3濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器4.4.4分布參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.1濾波器的類型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.3濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器 4.4.2節(jié)討論的低通濾波器原型是假定源阻抗為1歐姆，截止頻率為1的歸一化設(shè)計(jì)，為了得到實(shí)際的濾波器，進(jìn)行參數(shù)進(jìn)行反歸一化設(shè)計(jì)

作用：利用低通濾波器原型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

分類：阻抗變換和頻率變換，以便滿足實(shí)際源阻抗和實(shí)際工作頻率的要求。

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.3濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器4.4射頻濾波器的設(shè)

1）阻抗變換 低通濾波器原型，除偶數(shù)階切比雪夫外，源阻抗和負(fù)載阻抗均為1。如果源阻抗和負(fù)載阻抗不為1，須對所有阻抗表達(dá)式做比例變換

變換方法：實(shí)際源電阻乘低通濾波器原型阻抗值。

若源電阻為Rs，令變換后濾波器的元件值用帶撇號的符號表示，則

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)2）頻率變換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。通過頻率變換，將低通濾波器原型變換為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)2）頻率變換4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)

2．低通濾波器原型變換為低通濾波器將低通原型由ωc=1改變?yōu)棣豤,頻率作如下變換4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 2．低通濾波器原型變換為低通濾波器4.4射頻濾波器的當(dāng)頻率和阻抗都變換時(shí)，低通濾波器的元件值和

為4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)當(dāng)頻率和阻抗都變換時(shí)，低通濾波器的元件值和為4.3．低通濾波器原型變換為高通濾波器變換為高通濾波器，頻率作如下變換4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)3．低通濾波器原型變換為高通濾波器4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)當(dāng)頻率和阻抗都變換時(shí)，高通濾波器的元件值4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)當(dāng)頻率和阻抗都變換時(shí)，高通濾波器的元件值4.4射頻濾波器的

4．低通濾波器原型變換為帶通和帶阻濾波器

低通濾波器原型變換到帶通和帶阻響應(yīng)。圖4-37為低通原型到帶通和帶阻濾波器的頻率變換。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 4．低通濾波器原型變換為帶通和帶阻濾波器4.4射頻濾波器4.4.1濾波器的類型4.4.2低通濾波器原型4.4.3濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器4.4.4分布參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.1濾波器的類型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.4分布參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)

低頻：濾波器是由集總元件電感和電容構(gòu)成，頻率不高時(shí)，集總元件濾波器工作良好。高頻：頻率高于500Mz時(shí)，濾波器通常由分布參數(shù)元件構(gòu)成

原因：高頻時(shí)電感和電容應(yīng)選的元件值過小，寄生參數(shù)的影響，小的電感和電容不能用集總參數(shù)元件；高頻時(shí)工作波長與濾波器元件的物理尺寸相近，元件間距離不可忽視，需要考慮分布參數(shù)效應(yīng)。

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.4分布參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)4.4射頻濾波器的設(shè)3種分布參數(shù)濾波器：微帶短截線低通濾波器階梯阻抗低通濾波器平行耦合微帶線帶通濾波器4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)3種分布參數(shù)濾波器：4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)1．微帶短截線低通濾波微帶短截線低通濾波器實(shí)現(xiàn)形式：采用微帶短截線實(shí)現(xiàn)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：將各濾波器元件分隔開。

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 1）理查德變換

理查德變換：將集總元件的電感和電容用一段終端短路或終端開路的傳輸線等效。

終端短路和終端開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。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 1）理查德變換4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)

2）科洛達(dá)規(guī)則科洛達(dá)規(guī)則：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，將串聯(lián)短截線變換為并聯(lián)短截線，將短截線在物理上分開。在科洛達(dá)規(guī)則中附加的傳輸線段稱為單位元件，單位元件是一段傳輸線。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 2）科洛達(dá)規(guī)則4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)

2．階梯阻抗低通濾波器階梯阻抗低通濾波器也稱為高低阻抗低通濾波器，由很高和很低特性阻抗的傳輸線段交替排列而成。

結(jié)構(gòu)緊湊、簡潔的電路，便于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 2．階梯阻抗低通濾波器4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)

3．平行耦合微帶線帶通濾波器平行耦合微帶傳輸線由兩個(gè)無屏蔽的平行微帶傳輸線緊靠在一起構(gòu)成，由于兩個(gè)傳輸線之間電磁場的相互作用，在兩個(gè)傳輸線之間會有功率耦合，這種傳輸線也因此稱為耦合傳輸線。

平行耦合微帶線可以構(gòu)成帶通濾波器，這種濾波器由多個(gè)l/4波長耦合線段構(gòu)成，是一種常用的分布參數(shù)帶通濾波器。4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì) 3．平行耦合微帶線帶通濾波器4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.1濾波器的類型4.4.2低通濾波器原型4.4.3濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器4.4.4分布參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)

4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.4.1濾波器的類型4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端4.5.1放大器的穩(wěn)定性4.5.2放大器的功率增益4.5.3放大器輸入輸出駐波比4.5.4放大器的噪聲

4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.5.1放大器的穩(wěn)定性4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4個(gè)基本組成電路：濾波器、放大器、混頻器和振蕩器接收機(jī)和發(fā)射機(jī)前端需要放置低噪聲放大器，本節(jié)介紹其設(shè)計(jì)方法。將討論設(shè)計(jì)中最重要因素：穩(wěn)定性、增益、失配和噪聲

4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4個(gè)基本組成電路：濾波器、放大器、4.5.1放大器的穩(wěn)定性

定義：穩(wěn)定性是指放大器抑制環(huán)境的變化（如信號頻率、溫度、源和負(fù)載等變化時(shí)），維持正常放大的能力。

原因：微波由于反射波的存在：

射頻放大器在某些工作頻率或終端條件下有產(chǎn)生振蕩的傾向，不再發(fā)揮放大器的作用。4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.5.1放大器的穩(wěn)定性4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)1．放大器穩(wěn)定的定義放大器的二端口網(wǎng)絡(luò)如圖4-47所示圖中傳輸線上有反射波傳輸，源的反射系數(shù)、負(fù)載的反射系數(shù)、二端口網(wǎng)絡(luò)輸入端的反射系數(shù)、二端口網(wǎng)絡(luò)輸出端的反射系數(shù)。4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)1．放大器穩(wěn)定的定義。4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)。穩(wěn)定性判別：放大器穩(wěn)定意反射系數(shù)的模小于1，即如果反射系數(shù)的模大于1，傳輸線上反射波的振幅將比入射波的振幅大，這將導(dǎo)致不穩(wěn)定產(chǎn)生。4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)。穩(wěn)定性判別：放大器穩(wěn)定意反射系數(shù)的模小于1，即4.4低噪RFID的射頻前端課件2.放大器穩(wěn)定性判別的圖解法復(fù)平面上討論穩(wěn)定區(qū)域，用圖解的方法給出穩(wěn)定區(qū)域。4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)2.放大器穩(wěn)定性判別的圖解法4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì) 3．放大器絕對穩(wěn)定判別的解析法用解析法判別放大器的穩(wěn)定性。k稱為穩(wěn)定性因子。絕對穩(wěn)定要求：4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì) 3．放大器絕對穩(wěn)定判別的解析法k稱為穩(wěn)定性因子。絕4.5.2放大器的功率增益 增益：對輸入信號進(jìn)行放大，是放大器最重要的任務(wù)。

1．轉(zhuǎn)換功率增益 放大器的轉(zhuǎn)換功率增益為4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)晶體管增益輸入網(wǎng)絡(luò)有效增益輸出網(wǎng)絡(luò)有效增益4.5.2放大器的功率增益4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)晶體4.5.3放大器輸入輸出駐波比電壓駐波比：表示放大器輸入端阻抗與輸出端阻抗與系統(tǒng)要求阻抗的匹配程度，一般為50

信源與晶體管之間及晶體管與負(fù)載之間的失配程度對駐波比有影響，放大器的輸入和輸出電壓駐波比必須保持在特定指標(biāo)之下。 放大器輸入、輸出電壓駐波比為4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.5.3放大器輸入輸出駐波比4.4低噪聲放大器的4.5.4放大器的噪聲放大器的基本要求：低噪聲下對信號放大。先介紹噪聲的表示方法和級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲特性，然后在史密斯圓圖上畫出等噪聲系數(shù)圓。

1．噪聲系數(shù)（1）輸入端電阻R在放大器輸出端產(chǎn)生熱噪聲，則放大器的噪聲系數(shù)定義為4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.5.4放大器的噪聲4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)

2．級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)

（1）先考慮兩個(gè)放大器的級連。兩級放大器的總噪聲系數(shù)F為上式表面：級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)第一級的噪聲系數(shù)和增益對系統(tǒng)總噪聲系數(shù)的影響大（2）下面考慮n個(gè)放大器的級連4.4低噪聲放大器的設(shè)計(jì)上式表面：

多級級連，僅與第一級對總噪聲有較大影響，其他級影響小。 2．級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)上式表面：級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)第一級的噪4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端4.6.1A類放大器的設(shè)計(jì)4.6.2交調(diào)失真

4.6射頻功率放大器的設(shè)計(jì)4.6.1A類放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.6射頻功率放大器的設(shè)計(jì)功率放大器分類：A類放大器、AB類放大器、B類放大器或C類放大器。RFID微波系統(tǒng)放大器選擇：常使用A類功率放大器。因?yàn)楣ぷ黝l率大于1GHz時(shí)用A類下面討論A類功率放大器的設(shè)計(jì)，并討論交調(diào)失真。4.6射頻功率放大器的設(shè)計(jì)功率放大器分類：A類放大器、A4.6.1A類放大器的設(shè)計(jì)A類放大器定義：也稱為甲類放大器，晶體管在整個(gè)信號的周期內(nèi)均導(dǎo)通。效率定義：為射頻輸出功率與直流輸入功率之比。A類放大器的效率最高50％。

A類功率放大器的設(shè)計(jì)方法 （1）利用小信號S參量設(shè)計(jì) （2）利用大信號S參量設(shè)計(jì) （3）利用和設(shè)計(jì)（4）利用等功率線設(shè)計(jì)

4.6射頻功率放大器的設(shè)計(jì)4.6.1A類放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)計(jì)4.6.2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時(shí)，在輸出端會產(chǎn)生附加頻率分量，會引起輸出信號的失真假設(shè)輸入信號的頻率為f1和f2。輸入信號寫為

輸出信號為

上式知,輸出信號中除有頻率成分f1和f2外，還會產(chǎn)生新的頻率分量2f1、2f2、3f1、3f2、f1±f2、2f`1±f2、2f2±f1等。4.6射頻功率放大器的設(shè)計(jì)4.6.2交調(diào)失真4.6射頻功率放大器的設(shè)計(jì)

新的頻率分量分類為:

二次諧波：2f1、2f2三次諧波：3f1、3f2

二階交調(diào)：f1±f2三階交調(diào)：2f1±f2、2f2±f1

新的頻率分量是非線性系統(tǒng)失真的產(chǎn)物，稱為諧波失真或交調(diào)失真。4.6射頻功率放大器的設(shè)計(jì)新的頻率分量分類為:4.6射頻功率放大器的設(shè)計(jì)4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端4.7.1振蕩器的基本模型4.7.2射頻低頻段振蕩器4.7.3微波振蕩器

4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.7.1振蕩器的基本模型4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)

振蕩器：將直流功率轉(zhuǎn)化成射頻功率，在特定的頻率點(diǎn)建立起穩(wěn)定的正弦振蕩，成為所需的射頻信號源。

低頻振蕩器：考畢茲（Colpitts）、哈特萊（Hartley）等結(jié)構(gòu)都可以構(gòu)成低頻振蕩器，使用晶體諧振器來提高低頻振蕩器的頻率穩(wěn)定性。

微波振蕩器：使用工作于負(fù)阻狀態(tài)的二極管和晶體管，并利用腔體、傳輸線或介質(zhì)諧振器來構(gòu)成振蕩器，頻率高達(dá)100GHz。4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)振蕩器：將直流功率轉(zhuǎn)化成射頻功率，在4.7.1振蕩器的基本模型

振蕩器的核心：在特定頻率上實(shí)現(xiàn)正反饋的環(huán)路。

圖4-53描述了基本工作原理，具有電壓增益A的放大器輸出電壓為V0，輸出通過傳遞函數(shù)為H的反饋網(wǎng)絡(luò)，加到電路的輸入電壓Vi，輸出電壓表示為4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.7.1振蕩器的基本模型4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)用輸入電壓表示的輸出電壓為振蕩器沒有輸入信號，若要得到非零的輸出電壓，式（4-124）的分母必須為零，這稱為巴克豪森準(zhǔn)則（BarkhausenCriterion）。振蕩器由起振到穩(wěn)態(tài)依賴于不穩(wěn)定電路。4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)用輸入電壓表示的輸出電壓為振蕩器沒有輸入信號，若要得到非零的4.7.2射頻低頻段振蕩器

低頻段振蕩電路：采用雙極結(jié)型晶體管（BJT）或場效應(yīng)晶體管（FET），可以是共發(fā)射極/源極、共基極/柵極或共集電極/漏極結(jié)構(gòu)，用多種形式反饋網(wǎng)絡(luò)。形成了考畢茲（Colpitts）、哈特萊（Hartley）等振蕩電路4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.7.2射頻低頻段振蕩器4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.7.3微波振蕩器

當(dāng)工作頻率接近1GHz時(shí)，電壓和電流的波動特性將不能被忽略，需要采用傳輸線理論來描述電路的特性，因此需要討論基于反射系數(shù)和S參量的微波振蕩器。

4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.7.3微波振蕩器4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)

微波振蕩器原理：內(nèi)部有一個(gè)有源固態(tài)器件，該器件與無源網(wǎng)絡(luò)相配合，可以產(chǎn)生所需要的微波信號。由于振蕩器是在無輸入信號的條件下產(chǎn)生振蕩功率，因此其具有負(fù)阻效應(yīng)。

負(fù)阻器件：若一個(gè)器件的端電壓與流過該器件的電流之間相位相差180°，該器件稱為負(fù)阻器件。

三端口負(fù)阻器件：設(shè)計(jì)出微波雙端口振蕩器

二端口負(fù)阻器件：設(shè)計(jì)出微波單端口振蕩器4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)微波振蕩器原理：內(nèi)部有一個(gè)有源固態(tài)器件，該器件與無源網(wǎng)絡(luò)相 1．振蕩條件

（1）雙端口振蕩器振蕩條件。 雙端口振蕩器如圖4-58所示，由晶體管、振蕩器調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)和終端網(wǎng)絡(luò)3部分組成。4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì) 1．振蕩條件4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì) 若使圖4-58所示的雙端口振蕩器產(chǎn)生震蕩，需要滿足如下3個(gè)條件。 條件1：存在不穩(wěn)定有源條件

條件2：振蕩器左端滿足

條件3：振蕩器右端滿足

4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì) 若使圖4-58所示的雙端口振蕩器產(chǎn)生震蕩，需要滿足如下3個(gè)4.7.1振蕩器的基本模型4.7.2射頻低頻段振蕩器4.7.3微波振蕩器

4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.7.1振蕩器的基本模型4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端4.8混頻器的設(shè)計(jì)

混頻器作用：用于頻率變換的部件，將輸入信號的頻率升高或降低而不改變原信號的特性。

在RFID系統(tǒng)作用:較高頻率的射頻輸入信號變換為頻率較低的中頻輸出信號，以便對信號后續(xù)調(diào)整和處理。

構(gòu)成:是一個(gè)3端口器件，其中兩個(gè)端口輸入，一個(gè)端口輸出。

原理：將兩個(gè)不同頻率的輸入信號變?yōu)橐幌盗胁煌l率的輸出信號，輸出頻率為兩個(gè)輸入頻率的和頻、差頻及諧波。4.8混頻器的設(shè)計(jì)1．混頻器的特性混頻器的符號和功能如圖4-60。（a）上變頻工作狀況，兩個(gè)輸入端為本振端（LO）和中頻端（IF），輸出端稱為射頻端（RF）。（b）下變頻的工作狀況，兩個(gè)輸入端為本振端（LO）和射頻端（RF），輸出端稱為中頻端（IF）。1．混頻器的特性（a）

上變頻采用：和頻（b）下變頻采用：差頻（a）上變頻采用：和頻（b）下變頻采用：差頻4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合(重點(diǎn))4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路4.2應(yīng)答器天線電路4.3閱讀器和應(yīng)答器之間的電感耦合4.4射頻濾波器的設(shè)計(jì)4.5射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)4.6射頻功率放大器的設(shè)4.7射頻振蕩器的設(shè)計(jì)4.8混頻器的設(shè)計(jì)

第4章RFID的射頻前端4.1閱讀器天線電路第4章RFID的射頻前端

第4章RFID的射頻前端

RFID系統(tǒng)的通信模型:如圖2-5。本章討論模型中讀寫器射頻前端和電子標(biāo)簽射頻前端，

射頻前端：實(shí)現(xiàn)射頻能量和信息傳輸?shù)碾娐贩Q為射頻前端電路，簡稱為射頻前端。先討論基于電感耦合方式的射頻前端電路的構(gòu)造和原理，再討論反向散射耦合方式的射頻前端。第4章RFID的射頻前端4.1.1閱讀器天線電路的選擇4.1.2串聯(lián)諧振回路4.1.3電感線圈的交變磁場

4.1閱讀器天線電路4.1.1閱讀器天線電路的選擇4.1閱讀器天線電路4.1閱讀器天線電路4.1.1閱讀器天線電路的選擇

下圖所示3種典型天線電路。閱讀器選用串聯(lián)諧振回路電路，簡單、成本低，激勵采用低內(nèi)阻恒壓源，諧振時(shí)可獲得最大的回路電流等特點(diǎn)，被廣泛采用。4.1閱讀器天線電路4.1.1閱讀器天線電路的選擇4.1.2串聯(lián)諧振回路1.電路組成R1是電感線圈L損耗的等效電阻Rs是信號源的內(nèi)阻RL是負(fù)載電阻回路總電阻值：R=R1+Rs+RL4.1閱讀器天線電路4.1.2串聯(lián)諧振回路R1是電感線圈L損耗的等效電阻4.1閱

2.諧振及諧振條件若外加電壓，應(yīng)用復(fù)數(shù)計(jì)算法得到回路電流為4.1閱讀器天線電路式中，阻抗為Z，電抗為X。阻抗的模為相角為2.諧振及諧振條件4.1閱讀器天線電路式中，阻抗為Z，電在某一特定角頻率w0處，回路的電抗X=0，即

則

為最大值，回路發(fā)生諧振。

諧振定義：在w0處，輸入阻抗的幅值最小R,此時(shí)端口電壓和電流同向。工程上將這種工作狀況稱為諧振。諧振條件：X=0。

4.1閱讀器天線電路在某一特定角頻率w0處，回路的電抗X=0，即則為最大

諧振頻率：由（4-4）導(dǎo)出回路產(chǎn)生串聯(lián)諧振的角頻率和頻率分別為

f0稱為諧振頻率。由此式可知，諧振頻率由電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定，與外加激勵頻率無關(guān)。前兩式（4-4、4-5）可推得4.1閱讀器天線電路為諧振回路的特性阻抗。諧振頻率： f0稱為諧振頻率。由此式可知，諧振頻率由電路3.諧振特性串聯(lián)諧振回路具有如下特性。（1）諧振時(shí)，回路電抗X=0，阻抗Z=R為最小值（X=0），且為純阻。（2）諧振時(shí)，回路電流最大，即且與電壓同相（相角=0）。（3）電感與電容兩端電壓模值相等，且等于外加電壓Q倍。

4.1閱讀器天線電路3.諧振特性4.1閱讀器天線電路諧振時(shí)，電容C兩端的電壓為 Q稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，是諧振時(shí)的回路感抗值（或容抗值）與回路電阻值R的比值，由（4-6、7、8）得4.1閱讀器天線電路（3）電感與電容兩端電壓模值相等，相位互查1800且等于外加電壓Q倍。諧振時(shí)，電感L兩端的電壓為諧振時(shí)，電容C兩端的電壓為 Q稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，是諧振時(shí)的4.能量關(guān)系 設(shè)諧振時(shí)瞬時(shí)電流的幅值為I0m，則瞬時(shí)電流為電感L上存儲的瞬時(shí)電能為4.1閱讀器天線電路電容C上存儲的瞬時(shí)磁能為由（4-9）得4.能量關(guān)系電感L上存儲的瞬時(shí)電能為4.1閱讀器天線電路電電感L和電容C上存儲的能量和為電感L和電容C上存儲的能量和w：是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常數(shù)，說明回路中存儲的能量保持不變，只在線圈和電容器間相互轉(zhuǎn)換。4.1閱讀器天線電路電感L和電容C上存儲的能量和為電感L和電容C上存儲的能量諧振時(shí)電阻上消耗的平均功率為在每一周期T（T=,f0為諧振頻率）的時(shí)間內(nèi)，電阻R上消耗的能量為4.1閱讀器天線電路回路中存儲的能量wc+wL與每周期消耗的能量wR之比為從能量的角度看，品質(zhì)因數(shù)Q諧振時(shí)電阻上消耗的平均功率為在每一周期T（T=從能量的角度看，品質(zhì)因數(shù)Q可表示為4.1閱讀器天線電路從能量的角度看，品質(zhì)因數(shù)Q可表示為4.1閱讀器天線電路

5.諧振曲線和通頻帶1）諧振曲線：回路中電流幅值與外加電壓頻率之間的關(guān)系曲線，稱為諧振曲線。4.1閱讀器天線電路取其模值，得

式中，

表示偏離諧振的程度，稱為失諧量。僅是附近（即為小矢楷量的情況）時(shí)成立，而具有失諧量的定義稱為廣義失諧。5.諧振曲線和通頻帶4.1閱讀器天線電路取其模值，得式

根據(jù)式（4-18）可畫出諧振曲線，如圖4-3所示。串聯(lián)諧振回路的諧振曲線4.1閱讀器天線電路由圖知：回路Q值越高，諧振曲線越尖銳，回路的選擇性越好。串聯(lián)諧振回路的諧振曲線4.1閱讀器天線電路由圖知：回路Q2）通頻帶

諧振回路的通頻帶：通常用半功率點(diǎn)的兩個(gè)邊界頻率之間的間隔表示，半功率點(diǎn)的電流比為0.707。

串聯(lián)諧振回路的通頻帶4.1閱讀器天線電路2）通頻帶串聯(lián)諧振回路的通頻帶4.1閱讀器天線電路通頻帶BW為

由此可見，Q值越高，通頻帶越窄（選擇性越強(qiáng)）。

在RFID技術(shù)中，為保證通信帶寬在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮Q值的大小。4.1閱讀器天線電路通頻帶BW為由此可見，Q值越高，通頻帶越窄（選擇性越強(qiáng)）。6、對 Q值的理解1）電感的Q值在燒制或選用電感時(shí)，要測試電感的QL值,以滿足電路設(shè)計(jì)要求。通常用測試儀器Q表測量。

R1為電感的損耗電阻4.1閱讀器天線電路6、對 Q值的理解R1為電感的損耗電阻4.1閱讀器天線電路6、對 Q值的理解2）回路的Q值在回路Q值計(jì)算時(shí)，必須考慮源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL的作用，串聯(lián)諧振回路工作時(shí)必須有源來激勵，必須考慮源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL，電容損耗低，可以忽略4.1閱讀器天線電路6、對 Q值的理解4.1閱讀器天線電路4.1.3電感線圈的交變磁場

1.磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B

安培定理指出，當(dāng)電流流過一個(gè)導(dǎo)體時(shí)，在此導(dǎo)體的周圍會產(chǎn)生磁場，如圖4-5所示。

4.1閱讀器天線電路4.1.3電感線圈的交變磁場4.1閱讀器天線電路4.1.3電感線圈的交變磁場

1.磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B

對于直線載流體，在半徑為a的環(huán)行磁力線上，磁場強(qiáng)度H是恒定的，磁場強(qiáng)度H為4.1閱讀器天線電路式中，i為電流，a為半徑。磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場強(qiáng)度H的關(guān)系式為式中，

為真空磁導(dǎo)率，

，是相對磁導(dǎo)率，說明材料的磁導(dǎo)率是的多少倍。4.1.3電感線圈的交變磁場4.1閱讀器天線電路式中，i為2.環(huán)形短圓柱形線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度在電感耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器天線電路的電感常采用短圓柱形線圈結(jié)構(gòu)，如圖4-6所示。

離線圈中心距離為r處P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為4.1閱讀器天線電路式中，為電流，N1為線圈匝數(shù)，a為線圈半徑，r為離線圈中心的距離，為真空磁導(dǎo)率。2.環(huán)形短圓柱形線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度4.1閱讀器天線電路式中，1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B和距離r的關(guān)系(1)當(dāng)時(shí)，由（4-25）可知，在范圍內(nèi)磁場強(qiáng)度幾乎是不變的，當(dāng)r=0時(shí)，公式簡化為4.1閱讀器天線電路1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B和距離r的關(guān)系4.1閱讀器天線電路(2)當(dāng)時(shí)，由（4-25）可改寫為

4.1閱讀器天線電路上式表面當(dāng)時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的衰減和距離r的3次方成正比。4.1閱讀器天線電路上式表面當(dāng)時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和距離r的關(guān)系綜上所述為：從線圈中心到一定距離磁場強(qiáng)度幾乎不變，而后急劇下降，其衰減大約為60dB/10倍距離。此結(jié)論適合近場，近場是指從線圈中心距離小于的范圍4.1閱讀器天線電路式中為波長。4.1閱讀器天線電路

2）最佳線圈半徑a

設(shè)r為常數(shù)，并簡單地假定線圈中電流不變，討論a和BZ的關(guān)系。上式對a求導(dǎo)，求Bz的