第2章 电感耦合方式的射频前端(1)PPT课件

天线 1
L
C
Test
1.47 mm
天线 2
Vdd VSS
2.37 mm
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 并联谐振回路
– 串联谐振回路适用于恒压源，即信号源内阻很小的情况。 – 如果信号源的内阻大，应采用并联谐振回路。
– 在研究并联谐振回路时，采用恒流源（信号源内阻很大） 分析比较方便。
IS
C
ICP ILP
L
R1
（a）损耗电阻和电感串联
IS
L
C
RP
（b）损耗电阻和回路并联 19
第2章 电感耦合方式的射频前端
• 并联谐振回路 整个回路的有载品质因数
Q
QP
1 RP RP
Rs RL
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 串并联阻抗等效互换
X1
Rx
A
R1 B
（a）串联电路
A
X2
R2
B
（b）并联电路
容器两端电压可比信号源电压大数十到百倍，在选择电路器件 时，必须考虑器件的耐压问题，
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 谐振曲线
I
R
I0 R j(L
1
)
1
j
0
L
1 (
0 )
1
1
jQ(
0 )
C
R 0
0
取其模值
Im I0m
1
2
1 Q2
0
0
1
2
1
Q
2 0
1
1 2
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第2章 电感耦合方式的射频前端
L
L
C C
（a）串联谐振回路
（b）并联谐振回路
次级线圈 初级 线圈
C2
C1
（c）具有初级和次级线圈的耦合电路
在阅读器中，串联谐振回路具 有电路简单、成本低，激励可 采用低内阻的恒压源，谐振时 可获得最大的回路电流等特点， 被广泛采用。
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 串联谐振回路
R1是电感线圈L损耗的等
《RFID原理与应用》第2版
单承赣 教授
第2 章 电感耦合方式的射频前端
• 射频识别技术在工作频率13.56 MHz和小于135 kHz时， 基于电感耦合方式（能量及信息传递以电感耦合方式 实现），在更高频段基于雷达探测目标的反向散射耦 合方式（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信 息返回雷达接收机）。
2π
2π
2π 2πQ Q
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 电感线圈的交变磁场
– 安培定理指出，电流流过一个导体时，在此导 体的周围会产生一个磁场 。
a
H i
H i 2πa
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 电感线圈的交变磁场
– 在电感耦合的RFID系统中，阅读器天线电路的 电感常采用短圆柱形线圈结构 。
Z
(R1 Rx )
jX1
R2 ( jX 2 ) R2 jX 2
R2
X
2 2
R22
X
2 2
j R22 X 2
R22
X
2 2
R1 Rx
R2
X
2 2
R22
X
2 2
1
R2 R2 / X 2
2
X1
R22 X 2
R22
X
2 2
1
X2 X 2 / R2
2
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第2章 电感耦合方式的射频前端
Ant.A
C1
MCRF355
L
Ant.B
C2
VSS C1>C2
（b）短接电容
Ant.A
L1
MCRF360
C=100pF Ant.B
L2
L1>L2
VSS
（c）短接电感
（具有内部谐振电容）
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• e5550芯片的天线电路
– 工作频率为125 kHz，电感线圈和电容器为外接。
X
线圈
i1
a O
r
Y
v1=V1msin(ωt)
BZ
2
0i1 N1a 2
a2 r2 3 2
0 H Z
P
BZ Z
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 电感线圈的交变磁场
– 磁感应强度B和距离r的关系
X
线圈
i1
a O
r
Y
v1=V1msin(ωt)
r<<a时
BZ
0
i1N1 2a
r>>a时
P
BZ
0
i1 N1a 2 2r3
• 谐振曲线
Im/Iom 1
Q1>Q2 Q1 Q2
ω0
ω
串联谐振回路的谐振曲线
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 通频带
Im/Iom 1 0.707
谐振回路的通频带通常用半 功率点的两个边界频率之间 的间隔表示，半功率的电流 比Im/I0m为0.707
0
通频带
ω
ω1 ω0 ω2
BW 2 1 2 2 0 20.7 0 f0
（2）谐振时，回路电流最 Vs 大，即，且与同相
（3）电感与电容两端电压 的模值相等，且等于外加 电压的Q倍
L
R1
C
I
RL
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 串联谐振回路
回路的品质因数
RS
Q 0L 1 1 L 1
Байду номын сангаас
R 0CR R C R
Vs
L
R1
C
I
RL
通常，回路的Q值可达数十到近百，谐振时电感线圈和电
0 H Z
BZ Z
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 电感线圈的交变磁场
– 磁感应强度B和距离r的关系
r>>a时
BZ
0
i1 N1a 2 2r3
0 H Z
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 电感线圈的交变磁场
– 频率小于135 kHz和为13.56 MHz
频率 <135 kHz 13.56 MHz
L 1
arctan
C
R
R
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 串联谐振回路
串联回路的谐振条件
RS
X L 1 0
C
Vs
L
R1
C
I
RL
0
1 LC
1 f0 2π LC
0L
1
0C
L
C
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 串联谐振回路具有如下特 性：
（1）谐振时，回路电抗X= 0，阻抗Z=R为最小值， RS 且为纯阻
效电阻，RS是信号源 Vs
RS
的内阻，RL是负载电阻，
回路总电阻值
Vs
R=R1+RS+RL。
L
R1
C
I
RL
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第2章 电感耦合方式的射频前端
• 串联谐振回路
回路电流 I RS
I Vs Vs
Vs
Vs
Z
R jX
R
j
L
1
C
阻抗
Z
R2 X 2
R2
L
1
C
2
L
R1
C
I
RL
相角
arctan X
波长（m） >2222 22.1
r（m） >353 3.5
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第2章 电感耦合方式的射频前端
2.2 应答器的天线电路
– Microchip 公司的13.56 MHz应答器（无源射频 卡）MCRF355和MCRF360芯片的天线电路
Ant.A
L1 C
MCRF355
Ant.B
L2 VSS
L1> L2
（a）短接电感
• 电感耦合方式的基础是电感电容（LC）谐振回路及电 感线圈产生的交变磁场，它是射频卡工作的基本原理。 基于雷达探测目标的反向散射耦合方式的基础是电磁 波传播和反射的形成，它用于微波电子标签。
• 实现射频能量和信息传递的电路称为射频前端电路， 简称为射频前端。
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第2 章 电感耦合方式的射频前端
• 2.1 阅读器天线电路