科普：射频技术的原理

微波射频（RF）技术性—基本上详细介绍

RF（Radio Frequency）技术性被普遍使用于多种多样行业，如：电视机、广播节目、手机、雷达探测、自动检索系统软件等。专用词RFID（射频识别技术）即指运用射频识别技术数据信号对总体目标物开展鉴别。RFID的运用包含：

● ETC（电子器件收费标准）

● 铁路机车车辆识别系统与追踪

● 海运集装箱鉴别

● 贵重的物品的鉴别、验证及追踪

● 商业服务零售、保健医疗、后勤服务等的总体目标物管理方法

● 进出门禁管理

● 动物识别、追踪

● 车子全自动锁起来（防盗系统）

RF（微波射频）特指具备一定光波长可用以通信网络的无线电波。无线电波可由其工作频率描述为：KHz（千赫），MHz（MHz）及GHz（千MHz）。其工作频率标准为VLF（极低频率）也即10-30KHz至EHF（极高频率）也即30-300GHz。

RFID是一项便于操纵，简易好用且尤其合适用以机械自动化的灵敏性应用技术，其所具有的与众不同优势是其他识别系统无法企及的。它既可适用写保护工作模式也可适用读写能力工作模式，且不用触碰或看准；可轻松工作在各种各样极端条件下；可开展相对高度的数据集成。此外，因为该技术性难以被假冒、入侵，使RFID具有了很高的安全防护工作能力。

从定义上而言，RFID 类似条码识别，针对商品条码技术性来讲，它是将已编号的条码粘附于总体目标物并应用专用型的扫描仪写卡器借助于数据信号将信息内容由条型磁传输到扫描仪写卡器；而RFID则应用专用型的RFID写卡器及专业的可粘附于总体目标物的RFID模块，运用RF数据信号将信息内容由RFID模块传输至RFID写卡器。

RFID模块中乘载有关总体目标物的各种有关信息，如：该总体目标物的名字，总体目标物运送起止停止地址、转站地址及总体目标物通过某一地的具体时间等，还能够加载例如溫度等指标值。RFID模块，如标识、卡等可灵便粘附于从汽车到装货汽车底盘的各种物件。

RFID技术性所运用的电磁波工作频率为50KHz-5.8GHz，如下图一所显示，一个最主要的RFID系统软件一般包含下面一些一部分：

● 一个乘载总体目标物有关信息的RFID模块（应答机或卡、标识等）

● 在写卡器及RFID模块间传送RF电磁波的无线天线

● 一个造成RF电磁波的RF收发器（RF transceiver）

● 一个接受从RFID模块上回到的RF数据信号并将编解码的传输数据到软件系统以供解决的写卡器。

● 无线天线、写卡器、收发器及服务器可部分或所有集变成一个总体，或集变成极少数的构件。不一样生产商有分别不一样的集成化方式。

（在以上基本上配备以外，还应包含对应的系统软件）

典型性的射频电路

射频电路最首要的主要用途便是无线通信，图1为一个非常典型的无线通信系统的框架图，下边以这一系统软件为例子剖析射频电路在全部无线通信系统中的功效。

这是一个无线通信收发机（《span》tranceiver）的系统软件实体模型，它包括了调频发射机电源电路、接收器电源电路及其通信天线。这一收发机可以运用于本人通讯和无线网络无线局域网中。在这个系统软件中，数据解决一部分主要是对模拟信号开展解决，包含取样、缩小、编号等；随后根据A/D转化器转化器变为仿真模拟方式进到脉冲信号电源电路模块。

电路的组成和特性

下边，将对于图程序框图中的低噪声放大器（LNA）探讨一般微波射频电路的组成和特性。

图中得出了这一放大仪的线路板图， 注意到键入数据信号是根据一个通过匹配滤波互联网键入变大控制模块。变大控制模块一般选用晶体三极管的共射极构造，其输入电阻务必与坐落于低噪声放大器前边的过滤器的输出阻抗 相符合，进而确保最好传送输出功率和最少透射系数，针对射频电路设计方案而言，这类配对是必需的。除此之外，低噪声放大器的输出阻抗务必与其说后端混频器输入电阻相匹 配，一样能确保放大仪导出的数据信号能彻底、无散射的键入到混频器中去。这种配对互联网是由微带线构成，在很多情况也很有可能由单独的无源器件构成，可是他们在高频率 状况下的电特点与在低频率的情形下彻底不一样。图上还能够看得出微带线事实上是一定长短和间距的敷铜箔，与微带线联接的是块状电阻器、电容器和电感器。

电源电路的输出功率和收获

收获、噪音和非线性是叙述射频电路最常见的指标值。在微波射频和微波加热系统软件中，因为反射面的普遍现象和理想化的短路故障、引路难以获得，低频率电源电路中较常用的工作电压和电流量主要参数的精确测量越来越十分困难，因而，输出功率的精确测量获得了普遍的运用。而且，传统式的微波射频和微波加热电源电路应用分立元件和同轴电缆组成，电源电路的键入、导出通常必须配对到一个系统软件特性阻抗（50？或75？）。因为上边两种缘故，电源电路的性能参数，如收获、噪音、非线性等，都能够根据输出功率表明出去

为了更好地测算便捷，在微波射频和微波加热工程项目中常见输出功率抗压强度多数的方式来表明输出功率，dBm是数据信号输出功率相对性于1mW的对标值。

拥有功率的定义，从现在起探讨微波射频系统软件中的一个关键指标值：收获。在微波射频系统软件中考虑到的输出功率指的是输出功率收获，这与电压增益非常容易造成搞混。除此之外，在微波射频系统软件中，一样存有多种多样功率的定义，当配对电源电路存有时，可以界定下列输出功率：

PL：负荷得到的输出功率

Pin：电源电路的输入功率

Pavs：信号源能给予的至大功率

Pavn：电源电路能给予的至大功率

相对应的，可以界定三种输出功率：一般输出功率收获Gp、转换输出功率收获GT和资用收获GA，他们由以下公式计算得出。

射频识别技术—电路原理方式

无线发射模块和信号接收器在定义上，可分成基频与微波射频2个部分。基频包括信号发射器的键入数据信号之工作频率范畴，也包括信号接收器的导出数据信号之工作频率范畴。基频的频宽决策了信息在操作系统中可移动的基本上速度。基频是用于改进数据流分析的稳定度，并在相应的数据信息传输速率下，降低信号发射器增加在传送媒体（transmission medium）的负载。因而，PCB设计基频电源电路时，必须大批量的信号分析工程项目专业知识。信号发射器的射频电路能将已解决过的基频数据信号变换、升频至特定的频道栏目中，并 将此数据信号引入至传输介质中。反过来的，信号接收器的射频电路能自传输介质中获得数据信号，并变换、降帧成基频。

信号发射器有两个关键的PCB设计总体目标：第一是我们务必尽量在耗费至少输出功率的情形下，发送特殊的输出功率。第二是他们不可以影响邻近频道栏目内的收发机之正 常运行。就信号接收器来讲，有三个关键的PCB设计总体目标：最先，他们务必精确地复原小数据信号;第二，他们务必能除去期待频道栏目之外的电磁干扰;最终一点与信号发射器一 样，他们使用的输出功率务必不大。

射频识别技术—模拟仿真之大的电磁干扰

信号接收器务必对小的数据信号很灵巧，即使有很大的电磁干扰（阻拦物）存有时。这样的事情发生在试着接受一个薄弱或远距离的发送数据信号，而其附近有强劲的信号发射器 在邻近频道栏目中广播节目。电磁干扰很有可能比希望数据信号大60~70 dB，且可以在信号接收器的导入环节以很多遮盖的方法，或使信号接收器在键入环节造成较多的噪音量，来阻隔一切正常数据信号的接受。假如信号接收器在键入环节，被干扰信号迫使进 入非线性的地区，以上的那个问题便会产生。为预防那些问题，信号接收器的前面务必是十分线形的。

因而，“线形”也是PCB设计信号接收器时的一个关键考量要素。因为信号接收器是窄频电源电路，因此非线性是以精确测量“交调失帧 （intermodulaTIon distorTIon）”来汇总的。这涉及到运用2个工作频率相仿，并坐落于核心频段内（in band）的正弦波形或余弦波来推动键入数据信号，随后再测定其互动调变的相乘。大致来讲，SPICE是一种用时耗成本费的模拟仿真软件，因为它务必实行无数次的循环系统 计算之后，才可以获得所须要的工作频率屏幕分辨率，以掌握失确实情况。

信号接收器务必很灵巧地探测到小的键入数据信号。一般而言，信号接收器的输入功率可以小到1 μV。信号接收器的敏感度被它的读取电源电路所形成的噪音所限定。因而，噪音是PCB设计信号接收器时的一个关键考量要素。并且，具有以仿真工具来预测分析噪音的工作能力不是 可缺乏的。图下一是一个非常典型的功率放大电路（superheterodyne）信号接收器。接受到的数据信号先通过过滤，再以低噪声放大器（LNA）将键入数据信号变大。然 后运用第一个当地震荡器（LO）与此数据信号混和，令其此数据信号转化成高频（IF）。前面（front-end）电源电路的噪音效率关键在于LNA、切换阀 （mixer）和LO。尽管应用传统式的SPICE噪音剖析，可以寻找到LNA的噪音，但针对切换阀和LO来讲，它则是没用的，由于在这种区块链中的噪音，会 被非常大的LO数据信号比较严重地危害。

小的键入数据信号规定信号接收器务必有很大的放大功能，通常必须120 dB那么高的收获。在那么高的收获下，一切自导出端藕合（couple）返回键入的数据信号都有可能造成问题。应用功率放大电路信号接收器构架的关键因素是，它可以将增 益遍布在多个工作频率里，以降低藕合的概率。这也促使第一个LO的次数与输进信息的规律不一样，可以预防大的电磁干扰“环境污染”到小的键入数据信号。

由于不一样的原因，在一些无线通信技术系统软件中，立即变换（direct conversion）或内差（homodyne）构架可以替代功率放大电路构架。在这里构架中，微波射频键入数据信号是在单一流程下立即转化成基频，因而，绝大部分的收获 都是在基频中，并且LO与输进信息的工作频率同样。在这样的情况下，务必掌握小量藕合的知名度，而且务必构建起“杂散数据信号途径（stray signal path）”的详尽实体模型，例如：越过基材（substrate）的藕合、封装形式引脚与焊线（bondwire）中间的藕合、和越过电源插头的藕合。

电路设计之邻近频道栏目的影响

失帧也在信号发射器中充当至关重要的人物角色。信号发射器在导出电源电路所形成的非线性，很有可能使传输数据信号的频宽散播于邻近的频道栏目中。这种情况称之为“频带的再发展 （spectral regrowth）”。在数据信号抵达信号发射器的功率放大电路（PA）以前，其频宽被限定着;但在PA内的“交调失帧”会造成频宽再度提升。假如频宽提升的过多， 信号发射器将没法合乎其邻近频道栏目的输出功率规定。当传输数据调变数据信号时，事实上，是没法用SPICE来预测分析频带的再发展。由于大概有1000个数字符号 （symbol）的传输工作务必被模拟仿真，以求取象征性的频带，而且还要融合高频的载波通信，这种将使SPICE的瞬态剖析越来越脱离实际。

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