高集成度UHF頻段RFID讀寫(xiě)器射頻模塊設(shè)計(jì)

本文仿真分析收發(fā)單天線的難點(diǎn)即發(fā)射天線回波信號(hào)（載波）的強(qiáng)度及其相位噪聲對(duì)接收機(jī)接收標(biāo)簽應(yīng)答信號(hào)的影響，根據(jù)分析結(jié)果來(lái)確定發(fā)射載波相位噪聲，接收機(jī)輸入噪聲系數(shù)以及輸入P1dB壓縮點(diǎn)這三個(gè)重要的射頻模塊指標(biāo)。設(shè)定讀寫(xiě)器需要讀到5m以外的標(biāo)簽，發(fā)射輸出信號(hào)功率1W，標(biāo)簽反射50%的輸入信號(hào)[5]，一般標(biāo)簽正常工作需要50uW(-13dBm)的接收功率，根據(jù)上述條件以及自由空間電磁波傳輸模型公式[5]可以計(jì)算出讀寫(xiě)器接收到的標(biāo)簽應(yīng)答信號(hào)功率P(TR),標(biāo)簽接收到讀寫(xiě)器的信號(hào)功率P(RT),假設(shè)標(biāo)簽偶極子天線增益1.64,發(fā)射天線增益6dBi,工作頻率為915.25MHz.

P(RT)=30dBm+6dB+10log(1.64)+20log(3/9.1525)-20log(4*3.14*5)

=-7.5dBm>-13dBm

P（TR）=10log(P(RT）*0.5)-(30+7.5)dB

=-48.0dBm

假設(shè)天線回波損耗-15dB，則天線反射回接收鏈路的發(fā)射載波信號(hào)功率P(CW),

P(CW)=30dBm-15dB=15.0dBm

設(shè)定低噪放前的器件(開(kāi)關(guān)，定向耦合器，濾波器)損耗為5.5dB,另外一般PR-ASK信號(hào)(250KHz,Tari=25us,X=0.5)的解調(diào)需要10dB信噪比。

根據(jù)上述分析及假設(shè)，在AgilentADS2008中建立如圖2接收鏈路分析模型，天線口輸入-51.5dBm（考慮邊帶有用信號(hào)僅為P（TR）的50%，靈敏度小于有用信號(hào)），中心頻率915.50MHz的PR-ASK信號(hào)(250KHz，Tari=25us，X=0.5標(biāo)簽應(yīng)答信號(hào))疊加功率為15.0dBm,中心頻率為915.25MHz的單音信號(hào)（包含相位噪聲），該信號(hào)的建立符合ISO18000-6C(FCC)規(guī)范[1]。通過(guò)仿真分析確定接收機(jī)的輸入P1dB壓縮點(diǎn)需要17.1dBm左右;輸入噪聲系數(shù)可以很大，小于40dB即無(wú)影響;發(fā)射載波信號(hào)的相位噪聲要小于-128.5dBc/Hz(偏移250KHz),該指標(biāo)的設(shè)計(jì)有較大難度，但對(duì)收發(fā)單天線性能非常重要，可以通過(guò)改善天線駐波和增益來(lái)減輕該指標(biāo)的設(shè)計(jì)，另外因?yàn)樵肼曄禂?shù)要求低，輸入P1dB壓縮點(diǎn)要求高，本文通過(guò)在低噪放前加入衰減器來(lái)減輕對(duì)低噪放壓縮點(diǎn)的要求。

根據(jù)上述分析可見(jiàn)收發(fā)單天線方案因?yàn)槠涓綦x度只有15dB導(dǎo)致其發(fā)射信號(hào)相位噪聲和接收鏈路P1dB壓縮點(diǎn)指標(biāo)要求很高。而收發(fā)雙天線方案的隔離一般能達(dá)到40dB,因此其發(fā)射信號(hào)相位噪聲和接收鏈路P1dB壓縮點(diǎn)指標(biāo)的設(shè)計(jì)較容易，但其成本高，復(fù)雜。

3測(cè)試結(jié)果

按照上述仿真分析結(jié)果，本文采用零中頻方案，設(shè)計(jì)出高集成度收發(fā)單天線的UHF頻段的RFID讀寫(xiě)器射頻模塊，其實(shí)物如圖4所示，尺寸：長(zhǎng)×寬×高=53.5mm×51.5mm×6mm。

圖4兩根收發(fā)單天線射頻模塊實(shí)物圖