被動門禁系統(tǒng)中RF設(shè)計

接收LF信號

載波頻率為125kHz左右的低頻場可以有以下作用：(1) 低波特率發(fā)射數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信鏈路；(2) 計算3個軸向上RSSI值定位信息的媒介；(3) 短距發(fā)射電能的無接觸式電磁媒介。不過，每一類應(yīng)用及其發(fā)射質(zhì)量都與發(fā)射器和接收器天線的耦合程度密切相關(guān)。這種耦合程度又取決于眾多物理參數(shù)和電氣參 數(shù)，比如天線電感、電阻、線圈之間的距離、諧振調(diào)諧程度等等因素。耦合因子越大，通信鏈路越強(qiáng)大(亦即從線圈傳輸?shù)骄€圈的能量增加)。

發(fā)射器線圈天線發(fā)射的LF電磁波信號沿著磁場強(qiáng)度最大的方向角傳播，并隨著遠(yuǎn)離中心而逐漸衰減。要獲得最佳天線耦合 性能，發(fā)射器必須直接面向接收器天線。通過采用三個按X、Y和Z軸向正交放置的接收器天線，單個發(fā)射器天線的方向性問題就得以解決。反之，多個正交放置的 接收器天線可以接收到來自不同天線線圈的任何方向的信號。

圖4 RSSI分辨率

被動門禁系統(tǒng)中的RF通信

愛特梅爾提供廣泛的UHF IC，這些芯片專為ISM頻率范圍上的單向或雙向通信而設(shè)計，適用于汽車門禁系統(tǒng)等車載應(yīng)用。如用于單向通信的 T5750/53/54、ATA5756/57發(fā)射器系列和 ATA5723/24/28、ATA5745/46接收器系列。至于雙向通信，則有收發(fā)器系列ATA5811/12和ATA5823/24。表1總結(jié)了設(shè) 計被動門禁系統(tǒng)時必須考慮的RF事項。

　　表2：不同類型天線的優(yōu)缺點(diǎn)比較

RF設(shè)計中討論最多的是可接收距離，當(dāng)然還有系統(tǒng)可靠性。一般而言，一個RF系統(tǒng)包含一個發(fā)射器模 塊(本例中即為密鑰卡)和一個接收器模塊。要設(shè)計出最好的解決方案，必須考慮到發(fā)射功率和靈敏度這兩個主要參數(shù)。例如，愛特梅爾的收發(fā)器IC ATA5824就能夠提供 典型值達(dá)-109 dBm 的出色頻移鍵控(Frequency Shift Keying, FSK)靈敏度(在2.4kBps的數(shù)據(jù)速率下)和典型值達(dá)10dBm 的發(fā)射功率，這有助于汽車門禁系統(tǒng)實現(xiàn)十分理想的覆蓋距離。

圖5 車輛天線2D輻射模式實例

天線性能

要獲得一個最佳系統(tǒng)鏈路成本預(yù)算和盡可能大的覆蓋距離，除了發(fā)射功率和靈敏度等RF參數(shù)之外，天線的性能也是至關(guān)重 要的。在大多數(shù)情況下，天線設(shè)計必須在可用空間和天線尺寸之間進(jìn)行權(quán)衡折衷。鑒于此，密鑰卡中往往不能實現(xiàn)最佳天線形狀，而更常采用小型環(huán)形天線。環(huán)形天 線是一種磁性天線，在密鑰卡應(yīng)用中，這類天線比鞭形（whip）天線更有用，因為環(huán)形天線對人體接觸不太敏感。不過，有些應(yīng)用因為發(fā)射距離長，故可能需要 高效天線，這時，(折疊式)鞭形天線也許是很適合的密鑰卡解決方案。有些天線制造商提供芯片式天線，相比印制式天線，其品質(zhì)因數(shù)(Q因子)和增益都更高。 如果系統(tǒng)的成本不是關(guān)鍵因素的話，這也是一種很好的解決方案。在車輛中，天線的尺寸并不算相當(dāng)重要，有的汽車把天線放在車窗上(比如后車窗)，但最流行的 解決方案是放置在接收模塊的PCB上的印制式天線。表2總結(jié)了這兩類天線的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

圖6 密鑰卡天線2D輻射模式實例