射频发射和射频接收电路.docx
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射频发射和射频接收电路
图3.26动态天线的增益变化(左后轮)
图3.27动态天线的阻抗变化(左后轮)
根据上图动态天线的模拟结果,我们可以得知,天线的实际辐射电阻值比较小,而且随着轮轴的旋转而不断变化,分析可知上述变化规律和上图2.1所示的垂直辐射电阻的变化规律十分类似。
3.2TPMS接收天线的仿真分析
TPMS传输天线的模型如下图3.30所示,传输天线使用1/4λ型天线。
接下来,笔者将详细的论述在理想条件下单天线与车辆,以及单天线组成的结构特征。
图3.30接收天线模型
1)单天线
图3.31单天线方向图
图3.32方位角平面(仰角900)方向图
图3.33仰角平面(方位角00)方向图
图3.34仰角平面(方位角900)方向图
2)车内天线
图3.35车内天线方向图
图3.36方位角平面(仰角900)方向图
图3.37仰角平面(方位角00)方向图
图3.38仰角平面(方位角900)方向图
以上说明:
单天线可以很好的维持1/4λ型天线的所有特征,但是车身与单天线组成的车辆整体受到的影响作用比较强烈(上述方向图有一定的对称性,但是在很多方向也产生零点)。
3.3本章小结
在本章里,笔者详细论述了针对TPMS传输天线展开的模拟仿真运行:
(1)考虑到车身和轮胎对信号收发的影响,建立了动态天线模型,进行了相关的仿真。
(2)对车内天线进行了方向性分析。
4射频发射和射频接收电路
4.1身寸频发射电路设计
射频发射电路的设计目的为:
把数据信号中频率是315±0.035MHz的射频数据信号,符合FCC关于短距离无线通信规定20dB带宽≤0.25%的要求,同时把数据信号展开功率扩增处理。
基本上所有的TPMS射频电路使用的都是Infineon集团推出的低能耗单片合成FSK/ASK传送IC模块TDK5101F来实现,其工作原理示意图如下图4.1所示。
这个板块生成FSK数据信号的工作原理和第二章里提到的工作原理类似,不同之处在于数据信号的调整改变采用的是频率源的工作频率,并不是锁相环的分频率。
图4.1TDKS101F功能图
主要性能参数如下表所示:
表4.1TDKS101F主要性能指标
工作频率范围
311~317MHz
最大信号发射功率
5dBm
射频发射电路要注意的几个问题:
1)功率放大器输出匹配:
TDA5101F的功率扩增设备运行在高效率的C状态,从理论上分析可知,最佳载荷阻抗为Ropt,根据下式可以得出:
其中,Vs为供电电压,Po为输出功率。
但是在实际上,阻抗还会受到其他多种运行参数的作用,因此,必须结合实际工作情况,获得有效的匹配值。
在实际工作中,采用动态天线电阻的调整改变来进行匹配电路的设计具有很多的问题,但是根据上图3.27,图3.28分析可知,动态传输电阻的电抗相对来说,改变量很小,但是电阻改变量比较大的部分通常分布在240°~300°范围,也就是无线感应设备的天线调整到靠近地面的范围。
开展电阻的匹配设计,就需要考虑到所有工作点的实际情况。
根据实际工作状况,使用一类非常简单、有效、可靠的折中方式来处理传输天线阻抗的随机改变给发射设备的功率扩增设备以及天线匹配产生的矛盾,也就是挑选出合理的阻抗展开匹配工作,与此同时,必须确保所有的工作点可以正常工作;实际检测的结果和仿真模拟分析获得的结果偏差不大,在此,选用240°角的阻抗来完成传输网络的匹配设计工作,其流程示意图以及运行结果如下图4.2所示。
而下图4.3则列举出了左前轮以及左后轮在不同角度下的运行状况,由下图分析可知,其接口回波主要是在12~36dB范围内改变,可以充分满足匹配要求。
图4.2TDKS101F功率放大器输入匹配原理图及仿真结果
图4.3前轮动态天线阻抗匹配对比
图4.4后轮动态天线阻抗匹配对比
2)FSK调制频率的产生:
想要生成70KHz的FSK数据信号,和晶体振荡设备以及载荷电容的选用有关系,和晶体振荡设备的工作频率以及PLL的分频效果有关系,这里选其频率为9.84375MHz,采用NDK公司的NX8045GB来实现;荷载电容CV1CV2影响了FSK数据信号的误差大小(如图4.5),进行有效地调整就能够产生70KHz的信号。
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- 射频 发射 接收 电路