文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2012)10-0059-03
射頻識別(RFID)是物聯(lián)網(wǎng)感知環(huán)節(jié)識別物體,、采集信息的重要手段[1-2]。近年物聯(lián)網(wǎng)被世界各國作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)加以培育和發(fā)展,,RFID已經(jīng)成為通信和電子領域的一個關鍵技術,,引起了廣泛關注。振蕩器是RFID射頻前端的關鍵模塊,,低功耗和小體積是RFID的兩個重要性能指標[3-4],。但目前射頻振蕩器主要采用壓控振蕩器(VCO)[5],由于VCO同時采用晶體管和二極管兩個有源器件,,很難滿足RFID對低復雜度的要求,,需要針對RFID研究新的振蕩器設計方法。
本文提出了一種新的RFID產(chǎn)生振蕩的設計方法,,采用晶體管和無源網(wǎng)絡設計振蕩器,。給出了RFID射頻振蕩器的電路結構,提出了提高射頻振蕩器綜合性能的方法,,對仿真曲線和仿真結果進行了分析,,為RFID振蕩器改善性能、適應物聯(lián)網(wǎng)的需求開辟了一種新的途徑,。
1 射頻振蕩器的工作原理
振蕩器是一種非線性電路,,它將直流功率轉(zhuǎn)換為射頻功率[6]。振蕩器的核心是一個能夠在特定頻率上實現(xiàn)正反饋的環(huán)路,,當工作頻率達到GHz量級時,,電壓和電流的波動特性將不能被忽略[7-9],需要討論基于反射系數(shù)Γ和S參量的射頻振蕩器,。雙端口射頻振蕩器由晶體管,、調(diào)諧網(wǎng)絡和終端網(wǎng)絡三部分組成。圖1描述了射頻振蕩器的工作原理,。
3 仿真結果
3.1 振蕩器電路
振蕩電路如圖3所示,。本設計振蕩器的晶體管采用惠普公司的hp_AT41411,為增加其不穩(wěn)定性配以正反饋,,在基極串聯(lián)了一個2 nH的電感,。振蕩器的振蕩頻率為2.25 GHz,系統(tǒng)的特性阻抗為50 Ω,。在晶體管上添加調(diào)諧網(wǎng)絡和終端網(wǎng)絡,,以確定振蕩頻率、最大輸出功率和相位噪聲等因素,。
3.2 起振時間和頻譜輸出仿真
對振蕩器的起振時間進行瞬態(tài)仿真,,對振蕩頻率和輸出功率進行頻譜輸出仿真。觀察振蕩器輸出的時域和頻域信號,,給出幾組瞬態(tài)輸出曲線和振蕩頻率仿真曲線,,如圖4所示,。
振蕩器的起振時間示于瞬態(tài)仿真圖中,分3組曲線給出,。圖4(a)中標記m1和m2所在的曲線給出了振蕩器第1種狀態(tài),,標記m1和m2的瞬態(tài)電壓輸出均為381.6 mV;圖4(b)中標記m4和m5所在的曲線給出了振蕩器第2種狀態(tài),,標記m4和m5的瞬態(tài)電壓輸出均為368.2 mV,;圖4(c)中標記m7和m8所在的曲線給出了振蕩器第3種狀態(tài),標記m7和m8的瞬態(tài)電壓輸出均為354.3 mV,。由圖可以看出,,3種狀態(tài)振蕩器均已起振,振蕩器在第1種狀態(tài)時起振的時間最短,,在第3種狀態(tài)時起振的時間最長,。
振蕩器的振蕩頻率和輸出功率示于頻譜輸出圖中,分3組曲線給出,。圖4(a)中標記m3所在的曲線給出了振蕩器第1種狀態(tài),,圖4(b)中標記m6所在的曲線給出了振蕩器第2種狀態(tài),圖4(c)中標記m9所在的曲線給出了振蕩器第3種狀態(tài),。由圖可以看出,,標記m3、m6和m9的振蕩頻率均為2.250 GHz,,表明振蕩頻率相同時,,振蕩器在第一種狀態(tài)時輸出功率最大,在第3種狀態(tài)時起輸出功率最小,。
對圖4的瞬態(tài)仿真圖和頻譜輸出圖進行綜合分析后可以看出,振蕩器在第1種狀態(tài)時起振的時間最短,,輸出功率最大,;在第3種狀態(tài)時起振的時間最長,輸出功率最小,。
本文提出采用晶體管與無源網(wǎng)絡設計射頻振蕩器,,與壓控振蕩器(VCO)相比具有有源器件少、功耗低,、復雜度低的優(yōu)點,。基于復平面圓圖設計RFID射頻振蕩器,,提出了射頻振蕩器的電路結構,,給出了射頻振蕩器在復平面上的圖解方法。仿真結果表明,,晶體管配以正反饋可增加不穩(wěn)定性,,調(diào)諧網(wǎng)絡和終端網(wǎng)絡決定振蕩頻率并確保振蕩產(chǎn)生,,在晶體管反射系數(shù)較大時振蕩器開始起振,起振時間越短功率輸出越大,。本文提出的射頻振蕩器是非常實際的問題,,可為RFID及其他射頻振蕩器的設計提供參考。
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