文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2012)10-0059-03
射頻識(shí)別(RFID)是物聯(lián)網(wǎng)感知環(huán)節(jié)識(shí)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(guó)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(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù),,引起了廣泛關(guān)注。振蕩器是RFID射頻前端的關(guān)鍵模塊,,低功耗和小體積是RFID的兩個(gè)重要性能指標(biāo)[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(shí)采用晶體管和二極管兩個(gè)有源器件,,很難滿足RFID對(duì)低復(fù)雜度的要求,,需要針對(duì)RFID研究新的振蕩器設(shè)計(jì)方法。
本文提出了一種新的RFID產(chǎn)生振蕩的設(shè)計(jì)方法,,采用晶體管和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)振蕩器,。給出了RFID射頻振蕩器的電路結(jié)構(gòu),提出了提高射頻振蕩器綜合性能的方法,,對(duì)仿真曲線和仿真結(jié)果進(jìn)行了分析,,為RFID振蕩器改善性能、適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的需求開(kāi)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(gè)能夠在特定頻率上實(shí)現(xiàn)正反饋的環(huán)路,,當(dāng)工作頻率達(dá)到GHz量級(jí)時(shí),,電壓和電流的波動(dòng)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(luò)和終端網(wǎng)絡(luò)三部分組成。圖1描述了射頻振蕩器的工作原理,。
3 仿真結(jié)果
3.1 振蕩器電路
振蕩電路如圖3所示,。本設(shè)計(jì)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(gè)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(luò)和終端網(wǎng)絡(luò),,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(shí)間和頻譜輸出仿真
對(duì)振蕩器的起振時(shí)間進(jìn)行瞬態(tài)仿真,,對(duì)振蕩頻率和輸出功率進(jìn)行頻譜輸出仿真,。觀察振蕩器輸出的時(shí)域和頻域信號(hào),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(shí)間示于瞬態(tài)仿真圖中,分3組曲線給出,。圖4(a)中標(biāo)記m1和m2所在的曲線給出了振蕩器第1種狀態(tài),,標(biāo)記m1和m2的瞬態(tài)電壓輸出均為381.6 mV;圖4(b)中標(biāo)記m4和m5所在的曲線給出了振蕩器第2種狀態(tài),,標(biāo)記m4和m5的瞬態(tài)電壓輸出均為368.2 mV,;圖4(c)中標(biāo)記m7和m8所在的曲線給出了振蕩器第3種狀態(tài),標(biāo)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(shí)起振的時(shí)間最短,,在第3種狀態(tài)時(shí)起振的時(shí)間最長(zhǎng),。
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(biāo)記m3所在的曲線給出了振蕩器第1種狀態(tài),,圖4(b)中標(biāo)記m6所在的曲線給出了振蕩器第2種狀態(tài),圖4(c)中標(biāo)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(biāo)記m3,、m6和m9的振蕩頻率均為2.250 GHz,,表明振蕩頻率相同時(shí),振蕩器在第一種狀態(tài)時(shí)輸出功率最大,,在第3種狀態(tài)時(shí)起輸出功率最小,。
對(duì)圖4的瞬態(tài)仿真圖和頻譜輸出圖進(jìn)行綜合分析后可以看出,振蕩器在第1種狀態(tài)時(shí)起振的時(shí)間最短,,輸出功率最大,;在第3種狀態(tài)時(shí)起振的時(shí)間最長(zhǎng),輸出功率最小,。
本文提出采用晶體管與無(wú)源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn),。基于復(fù)平面圓圖設(shè)計(jì)RFID射頻振蕩器,,提出了射頻振蕩器的電路結(jié)構(gòu),,給出了射頻振蕩器在復(fù)平面上的圖解方法,。仿真結(jié)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(luò)和終端網(wǎng)絡(luò)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(shí)振蕩器開(kāi)始起振,起振時(shí)間越短功率輸出越大,。本文提出的射頻振蕩器是非常實(shí)際的問(wèn)題,,可為RFID及其他射頻振蕩器的設(shè)計(jì)提供參考。
參考文獻(xiàn)
[1] WELBOURNE E,,BATTLE L,,COLE G.Building the Internet of Things using RFID[J].IEEE Internet Computing,2009,,13(3):48-55.
[2] GINER P,,CETINA C,F(xiàn)ONS J,,et al.Developing mobile business processes for the Internet of
Things[J].IEEE Pervasive Computing,,2010,9(2):18-26.
[3] 吳華森,,鞠曉杰,,張有光,等.ISO/IEC 18000-RFID空中接口協(xié)議分析[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,,2010,,11(3):27-30.
[4] 武岳山.淺談RFID空中接口標(biāo)準(zhǔn)ISO 18000系列的總綱一ISO 18000-1的地位與作用[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2006,,32(11):3-6.
[5] 韓斌,,吳建輝.2.5 GHz低相位噪聲LC壓控振蕩器[J].微電子學(xué),2008,,38(3):424-427.
[6] 嚴(yán)剛峰,,黃顯核.不同類(lèi)型噪聲作用下振蕩器的相位噪聲分析[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2009,,26(2):12-15.
[7] 黃玉蘭.一種新的ISM頻段低噪聲放大器設(shè)計(jì)方法[J].電子技術(shù)應(yīng)用,,2010,36(3):59-63.
[8] GREEN D B,,OBAIDAT A S.An accurate line of sight propagation model for ad-hoc 802.11
wireless LAN devices[C].IEEE International Conference on Communications,,2002,5:3424-3428.
[9] ROTELLA F M,,MA G,,YU Z.Modeling,analysis,,and design of RF LDMOS devices using harmonicbalance device simulation[J].IEEE Transactions,,2000,,48(6):991-999.
[10] 黃玉蘭.物聯(lián)網(wǎng)-射頻識(shí)別(RFID)核心技術(shù)詳解[M].北京:人民郵電出版社,2010.
[11] 黃玉蘭.射頻電路理論與設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2008.