射频识别电路中高频功放的设计

射频识别技术是20世纪80年代初发展起来的一种先进的识别技术，经过十几年的发展，已在各行各业，尤其是电子信息行业得到了广泛的应用。射频识别是一种非接触式的自动识别技术，他通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。射频识别系统由阅读器和应答器（标签）构成。当他工作时，阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理^［1］。高频功率放大器是阅读器的关键部件，主要功能是对标签信号的返回信号进行功率放大。

1　工作原理
　　图1为射频识别电路中的高频功率放大器原理框图。13．56 MHz输入方波信号经功率放大器放大输出一个方波信号，再经过阻抗变换网络一部分在天线负载产生高频输出交流电压，从天线发射出去。另外一部分通过检波电路解调出有用信号输出^［2］。

    图2为高频功率放大器的电路图。
　　各项参数如下：
 

2　单元电路设计
　　（1）选择丙类放大电路如图3所示。
　　高频谐振功率放大器电路可以工作在A类，B类或C类状态。相比之下C类谐振功放的失真虽不及A类和B类大，但C类适用于输入信号比较大、输出功率大、效率高，节约能源的环境下，因此，在大功率射频功放电路中经常使用^［3］。
　　具体参数如下：
　　①确定功率放大器最佳负载：
　　设晶体管饱和电压为1 V，则：

　　②高频扼流圈电感量计算，扼流圈的电感量应远大于放大器的等效负载，取：

　　
　　集电极与发射极击穿电压UR_CEO≥2V_CC，即：
　　UR_CEO≥18 V
　　所以选用三极管3DA106A型。

　　 （2）阻抗变换网络如图4所示。

　　 选用阻抗变换网络主要有2个作用：
　　①滤波作用　可以滤除高频脉冲电流中的谐波分量只输出要求信号频率的电压和功率。
　　②阻抗匹配作用　通过振荡回路阻抗的调节，可使振荡回路呈现高频功率所要得最佳阻抗值，从而使高频功放以高效率输出最大功率^［4］。
　　通过并联L₁ C₁回路实现谐振、选频滤波，LC谐振回路工作频率变化不大，带宽范围相对很窄，一般选频放大器的频带Δf与中心频率f₀之比从百分之零点几到百分之十左右可知，取Δf／f₀＝1％，则：
 
　　 对应品质因数：
 

　　由于流过负载R_L上的电流为：
 
　　其次考虑阻抗变换采用高通L网络将50Ω负载变换为放大器要求的最佳负载10．7Ω，则：

完整的电路图中L是电感L₁与L₂并联的总电感
  
  
　　满足上一步对时间常数的要求。

3　谐振电路的调整和测试方法
　　谐振电路的调整有2种方法：逐点法和扫频法^［5］。本文采用逐点法，以高频信号发生器为信号源，用示波器或电压表等测试仪器直接接线测试。测试电路如图6所示。

　　将信号发生器的输出频率置于f_i＝13．56 MHz输出V_i＝15 V，调可变电容C₂，使回路发生谐振，即超高频毫伏表的指示值达到最大，回路处于谐振状态，可调试谐振频率。
　　幅频特性的调试方法为：
　　当中心频率调整后，就可测试谐振电路的频率特性，保持输入信号不变，在谐振频率f₀两旁逐点改变信号频率，用示波器或高频毫伏表测出相应的输出电压U₀，计算出各点的任意频率下的单位谐振函数，指出谐振曲线，从曲线上即可求出2Δf_0．7和2Δf_0．1。
　　如果2Δf_0．7窄了，可以通过调整阻尼电阻R使之变小，从而增加输入损耗使Δf_0．7变宽。

参考文献

［1］Joseph J Carr. RF circuit design[M]. McGraw-Hill　Companies，Inc．NewYork，2001．
［2］张玉兴．射频模拟电路［M］．北京：电子工业出版社，2002．
［3］武秀玲．高频电子线路［M］．西安：西安电子科技大学出版社，1999．
［4］沈伟慈．高频电路［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2002．
［5］曾兴雯．高频电路原理与分析［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2002．