CN105071055A - 一种防高频干扰的rf天线阻抗匹配电路及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路及其设计方法，包括第一端口A和第二端口B，分别连接于RFID模块和RF天线；所述第一端口A包括连接线A+和连接线A-，所述第二端口B包括连接线B+和连接线B-；所述连接线A+和连接线B+之间连接有一电感L；所述连接线B+与接地线GND之间连接有一电容C₁；所述连接线B+与接地线GND之间还串联连接有一电容C₂和电感L₂；连接线A-到连接线B-的电路与连接线A+到连接线B+相对于接地线GND对称。通过将传统阻抗匹配电路的匹配电容拆分成两个并联的电容C₁和C₂，合理选择电容的电容值，保证电路本身匹配性能的同时能够抑制工作频段外的特定频率的高频杂散，提升无线通信的性能。

Description

一种防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路及其设计方法

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及一种防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路及其设计方法。

背景技术

随着通信技术的发展，GPRS/CDMA/3G等不同工作频率的通讯方式越来越多。同时随着人们消费观念的改变，刷卡消费已经占了相当大的比例，手持式支付POS的应用越来越广，而手持式支付POS机小小空间内通常都会同时包含GPRS系统和RFID系统，需要安装各自频段的天线，工作时产生不同频段的信号通过天线相互耦合造成干扰。

目前针对13.56MHz频段的RF天线匹配电路中往往只起到了针对自身工作频率13.53MHz的阻抗匹配，而缺乏对该工作频段外特定频段的滤波作用。如图1所示，传统的阻抗匹配电路不具备高频抑制功能，低频信号和高频信号都能顺利通过阻抗匹配网络，高频信号通过RF天线耦合到GPRS天线上，相互造成干扰。

为了避免干扰，目前常见做法还有将天线各自放置在不同的地方，通常会选择尽量远的地方，中国发明专利公开CN102544773A公开了一种多模块共用天线的POS机，其中多模块共用天线包括天线本体和辐射片，所述天线本体与所述辐射片垂直固定，所述天线本体包括基板、五频天线和2.4G天线，所述五频天线的尾部和所述2.4G天线的头部之间设有7mm-13mm的间隔间距。上述天线虽然在一定程度上解决了不同通讯模式间的信号干扰问题，但是却造成了结构设计时要预留出较多的位置；同时，由于现在的手持设备越做越小，即使两个天线离得很远，也很有可能存在相互之间的干扰，影响通讯质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：抑制不同天线的射频杂散耦合干扰。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路，包括第一端口A和第二端口B，分别连接于RFID模块和RF天线；所述第一端口A包括连接线A+和连接线A-，所述第二端口B包括连接线B+和连接线B-；所述连接线A+和连接线B+之间连接有一电感L，所述连接线A-和连接线B-之间连接有一电感L’；其特征在于：所述连接线B+和连接线B-与接地线GND之间分别连接有一电容C₁和一电容C₁’；所述连接线B+与接地线GND之间还连接有一电容C₂和电感L₂，所述电容C₂和电感L₂串联连接，其中电容C₂一端与连接线B+连接，另一端与电感L₂一端连接，电感L₂另一端与接地线GND连接；所述连接线B-与接地线GND之间还连接有一电容C₂’和电感L₂’，所述电容C₂’和电感L₂’串联连接，其中电容C₂’一端与连接线B-连接，另一端与电感L₂’一端连接，电感L₂’另一端与接地线GND连接。

本发明还公开了上述防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路的设计方法：首先根据所述高频频率确定电容C₂的参数值，使得所述电容C₂和电感L₂的串联结构在所述高频频率上对地导通；然后调试所述匹配电路，确定所述电容C₁的参数值。

本发明的有益效果在于：通过将传统阻抗匹配电路的匹配电容拆分成两个并联的电容，合理选择电容的电容值，保证电路本身匹配性能的同时能够抑制工作频段外的特定频率的高频杂散，提升无线通信的性能以及RFID的读卡性能，改善用户体验。

附图说明

图1为现有技术的RF天线阻抗匹配电路；

图2为本发明的RF天线阻抗匹配电路；

图3为本发明实施例一的RF天线阻抗匹配电路；

图4为本发明实施例一的阻抗匹配电路的低频等效电路图；

图5为本发明实施例一的阻抗匹配电路的高频等效电路图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：将现有RF天线匹配电路中天线端的匹配电容拆分为两个并联的电容。

请参照图2，一种防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路，包括第一端口A和第二端口B，分别连接于RFID模块和RF天线；所述第一端口A包括连接线A+和连接线A-，所述第二端口B包括连接线B+和连接线B-；所述连接线A+和连接线B+之间连接有一电感L，所述连接线A-和连接线B-之间连接有一电感L’；所述连接线B+和连接线B-与接地线GND之间分别连接有一电容C₁和一电容C₁’；所述连接线B+与接地线GND之间还连接有一电容C₂和电感L₂，所述电容C₂和电感L₂串联连接，其中电容C₂一端与连接线B+连接，另一端与电感L₂一端连接，电感L₂另一端与接地线GND连接；所述连接线B-与接地线GND之间还连接有一电容C₂’和电感L₂’，所述电容C₂’和电感L₂’串联连接，其中电容C₂’一端与连接线B-连接，另一端与电感L₂’一端连接，电感L₂’另一端与接地线GND连接。

本发明还公开了上述防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路的设计方法：首先根据所述高频频率确定电容C₂的参数值，使得所述电容C₂和电感L₂的串联结构在所述高频频率上对地导通；然后调试所述匹配电路，确定所述电容C₁的参数值。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过将传统阻抗匹配电路的匹配电容拆分成两个并联的电容，合理选择电容的电容值，保证电路本身匹配性能的同时能够抑制工作频段外的特定频率的高频杂散，提升无线通信的性能以及RFID的读卡性能，改善用户体验。

进一步的，所述连接线A+和连接线A-与接地线GND之间分别连接有一电容Cp和一电容Cp’。

由上述描述可知，可以进一步提高RFID模块端的阻抗匹配性能。

进一步的，所述电容Cp’、电感L’、电容C₁’、电容C₂’、电感L₂’的参数值分别与电容Cp、电感L、电容C₁、电容C₂、电感L₂的参数值相同。

进一步的，所述电感L₂和电感L₂’的电感值为0.8nH；所述电容C₁和电容C₁’的电容值为80.9pF；所述电容C₂和电容C₂’的电容值为39.1pF；所述高频频率为900MHz。

由上述描述可知，能够有效抑制900MHz频率对RF天线造成的干扰。

实施例一

请参照图3，本发明的实施例一为：一种防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路，包括第一端口A和第二端口B，分别连接于RFID模块和RF天线；端口A、B分别包含了两条对称的连接线，所述第一端口A包括连接线A+和连接线A-，所述第二端口B包括连接线B+和连接线B-。以连接线A+到连接线B+为例进行说明：连接线A+和连接线B+之间通过串联电感L进行连接；电感L一端连接连接线A+且并联电容Cp到接地线GND；电感L另一端连接连接线B+且并联电容C₁到接地线GND；此外在连接线B+端通过串联的电容C₂和电感L₂构成一个电容电感谐振电路连接到接地线GND。连接线A-到连接线B-的电路与连接线A+到连接线B+相对于接地线GND对称。

在本实施例中，Cp、L、C₁、C₂共同实现RFID线圈天线的阻抗匹配，C₂电容与L₂电感构成自谐振电路用于对高频信号的滤波电容，高频信号在到达此电容后将会被引向GND而不会抵达RFID线圈天线造成天线之间的耦合干扰。Cp’、L’、C₁’、C₂’、L₂’作为线圈天线中的对称部分，其值与Cp、L、C₁、C₂、L₂相同。

下面分析本发明的工作原理，如图4所示是本发明匹配电路的低频等效电路，由于L₂对于低频信号所产生的阻抗很小，在实际电路中此阻抗可忽略不计，由此形成的等效电路中除去L₂，保留并联的电容C₁和C₂。此时，此阻抗匹配电路与原匹配电路一样，由并联的电容C₁和C₂共同实现原电路中电容C。

如图5所示是本发明匹配电路的高频等效电路，为避免高频信号的干扰，设置合适的参数使得高频信号在通过电容C₂和电感L₂构成的谐振电路的共同阻抗值为0，也就是说在此频率上的信号完全对接地线GND短路，此时高频信号将无法通过阻抗匹配电路。

实施例二

在本实施例中将以RF频率13.53MHz，抑制高频900MHz为例对实施例一的阻抗匹配电路的参数设计方法做进一步的说明。

根据上述工作原理，本发明电容C₂的参数根据需要抑制的高频杂散的频率来确定，电容C₁的参数则根据所需匹配的RFID天线的阻抗，也就是说原有电路中的电容C以及电容C₂的参数进行确定。下面详细介绍电容C₁、C₂的参数计算方法。

首先需要确定电容C₂的参数。在实际的应用中L₂往往是C₂的寄生参数，因此L₂参数很小，按照现有的工艺水平，可选L₂电感值为0.8nH。

在电感电容串联电路中，信号通过电容C₂的阻抗为Z_c，信号通过电感L₂的阻抗为Z_L。

其中交流信号电容阻抗公式：

交流信号电感阻抗公式：Z_L＝jL₂ω

其中角速度ω与信号频率f的关系：ω＝2πf

因此，串联电容C₂电感L₂的总阻抗为：

$\begin{array}{c}Z=Z_c+Z_L=\frac{1}{{\mathrm{jC}}_2\mathrm{\ω}}+{\mathrm{jL}}_2\mathrm{\ω}=-\frac{j}{C_2\mathrm{\ω}}+{\mathrm{jL}}_2\mathrm{\ω}\\ =-\frac{j}{2{\mathrm{\πfC}}_2}+2{\mathrm{\πfjL}}_2\end{array}$

根据本实施例的目的，要使得高频900MHz频率上的信号对地导通，也就是说在此频率上Z＝0，此时C₂和L₂关系式如下：

$\frac{j}{2{\mathrm{\πfC}}_2}=2{\mathrm{\πfjL}}_2=>C_2=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}f\right)}^2{L}_2}$

根据前面所述，f＝900MHz＝9×10⁸Hz，L₂＝0.8nH＝8×10^-10H，可以得出C₂＝39.1pF。

下面说明根据低频信号通路确定电容C₁参数的方法，当RF频率为13.56MHz的交流信号通过匹配电路时：

电容C₂的阻抗为： $Z_c=\frac{1}{{\mathrm{jC}}_2\mathrm{\ω}}=-j*300$

电感L₂的阻抗为：Z_L＝jL₂ω＝j6.82*10^-2

从上述结果可知，对于低频13.56MHz的频率，电容C₂产生的阻抗值远大于电感L₂产生的阻抗值Z_c>>Z_L，因此，电容C₂和电感L₂的总阻抗Z＝Z_c+Z_L≈Z_c。由于电容C₁、C₂为并联关系，实际对于RFID线圈天线的阻抗匹配在C₂已确定的基础上，C₁可通过C₁＝C-C₂确定，其中C根据原匹配电路调试确定。假设原RFID线圈天线匹配电路中C取值为120pF，则C₁＝C-C₂＝120pF-39.1pF＝80.9pF。

本发明的匹配电路也可适用于其他频率，根据上述方法调整电容C₁、C₂的参数即可。

综上所述，本发明提供的防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路及其设计方法，通过将传统阻抗匹配电路的匹配电容拆分成两个并联的电容，合理选择电容的电容值，保证电路本身匹配性能的同时能够抑制工作频段外的特定频率的高频杂散，提升无线通信的性能以及RFID的读卡性能，改善用户体验。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路，包括第一端口A和第二端口B，分别连接于RFID模块和RF天线；所述第一端口A包括连接线A+和连接线A-，所述第二端口B包括连接线B+和连接线B-；所述连接线A+和连接线B+之间连接有一电感L，所述连接线A-和连接线B-之间连接有一电感L’；其特征在于：所述连接线B+和连接线B-与接地线GND之间分别连接有一电容C₁和一电容C₁’；所述连接线B+与接地线GND之间还连接有一电容C₂和电感L₂，所述电容C₂和电感L₂串联连接，其中电容C₂一端与连接线B+连接，另一端与电感L₂一端连接，电感L₂另一端与接地线GND连接；所述连接线B-与接地线GND之间还连接有一电容C₂’和电感L₂’，所述电容C₂’和电感L₂’串联连接，其中电容C₂’一端与连接线B-连接，另一端与电感L₂’一端连接，电感L₂’另一端与接地线GND连接。

2.根据权利要求1所述的RF天线阻抗匹配电路，其特征在于：所述连接线A+和连接线A-与接地线GND之间分别连接有一电容Cp和一电容Cp’。

3.根据权利要求1或2所述的RF天线阻抗匹配电路，其特征在于：所述电容Cp’、电感L’、电容C₁’、电容C₂’、电感L₂’的参数值分别与电容Cp、电感L、电容C₁、电容C₂、电感L₂的参数值相同。

4.根据权利要求1或2所述的RF天线阻抗匹配电路，其特征在于：所述电感L₂和电感L₂’的电感值为0.8nH；所述电容C₁和电容C₁’的电容值为80.9pF；所述电容C₂和电容C₂’的电容值为39.1pF。

5.根据权利要求1或2所述的RF天线阻抗匹配电路，其特征在于：所述高频频率为900MHz。

6.一种如权利要求1所述防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路的设计方法，其特征在于：

首先根据所述高频频率确定电容C₂的参数值，使得所述电容C₂和电感L₂的串联结构在所述高频频率上对地导通；

然后调试所述匹配电路，确定所述电容C₁的参数值。

7.根据权利要求6所述的防高频干扰的RF天线阻抗匹配电路的设计方法，其特征在于：所述高频频率为900MHz。