CN106982076A - 一种天线快速匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术，具体公开了一种天线快速匹配方法，包括步骤S1‑S4，步骤S1，测量天线等效电路的电感Lant量、损耗电阻Rant值和寄生电容Cant值；步骤S2，调整所述天线电路的天线品质因数Q值，并且计算出所述天线电路的调整Q值的串联电阻RQ值和天线电路的归一化阻抗值；步骤S3，计算出低通滤波电路等效电路的共轭归一化阻抗步骤S4，采用史密斯圆图对计算所得的和进行共轭匹配。本发明通过史密斯圆图与对应的匹配计算流程处理天线电路测试过程，使测试过程不需要网络分析仪，只使用一个LCR电子测试仪就能完成匹配工作，从而节省了机器成本，使匹配工作更快速、简练、直观、易懂。

Description

一种天线快速匹配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体涉及一种天线快速匹配方法。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)，是一种非接触式的自动识别技术，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据，具有成本低、定位精度高的优点。天线是RFID系统的重要组成部分，在众多场景中均制约着RFID技术的发展，所以对于RFID天线的研究和设计十分迫切。13.56MHz无线智能卡应用已经十分广泛，比如公交IC卡、二代身份证等应用，遵循的协议有ISO/IEC 14443-Type A和ISO/IEC 14443-Type B。现存的13.56MHz读卡芯片通常会给出参考电路、匹配元件值，然后通过理论公式计算出天线匹配值，但该方法的计算过程复杂、不直观，影响设计效率。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种天线快速匹配方法。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种13.56MHz天线通用设计电路包括低通滤波电路、匹配电路、天线电路；

所述低通滤波电路用于滤除射频芯片输出的高频杂波；

所述匹配电路包括并联电容C1和串联电容C2，匹配电路用于，并联电容C1用于滤波电路和天线电路的阻抗匹配，串联电容C2用于滤波电路和天线电路的阻抗匹配；

所述天线电路用于发射13.56MHz载波。

一种天线快速匹配方法，包括以下步骤：

步骤S1，测量天线等效电路的电感Lant量、损耗电阻Rant值和寄生电容Cant值；

所述天线等效电路为天线电路的天线等效电路，为并联谐振电路；

步骤S2，调整所述天线电路的天线品质因数Q值，并且计算出所述天线电路的调整Q值的串联电阻RQ值和天线电路的归一化阻抗值；

所述天线品质因数Q值为电感器在某一频率的交流电压下工作时所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比，电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高，但同时通频带越窄；

所述调整Q值的串联电阻RQ值用于调整天线的Q值，改变其通频带；

所述天线电路的归一化阻抗值用于阻抗匹配；

步骤S3，计算出低通滤波电路等效电路的共轭归一化阻抗

所述低通滤波电路等效电路为并联谐振电路电路；

所述共轭归一化阻抗用于阻抗匹配；

步骤S4，采用史密斯圆图对计算所得的和进行共轭匹配，用于确定匹配电路的元件值；

所述匹配电路用于低通滤波电路和天线电路的阻抗匹配。

进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：

步骤S11，根据13.56MHz天线通用设计电路中的天线电路规划出天线等效电路，所述天线等效电路包括电感Lant、损耗电阻Rant、寄生电容Cant，所述电感Lant与损耗电阻Rant串联连接，寄生电容Cant并联连接在电感Lant与损耗电阻Rant的串联电路的两端；

步骤S12，使用LCR电子测试仪测量出电感Lant量、损耗电阻Rant值和寄生电容Cant值。

进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21，调整天线电路的有效因数Q值，并且根据公式计算调整Q值的串联电阻RQ值；

所述公式中的ω＝2πf，f为13.56MHz，Q为35；

步骤S22，根据公式计算天线电路的归一化阻抗值；

所述公式的R_a值为实部，R_a值的计算公式为：

所述公式的X_a值为虚部，X_a值的计算公式为：

其中ω＝2πf，f为13.56MHz。

进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：

步骤S31，根据13.56MHz天线通用设计电路的低通滤波电路规划出低通滤波电路等效电路，所述低通滤波电路等效电路包括滤波电感Lo、滤波电阻Rmatch、滤波电容Co，所述电感Lo与滤波电阻Rmatch串联连接，滤波电容Co并联连接在滤波电感Lo与滤波电阻Rmatch的串联电路的两端；

步骤S32，根据公式计算出值；

所述公式的R_f值为实部，R_f值的计算公式为：

所述公式的X_f值为实部，X_f值的计算公式为：

所述R_f值与X_f值的计算公式中的ω＝2πf，f为13.56MHz，L0为1uH，C0为130pF，Rmatch为50Ω；

所述共轭归一化阻抗值根据公式计算所得。

进一步地，所述步骤S4包括以下步骤：

步骤S41，在史密斯圆图上标记天线电路的归一化阻抗得到标记点，并标记低通滤波电路的共轭归一化阻抗得到标记点；

步骤S42，标记点先沿等电导圆移动，再通过调整并联电容C1值使标记点落在标记点所在的等电阻圆上；

所述等电阻圆为史密斯圆图所涉及的等电阻圆；

步骤S43，标记点沿等电阻圆移动，再通过调整串联电容C2值使标记点与标记点重合；

步骤S44，确定13.56MHz天线通用设计电路中的匹配电路的并联电容C1值和串联电容C2值。

本发明的有益效果为：

本发明通过史密斯圆图与对应的匹配计算流程处理天线电路测试过程，使测试过程不需要网络分析仪，只使用一个LCR电子测试仪就能完成匹配工作，从而节省了机器成本，使匹配工作更快速、简练、直观、易懂。

附图说明

图1为本发明的一种天线快速匹配方法的流程图；

图2为本发明的一种13.56MHz天线通用设计电路的电路图；

图3为本发明的天线等效电路的电路原理图；

图4为本发明的低通滤波电路等效电路的电路原理图；

图5为本发明的归一化阻抗与共轭归一化阻抗在史密斯圆图的仿真示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图2所示，一种13.56MHz天线通用设计电路包括低通滤波电路、匹配电路、天线电路。

如图1所示，一种天线快速匹配方法，包括以下步骤：

步骤S1，测量天线等效电路的电感Lant量、损耗电阻Rant值和寄生电容Cant值；

步骤S2，调整所述天线电路的天线品质因数Q值，并且计算出所述天线电路的调整Q值的串联电阻RQ值和天线电路的归一化阻抗值；

步骤S3，计算出低通滤波电路等效电路的共轭归一化阻抗

步骤S4，采用史密斯圆图对计算所得的和进行共轭匹配，用于确定匹配电路的元件值。

所述步骤S1包括以下步骤：

步骤S11，如图3所示，根据13.56MHz天线通用设计电路中的天线电路规划出天线等效电路，所述天线等效电路包括电感Lant、损耗电阻Rant、寄生电容Cant，所述电感Lant与损耗电阻Rant串联连接，寄生电容Cant并联连接在电感Lant与损耗电阻Rant的串联电路的两端；

步骤S12，使用LCR电子测试仪测量出电感Lant量、损耗电阻Rant值和寄生电容Cant值；

所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21，调整天线电路的有效因数Q值，并且根据公式计算调整Q值的串联电阻RQ值；

所述公式中的ω＝2πf，f为13.56MHz，Q为35；

步骤S22，根据公式计算天线电路的归一化阻抗值；

所述公式的R_a值为实部，R_a值的计算公式为：

所述公式的X_a值为虚部，X_a值的计算公式为：

其中ω＝2πf，f为13.56MHz；

所述步骤S3包括以下步骤：

步骤S31，如图4所示，根据13.56MHz天线通用设计电路的低通滤波电路规划出低通滤波电路等效电路，所述低通滤波电路等效电路包括滤波电感Lo、滤波电阻Rmatch、滤波电容Co，所述电感Lo与滤波电阻Rmatch串联连接，滤波电容Co并联连接在滤波电感Lo与滤波电阻Rmatch的串联电路的两端；

步骤S32，根据公式计算出值；

所述公式的R_f值为实部，R_f值的计算公式为：

所述公式的X_f值为实部，X_f值的计算公式为：

所述R_f值与X_f值的计算公式中的ω＝2πf，f为13.56MHz，L0为1uH，C0为130pF，Rmatch为50Ω；

所述共轭归一化阻抗值根据公式计算所得。

如图5所示，所述步骤S4包括以下步骤：

步骤S41，在史密斯圆图上标记天线电路的归一化阻抗得到标记点，并标记低通滤波电路的共轭归一化阻抗得到标记点；

步骤S42，标记点先沿等电导圆移动，再通过调整并联电容C1值使标记点落在标记点所在的等电阻圆上；

步骤S43，标记点沿等电阻圆移动，再通过调整串联电容C2值使标记点与标记点重合；

步骤S44，确定13.56MHz天线通用设计电路中的匹配电路的并联电容C1值和串联电容C2值。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种天线快速匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，测量天线等效电路的电感Lant量、损耗电阻Rant值和寄生电容Cant值；

步骤S2，调整所述天线电路的天线品质因数Q值，并且计算出所述天线电路的调整Q值的串联电阻RQ值和天线电路的归一化阻抗值；

步骤S3，计算出低通滤波电路等效电路的共轭归一化阻抗

步骤S4，采用史密斯圆图对计算所得的和进行共轭匹配，用于确定匹配电路的元件值。

2.根据权利要求1所述的一种天线快速匹配方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

步骤S11，根据13.56MHz天线通用设计电路中的天线电路规划出天线等效电路，所述天线等效电路包括电感Lant、损耗电阻Rant、寄生电容Cant，所述电感Lant与损耗电阻Rant串联连接，寄生电容Cant并联连接在电感Lant与损耗电阻Rant的串联电路的两端；

步骤S12，使用LCR电子测试仪测量出电感Lant量、损耗电阻Rant值和寄生电容Cant值。

3.根据权利要求1所述的一种天线快速匹配方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21，调整天线电路的有效因数Q值，并且根据公式计算调整Q值的串联电阻RQ值；

所述公式中的ω＝2πf，f为13.56MHz，Q为35；

步骤S22，根据公式计算天线电路的归一化阻抗值；

所述公式的R_a值为实部，R_a值的计算公式为：

所述公式的X_a值为虚部，X_a值的计算公式为：

其中ω＝2πf，f为13.56MHz。

4.根据权利要求1所述的一种天线快速匹配方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

步骤S31，根据13.56MHz天线通用设计电路的低通滤波电路规划出低通滤波电路等效电路，所述低通滤波电路等效电路包括滤波电感Lo、滤波电阻Rmatch、滤波电容Co，所述电感Lo与滤波电阻Rmatch串联连接，滤波电容Co并联连接在滤波电感Lo与滤波电阻Rmatch的串联电路的两端；

步骤S32，根据公式计算出值；

所述公式的R_f值为实部，R_f值的计算公式为：

$R_f=\frac{\mathrm{Rmatch}}{{(1-\mathrm{\ω}\·L0\·C0)}^2-{(\mathrm{\ω}\·R0\·C0)}^2};$

所述公式的X_f值为实部，X_f值的计算公式为：

$X_f=2\mathrm{\ω}\frac{L0\·{(1-\mathrm{\ω}\·L0\·C0)}^2-\frac{\mathrm{Rmatch}}{2}\·C0}{{(1-{\mathrm{\ω}}^2\·L0\·C0)}^2+{(\mathrm{\ω}\·R0\·C0)}^2};$

所述R_f值与X_f值的计算公式中的ω＝2πf，f为13.56MHz，L0为1uH，C0为130pF，Rmatch为50Ω；

所述共轭归一化阻抗值根据公式计算所得。

5.根据权利要求1所述的一种天线快速匹配方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

步骤S41，在史密斯圆图上标记天线电路的归一化阻抗得到标记点，并标记低通滤波电路的共轭归一化阻抗得到标记点；

步骤S42，标记点先沿等电导圆移动，再通过调整并联电容C1值使标记点落在标记点所在的等电阻圆上；

步骤S43，标记点沿等电阻圆移动，再通过调整串联电容C2值使标记点与标记点重合；

步骤S44，确定13.56MHz天线通用设计电路中的匹配电路的并联电容C1值和串联电容C2值。