CN113472384A - 一种基于阻抗匹配的射频收发电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其包括，射频收发单元，所述射频收发单元包括发射端模块、接收端模块，所述接收端模块连接所述发射端模块，所述接收端模块用于接收第一信号，所述发射端模块用于发射第二信号；以及，阻抗匹配单元，所述阻抗匹配单元连接所述接收端模块，所述阻抗匹配单元用于对所述接收端模块进行阻抗匹配，本发明通过滤波器优化、射频芯片的接收端优化、阻抗匹配，使得天线端获得最大的发射功率，并且极大增强了线路的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及射频收发电路领域，特别是，涉及一种基于阻抗匹配的射频收发电路。
背景技术
物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集各种需要的信息，通过各类网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，达到对物品和过程的智能化感知、识别和管理的目的，这其中射频模块起到的发射并接收信息的作用尤为重要。
目前，我们已知的影响通信质量的关键因素为射频模块的发射功率、接收灵敏度以及PCB布局，因射频芯片的发射功率和接收灵敏度是固定的，因此一般从优化PCB布局方面来改善系统的抗干扰能力，但是现有技术中存在整个射频通路上的阻抗失衡问题，射频电路传导的灵敏度低，影响发射功率。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的阻抗失衡、灵敏度低的缺陷，从而提供一种基于阻抗匹配的射频收发电路。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其包括，射频收发单元，包括发射端电路模块、接收端电路模块，所述发射端电路模块连接接收端电路模块；滤波器单元，连接射频收发单元；以及，阻抗匹配单元，用于滤波器单元的输出阻抗与射频收发单元的输入阻抗之间的共轭匹配。
作为本发明所述的基于阻抗匹配的射频收发电路的一种优选方案，其中：所述发射端电路模块、接收端电路模块的公共端部分连接有第一隔直电容。
作为本发明所述的基于阻抗匹配的射频收发电路的一种优选方案，其中：所述滤波器单元两端设置为50Ω。
作为本发明所述的基于阻抗匹配的射频收发电路的一种优选方案，其中：还包括，天线单元，连接所述滤波器单元的第一端，所述滤波器单元的第二端连接所述射频收发单元，所述天线单元的工作频率为一预设值。
作为本发明所述的基于阻抗匹配的射频收发电路的一种优选方案，其中：所述天线单元连接第二隔直电容，所述第二隔直电容连接所述滤波器单元的第一端，所述第一端上有两个滤波电容。
作为本发明所述的基于阻抗匹配的射频收发电路的一种优选方案，其中：还包括，差分电路单元，一端连接所述滤波器单元的第二端，另一端连接所述射频收发单元。
作为本发明所述的基于阻抗匹配的射频收发电路的一种优选方案，其中：所述差分电路单元包括巴仑电路模块，所述巴仑电路模块连接所述发射端电路模块、接收端电路模块的公共端部分。
作为本发明所述的基于阻抗匹配的射频收发电路的一种优选方案，其中：所述差分电路单元还包括差分线路模块，所述差分线路模块的传输幅度相等且相位相反。
作为本发明所述的基于阻抗匹配的射频收发电路的一种优选方案，其中：所述差分线路模块的差分线平行且等长。
作为本发明所述的基于阻抗匹配的射频收发电路的一种优选方案，其中：所述发射端电路模块、接收端电路模块的连接处为参考点(K)，参考点(K)至射频芯片端的阻抗为第一阻抗，参考点(K)至天线单元的阻抗为第二阻抗，所述第一阻抗与所述第二阻抗相等。
本发明的有益效果：
本发明通过滤波器优化、射频芯片的接收端优化、阻抗匹配，使得天线端获得最大的发射功率，并且极大增强了线路的抗干扰能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例1的模块示意图；
图2为本发明实施例1的仿真电路原理图；
图3为本发明实施例2的模块示意图；
图4为本发明实施例2的仿真电路原理图；
图5为本发明差分对到单端模块框图；
图6为本发明阻抗测试及匹配方法框图；
图7为现有技术的仿真结果图；
图8为本发明优化后的仿真结果图；
图9为本发明最终的PCB布局图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
本实施例提供了一种基于阻抗匹配的射频收发电路，如图1-2，其包括，射频收发单元100，包括发射端电路模块101、接收端电路模块102，所述发射端电路模块101连接接收端电路模块102，射频芯片可以采用HW3000NF；滤波器单元200，连接射频收发单元100；以及，阻抗匹配单元300，用于滤波器单元200的输出阻抗与射频收发单元100的输入阻抗之间的共轭匹配。
利用网络分析仪测得微带线的阻抗，在ADS中利用史密斯圆图进行阻抗匹配，利用S参数对端口进行仿真，其中，S参数为Start＝100MHz，Stop＝500MHz，Step＝1MHz，
仿真电路图的连接关系如下：端口Term1的第一端接地，端口Term1的第二端连接电容C7的第一端，电容C7的第二端连接电容C6的第一端，电容C6的第二端连接电感L4的第一端，电感L4的第二端连接电容C5的第一端，电容C5的第二端连接电感L3的第一端，电感L3的第二端连接电容C4的第一端，电容C4的第二端连接电容C3的第一端，电容C3的第二端连接电感L2的第一端、电容C1的第一端，电容C1的第二端连接电容C2的第一端，电容C2的第二端接地，电容C2的第一端连接端口Term3的第一端，端口Term3的第二端接地，电容C2的第一端连接电感L1的第一端，电感L1的第二端连接电感L2的第二端、端口Term2的第一端，端口Term2的第二端接地。
其中，各电容以及电感的数值为：C1＝5.6pF，C2＝6.8pF，C3＝150pF，C4＝6.8pF，C5＝6.8pF，C6＝6.8pF，C7＝150pF，L1＝33nH，L2＝27nH，L3＝18nH，L4＝18nH。
实施例2
本实施例提供了一种基于阻抗匹配的射频收发电路，如图3-9，其区别于实施例1的地方在于：所述发射端电路模块101、接收端电路模块102的公共端部分连接有第一隔直电容103，所述滤波器单元200两端设置为50Ω，还包括，天线单元400，连接所述滤波器单元200的第一端，所述滤波器单元200的第二端连接所述射频收发单元100，所述天线单元400的工作频率为一预设值，所述天线单元400连接第二隔直电容401，所述第二隔直电容401连接所述滤波器单元300的第一端，所述第一端上有两个滤波电容，还包括，差分电路单元500，一端连接所述滤波器单元200的第二端，另一端连接所述射频收发单元，所述差分电路单元500包括巴仑电路模块501，所述巴仑电路模块501连接所述发射端电路模块101、接收端电路模块102的公共端部分，所述差分电路单元500还包括差分线路模块502，所述差分线路模块502的传输幅度相等且相位相反，所述差分线路模块502的差分线平行且等长，而且两根线路上的干扰信号相同，两者相减之后，干扰信号消失，极大增强了线路的抗干扰能力，所述发射端电路模块101、接收端电路模块102的连接处为参考点K，参考点K至射频芯片端的阻抗为第一阻抗，参考点K至天线单元400的阻抗为第二阻抗，所述第一阻抗与所述第二阻抗相等。
其中，低通滤波器的优化包括如下步骤：
天线采用SMA底座，并使其在433MHZ的频率下工作，其中，天线用于电磁能和电磁波的转换，也就是在一个时候完全表现为电能，下一个时候完全表现为磁能，从而实现信号的发射和接收，当天线在433MHZ的频率下工作时发生谐振可以最大化的对信号进行发射和接收；
在与天线相连的低通滤波器端上方增加两个滤波电容，滤波电容的数值分别为3.2pf和5.9pf；
天线和低通滤波器间接入第二隔直电容401，第二隔直电容401数值为150pf。
差分电路优化的过程包括如下步骤：
双端输入端口为巴仑电路；
根据芯片的内部阻抗串联电容或者电感消除其虚部阻抗；
依据公式计算得出另外两个电容和电感的数值，数值分别为4.7pf和29nf；
差分输入端传输幅度相等且相位相差180°，RF_P和RF_N设置为差分线路，并使用符号进行了标记；
经过差分电路的优化，将原先的双端输入改为单端输入，单端口功率比差分双端口功率高3db。
在ADS中将低通滤波器两端设置为50Ω，设置优化参数和优化目标。
进而，以发射端电路模块101、接收端电路模块102的连接处为参考点K，利用网络分析仪测得参考点K至射频芯片端阻抗、参考点K至天线单元400阻抗，参考点K至射频芯片端阻抗、参考点K至天线单元400阻抗均为50Ω，在测量参考点至天线单元400阻抗需考虑微带线阻抗，再利用ADS中的史密斯圆图去做阻抗匹配，经过阻抗匹配后，此时天线端获得最大的发射功率，之后进行打板的时候，再利用网络分析仪测得的阻抗，结合微带线重新匹配进行设计，如此一来解决微带线对发射功率和接收灵敏度的影响，在进行PCB布局接地铺铜时，可通过尽量多的过孔与参考地进行连接，以降低接地阻抗，如图9所示，为本发明的最终PCB布局图。
利用S参数对端口进行仿真，其中，S参数为Start＝100MHz，Stop＝500MHz，Step＝1MHz，
仿真电路图的连接关系如下：
端口Term1的第一端接地，端口Term1的第二端连接电容C8的第一端，电容C8的第二端连接电容C3的第一端，电容C3的第二端接地，电容C3的第一端连接电容C5的第一端，电容C5的第二端连接电容C6的第一端，电容C6的第二端接地，电容C6的第一端连接电容C4的第一端、电感L7的第一端，电容C4的第二端连接电容C7的第一端，电感L7的第二端连接电容C7的第一端，电容C7的第二端接地，电容C7的第一端连接电容C9的第一端，电容C9的第二端连接电感L5的第一端、电容C2的第一端，电感L5的第二端连接电容C1的第一端，电容C1的第一端连接电感L4的第一端，电感L4的第一端接地，电感L4的第二端连接电容C2的第二端、电感L2的第一端，电感L2的第二端连接端口Term3的第一端，端口Term3的第二端接地，电容C1的第一端连接电感L1的第一端，电感L1的第二端连接端口Term2的第一端，端口Term2的第二端接地。
其中，各电容以及电感的数值为：C1＝4.7pF，C2＝4.7pF，C3＝1.6pF，C4＝3.2pF，C5＝5.9pF，C6＝7.8pF，C7＝2.8pF，C8＝150pF，C9＝150pF，L1＝15.7nH，L2＝15.7nH，L4＝29nH，L5＝29nH，L6＝10.8nH，L7＝14.6nH。
如图7-8所示，可以明确看出采用本技术与现有技术之间的仿真结果对比。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：包括，
射频收发单元(100)，包括发射端电路模块(101)、接收端电路模块(102)，所述发射端电路模块(101)连接接收端电路模块(102)；
滤波器单元(200)，连接射频收发单元(100)；以及，
阻抗匹配单元(300)，用于滤波器单元(200)的输出阻抗与射频收发单元(100)的输入阻抗之间的共轭匹配。
2.根据权利要求1所述的一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：所述发射端电路模块(101)、接收端电路模块(102)的公共端部分连接有第一隔直电容(103)。
3.根据权利要求2所述的一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：所述滤波器单元(200)两端设置为50Ω。
4.根据权利要求3所述的一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：还包括，天线单元(400)，连接所述滤波器单元(200)的第一端，所述滤波器单元(200)的第二端连接所述射频收发单元(100)，所述天线单元(400)的工作频率为一预设值。
5.根据权利要求4所述的一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：所述天线单元(400)连接第二隔直电容(401)，所述第二隔直电容(401)连接所述滤波器单元(300)的第一端，所述第一端上有两个滤波电容。
6.根据权利要求5所述的一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：还包括，差分电路单元(500)，一端连接所述滤波器单元(200)的第二端，另一端连接所述射频收发单元。
7.根据权利要求6所述的一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：所述差分电路单元(500)包括巴仑电路模块(501)，所述巴仑电路模块(501)连接所述发射端电路模块(101)、接收端电路模块(102)的公共端部分。
8.根据权利要求7所述的一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：所述差分电路单元(500)还包括差分线路模块(502)，所述差分线路模块(502)的传输幅度相等且相位相反。
9.根据权利要求8所述的一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：所述差分线路模块(502)的差分线平行且等长。
10.根据权利要求9所述的一种基于阻抗匹配的射频收发电路，其特征在于：所述发射端电路模块(101)、接收端电路模块(102)的连接处为参考点(K)，参考点(K)至射频芯片端的阻抗为第一阻抗，参考点(K)至天线单元(400)的阻抗为第二阻抗，所述第一阻抗与所述第二阻抗相等。
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Cited By (1)
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Cited By (2)
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