CN207691797U - 一种低干扰天线电路 - Google Patents

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徐益
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张峻申
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Abstract

本实用新型涉及天线设计技术领域，具体公开了一种低干扰天线电路，其中，包括：控制器、接收电路、匹配电路、EMC滤波电路和天线线圈电路，控制器的输出端与EMC滤波电路的输入端连接；EMC滤波电路的输出端与匹配电路的输入端连接；匹配电路与天线线圈电路耦合连接，匹配电路用于将所述射频信号与所述天线线圈电路的耦合信号进行匹配得到差分信号，并将所述差分信号输出；所述天线线圈电路用于发出耦合信号；所述接收电路的输入端与所述匹配电路连接，所述接收电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述接收电路用于接收所述差分信号；所述控制器还用于接收所述差分信号。本实用新型提供的低干扰天线电路能够有效降低干扰。

Description

一种低干扰天线电路
技术领域
本实用新型涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种低干扰天线电路。
背景技术
不同于WIFI和BLUETOOTH等技术，RFID射频识别技术属于一种近场通信技术，该技术通过电磁场的改变，进行数据通信，近年来由于门禁系统的普及，RFID近场通信具有便捷，高效，低使用损耗等特点，使其成为该领域最受欢迎的一种技术。但是门禁读卡器的RFID天线设计和调试难度较大，大大增加了设计难度，降低了工作效率和产品稳定性。
因此，如何提供一种工作效率高的天线电路成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种低干扰天线电路，以解决现有技术中的问题。
作为本实用新型的一个方面，提供一种低干扰天线电路，其中，所述低干扰天线电路包括：控制器、接收电路、匹配电路、EMC滤波电路和天线线圈电路，
所述控制器的输出端与所述EMC滤波电路的输入端连接，所述控制器用于输出射频信号；
所述EMC滤波电路的输出端与所述匹配电路的输入端连接，所述EMC滤波电路用于对所述射频信号进行滤波；
所述匹配电路与所述天线线圈电路耦合连接，所述匹配电路用于将所述射频信号与所述天线线圈电路的耦合信号进行匹配得到差分信号，并将所述差分信号输出；
所述天线线圈电路用于发出耦合信号；
所述接收电路的输入端与所述匹配电路连接，所述接收电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述接收电路用于接收所述差分信号；
所述控制器还用于接收所述差分信号。
优选地，所述控制器包括发射器和接收器，所述发射器用于发出射频信号，所述接收器用于接收所述差分信号，所述发射器与所述EMC滤波电路的输入端连接，所述接收器与所述接收电路的输出端连接。
优选地，所述发射器发出的所述射频信号为13.56MHz的脉冲信号。
优选地，所述EMC滤波电路包括第一电感L1、第二电感L2、第七电容C7、第八电容C8、第十一电容C11和第十二电容C12，
所述第一电感L1的一端为所述EMC滤波电路的输入端，与所述发射器的TXA管脚连接，所述第一电感L1的另一端与所述第七电容C7的一端以及所述第八电容C8的一端连接，所述第七电容C7的另一端和所述第八电容C8的另一端均与电源地连接，所述第二电感L2的一端为所述EMC滤波电路的输入端，与所述发射器的TXB管脚连接，所述第二电感L2的另一端与所述第十一电容C11的一端以及第十二电容C12的一端连接，所述第十一电容C11的另一端和所述第十二电容C12的另一端均与所述电源地连接，所述第七电容C7的一端、第八电容C8的一端、第十一电容C11的一端以及第十二电容C12的一端均为所述EMC滤波电路的输出端。
优选地，所述匹配电路包括第三电容C3、第四电容C4、第十五电容C15、第十六电容C16、第九电容C9、第十电容C10、第十三电容C13和第十四电容C14，
所述第三电容C3和所述第四电容C4并联后的一端为所述匹配电路的正输入端，且与所述第七电容C7的一端以及所述第八电容C8的一端连接，所述第三电容C3和所述第四电容C4并联后的另一端与所述第九电容C9的一端以及所述第十电容C10的一端连接，所述第九电容C9的另一端以及所述第十电容C10的另一端均与所述电源地连接，
所述第十五电容C15和第十六电容C16并联后的一端为所述匹配电路的负输入端，且与所述第十一电容C11的一端以及所述第十二电容C12的一端连接，所述第十五电容C15和第十六电容C16并联后的另一端与所述第十三电容C13的一端以及所述第十四电容C14的一端连接，所述第十三电容C13的另一端和所述第十四电容C14的另一端均与所述电源地连接，
所述第九电容C9的一端以及所述第十电容C10的一端为所述匹配电路的第一输出端，所述第十三电容C13的一端以及所述第十四电容C14的一端为所述匹配电路的第二输出端，所述匹配电路的第一输出端和所述匹配电路的第二输出端用于输出所述差分信号。
优选地，所述天线线圈电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、可调电阻R2和环形线圈，所述环形线圈包括两个起点和一个终点，
所述第四电阻R4、所述第五电阻R5和所述可调电阻R2并联后的一端与所述匹配电路的第一输出端连接，所述第四电阻R4、所述第五电阻R5和所述可调电阻R2并联后的另一端与所述环形线圈的一个起始点连接，所述第六电阻R6和第七电阻R7并联后的一端与所述匹配电路的第二输出端连接，所述第六电阻R6和第七电阻R7并联后的另一端与所诉环形线圈的另一个起始点连接，所述环形线圈的终点与所述环形线圈的两个起点和一个终点形成耦合天线，且能够发出耦合信号。
优选地，所述接收电路包括第一电阻R1、第三电阻R3、第八电阻R8、第十电阻R10、第二电容C2和第十七电容C17，
所述第一电阻R1的一端和所述第二电容C2的一端均与所述接收器的RXP管脚连接，所述第一电阻R1的另一端与所述接收器的VMID管脚连接，所述第二电容C2的另一端与所述第三电阻R3串联后与所述匹配电路的正输入端连接，
所述第十电阻R10的一端和所述第十七电容C17的一端均与所述接收器的PXN管脚连接，所述第十电阻R10的另一端与所述接收器的VMID管脚连接，所述第十七电容C17的另一端与所述第八电阻R8串联后与所述匹配电路的负输入端连接。
本实用新型提供的低干扰天线电路，通过匹配电路将发射器发出的射频信号经过EMC滤波电路进行滤波后，与天线线圈产生的耦合信号进行匹配输出差分信号，并由控制器接收，实现射频响应，具有结构简且输出的差分信号干扰低损耗小的优势。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型提供的低干扰天线电路的结构示意图。
图2为本实用新型提供的低干扰天线电路的具体电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
作为本实用新型的一个方面，提供一种低干扰天线电路，其中，如图1所示，所述低干扰天线电路10包括：控制器110、接收电路120、匹配电路130、EMC滤波电路140和天线线圈电路150，
所述控制器110的输出端与所述EMC滤波电路140的输入端连接，所述控制器110用于输出射频信号；
所述EMC滤波电路140的输出端与所述匹配电路130的输入端连接，所述EMC滤波电路140用于对所述射频信号进行滤波；
所述匹配电路130与所述天线线圈电路150耦合连接，所述匹配电路130用于将所述射频信号与所述天线线圈电路的耦合信号进行匹配得到差分信号，并将所述差分信号输出；
所述天线线圈电路150用于发出耦合信号；
所述接收电路120的输入端与所述匹配电路130连接，所述接收电路120的输出端与所述控制器110的输入端连接，所述接收电路120用于接收所述差分信号；
所述控制器110还用于接收所述差分信号。
本实用新型提供的低干扰天线电路，通过匹配电路将发射器发出的射频信号经过EMC滤波电路进行滤波后，与天线线圈产生的耦合信号进行匹配输出差分信号，并由控制器接收，实现射频响应，具有结构简且输出的差分信号干扰低损耗小的优势。
作为所述控制器110的具体实施方式，所述控制器110包括发射器和接收器，所述发射器用于发出射频信号，所述接收器用于接收所述差分信号，所述发射器与所述EMC滤波电路的输入端连接，所述接收器与所述接收电路的输出端连接。
优选地，所述发射器发出的所述射频信号为13.56MHz的脉冲信号，所述发射器的TXA管脚和TXB管脚均能够传输13.56MHz的脉冲信号。
作为所述EMC滤波电路的具体实施方式，如图2所示，所述EMC滤波电路140包括第一电感L1、第二电感L2、第七电容C7、第八电容C8、第十一电容C11和第十二电容C12，
所述第一电感L1的一端为所述EMC滤波电路的输入端，与所述发射器的TXA管脚连接，所述第一电感L1的另一端与所述第七电容C7的一端以及所述第八电容C8的一端连接，所述第七电容C7的另一端和所述第八电容C8的另一端均与电源地连接，所述第二电感L2的一端为所述EMC滤波电路的输入端，与所述发射器的TXB管脚连接，所述第二电感L2的另一端与所述第十一电容C11的一端以及第十二电容C12的一端连接，所述第十一电容C11的另一端和所述第十二电容C12的另一端均与所述电源地连接，所述第七电容C7的一端、第八电容C8的一端、第十一电容C11的一端以及第十二电容C12的一端均为所述EMC滤波电路的输出端。
作为所述匹配电路的具体实施方式，如图2所示，所述匹配电路130包括第三电容C3、第四电容C4、第十五电容C15、第十六电容C16、第九电容C9、第十电容C10、第十三电容C13和第十四电容C14，
所述第三电容C3和所述第四电容C4并联后的一端为所述匹配电路的正输入端，且与所述第七电容C7的一端以及所述第八电容C8的一端连接，所述第三电容C3和所述第四电容C4并联后的另一端与所述第九电容C9的一端以及所述第十电容C10的一端连接，所述第九电容C9的另一端以及所述第十电容C10的另一端均与所述电源地连接，
所述第十五电容C15和第十六电容C16并联后的一端为所述匹配电路的负输入端，且与所述第十一电容C11的一端以及所述第十二电容C12的一端连接，所述第十五电容C15和第十六电容C16并联后的另一端与所述第十三电容C13的一端以及所述第十四电容C14的一端连接，所述第十三电容C13的另一端和所述第十四电容C14的另一端均与所述电源地连接，
所述第九电容C9的一端以及所述第十电容C10的一端为所述匹配电路的第一输出端，所述第十三电容C13的一端以及所述第十四电容C14的一端为所述匹配电路的第二输出端，所述匹配电路的第一输出端和所述匹配电路的第二输出端用于输出所述差分信号。
作为所述天线线圈电路的具体实施方式，如图2所示，所述天线线圈电路150包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、可调电阻R2和环形线圈，所述环形线圈包括两个起点和一个终点，
所述第四电阻R4、所述第五电阻R5和所述可调电阻R2并联后的一端与所述匹配电路的第一输出端连接，所述第四电阻R4、所述第五电阻R5和所述可调电阻R2并联后的另一端与所述环形线圈的一个起始点连接，所述第六电阻R6和第七电阻R7并联后的一端与所述匹配电路的第二输出端连接，所述第六电阻R6和第七电阻R7并联后的另一端与所诉环形线圈的另一个起始点连接，所述环形线圈的终点与所述环形线圈的两个起点和一个终点形成耦合天线，且能够发出耦合信号。
作为所述接收电路的具体实施方式，如图2所示，所述接收电路120包括第一电阻R1、第三电阻R3、第八电阻R8、第十电阻R10、第二电容C2和第十七电容C17，
所述第一电阻R1的一端和所述第二电容C2的一端均与所述接收器的RXP管脚连接，所述第一电阻R1的另一端与所述接收器的VMID管脚连接，所述第二电容C2的另一端与所述第三电阻R3串联后与所述匹配电路的正输入端连接，
所述第十电阻R10的一端和所述第十七电容C17的一端均与所述接收器的PXN管脚连接，所述第十电阻R10的另一端与所述接收器的VMID管脚连接，所述第十七电容C17的另一端与所述第八电阻R8串联后与所述匹配电路的负输入端连接。
需要说明的是，为了进一步降低本实用新型提供的低干扰天线电路的干扰，将损耗降到最低，所述低干扰天线电路的电路板基材选用FR4，PCB铜箔厚度为0.65um时，通过计算选取适合宽度W、高度H、和线圈匝数N和PCB导线宽度D，将天线线圈的阻抗控制在1uH至1.5uH即为设备工作时的最理想阻抗，这时天线线圈中心的协调震荡频率接近13.56MHz。具体地，其一圈导线的长度为l1为18.8cm，线圈匝数N为3，PCB导线宽度D为1mm，K为1.47当为方形线圈时，根据下面计算公式：
计算得出天线线圈的电感值L1为1.04uH。天线线圈的等效电阻值Ra为2Ω，等效电容为1pF。
由于天线的性能与Q因数有关即他的品质因数Q，计算Q因数的值根据下面计算公式：
其中ω＝2πfR，
根据下面带宽计算公式：
带宽B与时间T的乘积应大于等于1，故可计算得出Q因数应小于等于40。
然而在实际匹配中，由于板材及各种寄生电容等影响，其品质因素Q往往并非计算值，本实用新型先通过线圈电路中的滑动变阻器的变化，再通过实际的刷卡测试(测试其刷卡距离)确定最佳Rq的区间，从而适应各种物料情况，这样只需确定匹配电路中的电容值即可。Rq取3.3欧姆，其读卡距离最远，所以3.3欧姆即为最佳电阻值。
RFID系统的工作频率为13.56MHz，这个频率是由一个石英振荡器发生的，但它同时也产生了高次谐波。为了符合国际EMC规定，13.56MHz中的高次谐波需被良好的抑制，本实用新型中采用了RC滤波器的形式。
其滤波电感必须具备稳定驱动线圈的能力，在实用新型中滤波电感(第一电感L1和第二电感L2)取值为1uH；系统的关断频率应该远大于其工作频率并小于其第二谐波，其取值应在14.5MHz到22MHz，第八电容C8和第十二电容C10的取值均为30pF，计算可得其关断频率Fcutoff值为20.547MHz，符合要求。
为了使天线线圈匹配电路的阻抗Za为50Ω即与天线线圈进行匹配，使用多个并联电容来调节。双端输出(TX1，TX2)时为4组，第三电容C3和第四电容C4为第一组，第十五电容C15和第十六电容C16为第二组；第九电容C9和第十电容C10为第三组，第十三电容C13和第14电容C14为第四组。首先确定第三组和第四组电容的容值即第九电容C9的值为200pF，第十电容C10值为12pF，同理第十三电容C13和第十四电容C14；再通过公式可计算求得第三电容C3值为18pF、第四电容C4值为12pF，同理第十五电容C15和第十六电容C16。将电容以一组一组的形式进行匹配可增加其物料的适应性。
另外还可以通过改进PCB的布局布线可以降低其干扰，增加其可靠性。
首先，控制环形线圈的大小使其充分对称，其次使天线线圈中心抽头悬空，这样便可以获得最佳的对称性。
为降低干扰，此处PCB布局中要求将滤波电路中的两个电感成90度放置，也就是说，当第一个电感是水平放置时，第二个电感应该垂直放置，以此减小两个电感之间的耦合，简单有效的滤除一些不必要的高次谐波，电感封装则选择0805贴片封装，具有较高的电感品质因素，损耗较小。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种低干扰天线电路，其特征在于，所述低干扰天线电路包括：控制器、接收电路、匹配电路、EMC滤波电路和天线线圈电路，
所述控制器的输出端与所述EMC滤波电路的输入端连接，所述控制器用于输出射频信号；
所述EMC滤波电路的输出端与所述匹配电路的输入端连接，所述EMC滤波电路用于对所述射频信号进行滤波；
所述匹配电路与所述天线线圈电路耦合连接，所述匹配电路用于将所述射频信号与所述天线线圈电路的耦合信号进行匹配得到差分信号，并将所述差分信号输出；
所述天线线圈电路用于发出耦合信号；
所述接收电路的输入端与所述匹配电路连接，所述接收电路的输出端与所述控制器的输入端连接，所述接收电路用于接收所述差分信号；
所述控制器还用于接收所述差分信号。
2.根据权利要求1所述的低干扰天线电路，其特征在于，所述控制器包括发射器和接收器，所述发射器用于发出射频信号，所述接收器用于接收所述差分信号，所述发射器与所述EMC滤波电路的输入端连接，所述接收器与所述接收电路的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的低干扰天线电路，其特征在于，所述发射器发出的所述射频信号为13.56MHz的脉冲信号。
4.根据权利要求2所述的低干扰天线电路，其特征在于，所述EMC滤波电路包括第一电感L1、第二电感L2、第七电容C7、第八电容C8、第十一电容C11和第十二电容C12，
所述第一电感L1的一端为所述EMC滤波电路的输入端，与所述发射器的TXA管脚连接，所述第一电感L1的另一端与所述第七电容C7的一端以及所述第八电容C8的一端连接，所述第七电容C7的另一端和所述第八电容C8的另一端均与电源地连接，所述第二电感L2的一端为所述EMC滤波电路的输入端，与所述发射器的TXB管脚连接，所述第二电感L2的另一端与所述第十一电容C11的一端以及第十二电容C12的一端连接，所述第十一电容C11的另一端和所述第十二电容C12的另一端均与所述电源地连接，所述第七电容C7的一端、第八电容C8的一端、第十一电容C11的一端以及第十二电容C12的一端均为所述EMC滤波电路的输出端。
5.根据权利要求4所述的低干扰天线电路，其特征在于，所述匹配电路包括第三电容C3、第四电容C4、第十五电容C15、第十六电容C16、第九电容C9、第十电容C10、第十三电容C13和第十四电容C14，
所述第三电容C3和所述第四电容C4并联后的一端为所述匹配电路的正输入端，且与所述第七电容C7的一端以及所述第八电容C8的一端连接，所述第三电容C3和所述第四电容C4并联后的另一端与所述第九电容C9的一端以及所述第十电容C10的一端连接，所述第九电容C9的另一端以及所述第十电容C10的另一端均与所述电源地连接，
所述第十五电容C15和第十六电容C16并联后的一端为所述匹配电路的负输入端，且与所述第十一电容C11的一端以及所述第十二电容C12的一端连接，所述第十五电容C15和第十六电容C16并联后的另一端与所述第十三电容C13的一端以及所述第十四电容C14的一端连接，所述第十三电容C13的另一端和所述第十四电容C14的另一端均与所述电源地连接，
所述第九电容C9的一端以及所述第十电容C10的一端为所述匹配电路的第一输出端，所述第十三电容C13的一端以及所述第十四电容C14的一端为所述匹配电路的第二输出端，所述匹配电路的第一输出端和所述匹配电路的第二输出端用于输出所述差分信号。
6.根据权利要求5所述的低干扰天线电路，其特征在于，所述天线线圈电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、可调电阻R2和环形线圈，所述环形线圈包括两个起点和一个终点，
所述第四电阻R4、所述第五电阻R5和所述可调电阻R2并联后的一端与所述匹配电路的第一输出端连接，所述第四电阻R4、所述第五电阻R5和所述可调电阻R2并联后的另一端与所述环形线圈的一个起始点连接，所述第六电阻R6和第七电阻R7并联后的一端与所述匹配电路的第二输出端连接，所述第六电阻R6和第七电阻R7并联后的另一端与所诉环形线圈的另一个起始点连接，所述环形线圈的终点与所述环形线圈的两个起点和一个终点形成耦合天线，且能够发出耦合信号。
7.根据权利要求6所述的低干扰天线电路，其特征在于，所述接收电路包括第一电阻R1、第三电阻R3、第八电阻R8、第十电阻R10、第二电容C2和第十七电容C17，
所述第一电阻R1的一端和所述第二电容C2的一端均与所述接收器的RXP管脚连接，所述第一电阻R1的另一端与所述接收器的VMID管脚连接，所述第二电容C2的另一端与所述第三电阻R3串联后与所述匹配电路的正输入端连接，
所述第十电阻R10的一端和所述第十七电容C17的一端均与所述接收器的PXN管脚连接，所述第十电阻R10的另一端与所述接收器的VMID管脚连接，所述第十七电容C17的另一端与所述第八电阻R8串联后与所述匹配电路的负输入端连接。
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