RFID系统功率放大器的设计与实现

论文摘要

近些年,随着860～960MHz(UHF)频段远距离射频识别(RFID)技术的快速发展,UHF频段读卡器在高速公路自动收费、停车场管理等领域得到广泛的应用。UHF频段读卡器的两个关键性能就是读卡距离远和读卡连续性好。射频功率放大器作为读卡器射频部分的核心部件,它的性能好坏对读卡器的这两项性能起着决定性的作用。由于UHF频段读卡器自身的特点,它要求整个功放系统具有低增益平坦度、高增益、良好的线性度等性能。针对读卡器所要求的性能,本文设计了一个中心频率为915MHz、带宽为26MHz、输出功率为32dBm和增益高达52dB的射频功率放大器。整个功率放大器由三级组成,前置级功率放大器采用最高线性度设计,对整个功率放大器线性度指标的提高起着关键性的作用;驱动级功率放大器内部包含两级放大,可实现高达27dB的增益,为整个功放系统实现52dB的高增益奠定了坚实的基础;末级功率放大器采用平衡式放大结构,这种设计方法使得整个功放系统在工作频带内实现了超低的增益平坦度。三级功率放大器首先均严格的按照功率放大器的设计步骤:设计指标确定、器件选择、仿真优化、实际测试等步骤分别单独进行设计。最后,采用隔离器进行级联,即构成了整个功率放大器,并对整个功放系统进行仿真优化和实际测试,仿真和测试结果表明所设计的功率放大器完全满足设计指标要求,可以很好地应用在RFID系统中,从而改善系统的性能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 功率放大器的研究现状
• 1.3 本文的重点和主要创新
• 1.4 本文的主要工作和内容安排
• 2 射频功率放大器的基本理论
• 2.1 传输线基本方程
• 2.2 微带传输线的计算
• 2.3 双端口网络S 参数
• 2.4 本章小结
• 3 射频功率放大器性能参数指标
• 3.1 工作频带
• 3.2 1dB 压缩点输出功率 P1dB
• 3.3 饱和输出功率
• 3.4 功率增益
• 3.5 噪声系数
• 3.6 输入、输出电压驻波比
• 3.7 输入、输出回波损耗
• 3.8 线性动态范围
• 3.9 输出三阶截止点PTOI
• 3.10 谐波分量
• 3.11 效率
• 3.12 增益平坦度
• 3.13 本章小结
• 4 射频功率放大器电路设计
• 4.1 功放系统的设计指标和功率分配
• 4.1.1 设计指标
• 4.1.2 功放系统结构
• 4.2 前置级功率放大器的设计
• 4.2.1 设计指标的确定
• 4.2.2 器件的选择
• 4.2.3 器件的稳定性及其改善
• 4.2.4 输入、输出匹配网络的设计
• 4.2.5 仿真优化
• 4.3 驱动级功率放大器的设计
• 4.3.1 设计指标的确定
• 4.3.2 器件的选择
• 4.3.3 直流工作点的确定
• 4.3.4 直流偏置电路的设计
• 4.3.5 匹配网络的设计
• 4.3.6 仿真优化
• 4.4 末级功率放大器的设计
• 4.4.1 平衡功率放大器工作原理
• 4.4.2 设计指标的确定
• 4.4.3 器件的选择
• 4.4.4 直流工作点的确定
• 4.4.5 直流偏置电路的设计
• 4.4.6 匹配网络的设计
• 4.4.7 仿真优化
• 4.5 三级功率放大器系统设计
• 4.5.1 放大器的级间连接方式
• 4.5.2 S 参数仿真和优化
• 4.6 本章小结
• 5 射频功率放大器PCB 制板和电磁兼容性
• 5.1 射频PCB 设计的电磁兼容性问题
• 5.1.1 隔离与屏蔽
• 5.1.2 滤波
• 5.1.3 频率合成器数据线、时钟线、使能线的滤波
• 5.1.4 接地
• 5.1.5 布线
• 5.2 PCB 材料选择和微带线宽度计算
• 5.3 功放系统版图设计
• 5.4 本章小结
• 6 射频功率放大器的测试
• 6.1 测试仪器
• 6.2 测试方案
• 6.2.1 S 参数测量
• 6.2.2 输出功率、二次谐波参数测量
• 6.3 测试步骤
• 6.3.1 增益和驻波比测量
• 6.3.2 功率和谐波测量
• 6.4 测试结果
• 6.4.1 前置级放大器测试结果
• 6.4.2 驱动级放大器测试结果
• 6.4.3 末级放大器测试结果
• 6.4.4 功放系统测试结果
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集