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汽车门禁射频接收器阻抗匹配介绍

汽车门禁射频接收器阻抗匹配介绍

1 介绍
目前在汽车领域基本上都实现了遥控钥匙进入、无钥匙进入,启动的方式。无论是RKE (Remote Keyless Entry) 还是PKE (Passive Keyless Entry) 系统,都会用到UHF接收模块。而UHF模块的设计对整个系统性能来说起着非常重要的作用。

UHF 接收模块一般由一下几部分组成:天线,声表面波滤波器(SAWF,可选),外部低噪声放大器(Ext. LNA,可选), UHF接收芯片(UHF Receiver),以及这些元器件之间的阻抗匹配电路。如Fig 1.


对于整个接收模块来说,在PCB设计好的情况下,硬件上性能的优化,主要就集中在了如何进行各个子模块之间的阻抗匹配,使得信号在各个模块之间传输时损失最小。这篇文章主要来谈一下UHF接收模块的阻抗匹配的方法。


总体上来说,阻抗匹配有两种方式:一种是直接匹配,另一种是间接匹配。

所 谓直接匹配,就是说把系统前级模块的输出阻抗和下级模块的输入阻抗,只通过一个匹配网络,直接进行匹配。 如Fig 2所示。由于匹配的目的是要得到最优的功率传输,所以这个匹配又可以叫做功率匹配或者共轭匹配。例如,假设前级模块的输出阻抗是Zo=x+jy ohm, 后级模块的输入阻抗是Zin=a+jb ohm,通过匹配网络后,从前级模块输出往后级看去阻抗为Zo’=Zo*,即Zo’=x-jy. 这样前后级就可以说共轭匹配就完成了。


间接匹配,如Fig 3所示。把前级输出阻抗和后级输入阻抗,分别匹配到50ohm。这样前后级就通过50ohm这个“中间人”匹配到了一起,这就是所谓的间接匹配。

对于系统来说,决定是选择直接匹配还是间接匹配有很多因素要可虑。一般来说,直接匹配优点主要是所需匹配元器件少,损耗自然也会小一点,占用PCB空间小, 易于PCB设计;缺点是有时前级的输出阻抗比较难测量,只能通过查询相关的规格书来得到,结果有可能会误差比较大;由于模块间是任意阻抗的匹配,而一般 RF测试设备都是50ohm输入/输出阻抗,想测试每个模块节点间的性能就很不方便。相反,间接匹配需要更多的匹配元件,占用更多的PCB空间;但优点同 样突出,由于模块间都是匹配到50ohm,每个模块节点的性能测试起来都比较方便。

本文将以下面的 (Fig 4) 模块构架为例来介绍如何进行一步一步的匹配。可以看出里面既包含了间接匹配又包含直接匹配。

2 阻抗匹配的步骤
在实验室进行阻抗匹配一般需要用到的设备是:网络分析仪(用于阻抗的测试和匹 配),RF 信号发生器(用于匹配后性能的测试和确认),SmithChart仿真软件,有时还会用到数字型号发生器。在汽车门禁系统,一般用到的频段是 315MHz, 434MHz, 868MHz, 915MHz,我们以434MHz频段为例来说明整个流程。

本文以下面的 (Fig 4) 模块构架为例来分部介绍如何进行阻抗匹配。


阻抗匹配的流程一般为:天线模块的匹配,射频接收器和SAWF 输出匹配,SAWF输入端的匹配。

2.1 天线匹配
由于使用天线总类不同,天线的阻抗也会有很大不同,要么表现为感性阻抗,容性阻抗或者纯电阻。假设测出来的天线阻抗是Zant=20+j200,来看一下如何进行匹配。

从Zant到50ohm阻抗转换有很多种拓扑结构,以最少元器件原则一般L型网络就可以实现。那具体L型网络的L&C, C&L, C&C, L&L的分布,可以按照具体要选择高通滤波型,低通滤波器型,带通滤波器或者是隔直流型等形式。

通过SmithChart 仿真器仿真 (Fig 5)可以看到,天线通过串联2.1pF和并联一个9pF的电容,在Fig 4的A点可以得到ZA=50ohm的阻抗。这种匹配是最经济的一种方法,只要两个电容就可以实现。


然而如果既要完成阻抗匹配,又要实现低通滤波效果。
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