一種基于RF能量檢測的Sub-1G射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于RF能量檢測的Sub-1G射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方法，其中，基于RF能量檢測，調(diào)整二階橢圓函數(shù)低通濾波器中的元件參數(shù)值的步驟具體包括以下步驟：獲取信道能量值；計(jì)算無線信號(hào)在傳輸線路上的能量損耗及節(jié)點(diǎn)間的通信距離；根據(jù)計(jì)算出的傳輸線路上的能量損耗和節(jié)點(diǎn)間的通信距離，調(diào)整二階橢圓函數(shù)濾波器的元件參數(shù)值。本發(fā)明設(shè)計(jì)的Sub-1G射頻前端電路穩(wěn)定性和可靠性高，并可以基于RF能量檢測，調(diào)整二階橢圓函數(shù)低通濾波器中的元件參數(shù)值，通過更換射頻電路中的實(shí)際電子元件值來達(dá)到傳輸線及負(fù)載的阻抗與射頻源阻抗相匹配，實(shí)現(xiàn)了最大發(fā)射功率的傳輸。
【專利說明】一種基于RF能量檢測的Sub-1 G射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù) 調(diào)整方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及射頻【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于RF能量檢測的Sub-1G射頻前端電 路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方法。

【背景技術(shù)】
[0002] Sub-IG頻段是我們國家的免申請段發(fā)射接收頻率，可直接使用，穿透性強(qiáng)，適用于 障礙物較多、需要無線傳輸?shù)膽?yīng)用。Sub-1G按照無線傳輸頻段又可細(xì)分為433MHz、470MHz、 868MHz、915MHz四個(gè)系列。相比于2.4G頻段，Sub-IG頻段在覆蓋效果和容量之間效果更 佳，目前被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信和無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
[0003] 現(xiàn)有的射頻前端電路一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性低，傳輸線上的功率 損耗大，并且電路中的元件參數(shù)值是理論算出來的，實(shí)際效果大不理想，而現(xiàn)有技術(shù)又不存 在對射頻前端電路的元件參數(shù)值的調(diào)整的技術(shù)方案。因此，現(xiàn)有的射頻前端電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 不合理，并且不能基于RF能量檢測調(diào)整電路的元件參數(shù)值，從而不能實(shí)現(xiàn)最大發(fā)射功率的 傳輸。
[0004] 因此，需要一種能夠有效地設(shè)計(jì)Sub-IG射頻前端電路并且能夠調(diào)整電路元件的 參數(shù)的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為此，本發(fā)明提出一種基于RF能量檢測的Sub-IG射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整 方法，可充分地消除由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺陷導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題。
[0006] 本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)、目的和特性，一部分將在下面的說明書中得到闡明，而另一部 分對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過對下面的說明的考察將是明顯的或從本發(fā)明的實(shí)施中 學(xué)到。通過在文字的說明書和權(quán)利要求書及附圖中特別地指出的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明 目的和優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明提供了一種基于RF能量檢測的Sub-IG射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方 法，所述方法具體包括以下步驟：
[0008] 步驟1，計(jì)算Sub-IG射頻前端電路中的傳輸導(dǎo)線的寬度；
[0009] 步驟2,設(shè)計(jì)二階橢圓函數(shù)低通濾波器，所述二階橢圓函數(shù)低通濾波器由2個(gè)諧振 電感、2個(gè)諧振電容和3個(gè)稱合電容組成，其中，第一諧振電感（L1)和第一諧振電容（C1)并 聯(lián)形成第一 LC并聯(lián)諧振器，第二諧振電感（L2)和第二諧振電容（C2)并聯(lián)形成第二LC并 聯(lián)諧振器，第一 LC并聯(lián)諧振器和第一端口之間通過第一耦合電容（C3)接地，第一 LC并聯(lián) 諧振器和第二LC并聯(lián)諧振器之間通過第二耦合電容（C4)接地，第二LC并聯(lián)諧振器和第二 端口之間通過第三耦合電容（C5)接地；
[0010] 步驟3,設(shè)計(jì)L型匹配網(wǎng)絡(luò)并計(jì)算出L型匹配網(wǎng)絡(luò)中電容和電感的參考值；
[0011] 步驟4,基于RF能量檢測，調(diào)整二階橢圓函數(shù)低通濾波器中的元件參數(shù)值；所述步 驟4具體包括以下步驟：
[0012] 步驟4. 1，獲取信道能量值；
[0013] 步驟4. 2,計(jì)算無線信號(hào)在傳輸線路上的能量損耗及節(jié)點(diǎn)間的通信距離；
[0014] 其中，通過公式PL = P(T)_P(R)來計(jì)算能量損耗，其中，P(T)為發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的能 量值，P(R)為接收數(shù)據(jù)的能量值；將計(jì)算出的PL代入以下公式來計(jì)算出節(jié)點(diǎn)間的通信距 離：
[0015] ?1^ = 32.44+20*1(^((1)1〇11+20*1(^&)]\1取，其中，頻率€為 433厘?。?br> [0016] 步驟4. 3,根據(jù)在步驟4. 2中計(jì)算出的傳輸線路上的能量損耗和節(jié)點(diǎn)間的通信距 離，調(diào)整二階橢圓函數(shù)濾波器的元件參數(shù)值。
[0017] 優(yōu)選的，所述步驟1具體包括：根據(jù)以下公式計(jì)算傳輸導(dǎo)線的寬度W :
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于RF能量檢測的Sub-IG射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方法，所述方法具體 包括以下步驟： 步驟1，計(jì)算Sub-IG射頻前端電路中的傳輸導(dǎo)線的寬度； 步驟2,設(shè)計(jì)二階橢圓函數(shù)低通濾波器，所述二階橢圓函數(shù)低通濾波器由2個(gè)諧振電 感、2個(gè)諧振電容和3個(gè)耦合電容組成，其中，第一諧振電感（LI)和第一諧振電容（Cl)并聯(lián) 形成第一LC并聯(lián)諧振器，第二諧振電感（L2)和第二諧振電容（C2)并聯(lián)形成第二LC并聯(lián) 諧振器，第一LC并聯(lián)諧振器和第一端口之間通過第一耦合電容（C3)接地，第一LC并聯(lián)諧 振器和第二LC并聯(lián)諧振器之間通過第二耦合電容（C4)接地，第二LC并聯(lián)諧振器和第二端 口之間通過第三耦合電容（C5)接地； 步驟3,設(shè)計(jì)L型匹配網(wǎng)絡(luò)并計(jì)算出L型匹配網(wǎng)絡(luò)中電容和電感的參考值； 步驟4,基于RF能量檢測，調(diào)整二階橢圓函數(shù)低通濾波器中的元件參數(shù)值；所述步驟4 具體包括以下步驟： 步驟4. 1，獲取信道能量值； 步驟4. 2,計(jì)算無線信號(hào)在傳輸線路上的能量損耗及節(jié)點(diǎn)間的通信距離； 其中，通過公式
來計(jì)算能量損耗，其中，P(T)為發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的能量值， P(R)為接收數(shù)據(jù)的能量值；將計(jì)算出的PL代入以下公式來計(jì)算出節(jié)點(diǎn)間的通信距離：
，其中，頻率f為433MHz; 步驟4. 3,根據(jù)在步驟4. 2中計(jì)算出的傳輸線路上的能量損耗和節(jié)點(diǎn)間的通信距離，調(diào) 整二階橢圓函數(shù)濾波器的元件參數(shù)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RF能量檢測的Sub-IG射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方 法，其特征在于，所述步驟1具體包括：根據(jù)以下公式計(jì)算傳輸導(dǎo)線的寬度w:
其中，Ztl = 50Q，其為期望的Sub-IG射頻前端電路中的傳輸線的特性阻抗，
為自由空間的波阻抗，h為PCB板的厚度，eeff是由下述計(jì)算公式給出的 有效介電常數(shù)：
〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RF能量檢測的Sub-IG射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方 法，其特征在于，所述步驟2具體包括： 步驟2. 1，根據(jù)查表獲知二階橢圓函數(shù)濾波器原型的各個(gè)歸一化參數(shù)值gl，g2,g3 ; 步驟2. 2,計(jì)算歸一化f禹合系數(shù)k12. . . ，其中，
^其中n= 3 ; 步驟2. 3,計(jì)算濾波器f禹合系數(shù)K12. . .Kn_1>n，其中，
，n= 3,其中，Af 為帶寬，為中心頻率； 步驟2. 4,適當(dāng)選擇諧振器的諧振電感（LI,L2)的值； 步驟2. 5,計(jì)算第一端口和第二端口的端口特性阻抗，其中： 第一端口的特性阻抗計(jì)算公式為：
， 第二端口的特性阻抗計(jì)算公式為：.
，n= 3; 步驟2. 6,根據(jù)下述公式計(jì)算諧振器的諧振電容（Cl,C2)的值C__tOT :
步驟2. 7,根據(jù)下述公式計(jì)算各個(gè)耦合電容器（C3,C4,C5)的值：
步驟2. 8,將端口阻抗變換成所要求的特征阻抗。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于RF能量檢測的Sub-IG射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方 法，其特征在于，在步驟2. 4中，選擇的諧振電感值為6. 8nH。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于RF能量檢測的Sub-IG射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方 法，其特征在于，在步驟2. 8中，所要求的特征阻抗為50Q。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RF能量檢測的Sub-IG射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方 法，其特征在于，通過讀取微控制器的寄存器的能量值字段并將讀取到的能量值轉(zhuǎn)換為信 號(hào)強(qiáng)度，來獲取信道能量值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RF能量檢測的Sub-IG射頻前端電路設(shè)計(jì)及參數(shù)調(diào)整方 法，其特征在于，步驟4. 3中所述的調(diào)整二階橢圓函數(shù)濾波器的元件參數(shù)值進(jìn)一步包括：首 先調(diào)整以0. 2NH為調(diào)整步長調(diào)整諧振電感Ll或L2的值，然后以0. 3PF或0. 4PF為調(diào)整步 長調(diào)整耦合電容C3或C5的值。
【文檔編號(hào)】H04B1/40GK104242980SQ201410440176
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】王宜懷, 胡宗棠, 劉輝 申請人:蘇州大學(xué)