物联网射频识别(RFID)技术与应用---补充

物联网射频识别（RFID）技术与应用射频基础知识点击此处结束放映与电子通信相关的射频概念1史密斯圆图2S参数3ADS设计与仿真举例4物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映与电子通信相关的射频概念1物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.1射频的概念1、什么是射频射频广义地说，可以向外辐射电磁信号的频率称为射频；是指该频率的载波功率能通过天线发射出去（反之亦然），以交变的电磁场形式在自由空间以光速传播，碰到不同介质时传播速率发生变化，也会发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等，引起各种损耗。在金属线传输时具有趋肤效应现象。该频率在各种无源和有源电路中R、L、C各参数反映出是分布参数。信号采用的传输方式和信号的传输特性主要是由工作频率决定的。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2、什么是射频电路在电路设计中，当频率较高、电路的尺寸可以与波长相比拟时，电路可以称为射频电路。一般认为，当频率高于30MHz时电路的设计就需要考虑射频电路理论，而射频电路理论应用的典型频段为几百MHz至4GHz（现已大于4GHz），在这个频率范围内，电路需要考虑分布参数的影响，低频的基尔霍夫电路理论不再适用。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用50Hz的市电可以采用低频电路理论50Hz的市电属于ELF（极低频），对应的工作波长：6000km这个工作波长比电路的尺寸大得多，对此工作频率完全可以用低频的基尔霍夫电路理论进行电路设计。2.4GHz无线局域网必须采用射频电路理论无线局域网的工作频率为2.4GHz，对应的工作波长为：12.5cm这个工作波长比电路的尺寸可以相比拟，在此工作频率下，低频的基尔霍夫电路理论不再适用，而应该用射频电路理论设计。点击此处结束放映/6000cfkm/12.5cfcm物联网射频识别（RFID）技术与应用3、长线和短线的概念图（a）表示的是半波长的波形图，AB是线上的一小段，它比波长小得多。由图可见，线段AB上各点的电流或电压的幅度和相位几乎不变，此时的线段AB是一段“短线”。如果频率很高，虽然线段AB的长度相同，但在某一瞬时线上各点电流或电压的幅度和相位均有很大变化，如图（b）所示，此时的线段AB即应视为“长线”.我们把传输线的几何长度（L)与其上传输电信号的波长（λ）之比L/λ，称为传输线的相对长度或者叫电长度。点击此处结束放映ABAB(a)(b)电流电压沿线分布图（a）短线情况（b）长线情况物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映图1.1终端短路的传输线10cm1000km物联网射频识别（RFID）技术与应用图1.1所示的是终端短路传输线，根据射频电路理论会得到距离短路终端l处的阻抗为（1-1）式中Z0为常数，Z0的取值范围一般为几十到几百之间。式（1-1）改变了低频电路理论的观点，因为低频电路理论会认为Zin=0。下面对式（1-1）加以数值分析。点击此处结束放映ljZZin2tan0物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映集肤效应在电路中信号是通过导体传输的，导体存在集肤效应。所谓集肤效应是指当频率升高时，电流只集中在导体的表面，导体内部的电流密度非常小。集肤效应使导线的有效导电横截面积减小，交流电阻增加。集肤效应如图1.2所示图1.2集肤效应物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映可以用趋肤深度描述集肤效应的程度。趋肤深度δ定义为式中μ为导体的磁导率，σ为导体的电导率，导体内的电流主要集中在导体表面的趋肤深度内。在射频电路中，集肤效应引起电路损耗急剧增加，必须考虑分布电阻对射频电路的影响。射频电路主要应用在无线通信领域。1f物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映低频和射频的关系低频电路理论只适用于低频电路设计，射频电路理论有更大的适用范围，低频电路理论是射频电路理论的特例。低频电路理论称为集总参数电路理论；射频电路理论称为分布参数电路理论，分布参数是射频电路的最大特色。物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映射频电路的分布参数从正弦交流（AC）电路分析中可以知道，电感L（1nH）和电容C(1pF)的电抗XL和XC与频率有关。(1)当(2)当结论：低频时1nH电感相当于短路，1pF电容相当于开路；3GHz时它们的影响必须考虑。100fHz时9791221006.280111.59210010101010LcLCXX3fGHz时999122318.81153.12310101010LcLCXX物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映•传输线上的分布参数•低频时什么都不用考虑，当频率达到射频以后，传输线上直导线的电感分布不可忽略，2根直导线之间的电容分布也不可忽略，等效为b图。射频电路认为传输线上到处分布着电感和电容，所以射频电路也称为分布参数电路。由于分布参数的存在，传输线上电压、电流和阻抗的分布与低频电路完全不同，射频传输线上信号出现了波动性，并导致反射产生，因此需要建立射频电路理论体系。图1.3一段传输线物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映均匀传输线方程–传输线方程是研究传输线上电压、电流的变化规律，以及它们之间相互关系的方程。对于均匀传输线，由于分布参数是沿线均匀分布的，所以只考虑线元dz的情况。图1.4传输线上电压和电流的定义及其等效电路物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映,,,,,,ztvzdztvztdzziztizdztiztdzz物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映线元dz可以看成集总参数电路，则线元dz上的电压和电流有如下关系：对右上节点列KCL：,,,,,,,,vzdztiztizdztGdzvzdztCdztiztvztvzdztRdziztLdzt对假想回路列KVL方程：物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映带入上页方程组，然后略去二阶无穷小量和dz后得：（1-2）式（1-2）称为均匀传输线方程，又称为电报方程。,,,,,,vztiztRiztLztiztvztGvztCzt,,,,,,ztvzdztvztdzziztizdztiztdzz物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映研究均匀传输线在始端电源角频率为的正弦时间函数时电路的稳态分析：式（1-2）可以写成：..,Re2,Re2jtjtvztVziztIzee......dRjLIZIdzdGjCVYVdzVI物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映其中：由于，仅为距离z的函数，所以对u,i的偏导数可以写成全导数。所以偏微分方程组就成了上面的全微分方程组。上式再对z取一次导数得：ZRjLYGjC为单位长度阻抗为单位长度导纳.V.I...22...22dRjLIdZdzdzddGjCVdYdzdzddVIzdVIz物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映将一阶微分式代入二阶微分式得：二阶齐次线性微分方程的解为：令.2.2.2.2ZYVdZYIddVzdIzRjLGjCj.2.22.2.22VdIddVzdIz.12.1201zzzzVzAeAeIzAeAeZ物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映–传播常数传播常数γ是描述传输线上入射波和反射波的衰减和相位变化的参数。传播常数的一般公式为由于讨论限于射频波段，而且传输线一般不长，可以把传输线当成无耗传输线来处理。对于无耗传输线对于射频低耗传输线jCjGLjR0LC2200GZZRLC物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映–上述均匀无耗传输线方程是常系数二阶线性微分方程，它们的通解具有下列形式：–（1-3）–A1e－jβz表示向+z方向传播的行波，A2ejβz表示向-z方向传播的行波，传输线上电压的解呈现出波动性。.12.1201jzjzjzjzVzAeAeIzAeAeZ物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映传输线的二种边界条件图1.4传输线的边界条件物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映•1.已知传输线终端电压V2和终端电流I2•这是最常用的情况。将带入（1-3）式得代回（1-3）式得上式中，上式变换成正弦函数形式得到：220220cossinsincosVzVzjIZzVIzjzIzZ22,,zlVlIlVI2021202222jljlVIZeAVIZeA-,zlzz是由终端算起的坐标202022202022002222jzjzjzjzVzIzVVIZIZeeVVIZIZeeZZ（1-5）（1-4）物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映2.已知传输线始端电压V1和始端电流I1始端带入（1-3）式得（1-6）zjzjzjzjeZZIVeZZIVzIeZIVeZIVzV001100110110112222110,0,0zVIVI将1011101222VIZAVIZA物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映1、反射系数传输线上的波一般为入射波与反射波的叠加。波的反射现象是传输线上最基本的物理现象，传输线的工作状态也主要决定于反射的情况。为了表示传输线的反射特性，引入反射系数Γ。物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映•反射系数Γ的定义及表示式反射系数是指传输线上某点的反射电压与入射电压之比。反射系数为（1-7）VzIzzVzIz物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映2020222220202222002222VVIZIZVVVVIZIZIIZZ和和对于式（1-4），令式（1-4）简化为：2222jzjzjzjzVzzzIzzzVeVeVVeeIIII=1+=1+=1-=1-zVzzzzzzzzIzzzzzzzVVVVVVIIIIII（1-8）物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映终端反射系数为:距离终端处的传输线上的反射系数为：22022202LjLLVIZeVIZVV2222=LjzjzjzLLjzzezeezeVVVVz物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映综上所述，可以得到如下结论：–（1）反射系数随传输线位置变化。–（2）反射系数为复数，这反映出反射波与入射波之间有相位差异。–（3）无耗传输线上任一点反射系数的模值是相同的，说明无耗传输线上任一点反射波与入射波振幅之