RF系统

RF系统（精选11篇）

RF系统 篇1

引言

随着射频技术在通信领域的迅猛发展, 对微波测控仪器的需求量也大大增加, 台湾茂迪公司生产的RF2000射频训练系统是一套完善的无线射频电路技术的训练设备, 它能提供一个基本而完善的训练方案, 是集频率计、功率计及散射参数 (S参数) 测量仪于一身的射频测量仪器, 适用于高等院校、科研单位的通信、雷达、导航、测控等专业实验室使用。

1. 散射参数 (S参数) 的物理意义和测量

S参数是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数, 适于微波电路分析, 以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。测量时利用一个具有完全确定阻抗的信号源, 该阻抗值应等于系统阻抗, 且被测器件的所有端口也都接同样的阻抗, 图1给出了一个二端口被测器件。

如果发生器连接到端口1, 一个匹配负载连接到端口2, 那么器件的入射波V1+, 从器件返回端口1的反射波为V1-, 通过器件传往端口2的信号为V2-, 负载的反射波为V2+ (对于匹配负载, 其值为零) 。利用这些电压波定义的S参数如下:

将信号发生器移到端口2并接端口1, 就能测出另外两个端口的S参数为

2. 发射、接收系统综合测量和分析

在无线收发系统的设计中, 第一个要处理的是频率问题。本系统设计各部分的频率规划如下:1) 、基频频宽:6MHz (符合A V讯号频宽) ;2) 、中频频带:6 1.2 5±6 M H z (符合NTSC-M CH03规格) ;3) 、射频频带:915±13MHz (符合ISM-900 Band限制) ;4) 、本振频带:853.75±7MHz (依中频及射频频带限制所定) 。

第二要处理的是功率问题, 以决定出各级电路的增益规格。下面是本系统的相关规格:1) 、无线传输的最少距离:1 m, 2) 、选用微带天线及其增益约0 d B, 3) 、发射端中频讯号的最低输入功率:-20d Bm, 4) 、接收端中频讯号的最低输出功率:-30 dBm, 5) 、选择单转频收发系统的结构 (这类只经过一个混频器降频/升频的电路结构成为单转频组态) 。

系统的综合测量主要是对单个模块的功率、频率以及反射损耗 (S1 1) 和插入损耗 (S2 1) 进行测量, 以及信号传输的过程中对发射机和接收机组成的系统进行评估。在测量的过程中以RF-2000作为测量设备, 用RS232接线将个人电脑与R F-2 0 0 0连接起来, 设定“R E M M O D E”并运行S c o p e-2000软件, 对反射损耗和插入损耗与频率的关系进行图形的绘制和处理。

2.1 信号发射部分

在无线通讯中, 射频发射器担任着重要角色, 此部分是由AV-TV转换器、本地振荡器、升频器、射频带通滤波器、功率放大器以及微带片型天线构成。

其工作原理是先将影音信号提取后, 经由影音电视调变器调变成NTSC-M电视系统中第三频道 (CH03) 讯号:主载波频率61.25MHz, 副载波为4.5MHz。称此信号为中频信号。接着再将中频讯号经由升频器与频率为853.75MHz的本地振荡器讯号混频成两个射频讯号。分别是频率915MHz的上射频及频率7 9 2.5 M H z的下射频。混频后的射频信号, 再经中心频率915MHz且频带为±13MHz的射频带通滤波器把上射频信号留下, 而把下射频滤除。再经由功率放大器把上射频信号的功率放大, 最后由频带为915MHz的微带片型天线把信号辐射到空气中, 完成传输系统的信号的发射。

射频带通滤波器模块的反射耗损 (S11) 和插入耗损 (S21) 进行测量, 测试结果如图2。

反射信号最小的频段通常是大部分入射功率被辐射出去的频段, 因此可以确定模块的有用频段。图2左图的反射损耗 (S11) 的测量结果可以看出该射频带通滤波器的中心频率为915MHz左右, 频带宽±13MHz左右, 反射损耗都小于等于-4dB, 最小接近了-20d B;由图2右图插入耗损 (S2 1) 测量结果可以看出同样在中心频率约为915MHz左右, ±13MHzMHz的带宽内, 其插入增益是最大的, 大于等于-3dB, 并接近0dB, 满足了滤去下射频信号, 得到需要的915MHz左右的射频信号的要求。

利用RF-2000的功率测量模式测量射频带通滤波器模组的输出功率是否为-30dBm左右。若否, 则再次检验各模组的符合测试规格。高频功率放大器将最终发射信号进行功率放大, 以得到所需要的功率值, 送到天线发射, 保证在一定区域内的接收机可以受到满意的信号电平发射机功率放大器 (PA) 用于发射机的末级, 它输出的信号经匹配电路传输到天线, 由天线将高频信号转化为高频电磁波辐射出去。

将功率放大器模组接于带通滤波器模组之后, 利用R F-2000的功率测量模式测量其输出功率是为-15dBm左右。满足对规格的要求, 若否, 再次检验率放大器模组是否符合测试规格。将微带天线模组接于功率放大器模组输出端, 如此完成发射部分的测量。

2.2 信号接收部分

射频前端接收器的基本电路结构, 共可分为天线、射频低噪声放大器、降频器、中频滤波器、本地振荡器。讯号接收部分方块图如图3。

其工作原理是将发射端所发射的射频信号由天线接收后, 经放大器将功率放大, 再送入降频器与本地振荡器混波后由中频滤波器将设计所要的频段信号滤出, 再经过中频放大器将讯号放大后, 送到基频电路部分解调出所需要的信息信号。

接收链路中紧靠天线的放大器接收微弱的电信号, 也可能同时存在强干扰信号, 利用低噪声放大器把系统噪声系数降至最低。初级RF放大器分配足够的增益或减少链路其余的次级噪声输出, 典型值为15d B (噪声因子为30) 的初级增益通常足以保证初级为低噪声放大器 (LNA) 。低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号, 降低噪声干扰, 以供系统解调出所需的信息数据, 所以低噪声放大器的性能优劣对整个通信接收机来说是至关重要的。

我们现在对低噪声放大器反射耗损 (S1 1) 和插入耗损 (S2 1) 进行测量, 见图4。

将微带天线模块接到低噪声放大器模组的输入端, 接好电源, 将接收端天线放置距离发射端天线约10cm, 利用RF2000的功率测量模式测量此模块的输出功率为-15dB。本机振荡器产生一个始终比接收信号高 (或低) 一个中频频率的振荡信号, 射频放大器的目的是隔离混频器, 同时在混频之前将信号放大。这种放大可以补偿混频器和带通滤波器中的损耗。射频放大器的主要特点是改进了混频器电路与天线电路之间的隔离。混频后的输出射频频率为:

3 RF2000系统模块实验和组合实验

通过对完整的系统实验模块进行拆分、重组, 实现对单个模块和组件的测量:如传输线实验, 射频匹配实验, 功率衰减器实验, 功率分接器实验, 方向耦合器实验, 滤波器实验, 放大器实验, 振荡器实验, 压控振荡器实验, 微条天线实验等等, 这些实验主要对单个模块的输出频率和输出功率以及模块的S11和S21进行测量, 了解各个模块的基本原理和设计方法;通过若干个模块的组合, 在模块的搭配过程中尝试性的进行发射或接收系统组合实验。

如在接收机系统中, 由于接收机工作环境恶劣, 设计和实现考虑的因素较多, 从方案设计上保证设备的可靠性和可实现性是根本。因此, 接收机的方案设计力求简洁、电路性能易于实现且可靠性高。对于接收来说, 滤波器的耗损基本上等于其噪声系数, 并且通常都是放置在LNA之前。LNA的接入可以将混频之前的信号进行放大, 用于补偿混频器和带通滤波器中的损耗;还可以隔离混频器, 改善天线电路与混频器/振荡器电路之间的隔离性能。

对于降频混波器而言, IF输出的讯号频率由LO与RF两输入讯号相减而得, 为了改善镜频抑制和频率选择性的缺陷, 我们可采用变中频外差式技术, 我们就可以把模块进行组合, 如图5。

先将射频信号降到第一个较高的中频, 再将信号将至较低的第二中频, 利用第二中频滤波器去加强频道选择的效果, 镜频抑制能力和变频的级数以及第一中频频率有着很复杂的数学关系, 增加变频级数和使用较高的第一中频频率都有利于提高镜频抑制, 如此便可造成较佳的频道选择。因此比起简单型外差式多了额外的第二中频。这样便可同时造成较好的镜频抑制与频道选择性。

4 结语

通过对RF2000射频训练系统的使用和无线音频视频传输系统的调试, 了解发射机的带通滤波器和接收机的低噪声放大器及整个系统的工作原理, 同时射频电路结构、参数测试方法与技巧展现开来, 培养了学生对高频基本模块电路的认知和理解能力, 以及对高频发送、接收整体系统的连接与调试能力。

摘要：本文介绍了RF-2000射频训练系统 (台湾茂迪公司) 在高校实验教学中的应用, 从结构上分析了RF-2000射频训练系统搭建的射频发射系统和接收系统。通过对完整的系统实验模块进行拆分、重组, 实现对单个模块和组合模块的测量, 并以系统实验、模块实验、组合实验的形式, 直观方便地获取射频系统的基本原理、工作模式、基本结构以及参数的测量方法。

关键词：射频测量,S参数,实验测试,实验教学

参考文献

[1]徐建, 孙大有.无线接收机RF前端研究[J].东南大学学报.2000, 30 (3) :136-140.

[2]万吉娜.AT-RF3020射频实训系统在射频实验教学中的应用[J].国外电子测量技术.2008, 27 (12) :58-60.

[3]吴群, 宋朝晖.微波技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.2004, 2.

[4]陈剑, 房兆路等.RF2000射频测量系统的设计[J], 现代电子技术.2004, (13) :101-103.

[5]多布金 (Dobkin, D.M.) 著.无线网络射频工程.硬件、天线和电波传播[M].北京:北京邮电出版社.2008, 10.

[6]王良江, 冯全源.1.8GHz CMOS有源负载低噪声放大器[J].电子器件.2005, 128 (3) :494-496.

RF系统 篇2

射频研发工程师/射频应用工程师/射频测试工程师

个人技能

1.对射频概念和原理有较深理解, 熟悉Smith圆图，S参数，传输线的原理及应用。熟悉VNA(ZVB8, E5071C)的使用.2.了解RF元器件的基本原理及性能指标（PA,SAW ,Mixer,VCO,Filter等），熟悉无线终端射频产品的发射/接收机解决方案与架构，了解AFC,APC,AGC的基本原理。熟悉射频调试.(TX: PA input/output matching.RX: SAW input/output matching等).3.熟悉GSM/WCDMA系统原理,熟悉无线终端产品射频的ETSI测试指标(GSM/WCDMA/CDMA2000)、测试方法及常用RF仪器使用（CMU200，频谱仪(FSQ,FSV), Power Sensor/Meter，STR4500，GSS6100）。

4.熟悉无线终端产品的开发流程，熟练掌握基本工具的使用(orcad，allegro，CAM350),了解RF部分layout的基本原理，熟悉TXline和Smith Chart一些辅助工具的使用。

5.具备基本的英语听、说、读、写能力，能够与国外客户进行技术上的交流与邮件往来。

工作经历

2008/07--至今：富士康 | 无线/射频通信工程师

(1)2008.07 ~ 2009.06GSM手机RF开发(NXP，TI平台)

工作内容：

1.RF元器件选型与特性验证。

2.原理图绘制。

3.辅助layout工程师布线

4.产品RF性能测试与调试

5.生产线测试及失效分析

(2)2009.06 ~至今 OEM Project——生产测试与失效分析（GSM / WCDMA / GPS: Qualcomm）工作内容：

1.GSM/WCDMA/GPS RF性能验证与失效分析

2.RF生产线测试环境的假设，维护与异常处理。

教育经历

2004/09--2008/07：西安理工大学| 电子信息科学与技术（专业：通信工程）| 本科

技能专长

第一外语：英语水平：熟练

听：熟练 | 说：良好 | 读：良好 | 写：熟练

等级考试：大学英语考试四级成 绩：447

等级考试：大学英语考试六级成 绩：483

自我评价

RF旋转阀电机故障处理经验共享 篇3

【摘 要】RF旋转阀在电机（0.4kV）的驱动下，经减速机带动主轴上的叶轮旋转，把物料从上部料仓通过叶轮槽内旋转的叶轮带动出料口均匀地送出去，每天RF旋转阀电机开、停机共4次，一个月开、停机共120次之多，这样频繁启动，值得我们去深思、去研究。

【关键词】旋转阀；综保3UF50；接触器；Signal Matching；Timer；Truth Tables；不平衡

0.引言

RF旋转阀电机在后造粒系统中起着至关重要的作用，一旦停机，不能及时复位，就会造成挤压机联锁停车，为了更好的维护和故障处理，避免在今后增加故障率，在此对发生的故障现象及处理过程进行分析，和大家一起分享。

1.故障现象

2012年9月5日由于RF旋转阀电机由于不平衡保护动作停机，没能及时复位，导致主机停机，造成造粒装置停工。对电动机和线路检查都正常，决定对电机不平衡动作时间进行调整。

2013年1月7日后台监控报RF旋转阀电机不平衡动作，值班员立即到配电室进行复位，但挤压机还是联锁停车，造成后装置停工。联系工艺RF旋转阀电机停电后在配电室测量绝缘电阻为200MΩ，抽出配电柜检查一、二次接线良好。去现场开盖检查接线和用电桥测直流电阻分别为4.043Ω、4.055Ω、4.038Ω，判断旋转阀电机正常。决定更换低压综保3UF50和交流接触器，更换完毕，输入综保3UF50程序，将抽屉柜推至试验位绿灯亮，接通启动按钮，结果黄灯亮，将抽屉柜门上停止运行转换开关STOP打至“停止”位，红灯和黄灯一起亮，经过故障分析，最终调试正常。

2.故障原因分析

（1）为什么前期对不平衡保护设定了延时出口，在没有真正的发生不平衡时，保护依然出口跳车？经过对比新的不平衡保护延时程序，发现我们对综保3UF50程序理解有误。

我们的任务是将RF旋转阀电机的不平衡动作延时15S，若不平衡故障在15S内消失，保护就不出口动作。但从后台报文中分析这次事件，发现电机发生不平衡动作后，延时了15秒然后出口。

我们设定的程序是不平衡（[177]Warn.Asymmetry>40%）触发SignalMatching3， 然后SignalMatching3驱动Timer1，Timer1延时15秒后驱动Truth Tables。TruthTables驱动故障继电器K1跳车。通过分析旧程序，我们发现SignalMatching这个信号是需要复位才会消失，不是我们理解的触发信号消失了，Signal Matching出口也跟着消失。不平衡故障触发SignalMatching3后，这时不平衡故障消失，Signal Matching 3依然会出口。

新的程序是不平衡（[177]Warn.Asymmetry>40%）驱动Timer1， Timer1延时15秒触发SignalMatching3， SignalMatching3驱动Truth Tables.这样如果不平衡故障在15S内消失，Truth Tables就不会出口驱动故障继电器K1。

（2）接通启动按钮，结果黄灯亮，将抽屉柜门上停止运行转换开关STOP打至“停止”位，红灯和黄灯一起亮，分析其原因：

配电柜接线：由于图1控制原理图与图2实际接线的差异，在判断故障时出现偏差，导致故障复杂化，现结合控制原理图和实际接线分析问题所在，供大家共同思考，避免今后再犯同样错误。

更换接触器时，将黄灯X2线接至A点。试验位测试时接通启动按钮，KM线圈得电吸合，3UF50输出点7#端子得电，看图2发现由于红灯两端均为同相220V，所以红灯不亮。而黄灯与K1串联分压（实际测得K1线圈电压为10V左右），导致K1没有吸合，但黄灯亮。当将抽屉柜门上停止运行转换开关STOP打至“停止”位时，红灯和KM线圈串联，红灯上端X1带电，又将KM线圈吸合保持住，这时红灯和黄灯一起亮。最后将黄灯X2线接至B点，检查接线正常后通电测试正常。

（3）不平衡故障动作后，为什么要将不平衡故障延时出口。

我们装置已发现几起电机不平衡故障保护动作，随后的检查都未能发现故障，在电动机不平衡动作的原因中，许多文献和资料中均有阐述和说明，原因有三相电压不平衡，电机绕组匝间短路，电机绕组断路（或并联支路中一条或几条支路断路），三相匝数不相等，开关或接触器接触不良等。我们认为这几次不平衡故障保护动作（在开、停机过程中），交流接触器接触不良和负载是造成电动机不平衡动作的原因，但检查都未能发现故障，但是一旦动作就必须检查接线和设备（我厂已发现几起不平衡动作，检查发现端子及接线松动现象）。所以我们将不平衡故障保护动作延时出口。

3.结束语

对于比较重要的设备，频繁的开、停机，建议每年更换一次交流接触器。负载也是造成电动机不平衡动作的重要原因之一，为此停工时必须对料仓和旋转阀进行清理、维修。

另外，由于低压配电柜每一面盘有一总控制电源保险，若其中一面配电柜控制回路有短路现象，可能导致总控制电源保险熔断，造成事故扩大（幸好没有造成控制短路）。在处理故障或突发事件时，对工作中所存在的风险要认真识别。更换元器件完毕后，仔细核对接线正确性，当然有条件可以做试验平台，调试就更方便快捷。另外处理问题时谨慎从事，做到作业要受控。拆线要做到图文并茂，将没有线号的线与有线号的捆绑在一起，以免混淆，分不清楚，养成良好的习惯。

这起故障使我们对3UF50又有了新的认识。希望给大家带来有用之处。由于旋转阀电机是造粒装置最重要的设备，直接影响安全生产，所以了解其控制原理十分必要，可以提高故障处理的速度。旋转阀电机实际控制上还有一些问题，对一些突发的故障能够很快的分析出其原因并找出处理方法，并且灵活运用理论知识，针对不同情况的故障总结了不同的处理方法，这样就可以确保装置正常运转，使装置安全生产顺进行！

【参考文献】

[1]石油化工设备维护检修规程.第六册（电气设备）.

[2]电力安全工作规程.（变电部分）国家电网公司.

RF系统 篇4

随着科技的发展和人们对物质生活水平的要求不断提高,物联网渐渐进入人们的生活中。物联网是在互联网的基础上,利用射频标签与无线传感器网络技术,构建一个覆盖世界上所有人与物的网络信息系统。物联网中强调人与物、物与物之间信息的自动交互和共享。其最终目标要催生很多具有“计算、通信、控制、协同和自治”特征的智能设备与系统,实现实时感知、动态控制和信息服务,物联网的发展将促进社会经济发展模式的转变,推动产业的快速发展[1,2]。RFID技术是随着无线电技术和大规模集成电路的普及应用而出现的一项先进的自动识别和数据采集技术,是实现物联网的核心技术,有广阔的应用前景[3,4]。目前普遍使用的汽车遥控器只具有单向控制功能,随着物联网的发展,人们对汽车的控制要求越来越高,尤其在汽车的安全性和防盗方面,单向遥控器已不能满足人们的需要。基于RFID技术,本文采用新型射频芯片nRF24LE1设计了具有双向通信功能的汽车遥控系统。成本低廉、简单实用、具有双向通信功能的汽车遥控器有利于人们对汽车的状态进一步了解,有利于汽车防盗,必将成为汽车安防领域的研究热点。

2 系统硬件构成及主要功能

2.1 设计目标

设计能双向通信的汽车遥控器和车锁控制模块。遥控器和车锁控制模块作为智能设备,既能够向对方发送信息,又能够接收信息,能把车锁的实际状态反馈给车主。在有干扰器干扰的情况下,如锁车失败,可以用声音向车主报警。遥控器和车锁控制模块的通信使用跳频技术,无线通信频率随机发生改变,即使通信数据被截获,也无法通过复制密码来开锁。并在汽车防盗方面进行了考虑,增加了油路和点火装置控制继电器,在进行“锁车”时,同时将汽车的油路和点火线路切断,减少强行点火盗车的危险。

2.2 系统硬件构成

双向汽车遥控系统由车载控制模块部分和遥控器部分组成。系统设计核心采用新型射频级芯片梟RF24LE1,其内部集成了增强型8051单片机、16K程序存储器、无线收发模块nRF24L01等功能[5]。在使用中,只需要一片nRF24LE1和少数的外围元件就能完成射频收发功能和数据处理功能,大大减少了系统的体积。nRF24LE1模块部分是本设计系统的最重要部分。

车载部分电路主要由nRF24LE1模块、电源模块、输出继电器(进行车锁控制、汽车油路和点火控制)、输入继电器(读取车锁和车门的状态)构成。遥控器部分设计相对简单,主要由nRF24LE1模块、输入模块和输出模块(LED指示灯及蜂鸣器)构成。因为汽车内部供电电源为12V,而nRF24LE1的工作电压1.9V-3.6V,需要加设电源电路完成电压值的转换功能,采用AMS1117-3.3电源芯片来完成。系统结构如图1所示。

3 nRF24LE1芯片

nRF24LE1是挪威Nordic半导体公司于2008年9月9日推出的世界上最小、集成度最高的单片超低功耗2.4GHz射频系统芯片。通信频率为2.4GHz的频段是全球开放的ISM(工业、科学和医学)微波频段,其能量波束比较集中,携带信息量大,传输距离也更远,可以有效地避免低频段信号、各类电火花及家用电器的干扰。使用者无需申请许可证,便可自行开发和应用[6]。

nRF24LE1的工作频段为2.400-2.525GH,它把产业界中最好的2.4GHz收发器核(nRF24L01+)和增强型51内核单片机与16KB闪存集成在一块芯片上,用于超低功耗无线系统。它采用了抗干扰能力强的GFSK调制解调技术,片内自动生成报头和CRC校验码,具有出错自动重发功能[7]。采用该芯片设计的无线遥控系统具有电路简单、成本低、功耗小、速率高、传输距离远等优点。nRF24LE1模块部分的原理图如图2所示。

4 软件设计

双向通信的汽车遥控系统软件设计包括遥控器部分与车锁控制模块两部分。软件设计的关键是如何配置n R F 2 4 L E 1芯片,实现数据的收发和处理过程。nRF24LE1内部集成了单片机8051内核和无线收发内核nRF24L01+。8051内核的功能与普通单片机相似,nRF24L01+内核负责将数据打包和无线收发数据,而两者之间则通过内部的S P I接口建立通信,实现数据的交换[8]。

当车主通过遥控器发送锁车或开锁的信息时,nRF24LE1内置的8051通过SPI接口将控制信息传送给nRF24L01+无线收发模块,nRF24L01+使用增强型S h o c k B u r s t模式发出相应信息。车锁部分的n R F 2 4 L 0 1+接收到此信息,通过S P I接口传送给nRF24LE1内置的8051核获取控制信息,启动车锁控制电路,进行“开锁”或“关锁”的操作,并同时对汽车的油路和点火装置进行相应的控制,如果是关锁,将发动机点火和喷油的控制切断,即使短路点火,也无法将汽车发动起来,实现防盗功能。

遥控器发送控制命令后,定时器启动,车锁控制部分执行相应操作,并由输入继电器将车锁和车门的状态输入到车锁控制部分的n R F 2 4 L E 1模块,并通过nRF24L01+发送给遥控器,遥控器的nRF24L01+无线收发模块接收到反馈信息后,通过遥控器上的指示灯和不同的提示声音告诉车主,操作的结果,这样就实现了遥控器和车锁控制模块的双向通信。为确保通信的可靠性,每次操作都有请求命令和确认命令两部分,因为无线收发的速度非常快,以μs为单位,几秒钟内即可完成几次双向通信的过程。在实际操作中感受不到因为双向通信而造成的延时和滞后。

遥控器和车锁控制部分的程序分别采用keil c51软件进行编制,生成十六进制文件后下载到nRF24LE1芯片中。锁车指令的系统流程图如图3所示。

5 关键技术研究

5.1 双向通信

nRF24LE1收发模式有Shock-BurstTM收发模式和Enhanced ShockBurstTM收发模式两种,收发模式由器件配置字决定,对应的数据包格式也有两种,本设计应用了Enhanced ShockBurstTM收发模式实现汽车遥控器与车锁的双向通信。Enhanced ShockBurstTM数据格式如表1所示。

Enhanced ShockBurstTM数据包基于数据链路层,器件内部完成需要高速处理的R F协议,自动处理前导码和C R C校验码,发送数据时只需将数据放入发送数据缓冲区,器件会自行产生前导字符和CRC校验码,并将这些数据地址和地址信息、发送数据缓冲区的数据等组成一个数据包发送出去。接收数据时自动把前导码和CRC校验码移去[9]。

数据位由1 0个字节构成,每个字节代表不同的含义,如表1所示。其中data0和data9是数据的首尾标识,每次收发信息,都需要进行首尾字节的判断。data1指令是指遥控器发送的指令,设定为开锁或关锁,用不同的指令符代替。钥匙验证随机数和锁验证随机数是在遥控器和车锁控制部分随机产生的一组8位随机数,用于遥控器和车锁控制部分通信时,通信数据的确认。锁状态码设定两种:0xAA开关闭合,0x55开关打开。每次执行相应操作后,车锁控制部分都将锁的状态反馈给遥控器。

5.2 跳频

5.2.1 跳频原理

为了增加通信数据的保密性,防止通信数据被捕获,在软件编程上设计了跳频通信方式。跳频技术(Frequency Hopping)是收发双方传输信号的载波频率随机发生变化。与定制通信相比,跳频通信比较隐蔽且难以被截获,只要不清楚对方载波频率的变化规律,就很难截获其通信内容,不能对汽车系统进行干扰。一般的无线通信,收发双方必须在设定好的频率下工作,且频率值不能随时改变。nRF24LE1工作频段为2.400-2.525GH,在实际应用时,可以设定125个频率通道,只要保证每次操作时,收发双方必须使用相同的频率进行通信即可。通信频率可以按照如下公式进行设置[5]:

在软件编写时,只要设置RF_CH的值,芯片内部会自动按式(1)计算通信频率。我国2.4GHz免费频段处于2.4 0 5 G H z-2.4 8 3 5 G H z之间,所以在编程时,设置RF_CH为5-83之间的随机数。

5.2.2 具体实现过程

1)遥控器通讯过程如下:

(1)遥控器根据输入的按键信息,以固定的频率发送开/关锁信号,数据包中包含钥匙验证随机数,等待锁反馈信息;

(2)接收车锁控制模块的信息,根据接收到的锁验证随机数,计算跳频频率,更改无线收发模块的配置,以新的频率发送开/关锁信号,数据包中包含钥匙验证随机数和锁的验证随机数,

(3)等待开/关锁完成的数据包,将接收到的数据进行解析,以声光报警的形式提示开/关锁执行情况。

如果在3秒内,没接到回应数据包,表示通讯失败,声光提示用户。

2)锁通讯过程如下:

(1)车锁控制部分以固定的频率等待钥匙的开/关锁信息;

(2)当收到钥匙的信号后,发送开/关锁要求验证的数据包,数据包中包括钥匙的验证随机数和锁验证随机数,通过锁的验证随机数计算跳频率,以新的频率更改无线收发模块的配置,等待钥匙确认的数据包;

(3)接收到的数据包中包含钥匙验证随机数和锁的验证随机数均正确时,执行开关锁动作,并将车门和车锁的状态反馈给钥匙,并以原来固定的频率等待下一次钥匙的开/关锁信息。

5.3 节能设计

低功耗是人们进行电子设计必须要考虑的因素。n R F 2 4 L E 1特别适合低功耗产品的开发和设计。nRF24LE1有四种不同的工作状态,使用前必须进行相应的配置工作。通过配置CONFIG寄存器可把nRF4LE1配置为发射、接收、待机及掉电四种工作模式[10,11]。如表3所示。

当CONFIG寄存器的PWR_UP位,PRIM_RX位和RFCE位置1时,nRF24LE1进入接收模式。当CONFIG寄存器的PWR_UP位置1,PRIM_RX位置0,RFCE位置1时,数据在TX FIFO寄存器中等待发送,无线模块进入发送模式。在发送数据的过程中,保持这种工作状态,直到数据发送完毕。如果RFCE位置0时,则进入待机模式1,如果RFCE位置1,TX FIFO中有数据,则进行下一次发送过程,如果TX FIFO中没有数据,则进入待机模式2。

待机模式1主要用于降低电流损耗,在该模式下晶体振荡器仍然是工作的,并随时准备进入收发模式。RFCE位置0时,为待机模式1,当RFCE位置1时;进入收发模式。待机模式2则是在当F I F O寄存器为空且R F C E=1时进入此模式,如果有新的数据包到达T X FIFO寄存器;则在正常延迟130μs后进行数据的发送。在待机模式下,所有配置字仍然保留。掉电模式下电流损耗最小,同时nRF24LE1也不工作,但其所有配置寄存器的值仍然保留。

无线收发功率可以通过设定RF-SETUP寄存器中的RF_PWR位确定。系统最开始设置工作在待机模式1下,电流消耗只有几微安,当有键按下时,进入无线收发模式,以无线收发速率为1Mbps为例,接收和发送数据时,最大的电流为11.1mA。以一节3V纽扣电池的容量为300MAH计算,如果每天使用10次,经测算遥控器电池可以使用2年左右,为使用者提供了极大的方便。

6 结束语

随着物联网时代的到来,人们对物品的控制需求和能力越来越高,我国RFID技术必将得到飞速发展。汽车作为生活中必不可少的一部分,其安全防盗研究受到人们越来越大的重视。本文应用射频芯片nRF24LE1进行汽车遥控系统设计和实验,重点讨论了E n h a n c e d ShockBurstTM收发模式下无线数据的双向通信,在软件设计上采用了跳频通信方式和节能设计。实验表明,无线数据收发可靠,转输速度快,室内传输距离可达3 0~40 m,室外传输距离可达100~200m,完全能满足汽车遥控系统的距离要求。通过增加车内的控制继电器和传感器,可以将无线遥控领域进一步扩展到检测车内温度、提前预热、遥控打开雨刷、打开音乐等汽车智能控制等很多方面。本文研究的设计方法,为汽车安防系统设计提供了新的设计思想和方法。

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RF系统 篇5

摘要：RF2968是一个单片蓝牙收发芯片，工作在2400～2500MHz频段，FSK调制和解调；芯片内含有射频发射、射频接收、FSK调制/解调等电路，能够接收和发送数字信号，符合蓝牙无线电规范1.1要求。文中给出RF2968的结构、原理、特性及应用电路。

 

关键词：蓝牙无线 发射无线 接收FSK

1概述

RF2968是为低成本的蓝牙应用而设计的单片收发集成电路，RF频率范围2400～2500MHz，RF信道79个，步长1MHz，数据速率1MHz，频偏140～175kHz，输出功率4dBm，接收灵敏度-85dBm，电源电压3V，发射消耗电流59mA，接收电流消耗49mA，休眠模式电流消耗250μA。芯片提供给全功能的FSK收发功能，中频和解调部分不需要滤波器或鉴频器，具有镜像抑制前端、集成振荡器电路、可高度编程的合成等电路。自动校准的接收和发射IF电路能优化连接的性能，并消除人为的变化。RF2968可应用在蓝牙GSM/GPRS/EDGE蜂窝电话、无绳电话、蓝牙无线局域网、电池供电的便携设备等系统中。

2引脚功能

集成电路采用32脚的塑料LCC形式封装，各引脚功能如下：

VCC1：给VCO（压控振荡器）倍频和LO（本机振荡器）放大器电路提供电压。

VCC2：给RX（接收）混频器、TXPA（发射功率放大器）和LNA（低噪声放大器）偏置电路提供电压。

TXOUT：发射机输出。当发射工作时，TXOUT输出阻抗是50Ω；当发射机不工作时，TXOUT为高阻态。因为这个引脚是直流偏置，所以需外接1个耦合电容。

RXIN：接收机输入。当接收机工作时，RXIN输入阻抗是低阻态；接收机不工作时，RXIN为高阻态。芯片内用1个内部串联电感来调节输入阻抗。

VCC3：给RX输入级（LNA）提供电压。

VCC4：给TX混频器、LO放大器、LNA和RX混频器的偏置电路提供电压。

LPO：低功耗模式的低频时钟输出。在休眠模式中，这个引脚能给基带提供一个3.2kHz或32kHz、占空比为50%的时钟。在其它工作方式没有输出。

DVDDH：给RXIFVGA（接收中频电压增益放大器）电路提供电压。

IREF：外部接1个精密电阻以产生恒定的基准电流。

VCC5：给模拟中频电路提供电压。

D1：这是为时钟恢复电路提供的电荷泵输出。外接1个RC网络到地以确定PLL的带宽。

BPKTCTL：在发射模式时，这个脚作为启动PA级的选通脉冲；在接收模式时，基带控制器可以有选择地使用这个引脚来给同步字的检测发信号。

BDATA1：输入信号到发射机/接收机的数据输出。输入的数据是速率为1MHz的没有被滤波的数据。这个引脚是双向的，根据发射和接收模式转换为数据输入或数据输出。

RECCLK：恢复时钟输出。

RECDATA：恢复数据输出。

BXTLEN：功率控制电路的一部分，用来接通/关键芯片的“休眠”模式。在电路从“OFF”状态上电之后，当低功耗时钟不工作时，BRCLK被BXTLEN的状态控制（上电期间，BRCLK先写BXTLEN激活且被设为高电平，以进入空闲状态）。

BPCLK：基准时钟输出。这是由晶振决定的基准时钟，频率范围为10～40MHz，典型值为13MHz。电路上电时，BRCLK在基带控制器将BXTLEN设为高电平之前激活。电路进入空闲状态后，当低功耗时钟不工作时，BRCLK由BXTLEN的状态控制。

OSCO：与19脚相同。

OSCI：OSC脚可通过负反馈的方式来产生基准时钟。在SOCI到OSCO之间连接1个并联的晶振和电阻，以提供反馈通道和确定谐振频率。每一个OSC脚都接1个旁路电容来提供合适的晶振负载。如果用1个外部的基准频率，那就要通过1个隔直电容来连接到OSCI，并且用1个470kΩ的电阻将OSCO和OSCI连接起来。

BnDEN：锁存输入到串行端口的数据。数据在BnDEN的上升沿被锁存。

BDDATA：串行数据通道。读/写数据通过这个引脚送入/输出到芯片上的移位寄存器。读取的数据在BDCLK的上升沿被传送，写数据在BDCLK的下降沿被传送。

BDCLK：串行端口的输入时钟。这个引脚被用来将时钟信号输入到串行端口。要使得跳变频率的编程时间最短时，建议使用10～20MHz的BRCLK频率。

BnPWR：芯片电源控制电路的一部分，用来控制芯片从“OFF”状态到电源接通状态。

PLLGND：RF合成器、晶体振荡器和串行端口的接地端。

VCC6：RF合成器、晶体振荡器和串行端口的电源端。

DO：RFPLL的充电泵输出。外接1个RC网络到地以确定PLL带宽。要使得合成器的设置时间和相位噪声最小，可采用双重的环路带宽方案。在频率检测的开始时期，使用1个宽环路带宽。在检测频率结束时，用RSHUNT来转换到窄环路带宽，并提供改进的VCO相位噪声。带宽转换的时间由PLLDel位设置。

RSHUNT：通过将2个外部串联电阻的中点分路到VREG，使环路滤波器从窄带转换到宽带。

RESNTR-：用来给VCO提供直流电压以及调节VCO的中心频率。在RESNTR-和RESNTR+之间需2个电感来跟内部电容形成谐振。在设计印制板时，应该考虑从RESNTR脚到电感器的感抗。可以在RESNTR脚之间加1个小电容来确定VCO的频率范围。

RESNTR+：见引脚28。

VREG：电压调节输出（2.2V）。需1个旁路电容连接到地。通过与28脚和29脚相连的回路给VCO提供偏置。

IFDGND：数字中频电路接地端。

VCC7：数字中频电路电源电压。

3内部结构

RF2968是专为蓝牙的应用而设计，工作在2.4GHz频段的收发机。符合蓝牙无线电规范1.1版本功率等级二（+4dBm）或等级三（0dBm）要求。对功率等级1（+20dBm）的应用，RF2968可以和功率放大器搭配使用，如RF2172。RF2968的内部框图如图1所示。芯片内包含有发射器、接收器、VCO、时钟、数据总线、芯片控制逻辑等电路。

由于芯片内集成了中频滤波器，RF2968只需最少的外部器件，避免外部如中频SAW滤波器和对称一不对称变换器等器件。接收机输入和发射输出的高阻状态可省去外部接收机/发射机转换开关。RF2968和天线、RF带通滤波器、基带控制器连接，可以实现完整的蓝牙解决方案。除RF信号处理外，RF3968同样能完成数据调制的基带控制、直流补偿、数据和时钟恢复功能。

RF2968发射机输出在内部匹配到50Ω，需要1个AC耦合电容。接收机的低噪声放大器输入在内部匹配50Ω阻抗到前端滤波器。接收机和发射机在TXOUT和RXIN间连接1个耦合电容，共用1个前端滤波器。此外，发射通道可以通过外部的放大器放大到+20dBm，接通RF2968的发射增益控制和接收信号强度指示，可使蓝牙工作在功率等级一。RSSI数据经串联端口输入，超过-20～80dBm的功率范围时提供1dB的分辨率。发射增益控制在4dB步阶内调制，可经串联端口设置。

基带数据经BDATA1脚送到发射机。BDATA1脚是双向传输引脚，在发射模式作为输入端，接收模式作为输出端。RF2968实现基带数据的高斯滤波、FSK调制中频电流控制的晶体振荡器（ICO）和中频IF上变频到RF信道频率。

片内压控振荡器（VCO）产生的频率为本振（LO）频率的一半，再通过倍频到精确的本振频率。在RESNTR+和RESNTR-间的2个外部回路电感设置VCO的调节范围，电压从片内调节器输给VCO，调节器通过1个滤波网络连接在2个回路电感的中间。由于蓝牙快速跳频的需要，环路滤波器（连接到DO和RSHUNT）特别重要，它们决定VCO的跳变和设置时间。所以，极力推荐使用电路图中提供的元件值。

RF2968可以使用10MHz、11MHz、12MHz、13MHz或20MHz的基准时钟频率，并能支持这些频率的2倍基准时钟。时钟可由外部基准时钟通过隔直电容直接送到OSC1脚。如果没有外部基准时钟，可以用晶振和2个电容组成基准振荡电路。无论是外部或内部产生的基准频率，使用1个连接在OSC1和OSC2之间的电阻来提供合适的偏置。基准频率的频率公差须为20×10-6或更好，以保证最大允许的系统频率偏差保持在RF2968的解调带宽之内。LPO脚用3.2kHz或32kHz的低功率方式时钟给休眠模式下的基带设备提供低频时钟。考虑到最小的休眠模式功率消耗，并灵活选择基准时钟频率，可选用12MHz的基准时钟。

接收机用低中频结构，使得外部元件最少。RF信号向下变频到1MHz，使中频滤波器可以植入到芯片中。解调数据在BDATA1脚输出，进一步的数据处理用基带PLL数据和时钟恢复电容完成。D1是基带PLL环路滤波器的连接脚。同步数据和时钟在REDATA和RECCLK脚输出。如果基带设备用RF2968做时钟恢复，D1环路滤波器可以略去不用。

4应用

RF2968射频收发机作为蓝牙系统的物理层（PHY），支持在物理层和基带设备之间的BlueRF(蓝牙射频)接口。

RF2968和基带间有2个接口。串行接口提供控制数据交换的.通道，双向接口提供调制解调、定时和芯片功率控制信号的通道。基带控制器与RF2968接口如图2所示。

控制数据通过DBUS串行接口协议的方式在RF2968和基带控制器之间交换。BDCLK、BDDATA和BnDEN都是符合串行接口的信号。基带控制器是主控设备，它启动所有到RF2968寄存器存取操作，RF2968数据寄存器可被编程，或者根据具体命令格式和地址被检索。数据包首先传送MSB。串行数据包的格式如表1所列。

表1串行数据包格式

域位数注释设备地址3[A7:A5]物理层为“101”读/写1[R/W]“1”为读，“0”为写寄存器地址5[A4:A0]32个寄存器的最大值数据16[D15:D0]RF2968在写模式编程，在读模式返回寄存器的内容

“写”周期，基带控制器在BDCLK下降沿驱动数据包的每一位，RF2968在数据寄存器设为高状态后，在BDCLK第1个下降沿到来时被移位寄存器的内容更新，如图3所示。

在读操作中，基带控制器发出设备地址、READ位（R/W=1）和寄存器地址给RF2968，再跟1个持续半个时钟周期的翻转位。这个翻转位允许RF2968在BDCLK的上升沿通过BDDATA驱动它的请求信号。数据位传输后，基带控制器驱动BnDEN为高电平，在第1个BDCLK脉冲的下降沿到来时重新控制BDDATA，如图4所示。

寄存器地址域可寻址32个寄存器，RF2968仅提供3～7和30、31的寄存器地址。通过设置寄存器的数据可实现不同的功能。

双向接口完成数据交换、定时和状态机控制。所有双向同步（定时）来自BRCLK，BRCLK由RF2968产生。RF2968使用BRCLK的下降沿。图5给出当数据从RF2968传给基带控制器时的通用定时。

RF2968的芯片控制电路控制芯片内其它电路的掉电和复位状态，把设备设置为所需要的发射、接收或功率节省模式。芯片的控制输入经双向接口从基带控制器（BNPWR、BXTLEN、BPKTCTL、BDATA1）输入，也可从DBUS提供（RXEN、TXEN）输出端的寄存器输入。基带控制器和RF2968内的状态机维持在控制双向数据线方向的状态。基带控制器控制RF2968内的状态机，并保证数据争用不会在复位和正常工作期间发生。RF2968常用的状态有：

OFF状态――所有电路掉电且复位，设置数据丢失。

IDLE状态――待机模式。数据被读入到控制寄存器中，振荡器保持工作，所有其它电路掉电。

SLEEP状态――芯片通常从IDLE模式进入这种模式。此时，所有电路掉电，但不复位，因此数据得以保留。电路同样可从其它模式进入SLEEP模式，但TXEN和RXEN状态不变，以便TX和RX电路保持导通。

TXDATA状态――数据在这种模式发射（合成器稳定，数据信道同步）。

RXDATA状态――接收的数据经BDATA1（不同步）和REDATA（和RECCLK同步）发送到基带电路。

RF系统 篇6

【摘要】目的：探讨联合检测血清中抗环瓜氨酸肽（CCP）抗体和类风湿因子（RF）在类风湿性关节炎中的应用价值。方法：采用酶联免疫吸附（ELISA）法、免疫比浊法分别检测RA组129例，非RA组（其他自身免疫病）132例的抗CCP抗体和RF。结果：血清抗CCP抗体敏感性低于RF，但特异性显著高于RF，二者联合检测的敏感性高于抗CCP抗体和RF。结论：联合检测抗CCP抗体与RF可提高检测的灵敏性和特异性，能够提高RA的诊断率，有利于疾病的早期治疗。

【关键词】类风湿性关节炎；抗CCP抗体；RF；联合检测

【中图分类号】R593.22【文献标志码】 A【文章编号】1007-8517（2015）08-0059-02

类风湿关节炎（Rheumatoid arthritis，RA） 是一种以慢性侵蚀性关节炎为特征的全身性疾病，多呈渐进型发展，若不及时治疗，易造成不可逆转的关节畸形和强直，致残率较高[1]。出现症状的2年内50%～90%患者有关节受损的放射学改变，早期诊断早期应用缓解病情药物改善预后尤为重要[2]。研究显示80%的RA患者发病于35～50岁，其中女性患者约为男性的3倍，当前全世界RA的平均发病率约为1%[3]， 我国的发病率为0.32%～0.36%[4]，早期诊断和治疗是阻止病情发展和减少致残率的关键[5-6]。实验室检查能够为临床诊断提供有力的依据[7]，本研究通过对129例RA患者血清中抗CCP抗体和RF检测结果进行对比，探讨联合检测抗CCP抗体和RF在RA诊断中的价值。

1资料与方法

1.1一般资料收集我院风湿免疫科2010年8月至2014年5月门诊及住院RA患者129例，均符合1987年美国风湿协会（ARA）修订的RA患者诊断标准[8]。其中男43例，女86例，年龄19～74岁。选择同期住院的其他自身免疫病患者132例为非RA组，包括系统性红斑狼疮69例、强直性脊柱炎29例、干燥综合征21例、混合性结缔组织病8例、皮肌炎5例，均符合美国风湿病学会的诊断标准，其中男41例，女91例，年龄15～73岁。两组患者性别、年龄等一般资料进行比较，无统计学差异（P>0.05），具有可比性。

1.2检测方法

1.2.1抗CCP抗体的检测采用德国欧盟医学实验诊断公司的抗CCP抗体ELISA试剂盒，严格按照操作说明书进行检测，抗CCP抗体>5RU/ml为阳性。

1.2.2类风湿因子（RF）的检测在日立7600全自动生化仪上采用免疫透射比浊法定量检测IgM类RF（试剂由上海德赛诊断系统有限公司提供），RF>35U/ml为阳性。

1.3统计学方法采用SPSS15.0进行统计学分析，计量资料比较用t检验，计数资料采用卡方检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1RA组血清RF和抗CCP抗体阳性率和阴性率检测结果血清RF阳性率（82.2%）大于抗CCP抗体阳性率（72.1%），差异有统计学意义（P<0.05），提示在RA诊断中血清RF检测的敏感性高于抗CCP抗体；在非RA组中，血清抗CCP抗体阴性率（94.7%）大于RF阴性率（73.5%），差异有统计学意义（P<0.01），故在RA诊断中血清抗CCP抗体的特异性明显高于RF。见表1。

2.2聯合检测抗CCP抗体和RF对RA的诊断结果在RA组中，抗CCP抗体与RF联合检测的敏感性（91.5%）高于RF的敏感性（82.2%），差异具有统计学意义（P<0.05）；显著高于抗CCP抗体的敏感性（72.1%），差异具有统计学意义（P<0.01）。见表2。

3讨论

RA是一种常见的自身免疫病，如诊断和治疗不及时，可导致关节破坏，引起关节功能障碍，严重影响生活质量，因此早期诊断和治疗是阻止病情发展和减少致残率的关键。目前，RA的临床诊断主要依靠临床症状、X线改变和血清学指标，但早期临床症状和X线改变不明显。因此，血清学检查在RA早期诊断中的价值越来越重要。

目前，RA的发病机制尚不完全明确，患者体内存在多种自身抗体，如RF、抗CCP抗体等，在RA的发生发展中起重要作用。RF是以变性IgG的Fc段为靶抗原的自身抗体，包括IgM、IgA、IgG、IgD、IgE五型，其中IgM用于各种类风湿疾病的检测[9]。RF是诊断RA的常用检测指标，其敏感度高。本研究发现，RA组中RF阳性率高达82.2%，但特异度相对较低，不仅在RA以外的其他自身免疫性疾病存在，甚至部分正常人中也可呈现阳性反应[10]。

2000年Schellekens GA等[11]首次合成抗角蛋白抗体（AKA）、抗聚角蛋白微丝蛋白抗体（AFA）的共同抗原决定簇CCP，建立了ELISA法检测RA患者血清中的抗CCP抗体，在RA的诊断中具有高度的特异性。研究对129例RA患者和132例非RA患者进行血清学检测，发现抗CCP抗体对RA的特异性为94.7%，明显高于RF对RA的特异性（72.10%），可以弥补RF对RA诊断特异性低的缺陷。但抗CCP抗体的敏感度（72.1%）明显低于RF的敏感度（82.2%）这与文献报道[12-13]的结果基本一致。联合检测抗CCP抗体与RF的敏感度明显增高（91.5%），显著高于单独检测的结果，这与文献报道基本一致[14-15]。抗CCP抗体与RF联合检测，在保证抗CCP抗体高特异性的同时，提高了诊断的灵敏度，有利于疾病的早期诊断和治疗。

综上所述，抗CCP抗体与RF联合检测可提高对RF检测的灵敏度和特异度，对RA的早期诊断和治疗有重要的价值，动态监测可提高早期诊断的准确性，通过观察疗效及病情变化，采取有效措施并改善预后。

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RF系统 篇7

自由空间光通信(Free Space Optical Communication,简称FSO),是用空气作为激光传输媒质进行语音、数据、图象传送的宽带传输技术,利用小功率的红外激光为载体在位于楼顶或窗口的收发器间传输数据,采用FSO设备组网是在线缆缺乏的网络环境下,一种自由、灵活、经济的网络解决方案。FSO适合多种场合应用如宽带互联、基站互联、企业网互联、临时通信、容灾链路备份等,是一种全新的有发展潜力的技术。但其易受天气影响,应用区域受限制[1,2,3,4,5]。

混合FSO/RF通信系统是一种解决恶劣天气对无线通信系统造成影响的新型方案[6],它根据自由空间光通信和微波射频通信(Radio Frenquency,简称RF)对不同天气状况的敏感条件不同,采用FSO通信系统与RF通信系统相结合的方式,将两种通信系统互为备份组成混合FSO/RF通信系统。FSO传输距离近,容易受到雾、云等的天气影响,同时RF链路易受雨的影响,对雾、云几乎没有影响,特别是在采用网状结构的重要应用场合,如果用RF传输做后备,构成一种混合FSO/RF系统,通过比较接收端误码率的大小来决定系统所使用的链路,两种链路互相补充,将满足高有效性要求的宽带传输。当然在实际使用中只有很少的时间需要切换到RF链路上。

2 FSO/RF链路性能分析

FSO链路具有以下一些优点:

1)通信容量大:FSO通信以激光作为信息载波,目前国际上比较成熟的技术可达到1.25Gbit/s的传输速率。

2)频率自由:而FSO通信的光束小,方向性强,不会对其它通信系统形成干扰,相同地域内可容纳大量的FSO通信系统,而且因为彼此不相干,即使相交也不会影响到各自的通信,因而无需相关部门的批准,一次性投资,网络运营费用低;

3)安装简便、灵活性强:FSO通信系统天线采用光学系统,具有体积小、重量轻、结构简单等优点,因此安装非常简单、灵活机动,大大节省系统投资和工程费用;

4)误码性能好、抗干扰性强:FSO通信具有非常强的抗电磁干扰性能,一般的无线电波对其不会形成干扰;FSO通信系统的误码性能优良,长期性能可达10-9。

在具有优点的同时,FSO也具有一些弱势:

1)FSO通信的传输距离近:目前最远的大气应用距离为5KM,但这种通信距离不具备实用性,无法保证通信的全天候,最佳的通信距离应该是2KM以下;

2)误码性能不及光纤通信:虽然FSO通信的长期误码率能达到10-9,但由于大气是变参信道,会使FSO通信系统偶尔产生10-6的误码率;

3)受天气影响,应用区域受限制:雾是FSO通信最大的影响因素,因此在工程设计中应考虑足够的系统冗余量,以保证系统的可通率,并且在一些经常出现大雾的地区如重庆、成都等地区,FSO系统应只推荐应用在一些系统备份、临时连接等场合;

3 大气传输损耗的计算

无线传输信道主要受云、雾、雨、雪等气溶胶和大气湍流的影响,这些将对激光信号产生吸收和散射现象,这一系列大气效应对FSO系统传输造成的影响很大,现有大量文献研究表明FSO系统受云雾的影响尤为严重,在浓雾和厚云天气情况中传输衰减很大,严重时将导致系统无法正常运行,造成通信的中断,而RF通信系统穿透云雾的能力较强但其雨衰减较为严重,在大雨天则可能无法使用。所以利用两者的优势互补,在极端天气情况下,系统可以在FSO和RF链路之间自动切换,在一般天气情况下,将RF链路作为FSO链路的冗余备份,可大大提高系统的可靠性。

接收功率Pr,信噪比SNR,误码率BER都可以用来衡量通信系统的通信质量,它们之间可以相互转换。混合FSO/RF系统的BER可以表示为[7]:

在FSO链路中,只考虑热噪声和散弹噪声,当采用PIN光电二极管时,系统信噪比SNR可表示为:

RF链路中,不考虑多径干扰,噪声源主要是接收端热噪声,RF链路的信噪比SNR可以表示为:

Rd为接收机响应度。RF通信链路最好的误码率只能达到10-8,10-7为RF链路的正常通信状况,而FSO通信链路的误码性能优良,长期性能可达10-9,但由于大气信道的随机性,会使大气激光通信链路偶尔产生高于10-6的误码率,但相对于RF信道来说还是可以接受的。考虑到两种信道的误码率特性,采用误码率为10-7时所对应的信噪比值作为FSO信道与RF相互切换的门限值M,为避免出现乒乓效应,并考虑到3 d B的系统冗余。

4 自适应FSO/RF链路与DLS算法

建立自适应FSO链路,意味着在不同传输损耗下维持链路的质量和有效性。FSO/RF系统不仅仅能够适应天气条件的变化、维持端到端持续不变的连通性,同样需要达到服务质量(Qo S)的要求。自适应FSO的发展需要设计一个性能检测子系统,它能够实时地跟踪和精确描述无线信道的性能,检测子系统得到的数据对于动态链路恢复管理和链路性能指标起着重要作用。

链路恢复用来克服局部或者全部的链路失败,链路恢复时所采用的性能指标通常是信号检测阈,它定义成接收机上信噪比的下限或者误码率的上限。其中BER阈通常用来作为确保自适应光无线链路Qo S的参数。当FSO链路的性能恶化到允许的限度之上,开始执行动态负载交换(DLS)算法[8]。

FSO和RF间的路径负载交换使用冗余链路控制(RLC)来实现,通过测量BER,并根据结果执行相应的动作。在RLC上采用DLS算法是为了确保FSO和RF间的负载交换。DLS算法的流程图如图1所示。系统在进行初始化后,首先测量每个链路的实际大气损耗和允许大气损耗,当FSO链路大气损耗实际值大于所允许值时,该算法进一步分析RF链路中的实际损耗和允许损耗,当射频链路中的实际损耗小于允许损耗时,系统将从FSO链路转移部分负载到RF链路,否则FSO和RF链路均告失效,并降低链路速率,链路速率降低同时可以降低链路误码率;反之,当大气损耗实际值小于所允许值时,而射频链路中的实际损耗大于允许损耗,系统将从RF链路转移部分负载到FSO链路,否则,两个链路均有效。

5 仿真结果及分析

由于系统大部分时间工作在FSO方式下,只有在少数恶劣天气中(如中雾,浓雾)才切换到RF工作方式下,FSO受雾的影响非常大,在能见度低于200 m的雾天,FSO的链路衰减达20 d B/km以上,实际通信中考虑到大气的其他衰减效应,链路的总衰减系数大于这个数字。而对应于同种天气状况,12 GHZ的微波信号受到的影响却相对小很多,即使在能见度低于30 m的浓雾中,12 GHZ的微波信号的衰减也仅在0.3 d B/km左右,考虑到同样天气状况下两种链路的衰减相差太大,因此分别对两个链路在能见度低于200 m的雾天进行仿真,得出其信噪比曲线如图2、图3所示。

设某光通信链路及RF通信链路基本参数配置,如表1所示。

对比图2、图3两图,可以看出在能见度低于200 m的雾天,FSO链路的信噪比在0 d B以下,造成系统严重的通信中断,而此时RF链路的信噪比却能保持在100 d B以上,短距离通信中,能保持良好的通信质量,切换可以使系统达到高的可应用性,减少系统中断时间。

混合FSO/RF通信系统的有效性可由图4所示,黑线代表了仅使用FSO系统的有效性-链路范围曲线。混合FSO/RF系统在链路不超出最大FSO范围的情况下,使有效性提高到99.999%。曲线之下的深色区域代表FSO链路被激活的时间百分比,曲线上方的浅色区域代表RF链路被激活的时间百分比。可以看到,大多数时间里,系统使用的是FSO链路。同样也可以看到,随着链路范围增长,RF链路的时间百分比也在逐渐增加。

6 结束语

本文介绍了混合FSO/RF通信系统,分析比较了不同链路的通信性能。并提出了相应的链路自适应选择方法法,通过检测接收端的BER值,作出相应的链路选择,从而确保在不同传输损耗下的服务质量。最后,通过仿真,我们可以看到在在不同天气条件下,FSO和RF链路有着不同的传输特性,因而它们可以互为备份构成良好的通信系统。我们还可以看到,在系统的运行过程中,系统大多数时间里使用的是高有效性的FSO链路。混合FSO/RF通信系统的高有效性,克服了单一系统性能受限的约束,有着良好的应用前景。

参考文献

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[7]舒芳,敖发良,廖新鼎.混合FSO/RF系统自动切换条件的研究[J].桂林电子科技大学学报,2008,28(1):1-44.

RF系统 篇8

关键词：太阳能路灯,无线短距离通信,ZigBee,BitCloud,自由组网

1 整体方案

ZigBee定义了三种节点类型, 即协调器ZC (ZigBee Coordinator) 、路由器路由节点 (ZigBee Router) 和终端设备终端节点 (ZigBee EndDevice) 。协调器在网络系统中用于发送网络信标, 建立一个网络、管理和存储网络节点信息和不断地接收信息;路由器在网络系统中用于转发数据, 延伸网络规模;终端设备在网络系统中用于发送和接收信息。

相对于一般的ZigBee网络系统, 太阳能路灯系统有着以下特点:每个路灯为一个节点, 每个节点都是全功能设备, 其所有节点位置固定, 所有节点都具有相同的软硬件设备, 可以随时增删节点, 节点的地理位置很分散的特点。

网络内每一个节点都可以作为协调器, 路由器和终端设备, 可以自由组网, 自行设定各自节点的类型, 当一个节点接收到信息后, 则以该节点为“基站”, 向邻近的其他节点传输信息, 这种接力传输的方式, 被称为BitCloud, 它是云技术的一种。它无需具有强大运算能力的中央处理器来计算通信传输路径, 就可以实现网络内任意两点间的互联, 并且其组网方便, 能灵活地调整网络拓扑。

1.1 组网方式

太阳能路灯系统因其使用场合的不同, 通常是树状拓扑或网状拓扑, 而BitCloud应用于太阳能路灯中, 则在通过每个路灯节点, 建立起由路由节点组成的树状的主干线路, 无盲区的覆盖网络内的所有节点, 如图1-1和图1-2所示。当有数据包进入时, 通过主干线路以接力的方式将数据传输到指定的路灯。从理论上讲, 通过接力的方式, 数据的传输距离可以达到无限远。

1.2 分组管理

网络分组是对于不便于管理的数量太多的路灯系统的一个补充, 通过将数量庞大的路灯节点分组, 以便于对路灯的管理, 并将原本要处理的大量数据分摊到各小组中。在实际运用中可以分成多个组, 也可以做多级分组。

在网络系统中, 网络协调器用于计算组传输路线, 而组内协调节点则作为与其他分组的接口, 以协调与邻近组之间的数据传输, 以及本组内的数据传输。如图2所示为网络被分成了A, B, C三个小组。A组的3个协调节点, 分别为A组与网络协调器、与B组和与C组连接的协调器。

2 通信实现

对路灯网络系统的通信控制包括对单个节点路灯的控制和对整个网络的路灯进行控制。在此之前, 还需要做一些建立网络、建立通信路径的准备工作。

2.1 组建网络

组建网络的过程分为两步, 第一步是建立各节点与邻近节点的关联, 第二步则是根据连接节点相互间的连接关系, 建立由路由节点组成的主干线路。

建立节点关联的做法是检查与一个节点可连接的其他节点, 并创建邻居表 (与该节点可以直接相连的节点列表, 记为Tab1) 及邻居的邻居列表 (与Tab1中各节点直接相连的其他列表, 记为Tab2) 。建立节点关联分两次完成, 节点在收到第一条指令后, 将该节点的ID加入到自己的Tab1列表中;节点在收到第二条指令后, 将该节点的Tab1加入到自己的Tab2列表中。它不仅仅用于组建网络, 也可以用于维护检查现有网络。若当前节点的Tab1和Tab2发生变更, 则进行修正。

建立主干线路的做法则是检查与Tab1中各节点相连的其他节点的连接关系, 以设置Tab1中各节点类型以及与本节点的上下级关系。根据这种上下级关系, 构成由路由节点组成的主干线路。

2.2 网络分组

一个组要建立与邻组的联系, 则由该组的某个协调节点发出信息, 通过组内路由节点通道接力通信, 直到到达邻组的协调节点。若邻组没有协调节点, 则将最先碰到的B组节点定义为邻组与本组连接的协调节点, 而通往该节点的路径记为组内路径, 路径中送达至邻组的节点则为本组与邻组相连的协调节点。一旦确立其为协调节点, 则将其通告给组内的其他节点。

2.3 群体控制

列表创建和节点类型设置都是为网络通信所做的准备工作。要实现对所有路灯的通信控制, 只需要将控制信息通过各路由节点依次广播, 而终端节点则被动地接收路由节点发出的信号。

2.4 单个控制

(1) 组内通信。与单个路灯的通信, 做法分两步:第一步是建立通信线路, 做法是:控制信号在各路由节点之间传输, 并记录所穿行的路径, 最先到达该目标路灯的路径, 记为该路灯的通信线路。每次在传输后都将本节点标记为“已传输”, 在“已传输”标记后不再接收同一指令编码的另一指令。当信息传输到目标节点后, 该目标节点根据通信指令记录的路径, 将信息原路返回。第二步是通信传输, 做法是:根据第一步所设定的通信路线, 与目标路灯进行更多的通信。

(2) 跨组通信。在网络协调器中判断通信目标的所属分组, 将其下的各个分组视为节点, 根据各分组与邻居组之间的连接关系计算出分组之间的传输路径, 将数据包沿该路径进行传输。数据进入某个分组后, 由该分组协调器协调组内的传输路径。在到达通信所在分组后, 以组内通信的方式将信息传输到目标节点。

3 结语

在太阳能路灯的RF通信设计时, 需要权衡多方面的问题, 其中网络层的开发尤其重要, 完善的网络层设计保障了整个无线网络的可扩展性和自恢复性, 从而保障了无线网络的可靠性。另外, 基于ZigBee与BitCloud相结合的应用并不局限于太阳能路灯系统中, 它还有着更广泛的使用空间。

参考文献

[1]江玲, 周健明.ZigBee网络层关键技术研究与实现[J].黄石理工学院学报, 2009, 2 (25) .

[2]姚春.Zigbee在大数量节点应用中的问题研究[J].微计算机信, 2009 (25) .

RF系统 篇9

国家电网公司一份年度统计报告显示:公司66 k V及以上线路因外力破坏引起跳闸事故691起,遭受外力破坏的10 kV及以上变压器2 469台,输电线路4 084公里,倒杆(塔)353基,塔材被盗49 920件。据统计,全国近三分之一的停电事故是由外力破坏电网引起的。传统的线路巡视周期长,发现故障慢,且受巡视水平的限制不能及时发现和消除隐患,不利于应对复杂多变的实际运行问题。

本文提出基于GPRS无线通信技术,无线数据接力式射频(以下简称RF)传输技术,建立一套电力输电线路远程可视监控系统。该系统能有效改变输电线路传统的检修、维护方法,通过实时采集电力输电线路的运行状态,准确监控现场发生的情况,为电力部门工作人员巡检提供依据,有效预防和减少线路事故,提高线路运行和管理水平。

1 无线通信网络

1.1 GPRS无线通信技术

GPRS是通用分组无线服务技术的简称,是GSM演进过程中推出的一项高速数据业务。它将移动通信技术和IP技术有机结合,为用户提供数据、语音、图像等多媒体业务。采用GPRS通信技术可直接利用覆盖全国的移动GPRS网络,可以极大地节省投资,充分利用现有的资源,接入迅速、维护简单、环保节能。因此,在电力输电线路远程可视监控系统中采用GPRS网络是实现远程数据实时传输的理想选择。

1.2 无线数据接力式射频传输

RF传输是指在线路端地址设置一个母站,各个数据采集基站采用逐级或越级方式依次上传。母站在获得线路中各数据采集基站的数据后,不仅可以通过公用电话网、专线网等有线方式将数据上报至监控中心,也可以通过母站上设置的GPRS模块将数据通过无线方式上报至监控中心。各个数据采集基站采用越级方式上传时,越级一般不能超过八级[1]。越级数的增多虽然能够使数据传输时间缩短,效率提高,但是会降低数据传输的可靠性,因此需要合理选择越级传输的级数,满足数据传输的高效可靠性。

1.3 通信网络结构

在本次设计的监控系统中,数据的传输以GPRS传输为主,以RF传输为补充。考虑到公网信号覆盖区域的限制,尤其是深山峡谷中的高压输电线路容易发生塔材被盗、森林火灾等电力设施被外力破坏的现象,因此在这些区域采用RF传输模块进行接力式传输。通过接力式的传输方式将该区域内的输电线路监测数据传送到指定的母站,然后再通过母站上的GPRS模块将数据传送至GPRS网络服务中心。具体的输电线路远程监控系统的通信网络结构图如图1所示。图1中“”为RF方式;“”为GPRS方式;“BS”为基站;“MS”为母站;“RF”为无线数传模块;“GPRS”为GPRS传输模块。

2 系统结构

输电线路分布广、设备多、参数复杂多变,对输电线路的管理和维护的工作量非常大。本次设计的输电线路监控系统分为五个部分,分别是前端数据采集系统、太阳能供电系统、无线通信网络、后台监控系统、远程客户端监控单元。具体的系统结构拓扑图如图2所示。

2.1 前端数据采集系统

前端数据采集系统由GPRS无线视频服务器、摄像机、报警器等硬件和客户端监控软件组成的无线视频监控系统。GPRS无线视频服务器基于高性能DSP平台,采用嵌入式系统设计,编码器采用高效的H.264视频压缩技术,在有限的带宽下保证视频数据的流畅传输。无线视频服务器的核心是由视频编码器和GPRS无线模块组成,工作时视频编码器将从摄像机采集过来的视频信号压缩编码,然后通过GPRS无线模块将码流传送至GPRS网络视频转发服务器上。当摄像头探测到人为破坏铁塔行为时,视频设备自动拍照、录像后,图像经过处理传到后台监控中心并触发报警器,同时自动发送短信通知相关人员。采用智能控制器设置灵敏度及距离避免小动物或鸟类经过监视点发生频繁误报警。为了实现无线视频监控系统控制智能化的要求,对系统预先设置启动时间段,在该时间段工作完成后自动关闭系统;用户也可在远程监控中心计算机上或用手机发送命令实现远程控制。系统用太阳能进行供电,太阳能供电系统由远程电源控制系统进行控制,采用德国进口硅晶片,转换效率可达18%以上。

2.2 无线通信网络

前端数据通过GPRS模块传送至GPRS网络中心,由GGSN网关汇集后经移动互联网的防火墙、路由器,再通过用户与移动公司的DDN专线,接到用户的后台管理系统[2]。会话建立过程采用CHAP协议认证,无明码传输;采用DES算法加密命令,通过扰码保护数据,使传输更加安全可靠。

基于RF的无线传输信道存在很多干扰,直接收发数据是不可能保证通信数据传输的正确性,必须通过多种途径剔除干扰,还原正确的数据。该系统中采用了CRC校验算法,发送方根据所发送的信息的内容按照一定的CRC多项式计算出CRC值,连在信息串字符后一起发送;接收方在收到信息串字符后使用同样方法生成CRC值,若发送方和接收方的CRC值一致,则接收方认为信息传送正确[3]。以VB语言编写的CRC核心程序部分代码如下所示:

由于GPRS是无线传输,其数据传输不及总线形式稳定,会出现数据丢失的现象。所以在应用中制定了相应的通信规约,在单片机和服务器之间进行通信约束,这样即可有效消除通信的不稳定因素,即使出现数据丢失,也可进行数据重发[4]。具体的通信流程图如图3、图4所示。

2.3 后台监控系统

1)监控管理中心:监控管理中心采用客户机/服务器(C/S体系)模式,由中心工作站和数据库服务器组成[5]。中心工作站负责与终端通信及数据的采集和处理,数据库服务器则负责数据存储和转发,并通过人机界面进行查询、分析等各种操作实现对原始数据的处理。

2)远程监控单元:远程监控单元由PC客户端、手机客户端和客户端软件构成,实现远程视频监视和远程终端控制等功能。PC客户端最多支持24个画面同时显示;可单画面或多画面分割显示任意一路或几路视频图像;可以对显示图像的亮度、对比度、饱和度、色调进行连续调整。用户使用PDA手机通过短信方式发送命令控制系统电源,也可以设置自动关闭系统电源的时间,同时回传录像。

2.4 系统优越性分析

本文设计的基于GPRS和RF的输电线路远程可视监控系统目前主要应用在塔材被盗、森林火灾、自然灾害等外力破坏线路的实时监测,系统的优越性主要有以下几个方面:(1)考虑到深山峡谷等无GPRS网络覆盖的区域,增加了RF传输,扫除了系统的监控“盲区”。(2)在RF传输中应用CRC进行校验,在上、下位机之间加强通信约束,保证了数据传输的可靠性。(3)系统实现控制智能化,可远程控制无线视频的启动、电源的开关、数据的传输等。(4)系统具有很强的灵活性、可靠性和可扩展性,结合电力发展的应用需求,系统可以直接使用在覆冰监测;在前端数据采集系统中加装相应的传感设备可实现绝缘子状态实时监测功能、微气候在线监控等。

3 结语

设计的基于GPRS无线通信技术和无线数据接力式射频技术的输电线路远程可视监控系统,具有传输效率高、运行可靠、控制智能化等优点,RF传输的应用更是有效地扫除了以往监控的“盲区”,扩大了监控系统的保护范围。系统应用在福建省高压输电线路中取得了良好的效果,为电力部门工作人员巡检提供依据,有效预防和减少线路事故,提高线路运行和管理水平。

摘要：提出了基于GPRS和RF技术的输电线路远程可视监控系统。介绍了该系统的组成和工作原理。在单片机和服务器之间加强通信约束,解决了无线传输数据丢失的问题;在RF传输中采用CRC校验算法,剔除了信道干扰,保证数据传输的可靠性。RF技术的应用有效地扫除了以往监控系统的“盲区”,扩大了监控系统的保护范围。该系统具有传输效率高、控制智能化、可扩展性强等优点。

关键词：GPRS,RF传输,远程可视监控系统

参考文献

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[4]饶克明,张红先.GPRS技术在电力系统状态监控中的应用[J].湖南电力,2005,25(1):38-40.

RF系统 篇10

射频(RF)是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300 k Hz~30 GHz之间。射频简称RF射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1 000次的交流电称为低频电流,大于10 000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。在电磁波频率低于100 k Hz时,电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输,但电磁波频率高于100 k Hz时,电磁波可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传输能力,我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频。信息源经过二次调制,用线缆传输到对端,对端用反调制将信息源还原后再应用,不管频率多低,也是射频传输方式,如果没有调制反调制过程,只是将信息源用线缆传送到对端直接使用,不管频率有多高,都是一般的有线传输方式[1]。

1 RF技术核心

1.1 射频卡的寄存器和命令

AT88RF256—12卡[2]是美国ATMEL公司推出的一款基于125 k Hz工作频率的感应卡,可以加密,数据量为256位,内部电路如图1所示,作为典型的低频、加密和可读写卡。用户对卡的操作包括读卡、写卡、核对密码、停止卡等,必须按以下7个命令格式来执行上述操作:

当模块没有数字接口或不要求用到数字接口时,任一模块都可在出厂前被预设成相控振荡器(PLO)。只要有一个电源及外部参考源,通过加载工作频率已重新设定的PNP频率合成源,则该PLO就可工作在任一固定的、在50 MHz至5 GHz范围内的工作频率下。微型合成器可被用于许多场合,包括检测器件中的高精度源,数字微波无线器件中的本地晶振,或作为用于大型通信或军事频率合成器系统的紧凑的时钟源。

1.2 编码要求

AT88RF256卡在默认状态下[3]读卡片用MILLLER(密勒)码,写命令数据用MANCHESTER(曼彻斯特)码。初始化下,密勒码元宽度是128μ8,曼彻斯特码元宽度是256μs。读写器要对卡片发送命令,除了卡片要进入射频场内获取能量外,发送时间也受限制。卡片进入射频场后,按如下格式向读写卡器循环发送数据:起始位;32~152位(长度可自行设定)的ID数据;停止位;8位收听窗(Listening Window)。图2示出基站模块的DATA OUT引脚的输出波形,在每个数据包之间都有一个持续8位密勒码元宽度的低电平状态的收听窗。只有在收听窗第2位至第7位,射频才可以接收读写卡器发送的读、写命令。所以本设计的一个关键是如何捕捉到收听窗,这属于读卡和解码操作的一部分,解码是建立在对基站模块DATA OUT引脚波形分析的基础上。

1.3 配置字描述

配置字[4]的读取在CLK1的正边沿时,从MSB(最高位)开始。新的配置从CS的下降沿开始。假如n RF2401子系统需要配置为Shock Burst方式,两个接收频道,则在VDD(芯片电源)上电后,只需120位的配置字。在协议、工作方式和接收频道都配置好后,只需要1位(RXEN)来切换是接收或发射。在配置字被读取的过程中,MSB(最高位)最先被读到寄存器中。默认配置字为:h8E08.1C20.2000.0000.00E7.0000.E721.0F04,共18字节,可根据需要进行取舍。ShockBurst数据包的总位数最多不能超过256位,DATAx_W(bits)=256-ADDR_W-CRC(1)其中:ADDR_W为配置字中B[32:18]所设置的接收地址的长度,8位~40位;CRC为配置字B[17]所设置的校验字,8位或16位,4位或8位前缀是自动加进去的,不占用数据包的位数。

1.4 实验仿真

用matlab进行实验仿真,如图3所示。

从实验数据中我们可以发现,不同的Marker对应不同的增益,但是偏离载波均为10 k Hz。

同时数据分为[5]test data和reject data存储,test data为测试数据,reject data为不合格产品数据。文件格式如下:

2 射频识别技术应用

射频识别技术依其采用的频率不同可分为低频系统和高频系统两大类;根据电子标签内是否装有电池为其供电,又可将其分为有源系统和无源系统两大类;从电子标签内保存的信息注入的方式可将其分为集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类;根据读取电子标签数据的技术实现手段[6],可将其分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类。

(1)低频系统一般指其工作频率小于30 MHz,典型的工作频率有:125 k Hz、225 k Hz、13.56 MHz等,这些频点应用的射频识别系统一般都有相应的国际标准予以支持。其基本特点是电子标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短(无源情况,典型阅读距离为10 cm)电子标签外形多样(卡状、环状、钮扣状、笔状)、阅读天线方向性不强等。

(2)高频系统一般指其工作频率大于400 MHz,典型的工作频段有:915 MHz、2 450 MHz、5 800 MHz等。高频系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。高频系统的基本特点是电子标签及阅读器成本均较高、标签内保存的数据量较大、阅读距离较远(可达几米至十几米),适应物体高速运动性能好、外形一般为卡状、阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性。

(3)有源电子标签内装有电池,一般具有较远的阅读距离,不足之处是电池的寿命有限(3~10年);无源电子标签内无电池,它接收到阅读器(读出装置)发出的微波信号后,将部分微波能量转化为直流电供自己工作,一般可做到免维护。相比有源系统,无源系统在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制。

摘要：介绍了射频技术。特别是对于RF射频的寄存器和命令,编码设计的思想,如何发射进行了详细了介绍,最后进行了数据仿真,表明射频在不同的频段有不同的增益。

关键词：射频,密勒码,地址字

参考文献

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[3]董新宇,王占国,李杏春.AT88RF256型射频卡读写器的设计[J].国外电子元器件,2006(4):11-13.

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[5]沙鹏,孙运强.无线抄表RF射频监测系统设计[J].机械管理开发,2007(1):19-20.

可调谐RF激活你的LTE投资 篇11

一般来说, 高数据传输率中使用的调变方案较为复杂, 对信号处理的要求也格外严格。更麻烦的是, 若要实现全球LTE, 就必须使用比3G更多的频段, 便携设备的基本需求需具备7波段, 而要达到真正的全球漫游, 则需13波段以上。另外, 更重要的是, 天线的性能限制严重威胁到速度, 这使得多功能服务供应商无不翘首盼望, 期待LTE能提供其承诺的投资回报率。

可调谐RF采用体积更小但网络性能更好的天线来提升LTE性能, 也就是将可调谐RF器件附加到天线本身, 这样工程师就能设计出体积更小但性能更高的天线。通过这种方式, 可调谐RF成功解决了业界人士所熟知的空间限制。

另外, 利用单一天线来接收更多频率范围的调谐功能, 自然减少了手机实际运行时所需的整体天线数量。依据MIMO (Multiple Input Multiple Out put, 多重输入多重输出技术) 的趋势来看, 这点意义重大, 因为在该技术中, 有多达4根功能各自不同的天线存在。可调谐RF以最高效率进行发送与接收, 而且不受其他干扰源 (如头和手的位置) 的影响。

解析高性能可调谐RF器件

在少数已进入市场的天线问题补偿方案中, 只有动态可调谐射频微机电系统 (RF-MEMS) 技术能真正有效达到目的。

业界领先的可调谐RF器件, 是采用数字电容数组, 利用了RF-MEMS技术将电子电路集成于单一硅晶粒 (die) 上。

R F-MEMS电容器属于机械器件, 置于硅晶圆 (silicon wafer) 表面, P它包含两片金属板, 且会因外加电压产生的静电而靠在一起。这两个金属板之间还设有一个绝缘层, 这样就构成了电容器。相对于一般以电流通过半导体基板的实体开关, 在RF-MEMS器件上的电流只在金属中流动, 损耗极低, 且能进行超线性运作。

由于RF-ME MS电容器集成于单一CMOS晶圆上, 因此所有控制MEMS的器件也都在同一个晶粒上, 不仅节省了路由空间, 还将往来于控制线的信号耦合降至最低, 这点很关键, 因为器件启动时往往需要高电压 (大约35V DC) 。既然RF-MEMS电容器位在同一个CMOS晶粒上, 那么所需电压就由芯片上的集成电荷泵来产生, 这样一来, 唯一需要的外部电源电压, 只需2.7-3.3V就够了。此外, 所有器件的驱动程序都可内置, 而所有电容设定都可通过寄存器来选择, 不论寄存器是通过业界标准的SPI或MIPI RFFE串行接口。

RF-MEMS器件机械结构所产生的机械共振频率较低-约60kHz。这是因为整段梁 (beam) 会以驱动信号的半波长共振, 所以当MEMS器件闭合, 共振就不那么明显, 且会转移为数兆赫频率。这种低机械共振频率, 造就了其优秀线性度, 因为MEMS器件是无法直接对千兆赫范围之信号变化产生反应的。

电容率

在可变电容数组中, 数组中各独立电容的“开/关”比例, 以及整个数组的“开/关”比例, 都非常重要。当MEMS器件被“抬起”或未被接触, 电容器就处于最小电容状态, 即“Cmin”。同样地, 当电容器被驱动, 且位于“闭合”位置, 电容器就会处于最大电容状态, 即“Cmax”。而电容率 (Cratio) 的定义如公式 (1) 所示。

数组中的每个电容都有类似图2的模型存在。在此模型中, C1和C2代表接地的并联式寄生电容, 通常就是接到装配环境与硅基板。而Cseries代表数字电容器, 可在Cmin和Cmax之间调节。

当芯片上的MEMS器件设计影响了这些寄生电容值, C1和C2就不相等。

若该器件被设定为串联状态, 那么Cratio通常就是15。请注意, 还会有些接地的并联式寄生电容存在, 而其值将取决于电容器尺寸, 通常为Cmax的5-15%。

但若该器件被设定为并联状态, 例如Port B接地, 其中一个寄生电容C1则与并联数字电容器并联, 因而增加了Cmin值。此时, Cratio通常就为7。

质量因子 (Q值)

至于RF-MEMS电容器的质量因子 (Quality Factor) 部分, 显著降低金属梁 (beam) 电阻则提供了关键优势:低耗损。这样的低耗损在一般规格中以“Q值” (质量因子) 来表示。Q值其实就是电阻抗 (reactive impedance) (Xc) 和实际阻抗 (Rc) 的比值, 如公式 (2) 所示, 而其中ESR则是指电容器的“等效串联电阻”。

降低特定C (电容器) 的ESR, 自然就能提高Q值。而RF-MEMS梁 (beam) 上的金属走线能提供极低ESR, 且比起其他技术要低很多。在1GHz测量晶圆上所测得的RF-MEMS技术Q值, 通常超过200。相比之下, 同频率典型CMOS电子器件的Q值, 则通常不到30。

线性度

手机RF前端器件的线性度, 通常都是指双频的输入三阶截点 (Inputird-Order Intercept Point, IIP3) 。RF-MEMS器件一般都是极具线性的, 但却对双频的间距有点敏感。两个相近的频调组合创造出电压包络, 而其峰值为各频调之电压总和加上两个频调差之间的低拍频变化。若该拍频低于或接近RF-MEMS器件的机械共振频率, 就会测得较高的非线性度。正如前述, 机械共振会发生在50-100kHz区间。故当频调间距在此范围内, MEMS器件的IIP3就约为+70dBm;若频调间距更宽, 其线性度就能提升至+80dBm以上。

另外要注意, 如果晶粒没有正确接地, 则在MEMS器件上的RF走线间与遮蔽下的CMOS电路, 就可能产生调变。而此调变现象可能增加非线性度, 因此确保晶粒正确接地是非常重要的。

参数指数 (FOM)

为了监控及对比最先进的可调谐电容器, 这里使用了一般的参数指数 (Figure of Merit, FOM) 。此FOM能快速评估所有可调谐电容器技术, 检测其损耗范围、电容率、功率承载力 (power handling) 及成本 (晶粒面积) 等。

CR为电容率:

VR ms是电容器两端最大电压的RMS (Root-Mean-Square, 均方根值)

Die Area是指定电容所需晶粒面积

Ron是接通状态下的总串联电阻

可靠度

除了所有半导体器件都须具备的可靠度条件外, 这种接触型MEMS器件还有额外的二类可靠度问题须关注:

·粘附 (Stiction) , 由两个电容极板形成的联结, 无法松开

·磨损 (Wear-out) , 因长时间重复使用而造成器件特性改变

粘附通常都是随机发生的, 且可通过MEMS器件的设计方式来控制, 以避免介质表面的金属与金属部分, 以及 (或) 高电场部分有密切接触。目前市面上的最佳器件皆经过仔细设计, 可避免驱动器相互接触, 而唯一会产生接触现象的区域, 就只有电容器部分。因此已可确定不会发生粘附问题。

至于磨损, 是器件失效的常见因素, 且可通过妥善设计机械MEMS梁 (beam) 与接触区的方式来控制。完整的产品级数组包含几十个RF-MEMS电容器件, 能持续运作超过150 x 106个周期, 而一个周期是指每一次客户通过SPI或RFFE接口进行的状态更改。

电压限制自行驱动

MEMS器件是由集成电荷泵所产生的高阶直流电压所驱动。当此电压通过与电容极板相接的驱动器接头时, 极板便会因静电力而被拉在一起。这就是电容从Cmin切换Cmax的原理。

RF信号也是随时间变化形成电压。此电压以RF频率震荡, 通常远高于MEMS器件的自我共振频率。因此, RF电压不会“直接”调变MEMS器件。然而, 器件是靠包含直流电与二次谐波的电压平方所驱动。这种有效的直流电压, 就称为RMS (RootMean-Square均方根) 电压 (见图3) 。RF信号的RMS电压若太高, 就会造成MEMS器件“自行驱动”, 因而造成即使程序要求转为低电容, 器件却仍处于高电容状态的问题。要在手机前端达到如此高的电压, 就需要高功率, 通常要在36dBm以上, 而在过滤器中或某些高度不协调的状况下, 便可能发生高阻抗共振情形。因此, 在RF的最大RMS电压通过驱动器终端时, 就必须指定一个电容。

功率与电压的关系就如公式 (4) 所示, 其中Z为系统的特性阻抗 (通常为50Ω) , 而Vpeak是RF电压的峰值, 如图3所示。RMS电压则可用公式 (5) 算出。

以50Ω的系统来说, Vrms就是

自行驱动并不会造成器件毁损。因此, 根据电路配置和规格偏差容许度不同, 在电压“绝对最大”的状况下, 仍有可能再次产生上述的自我驱动现象。

热调谐

RF-MEMS器件会因高电压驱动器产生的静电力而闭合, 且会随着驱动电压的移除而打开。一旦静电力消失, 梁 (beam) 的弹力就会将RF-MEMS器件恢复为打开状态。基于各种原因, 这种弹力通常会比静电力小。

恢复弹力较低就表示器件一旦闭合后, 将只在驱动电压降至“释放电压”以下时才会重新打开。RF-MEMS电容器的释放电压远低于驱动电压, 大约只有8V。在一般运作情况下并不构成问题, 因为集成电容器驱动程序会彻底移除驱动电压以打开电容器。

若RF信号中的RMS电压通过某个MEMS电容, 且该电压超过释放电压, 就会造成已驱动的MEMS器件无法打开。这会限制电容器切换至低电容状态时可提供的RF功率。此时的功率等级, 又会再次因电路配置和负载阻抗 (load impedance) 而产生不同程度的问题 (VSWR, 电压驻波比) , 因此除非已知电路配置, 否则热调谐范围就必须依据RMS释放电压来设定。

在一般的通信系统中, 调谐器通常会在数据传送流的暂停期间被重新设定。这就是所谓WCDMA的“压缩模式”, 或DTX的一般通信状态。另外, 许多需要热调谐的系统都以较低的RMS电压运作, 所以一般不需要超出全功率范围的热调谐功能。

应用馈电点调谐器

许多商业通信系统可因高性能的可调谐RF器件而获益。手机和便携式平板计算机两种平台的操作经验也深受天线功能的制约。尺寸上的限制, 让天线设计人员很难在50Ω的器件设计出足以匹配各频段运作的天线。目前各手机平台都不断增加频段, 这使得问题更加恶化。于是天线设计人员被迫牺牲天线的辐射效率 (radiation e ciency) 以便匹配各频段运作能力。

可调谐RF器件可应用于建立馈电点调谐器, 以优化天线的各个频段, 达到最大辐射效率, 而不只局限于50Ω。此调谐器将能针对各波段操作进行调整, 使收发器符合天线负载。目前的WiSpry调谐器产品的调节能力超过19:1 VSWR, 且只要使用专用宽带电路配置即能跨824至2170MHz频段。

目前, WiSpry调谐器产品采取开环 (open-loop) 控制。在这种配置状态下, 是采用业界标准数字总线格式的手机芯片组中的一个处理器 (通常是基频处理器, 但非绝对) 来进行控制。至于下一代的调谐器产品, 将于内部环路中加入闭环 (closed-loop) 调谐应用、功率传感器与反馈控制器等。这样一来, 传感器也要检测功率低于热调谐水平的情况, 并及时更改配置。

天线负载调谐器

天线负载调谐器能利用可调谐RF-MEMS电容器器件, 通过直接将可变负载加进天线结构的方式, 直接更改天线共振, 让天线能靠着调谐设定来反应不同变化。而这是另一种折衷辐射效率和符合多频段的方法。

可调谐滤波器

可调谐RF器件也可用于共振电路配置, 并在特定频率提供带拒或带通响应。这些响应都可用于RF-MEMS电容器调节, 且能提供控制效果良好的数字可调谐RF滤波器功能。

可调式功率放大器

RF-MEMS器件也可调节功率放大器 (PA) , 他可以优化PA并使之适应各种不同运作模式 (线性与非线性) 、功率等级和频率。基于效率考虑, 大部分的商用PA都运用传统的梯形网络来配合输出, 而尽管电感应只能通过传统、不可调节的方式达成, RF-MEMS电容器却能提供可调节的电容器件。

总结