高集成度UHF頻段RFID讀寫器射頻模塊設計

本文仿真分析收發單天線的難點即發射天線回波信號（載波）的強度及其相位噪聲對接收機接收標簽應答信號的影響，根據分析結果來確定發射載波相位噪聲，接收機輸入噪聲系數以及輸入P1dB壓縮點這三個重要的射頻模塊指標。設定讀寫器需要讀到5m以外的標簽，發射輸出信號功率1W，標簽反射50%的輸入信號[5]，一般標簽正常工作需要50uW(-13dBm)的接收功率，根據上述條件以及自由空間電磁波傳輸模型公式[5]可以計算出讀寫器接收到的標簽應答信號功率P(TR),標簽接收到讀寫器的信號功率P(RT),假設標簽偶極子天線增益1.64,發射天線增益6dBi,工作頻率為915.25MHz.

P(RT)=30dBm+6dB+10log(1.64)+20log(3/9.1525)-20log(4*3.14*5)

=-7.5dBm>-13dBm

P（TR）=10log(P(RT）*0.5)-(30+7.5)dB

=-48.0dBm

假設天線回波損耗-15dB，則天線反射回接收鏈路的發射載波信號功率P(CW),

P(CW)=30dBm-15dB=15.0dBm

設定低噪放前的器件(開關，定向耦合器，濾波器)損耗為5.5dB,另外一般PR-ASK信號(250KHz,Tari=25us,X=0.5)的解調需要10dB信噪比。

根據上述分析及假設，在AgilentADS2008中建立如圖2接收鏈路分析模型，天線口輸入-51.5dBm（考慮邊帶有用信號僅為P（TR）的50%，靈敏度小于有用信號），中心頻率915.50MHz的PR-ASK信號(250KHz，Tari=25us，X=0.5標簽應答信號)疊加功率為15.0dBm,中心頻率為915.25MHz的單音信號（包含相位噪聲），該信號的建立符合ISO18000-6C(FCC)規范[1]。通過仿真分析確定接收機的輸入P1dB壓縮點需要17.1dBm左右;輸入噪聲系數可以很大，小于40dB即無影響;發射載波信號的相位噪聲要小于-128.5dBc/Hz(偏移250KHz),該指標的設計有較大難度，但對收發單天線性能非常重要，可以通過改善天線駐波和增益來減輕該指標的設計，另外因為噪聲系數要求低，輸入P1dB壓縮點要求高，本文通過在低噪放前加入衰減器來減輕對低噪放壓縮點的要求。

根據上述分析可見收發單天線方案因為其隔離度只有15dB導致其發射信號相位噪聲和接收鏈路P1dB壓縮點指標要求很高。而收發雙天線方案的隔離一般能達到40dB,因此其發射信號相位噪聲和接收鏈路P1dB壓縮點指標的設計較容易，但其成本高，復雜。

3測試結果

按照上述仿真分析結果，本文采用零中頻方案，設計出高集成度收發單天線的UHF頻段的RFID讀寫器射頻模塊，其實物如圖4所示，尺寸：長×寬×高=53.5mm×51.5mm×6mm。

圖4兩根收發單天線射頻模塊實物圖