一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路，该电路采用分立器件、耐高温150℃并具有温度补偿电路和可以穿越地下1.5米通信距离。本电路部分均采用耐高温的分立器件设计。整个系统可以在150℃高温下运行，可以长时间稳定工作。本发明可以穿越地面、管道对地下传感器电源射频天线进行耦合，实现充电、通信等功能，也可以在常温下进行充电和通信。其中经过的各单元分别为：耐高温分立元器件的功率驱动放大电路单元、高温补偿电路单元、谐振电路单元和电源开关电路单元。本发明的天线及驱动电路可用于读写器、充电系统和射频系统，具有体积小，重量轻，方便携带的特点。
【专利说明】
一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路
技术领域
[0001]本发明涉及无线射频领域，特别是涉及耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路。
【背景技术】
[0002]随着物联网的快速发展，特种环境的物联网将会向常规技术提出挑战。对于特种军事、特种民用和特种工业领域，与地下无源标签需要耐高温且通信距离满足1.5米以上，而位于地下的管道中大量的传感器、应答器等其他的射频系统是没有电源的。低频可以解决高湿的穿越需求，但急需地上设备能与地下1.5米无源标签进行通信，并能满足耐高温需求的射频天线及其放大电路，集成运算放大器对于150°C以上甚至达到175°C的环境且能满足工作性能要求的少之又少。对于耐高温175°C低频分立器件的天线及其驱动电路国内外更是未见报道。因此本系统采用耐高温175°C的分立器件替代了常温工作的集成运算放大器进行设计，本设计采用耐高温分立器件，并具有温度补偿功能，能够解决耐高温的问题，采用低频频率可以适应特种环境对射频信号的传输性要求，采用特定的天线设计，可以增加穿越地下的距离，解决穿越地下的距离需求。本设计在特殊环境下的可靠性、成本和性能方面具有优势。本设计满足在特殊环境下的天线及其驱动电路应用、射频识别应用和物联网应用等。
[0003]为此，本发明完成了一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了促进我国物联网的纵深发展，促进特种军用、特种民用、特种工业如石油探测管道、各种液体、气体传输管道的无线维护中传感器的电源问题、克服特种环境下无线射频系统的通信距离问题，为此本发明完成了一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路。该系统能够耐175°C高温，具有温度补偿功能，能够实现与1.5米地下无源标签的通信功能。
[0005]本发明可以通过以下技术方案来实现:
[0006]耐高温175°C低频天线及其分立器件的驱动放大电路包括耐高温175°C且具有温度补偿的分立器件的天线驱动放大电路、耐高温175°C低频天线和天线谐振电路。
[0007]本发明以天线为核心，采用与天线电感相对应的负温度系数的电容，使天线谐振电路在常温和高温都能很好的谐振，通过耐高温分立元器件的功率驱动放大电路和高温补偿电路实现175°C高温的稳定运行，加上谐振电路实现射频天线信号穿越地下1.5米距离感应。
[0008]实现整个系统功能的各单元模块分别为:耐高温分立元器件的功率驱动放大电路单元、高温补偿电路单元、谐振电路单元和电源开关电路单元。其中驱动放大电路不仅与温度补偿单元相连接，而且还与天线谐振电路相连接，驱动放大单元与电源开关电路相连接。
[0009]高温补偿电路单元使耐高温分立器件功率放大单元在高温150°C下稳定工作，耐高温分立元器件的功率驱动放大电路单元与谐振电路单元相连接，使天线发出的射频信号能穿越地下1.5米。
[0010]温度补偿单元包括二极管串联和电容并联电路；
[0011 ]耐高温驱动放大电路单元包括耐高温达林顿放大电路和推挽驱动放大电路；
[0012]天线谐振单元包括电阻、天线和电容电路；
[0013]与现有技术相比本发明可以获得以下有益效果。
[0014]本发明与目前各类天线及其驱动放大电路相比，可以耐高温耐高湿175°C，采用分立器件驱动电路实现并具有温度补偿和无源标签在距离1.5米时能进行隔地面通信。本发明的电路均采用耐高温的分立器件替代常温的集成运算放大器电路进行设计。整个系统可以在175°C温度下运行，可以长时间工作。本发明能够实现13.56MHz及以下的低频频率信号，温度补偿电路拟合度高，电路能够在高温下稳定工作。本发明无线频率和天线功率可以穿越地面、管道对地下传感器电源进行充电、通信等功能，可以在高温高湿环境下运行，也可以在常温下运行。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的耐高温低频天线驱动电路的原理框图；
[0016]图2.1为本发明天线的分立器件功率驱动放大电路原理图；
[0017]图2.2为电源开关电路的原理图；
[0018]图3为本发明的天线结构图；
[0019]图4为本发明的耐高温低频天线驱动电路的结构框图。
[0020]图中:1、温度补偿电路，2、天线功率驱动电路，3、天线谐振电路电路，4是电源开关电路。
【具体实施方式】
[0021]以下将结合附图和具体实例对本发明作进一步说明。
[0022]图1为本发明的耐高温低频天线及其分立器件功率驱动电路的原理框图。耐高温175°C低频天线及其分立器件的驱动放大电路包括耐高温175°C且具有温度补偿的分立器件的天线驱动放大电路、耐高温175°C低频天线和天线谐振电路。当天线电感、耐高温绝缘线径和中心孔径以及中心铁芯紧密配合时，与标签天线耦合，信号可以穿越地下1.5米。
[0023]本发明以天线为核心，采用与天线电感相对应的负温度系数的电容，使天线谐振电路在常温和高温都能很好的谐振，通过耐高温分立元器件的功率驱动放大电路和高温补偿电路实现175°C高温的稳定运行，加上谐振电路实现射频天线信号的远距离感应。
[0024]图2.1-2.2为本发明的天线及其分立器件功率驱动放大电路的连接图，包括R1、D1、D2、C1、Q1构成跟随电路，Ql是达林顿管，采用耐高温器件，用于驱动末级推挽输出电路。Rl用于为Q2基极提供偏置电流，阻值小则增加功耗，阻值过大则驱动能力不足。通过仿真和实验确定为1LDUD2和Cl是温度补偿电路I，提供两个Vbe的电压，以避免天线功率驱动电路2中的Q2和Q3产生交越失真。R2和R3除了用来吸收Dl和D2的反馈电压以及Q2、Q3的Vbe的电压差以防止热击穿外，也是天线RLC串联谐振电路3中的R。增大R2、R3的阻值能够减小谐振电路的Q值以展宽谐振电路的带宽，而减小R2、R3阻值则能增大谐振电路的Q值从而增大在谐振点处的谐振电压。电源开关电路4与驱动放大电路相连，其中的Q4A和Q4B决定开关整个电路电源。整个结构的框图如图4所示。
[0025]图3为本发明的天线结构图，天线采用耐高温导线PTFE聚四氟乙烯绝缘MIL-W-16878/EE，是美军标电线具有优良的耐热老化，同心圆单层密绕天线电感4.9mH，天线需要铁芯。谐振电路电容值由谐振频率确定，若为125KHz，则电容值为330pF。
【主权项】
1.一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路，其特征在于:耐高温175°c低频天线及其分立器件的驱动放大电路包括耐高温175°C且具有温度补偿的分立器件的天线驱动放大电路、耐高温175 °C低频天线和天线谐振电路； 本电路以天线为核心，采用与天线电感相对应的负温度系数的电容，使天线谐振电路在常温和高温都能很好的谐振，通过耐高温分立元器件的功率驱动放大电路和高温补偿电路实现175°C高温的稳定运行，加上谐振电路实现射频天线信号穿越地下1.5米距离感应； 实现整个系统功能的各单元模块分别为:耐高温分立元器件的功率驱动放大电路单元、高温补偿电路单元、谐振电路单元和电源开关电路单元;其中驱动放大电路不仅与温度补偿单元相连接，而且还与天线谐振电路相连接，驱动放大单元与电源开关电路相连接； 高温补偿电路单元使耐高温分立器件功率放大单元在高温150°C下稳定工作，耐高温分立元器件的功率驱动放大电路单元与谐振电路单元相连接，使天线发出的射频信号能穿越地下1.5米； 温度补偿单元包括二极管串联和电容并联电路； 耐高温驱动放大电路单元包括耐高温达林顿放大电路和推挽驱动放大电路； 天线谐振单元包括电阻、天线和电容电路。2.根据权利要求1所述的一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路，其特征在于:耐高温175°C低频天线及其分立器件的驱动放大电路包括耐高温175°C且具有温度补偿的分立器件的天线驱动放大电路、耐高温175°C低频天线和天线谐振电路；当天线电感、耐高温绝缘线径和中心孔径以及中心铁芯紧密配合时，与标签天线耦合，信号能穿越地下1.5 米； 本电路以天线为核心，采用与天线电感相对应的负温度系数的电容，使天线谐振电路在常温和高温都能很好的谐振，通过耐高温分立元器件的功率驱动放大电路和高温补偿电路实现175°C高温的稳定运行，加上谐振电路实现射频天线信号的远距离感应。3.根据权利要求1所述的一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路，其特征在于:天线及其分立器件功率驱动放大电路包括R1、D1、D2、C1、Q1构成跟随电路，Ql是达林顿管，采用耐高温器件，用于驱动末级推挽输出电路;Rl用于为Q2基极提供偏置电流，阻值小则增加功耗，阻值过大则驱动能力不足;通过仿真和实验确定为lk;Dl、D2和Cl是温度补偿电路(I)，提供两个Vbe的电压，以避免天线功率驱动电路(2)中的Q2和Q3产生交越失真；R2和R3除了用来吸收Dl和D2的反馈电压以及Q2、Q3的Vbe的电压差以防止热击穿外，也是天线RLC串联谐振电路(3)中的R;增大R2、R3的阻值能够减小谐振电路的Q值以展宽谐振电路的带宽，而减小R2、R3阻值则能增大谐振电路的Q值从而增大在谐振点处的谐振电压；电源开关电路(4)与驱动放大电路相连，其中的Q4A和Q4B决定开关整个电路电源。4.根据权利要求1所述的一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路，其特征在于:天线采用耐高温导线PTFE聚四氟乙烯绝缘且需要铁芯。5.根据权利要求1所述的一种耐高温低频天线及其分立器件的驱动放大电路，其特征在于:谐振电路电容值由谐振频率确定。
【文档编号】G06K7/10GK106056019SQ201610350472
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】耿淑琴, 刘晨, 何蕴良, 彭晓宏, 侯立刚, 袁颖, 高祥凯
【申请人】北京工业大学