一种基于RF能量检测的Sub-1G射频前端电路设计及参数调整方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于RF能量检测的Sub-1G射频前端电路设计及参数调整方法，其中，基于RF能量检测，调整二阶椭圆函数低通滤波器中的元件参数值的步骤具体包括以下步骤：获取信道能量值；计算无线信号在传输线路上的能量损耗及节点间的通信距离；根据计算出的传输线路上的能量损耗和节点间的通信距离，调整二阶椭圆函数滤波器的元件参数值。本发明设计的Sub-1G射频前端电路稳定性和可靠性高，并可以基于RF能量检测，调整二阶椭圆函数低通滤波器中的元件参数值，通过更换射频电路中的实际电子元件值来达到传输线及负载的阻抗与射频源阻抗相匹配，实现了最大发射功率的传输。
【专利说明】一种基于RF能量检测的Sub-1 G射频前端电路设计及参数 调整方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及射频【技术领域】，特别涉及一种基于RF能量检测的Sub-1G射频前端电 路设计及参数调整方法。
【背景技术】
[0002] Sub-IG频段是我们国家的免申请段发射接收频率，可直接使用，穿透性强，适用于 障碍物较多、需要无线传输的应用。Sub-1G按照无线传输频段又可细分为433MHz、470MHz、 868MHz、915MHz四个系列。相比于2.4G频段，Sub-IG频段在覆盖效果和容量之间效果更 佳，目前被广泛应用于移动通信和无线网络领域。
[0003] 现有的射频前端电路一般结构复杂，系统的稳定性和可靠性低，传输线上的功率 损耗大，并且电路中的元件参数值是理论算出来的，实际效果大不理想，而现有技术又不存 在对射频前端电路的元件参数值的调整的技术方案。因此，现有的射频前端电路设计结构 不合理，并且不能基于RF能量检测调整电路的元件参数值，从而不能实现最大发射功率的 传输。
[0004] 因此，需要一种能够有效地设计Sub-IG射频前端电路并且能够调整电路元件的 参数的方法。
【发明内容】
[0005] 为此，本发明提出一种基于RF能量检测的Sub-IG射频前端电路设计及参数调整 方法，可充分地消除由于现有技术的限制和缺陷导致的一个或多个问题。
[0006] 本发明另外的优点、目的和特性，一部分将在下面的说明书中得到阐明，而另一部 分对于本领域的普通技术人员通过对下面的说明的考察将是明显的或从本发明的实施中 学到。通过在文字的说明书和权利要求书及附图中特别地指出的结构可实现和获得本发明 目的和优点。
[0007] 本发明提供了一种基于RF能量检测的Sub-IG射频前端电路设计及参数调整方 法，所述方法具体包括以下步骤：
[0008] 步骤1，计算Sub-IG射频前端电路中的传输导线的宽度；
[0009] 步骤2,设计二阶椭圆函数低通滤波器，所述二阶椭圆函数低通滤波器由2个谐振 电感、2个谐振电容和3个稱合电容组成，其中，第一谐振电感（L1)和第一谐振电容（C1)并 联形成第一 LC并联谐振器，第二谐振电感（L2)和第二谐振电容（C2)并联形成第二LC并 联谐振器，第一 LC并联谐振器和第一端口之间通过第一耦合电容（C3)接地，第一 LC并联 谐振器和第二LC并联谐振器之间通过第二耦合电容（C4)接地，第二LC并联谐振器和第二 端口之间通过第三耦合电容（C5)接地；
[0010] 步骤3,设计L型匹配网络并计算出L型匹配网络中电容和电感的参考值；
[0011] 步骤4,基于RF能量检测，调整二阶椭圆函数低通滤波器中的元件参数值；所述步 骤4具体包括以下步骤：
[0012] 步骤4. 1，获取信道能量值；
[0013] 步骤4. 2,计算无线信号在传输线路上的能量损耗及节点间的通信距离；
[0014] 其中，通过公式PL = P(T)_P(R)来计算能量损耗，其中，P(T)为发送数据时的能 量值，P(R)为接收数据的能量值；将计算出的PL代入以下公式来计算出节点间的通信距 离：
[0015] ?1^ = 32.44+20*1(^((1)1〇11+20*1(^&)]\1取，其中，频率€为 433厘取；
[0016] 步骤4. 3,根据在步骤4. 2中计算出的传输线路上的能量损耗和节点间的通信距 离，调整二阶椭圆函数滤波器的元件参数值。
[0017] 优选的，所述步骤1具体包括：根据以下公式计算传输导线的宽度W :
[0018]
【权利要求】
1. 一种基于RF能量检测的Sub-IG射频前端电路设计及参数调整方法，所述方法具体 包括以下步骤： 步骤1，计算Sub-IG射频前端电路中的传输导线的宽度； 步骤2,设计二阶椭圆函数低通滤波器，所述二阶椭圆函数低通滤波器由2个谐振电 感、2个谐振电容和3个耦合电容组成，其中，第一谐振电感（LI)和第一谐振电容（Cl)并联 形成第一LC并联谐振器，第二谐振电感（L2)和第二谐振电容（C2)并联形成第二LC并联 谐振器，第一LC并联谐振器和第一端口之间通过第一耦合电容（C3)接地，第一LC并联谐 振器和第二LC并联谐振器之间通过第二耦合电容（C4)接地，第二LC并联谐振器和第二端 口之间通过第三耦合电容（C5)接地； 步骤3,设计L型匹配网络并计算出L型匹配网络中电容和电感的参考值； 步骤4,基于RF能量检测，调整二阶椭圆函数低通滤波器中的元件参数值；所述步骤4 具体包括以下步骤： 步骤4. 1，获取信道能量值； 步骤4. 2,计算无线信号在传输线路上的能量损耗及节点间的通信距离； 其中，通过公式
来计算能量损耗，其中，P(T)为发送数据时的能量值， P(R)为接收数据的能量值；将计算出的PL代入以下公式来计算出节点间的通信距离：
，其中，频率f为433MHz; 步骤4. 3,根据在步骤4. 2中计算出的传输线路上的能量损耗和节点间的通信距离，调 整二阶椭圆函数滤波器的元件参数值。
2. 根据权利要求1所述的基于RF能量检测的Sub-IG射频前端电路设计及参数调整方 法，其特征在于，所述步骤1具体包括：根据以下公式计算传输导线的宽度w:
其中，Ztl = 50Q，其为期望的Sub-IG射频前端电路中的传输线的特性阻抗，
为自由空间的波阻抗，h为PCB板的厚度，eeff是由下述计算公式给出的 有效介电常数：
〇
3. 根据权利要求1所述的基于RF能量检测的Sub-IG射频前端电路设计及参数调整方 法，其特征在于，所述步骤2具体包括： 步骤2. 1，根据查表获知二阶椭圆函数滤波器原型的各个归一化参数值gl，g2,g3 ; 步骤2. 2,计算归一化f禹合系数k12. . . ，其中，
^其中n= 3 ; 步骤2. 3,计算滤波器f禹合系数K12. . .Kn_1>n，其中，
，n= 3,其中，Af 为带宽，为中心频率； 步骤2. 4,适当选择谐振器的谐振电感（LI,L2)的值； 步骤2. 5,计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计算公式为：
， 第二端口的特性阻抗计算公式为：.
，n= 3; 步骤2. 6,根据下述公式计算谐振器的谐振电容（Cl,C2)的值C__tOT :
步骤2. 7,根据下述公式计算各个耦合电容器（C3,C4,C5)的值：
步骤2. 8,将端口阻抗变换成所要求的特征阻抗。
4. 根据权利要求3所述的基于RF能量检测的Sub-IG射频前端电路设计及参数调整方 法，其特征在于，在步骤2. 4中，选择的谐振电感值为6. 8nH。
5. 根据权利要求3所述的基于RF能量检测的Sub-IG射频前端电路设计及参数调整方 法，其特征在于，在步骤2. 8中，所要求的特征阻抗为50Q。
6. 根据权利要求1所述的基于RF能量检测的Sub-IG射频前端电路设计及参数调整方 法，其特征在于，通过读取微控制器的寄存器的能量值字段并将读取到的能量值转换为信 号强度，来获取信道能量值。
7. 根据权利要求1所述的基于RF能量检测的Sub-IG射频前端电路设计及参数调整方 法，其特征在于，步骤4. 3中所述的调整二阶椭圆函数滤波器的元件参数值进一步包括：首 先调整以0. 2NH为调整步长调整谐振电感Ll或L2的值，然后以0. 3PF或0. 4PF为调整步 长调整耦合电容C3或C5的值。
【文档编号】H04B1/40GK104242980SQ201410440176
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】王宜怀, 胡宗棠, 刘辉 申请人:苏州大学