一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路，該電路采用分立器件、耐高溫150℃并具有溫度補償電路和可以穿越地下1.5米通信距離。本電路部分均采用耐高溫的分立器件設(shè)計。整個系統(tǒng)可以在150℃高溫下運行，可以長時間穩(wěn)定工作。本發(fā)明可以穿越地面、管道對地下傳感器電源射頻天線進行耦合，實現(xiàn)充電、通信等功能，也可以在常溫下進行充電和通信。其中經(jīng)過的各單元分別為：耐高溫分立元器件的功率驅(qū)動放大電路單元、高溫補償電路單元、諧振電路單元和電源開關(guān)電路單元。本發(fā)明的天線及驅(qū)動電路可用于讀寫器、充電系統(tǒng)和射頻系統(tǒng)，具有體積小，重量輕，方便攜帶的特點。
【專利說明】
一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線射頻領(lǐng)域，特別是涉及耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，特種環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)將會向常規(guī)技術(shù)提出挑戰(zhàn)。對于特種軍事、特種民用和特種工業(yè)領(lǐng)域，與地下無源標簽需要耐高溫且通信距離滿足1.5米以上，而位于地下的管道中大量的傳感器、應答器等其他的射頻系統(tǒng)是沒有電源的。低頻可以解決高濕的穿越需求，但急需地上設(shè)備能與地下1.5米無源標簽進行通信，并能滿足耐高溫需求的射頻天線及其放大電路，集成運算放大器對于150°C以上甚至達到175°C的環(huán)境且能滿足工作性能要求的少之又少。對于耐高溫175°C低頻分立器件的天線及其驅(qū)動電路國內(nèi)外更是未見報道。因此本系統(tǒng)采用耐高溫175°C的分立器件替代了常溫工作的集成運算放大器進行設(shè)計，本設(shè)計采用耐高溫分立器件，并具有溫度補償功能，能夠解決耐高溫的問題，采用低頻頻率可以適應特種環(huán)境對射頻信號的傳輸性要求，采用特定的天線設(shè)計，可以增加穿越地下的距離，解決穿越地下的距離需求。本設(shè)計在特殊環(huán)境下的可靠性、成本和性能方面具有優(yōu)勢。本設(shè)計滿足在特殊環(huán)境下的天線及其驅(qū)動電路應用、射頻識別應用和物聯(lián)網(wǎng)應用等。
[0003]為此，本發(fā)明完成了一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了促進我國物聯(lián)網(wǎng)的縱深發(fā)展，促進特種軍用、特種民用、特種工業(yè)如石油探測管道、各種液體、氣體傳輸管道的無線維護中傳感器的電源問題、克服特種環(huán)境下無線射頻系統(tǒng)的通信距離問題，為此本發(fā)明完成了一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路。該系統(tǒng)能夠耐175°C高溫，具有溫度補償功能，能夠?qū)崿F(xiàn)與1.5米地下無源標簽的通信功能。
[0005]本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]耐高溫175°C低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路包括耐高溫175°C且具有溫度補償?shù)姆至⑵骷奶炀€驅(qū)動放大電路、耐高溫175°C低頻天線和天線諧振電路。
[0007]本發(fā)明以天線為核心，采用與天線電感相對應的負溫度系數(shù)的電容，使天線諧振電路在常溫和高溫都能很好的諧振，通過耐高溫分立元器件的功率驅(qū)動放大電路和高溫補償電路實現(xiàn)175°C高溫的穩(wěn)定運行，加上諧振電路實現(xiàn)射頻天線信號穿越地下1.5米距離感應。
[0008]實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的各單元模塊分別為:耐高溫分立元器件的功率驅(qū)動放大電路單元、高溫補償電路單元、諧振電路單元和電源開關(guān)電路單元。其中驅(qū)動放大電路不僅與溫度補償單元相連接，而且還與天線諧振電路相連接，驅(qū)動放大單元與電源開關(guān)電路相連接。
[0009]高溫補償電路單元使耐高溫分立器件功率放大單元在高溫150°C下穩(wěn)定工作，耐高溫分立元器件的功率驅(qū)動放大電路單元與諧振電路單元相連接，使天線發(fā)出的射頻信號能穿越地下1.5米。
[0010]溫度補償單元包括二極管串聯(lián)和電容并聯(lián)電路；
[0011 ]耐高溫驅(qū)動放大電路單元包括耐高溫達林頓放大電路和推挽驅(qū)動放大電路；
[0012]天線諧振單元包括電阻、天線和電容電路；
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明可以獲得以下有益效果。
[0014]本發(fā)明與目前各類天線及其驅(qū)動放大電路相比，可以耐高溫耐高濕175°C，采用分立器件驅(qū)動電路實現(xiàn)并具有溫度補償和無源標簽在距離1.5米時能進行隔地面通信。本發(fā)明的電路均采用耐高溫的分立器件替代常溫的集成運算放大器電路進行設(shè)計。整個系統(tǒng)可以在175°C溫度下運行，可以長時間工作。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)13.56MHz及以下的低頻頻率信號，溫度補償電路擬合度高，電路能夠在高溫下穩(wěn)定工作。本發(fā)明無線頻率和天線功率可以穿越地面、管道對地下傳感器電源進行充電、通信等功能，可以在高溫高濕環(huán)境下運行，也可以在常溫下運行。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的耐高溫低頻天線驅(qū)動電路的原理框圖；
[0016]圖2.1為本發(fā)明天線的分立器件功率驅(qū)動放大電路原理圖；
[0017]圖2.2為電源開關(guān)電路的原理圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的耐高溫低頻天線驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖中:1、溫度補償電路，2、天線功率驅(qū)動電路，3、天線諧振電路電路，4是電源開關(guān)電路。
【具體實施方式】
[0021]以下將結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明作進一步說明。
[0022]圖1為本發(fā)明的耐高溫低頻天線及其分立器件功率驅(qū)動電路的原理框圖。耐高溫175°C低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路包括耐高溫175°C且具有溫度補償?shù)姆至⑵骷奶炀€驅(qū)動放大電路、耐高溫175°C低頻天線和天線諧振電路。當天線電感、耐高溫絕緣線徑和中心孔徑以及中心鐵芯緊密配合時，與標簽天線耦合，信號可以穿越地下1.5米。
[0023]本發(fā)明以天線為核心，采用與天線電感相對應的負溫度系數(shù)的電容，使天線諧振電路在常溫和高溫都能很好的諧振，通過耐高溫分立元器件的功率驅(qū)動放大電路和高溫補償電路實現(xiàn)175°C高溫的穩(wěn)定運行，加上諧振電路實現(xiàn)射頻天線信號的遠距離感應。
[0024]圖2.1-2.2為本發(fā)明的天線及其分立器件功率驅(qū)動放大電路的連接圖，包括R1、D1、D2、C1、Q1構(gòu)成跟隨電路，Ql是達林頓管，采用耐高溫器件，用于驅(qū)動末級推挽輸出電路。Rl用于為Q2基極提供偏置電流，阻值小則增加功耗，阻值過大則驅(qū)動能力不足。通過仿真和實驗確定為1LDUD2和Cl是溫度補償電路I，提供兩個Vbe的電壓，以避免天線功率驅(qū)動電路2中的Q2和Q3產(chǎn)生交越失真。R2和R3除了用來吸收Dl和D2的反饋電壓以及Q2、Q3的Vbe的電壓差以防止熱擊穿外，也是天線RLC串聯(lián)諧振電路3中的R。增大R2、R3的阻值能夠減小諧振電路的Q值以展寬諧振電路的帶寬，而減小R2、R3阻值則能增大諧振電路的Q值從而增大在諧振點處的諧振電壓。電源開關(guān)電路4與驅(qū)動放大電路相連，其中的Q4A和Q4B決定開關(guān)整個電路電源。整個結(jié)構(gòu)的框圖如圖4所示。
[0025]圖3為本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)圖，天線采用耐高溫導線PTFE聚四氟乙烯絕緣MIL-W-16878/EE，是美軍標電線具有優(yōu)良的耐熱老化，同心圓單層密繞天線電感4.9mH，天線需要鐵芯。諧振電路電容值由諧振頻率確定，若為125KHz，則電容值為330pF。
【主權(quán)項】
1.一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路，其特征在于:耐高溫175°c低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路包括耐高溫175°C且具有溫度補償?shù)姆至⑵骷奶炀€驅(qū)動放大電路、耐高溫175 °C低頻天線和天線諧振電路； 本電路以天線為核心，采用與天線電感相對應的負溫度系數(shù)的電容，使天線諧振電路在常溫和高溫都能很好的諧振，通過耐高溫分立元器件的功率驅(qū)動放大電路和高溫補償電路實現(xiàn)175°C高溫的穩(wěn)定運行，加上諧振電路實現(xiàn)射頻天線信號穿越地下1.5米距離感應； 實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的各單元模塊分別為:耐高溫分立元器件的功率驅(qū)動放大電路單元、高溫補償電路單元、諧振電路單元和電源開關(guān)電路單元;其中驅(qū)動放大電路不僅與溫度補償單元相連接，而且還與天線諧振電路相連接，驅(qū)動放大單元與電源開關(guān)電路相連接； 高溫補償電路單元使耐高溫分立器件功率放大單元在高溫150°C下穩(wěn)定工作，耐高溫分立元器件的功率驅(qū)動放大電路單元與諧振電路單元相連接，使天線發(fā)出的射頻信號能穿越地下1.5米； 溫度補償單元包括二極管串聯(lián)和電容并聯(lián)電路； 耐高溫驅(qū)動放大電路單元包括耐高溫達林頓放大電路和推挽驅(qū)動放大電路； 天線諧振單元包括電阻、天線和電容電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路，其特征在于:耐高溫175°C低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路包括耐高溫175°C且具有溫度補償?shù)姆至⑵骷奶炀€驅(qū)動放大電路、耐高溫175°C低頻天線和天線諧振電路；當天線電感、耐高溫絕緣線徑和中心孔徑以及中心鐵芯緊密配合時，與標簽天線耦合，信號能穿越地下1.5 米； 本電路以天線為核心，采用與天線電感相對應的負溫度系數(shù)的電容，使天線諧振電路在常溫和高溫都能很好的諧振，通過耐高溫分立元器件的功率驅(qū)動放大電路和高溫補償電路實現(xiàn)175°C高溫的穩(wěn)定運行，加上諧振電路實現(xiàn)射頻天線信號的遠距離感應。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路，其特征在于:天線及其分立器件功率驅(qū)動放大電路包括R1、D1、D2、C1、Q1構(gòu)成跟隨電路，Ql是達林頓管，采用耐高溫器件，用于驅(qū)動末級推挽輸出電路;Rl用于為Q2基極提供偏置電流，阻值小則增加功耗，阻值過大則驅(qū)動能力不足;通過仿真和實驗確定為lk;Dl、D2和Cl是溫度補償電路(I)，提供兩個Vbe的電壓，以避免天線功率驅(qū)動電路(2)中的Q2和Q3產(chǎn)生交越失真；R2和R3除了用來吸收Dl和D2的反饋電壓以及Q2、Q3的Vbe的電壓差以防止熱擊穿外，也是天線RLC串聯(lián)諧振電路(3)中的R;增大R2、R3的阻值能夠減小諧振電路的Q值以展寬諧振電路的帶寬，而減小R2、R3阻值則能增大諧振電路的Q值從而增大在諧振點處的諧振電壓；電源開關(guān)電路(4)與驅(qū)動放大電路相連，其中的Q4A和Q4B決定開關(guān)整個電路電源。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路，其特征在于:天線采用耐高溫導線PTFE聚四氟乙烯絕緣且需要鐵芯。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫低頻天線及其分立器件的驅(qū)動放大電路，其特征在于:諧振電路電容值由諧振頻率確定。
【文檔編號】G06K7/10GK106056019SQ201610350472
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】耿淑琴, 劉晨, 何蘊良, 彭曉宏, 侯立剛, 袁穎, 高祥凱
【申請人】北京工業(yè)大學