无线电能传输装置-课设要求-lwg
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无线识别装置-课设要求
1.原理框图
2.要求 1.基本要求：完成无线电能传输。以传输距离和传输效率来判定。 2.选做：完成无线信号的解调。
1.基本要求部分
1.1 线圈的制作 1.2 载波电路制作 1.3 功放电路制作 1.4 发射匹配电路设计 1.5 接收电路设计
1.1 线圈的制作
装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于 1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。 线圈直径为6.6±0.5cm（可用直径6.6cm左右的易 拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可）。
抗Hale Waihona Puke = (M )2 ，可见反射阻抗与次级回路的阻抗成反比。
Z 22
10
负载调制（2）
负载调制即是通过改变次级回路阻抗，从而改变反射阻 抗，继而改变初级上的电压，实现对初级负载电压的幅度调 制。
11
负载调制（3）
由于线圈通过空气耦合的互感系数很小，为了达到最大 程度的负载调制效果，必须使负载的变化尽可能大。因此可 以选择使用导通电阻很低的高频模拟开关并联在应答器线圈 两端，用应答器的编码数据来控制模拟开关的通断，以改变 等效到原边的负载，引起原边的电压变化，因此可以采用简 单的包络检波电路来解调出原边电压的变化，即得到应答器 的编码数据。
4
1.2 载波电路制作
5V
载波发生及缓冲电路
1.3 功放电路制作
应答器由阅读器通过无线耦合的方式供电，因此对阅读 器的发射功率要求较高，应选用功率放大器来提高发射功率。 采用分立元件的丙类放大器。
C1970采用数字电路驱动，其输入阻抗匹配电路可以从简，滤波后用一个0.1uF 电容直接耦合到C1970基极。 根据C1970的输出阻抗进行输出匹配，保证功率的最大传输。
信号选频部分主要是选择阅 读器发射的高频信号，应答器线 圈与C1及电路后面等效电容构成 并联谐振电路，经整流滤波给后 级提供电源。电路中采用二极管 全波整流，以获取足够高的电压 供给后级使用。
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2.选做部分：
2.1 负载调制电路 本系统工作在HF段，耦合部分应以变压器模型进 行分析。利用变压器的性质，将副边（应答器）线 圈折合到原边（阅读器）线圈，改变副边负载的大 小时，便能够改变原边的电压特性。这就是负载调 制效应
C1
D1
3 3p
1 n6 0
D2 1 n6 0
Receive Circuit 2 00 7 .9 .4
L1 1 mH
C8 R3 100p 1 0k
VCC
R1 1 0k
C2
C3
1u
1u
L2
R4
D3 D4
1 0k
1 0u H
1n4148 1n4148
C12 C10 C11 100p 47p 3/30p
C5 C7 C9 R2
然后输出经过一个50-50欧姆的π 型低通滤波器滤波，接 着通过一个50-20欧姆“倒L”型低通滤波器，最后接上已调 谐振的耦合线圈回路进行匹配输出。
调节各个可变电容，使接收端感应电压达最大即达到了 阻抗匹配状态。
7
1.5 应答器电路设计
应答器电路包括谐振选频、 整流滤波、稳压、上电复位、数 据编码、负载调制几个部分。 电源部分：
外接 单电源
耦合线圈 耦合线圈
阅读器
应答器
D
根据题意绕制的耦合线圈电感的实测值约为13uH。如载频 选得较高，那么与之谐振的电容则可能非常小，由于分布 电容的影响，调试将十分困难。若载频选得较低，则会降 低能量发射和耦合的效率。综合考虑选择载波为4MHz。
耦合线圈的谐振与匹配
阅读器射频输出端采用发射线圈（电感）和电容串联构
1 0k
C6
10u 102 104
1 04
o pamp
C4
lm3 8 6
1u
R5 1 0k
comp arat or lm3 1 1
dataout data out
1 0k
1 0k
R6 R7
C13
1 04
14
成谐振回路。
由串联谐振公式
f
2
1 LC
得匹配电容
C约为120pF，可
选取一个100pF和一个3～33pF的可调电容并联得到。
为了提高应答器谐振回路Q值以获取更大电压，使低压
差稳压芯片能够在更远距离工作，应答器采用并联谐振回路。
耦合线圈谐振电路示意图3所示。
图3 无线识别装置耦合线圈谐振电路示意图
负载调制（1）
所谓耦合回路是由相互间有影响的两个单振荡回路组成， 其中接入信号源的回路称为初级回路，与它相耦合的回路连 接负载，叫做次级回路。初、次级回路之间的耦合分为电感 耦合和电容耦合，这里主要说明电感耦合。
在耦合回路中，初级的能量和功率通过磁场耦合到次级 上，同时初级和次级对另一个回路的影响等效与在另一回路 上串联一个电抗元件，称为反射阻抗。次级对初级的反射阻
6
1.4 发射匹配电路设计
设1970的输出功率为1W，电源电压12V，饱和管压降 Vces=2V，根据丙类功放的最佳负载阻抗计算公式：
R (VCC VCE)2 2 PO
计算出C1970的最佳输出匹配阻抗为50欧姆，C1970的输出阻 抗可等效为50欧姆电阻和10pF左右的电容并联。为便于后级 匹配，将集电极馈电线圈兼作谐振回路，以抵消输出电容的 影响，将C1970输出匹配为50欧姆的纯阻。
在本系统中，通过控制应答器电源和地之间的模拟开关 的通断来改变Z，导通时阻抗接近0Ω ，反射阻抗为无穷大； 截止时导通电阻很大，反射阻抗很小。初级回路的等效阻抗 变化较大，因而负载调制的效果明显。
12
2.2 阅读器接收电路设计
接收解调电路： 应答器采用的是负载调制，在接收电路中只需要经过检
波、放大、比较整形即可以还原出应答器的数字信号。 检波部分采用倍压检波电路，这种电路对输入的灵敏度
高，非常适合于解调负载调制在发射端引起的微小变化。由 于发射功率比较大，检波后的信号包含非常大的直流分量， 因此，采用一个LC串联回路来滤除直流分量和高频分量，然 后送往由运放构成的放大器，最后进入比较器整形。
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2.2 阅读器接收电路设计
接收解调电路图：
From transmmiter circuit
1.原理框图
2.要求 1.基本要求：完成无线电能传输。以传输距离和传输效率来判定。 2.选做：完成无线信号的解调。
1.基本要求部分
1.1 线圈的制作 1.2 载波电路制作 1.3 功放电路制作 1.4 发射匹配电路设计 1.5 接收电路设计
1.1 线圈的制作
装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于 1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。 线圈直径为6.6±0.5cm（可用直径6.6cm左右的易 拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可）。
抗Hale Waihona Puke = (M )2 ，可见反射阻抗与次级回路的阻抗成反比。
Z 22
10
负载调制（2）
负载调制即是通过改变次级回路阻抗，从而改变反射阻 抗，继而改变初级上的电压，实现对初级负载电压的幅度调 制。
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负载调制（3）
由于线圈通过空气耦合的互感系数很小，为了达到最大 程度的负载调制效果，必须使负载的变化尽可能大。因此可 以选择使用导通电阻很低的高频模拟开关并联在应答器线圈 两端，用应答器的编码数据来控制模拟开关的通断，以改变 等效到原边的负载，引起原边的电压变化，因此可以采用简 单的包络检波电路来解调出原边电压的变化，即得到应答器 的编码数据。
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1.2 载波电路制作
5V
载波发生及缓冲电路
1.3 功放电路制作
应答器由阅读器通过无线耦合的方式供电，因此对阅读 器的发射功率要求较高，应选用功率放大器来提高发射功率。 采用分立元件的丙类放大器。
C1970采用数字电路驱动，其输入阻抗匹配电路可以从简，滤波后用一个0.1uF 电容直接耦合到C1970基极。 根据C1970的输出阻抗进行输出匹配，保证功率的最大传输。
信号选频部分主要是选择阅 读器发射的高频信号，应答器线 圈与C1及电路后面等效电容构成 并联谐振电路，经整流滤波给后 级提供电源。电路中采用二极管 全波整流，以获取足够高的电压 供给后级使用。
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2.选做部分：
2.1 负载调制电路 本系统工作在HF段，耦合部分应以变压器模型进 行分析。利用变压器的性质，将副边（应答器）线 圈折合到原边（阅读器）线圈，改变副边负载的大 小时，便能够改变原边的电压特性。这就是负载调 制效应
C1
D1
3 3p
1 n6 0
D2 1 n6 0
Receive Circuit 2 00 7 .9 .4
L1 1 mH
C8 R3 100p 1 0k
VCC
R1 1 0k
C2
C3
1u
1u
L2
R4
D3 D4
1 0k
1 0u H
1n4148 1n4148
C12 C10 C11 100p 47p 3/30p
C5 C7 C9 R2
然后输出经过一个50-50欧姆的π 型低通滤波器滤波，接 着通过一个50-20欧姆“倒L”型低通滤波器，最后接上已调 谐振的耦合线圈回路进行匹配输出。
调节各个可变电容，使接收端感应电压达最大即达到了 阻抗匹配状态。
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1.5 应答器电路设计
应答器电路包括谐振选频、 整流滤波、稳压、上电复位、数 据编码、负载调制几个部分。 电源部分：
外接 单电源
耦合线圈 耦合线圈
阅读器
应答器
D
根据题意绕制的耦合线圈电感的实测值约为13uH。如载频 选得较高，那么与之谐振的电容则可能非常小，由于分布 电容的影响，调试将十分困难。若载频选得较低，则会降 低能量发射和耦合的效率。综合考虑选择载波为4MHz。
耦合线圈的谐振与匹配
阅读器射频输出端采用发射线圈（电感）和电容串联构
1 0k
C6
10u 102 104
1 04
o pamp
C4
lm3 8 6
1u
R5 1 0k
comp arat or lm3 1 1
dataout data out
1 0k
1 0k
R6 R7
C13
1 04
14
成谐振回路。
由串联谐振公式
f
2
1 LC
得匹配电容
C约为120pF，可
选取一个100pF和一个3～33pF的可调电容并联得到。
为了提高应答器谐振回路Q值以获取更大电压，使低压
差稳压芯片能够在更远距离工作，应答器采用并联谐振回路。
耦合线圈谐振电路示意图3所示。
图3 无线识别装置耦合线圈谐振电路示意图
负载调制（1）
所谓耦合回路是由相互间有影响的两个单振荡回路组成， 其中接入信号源的回路称为初级回路，与它相耦合的回路连 接负载，叫做次级回路。初、次级回路之间的耦合分为电感 耦合和电容耦合，这里主要说明电感耦合。
在耦合回路中，初级的能量和功率通过磁场耦合到次级 上，同时初级和次级对另一个回路的影响等效与在另一回路 上串联一个电抗元件，称为反射阻抗。次级对初级的反射阻
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1.4 发射匹配电路设计
设1970的输出功率为1W，电源电压12V，饱和管压降 Vces=2V，根据丙类功放的最佳负载阻抗计算公式：
R (VCC VCE)2 2 PO
计算出C1970的最佳输出匹配阻抗为50欧姆，C1970的输出阻 抗可等效为50欧姆电阻和10pF左右的电容并联。为便于后级 匹配，将集电极馈电线圈兼作谐振回路，以抵消输出电容的 影响，将C1970输出匹配为50欧姆的纯阻。
在本系统中，通过控制应答器电源和地之间的模拟开关 的通断来改变Z，导通时阻抗接近0Ω ，反射阻抗为无穷大； 截止时导通电阻很大，反射阻抗很小。初级回路的等效阻抗 变化较大，因而负载调制的效果明显。
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2.2 阅读器接收电路设计
接收解调电路： 应答器采用的是负载调制，在接收电路中只需要经过检
波、放大、比较整形即可以还原出应答器的数字信号。 检波部分采用倍压检波电路，这种电路对输入的灵敏度
高，非常适合于解调负载调制在发射端引起的微小变化。由 于发射功率比较大，检波后的信号包含非常大的直流分量， 因此，采用一个LC串联回路来滤除直流分量和高频分量，然 后送往由运放构成的放大器，最后进入比较器整形。
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2.2 阅读器接收电路设计
接收解调电路图：
From transmmiter circuit