射频发射和射频接收电路

图3.26动态天线的增益变化(左后轮)

图3.27动态天线的阻抗变化(左后轮)

根据上图动态天线的模拟结果，我们可以得知，天线的实际辐射电阻值比较小，而且随着轮轴的旋转而不断变化，分析可知上述变化规律和上图2.1所示的垂直辐射电阻的变化规律十分类似。

3.2 TPMS接收天线的仿真分析

TPMS传输天线的模型如下图3.30所示，传输天线使用1 /4λ型天线。接下来，笔者将详细的论述在理想条件下单天线与车辆，以及单天线组成的结构特征。图3.30接收天线模型

1)单天线

图3.31单天线方向图

图3.32方位角平面(仰角900)方向图

图3.34仰角平面(方位角900)方向图

2)车天线

图3.35车天线方向图

图3.37仰角平面(方位角00)方向图

图3.38仰角平面(方位角900)方向图

以上说明：单天线可以很好的维持1 /4λ型天线的所有特征，但是车身与单天线组成的车辆整体受到的影响作用比较强烈(上述方向图有一定的对称性，但是在很多方向也产生零点)。

3.3 本章小结

在本章里，笔者详细论述了针对TPMS传输天线展开的模拟仿真运行：

(1)考虑到车身和轮胎对信号收发的影响，建立了动态天线模型，进行了相关的仿真。

(2)对车天线进行了方向性分析。

4 射频发射和射频接收电路

4.1 身寸频发射电路设计

射频发射电路的设计目的为:把数据信号中频率是315±0. 035MHz 的射频数据信号，符合FCC 关于短距离无线通信规定20dB 带宽≤0.25%的要求，同时把数据信号展开功率扩增处理。

基本上所有的TPMS 射频电路使用的都是Infineon 集团推出的低能耗单片合成FSK/ASK 传送IC 模块TDK5101F 来实现，其工作原理示意图如下图4.1所示。这个板块生成FSK 数据信号的工作原理和第二章里提到的工作原理类似，不同之处在于数据信号的调整改变采用的是频率源的工作频率，并不是锁相环的分频率。

图4.1 TDK S101F 功能图

主要性能参数如下表所示:

工作频率围 311~317MHz 最大信号发射功率 5dBm 射频发射电路要注意的几个问题: 1)功率放大器输出匹配:

TDA5101F 的功率扩增设备运行在高效率的C 状态，从理论上分析可知，最佳载荷阻抗为R opt ，根据下式可以得出：

o

S opt P V R 2/2

其中，V s 为供电电压，P o 为输出功率。但是在实际上，阻抗还会受到其他多种运行参数的作用，因此，必须结合实际工作情况，获得有效的匹配值。

在实际工作中，采用动态天线电阻的调整改变来进行匹配电路的设计具有很

多的问题，但是根据上图3.27,图3.28分析可知，动态传输电阻的电抗相对来说，改变量很小，但是电阻改变量比较大的部分通常分布在240°~300°围，也就是无线感应设备的天线调整到靠近地面的围。开展电阻的匹配设计，就需要考虑到所有工作点的实际情况。

根据实际工作状况，使用一类非常简单、有效、可靠的折中方式来处理传输天线阻抗的随机改变给发射设备的功率扩增设备以及天线匹配产生的矛盾，也就是挑选出合理的阻抗展开匹配工作，与此同时，必须确保所有的工作点可以正常工作;实际检测的结果和仿真模拟分析获得的结果偏差不大，在此，选用240°角的阻抗来完成传输网络的匹配设计工作，其流程示意图以及运行结果如下图4.2所示。而下图4.3 则列举出了左前轮以及左后轮在不同角度下的运行状况，由下图分析可知，其接口回波主要是在12~36dB围改变，可以充分满足匹配要求。图4.2 TDK S101F功率放大器输入匹配原理图及仿真结果

图4.3前轮动态天线阻抗匹配对比

图4.4后轮动态天线阻抗匹配对比

2 ) FSK调制频率的产生:

想要生成70KHz的FSK数据信号，和晶体振荡设备以及载荷电容的选用有关系，和晶体振荡设备的工作频率以及PLL的分频效果有关系，这里选其频率为9. 84375MHz，采用NDK公司的NX8045GB来实现;荷载电容C V1C V2影响了FSK数据信号的误差大小(如图4.5)，进行有效地调整就能够产生70KHz的信号。图4.5 TDK S101F FSK信号产生图

采用TDA5211的接收机原理图、PCB版图见附录20

4.2 身寸频接收电路设计

射频接收电路的设计目的为:把出自天线接口的31 SMHz大小的弱电平数据信号，通过低噪声扩增设备加大滤波之后，调整为10. 7MHz左右的中频数据信号。

在本文中，TPMS射频传输电路主要使用的都是Infineon集团推出的低能耗单片合成FSK/ASK超外差传输IC板块TDA5211来实现的，其主要性能如下图4. 6所示。

图4.6 TDA 5211功能图

射频工作部分的基本特征参数如表4.2所示:

接收信号功率围(FSK) -110~-13dBm

低噪放输入频率围310~350MHz

混频器输入频率围310~350MHz

3dB中频频率围(FSK) 10.4~11MHz

射频传输电路需要解决的问题如下:

1)低噪声扩增设备传输匹配电路的具体设计:

为了获得较小的驻波比以及噪声指数，低噪声扩增设备的设计要求兼容噪声匹配以及传输功率匹配;根据芯片资料提供的数据，S11=0.895/-25.5 , NF=2dB ,Gain = 21dB来进行匹配，匹配电路使用ADS展开仿真模拟，其工作流程示意图以及运行结果如下图4.4所示。

图4.7 TDA 5211低噪声放大器输入匹配原理图及仿真结果

2)中频滤波器的选择:

中频滤波设备的对混频装置传输数据信号开始滤波处理，只可以通过有效数据信号，去除无效数据信号。这里中频滤波器的中心频率为10.7MHz;带宽挑选出有效数据信号与占用的带宽有一定关系，因此传输的FSK型数据信号的带宽是70KHz，结合对应的余量以及实际装置条件限制，带宽实际只有100KHz的Murata企业推出的中频滤波设备SFE10.7MA5-A才可以完成。