[发明专利]一种现代反向散射通信系统硬件的优化方法

权利要求书

1.一种现代反向散射通信系统硬件的优化方法，其特征在于所述该方法包括以下步骤：

(1)优化板载高频天线，为了接收915MHZ频率的信号，我们需要设计工作频率为915MHZ的板载天线，选用PIFA天线作为接收天线。PIFA天线是目前应用最广泛的手机内置天线。它具有体积小、重量轻、外形低、成本低、机械强度好、频带宽等一系列优点。PIFA天线由线性逆F天线(IFA)发展而来，IFA的频带通常小于中心频率的百分之一。根据Q值与天线带宽的关系，提高带宽的方法是降低Q值，因此，将IFA天线的细线换成一定宽度的金属板，可以增加分布电容，减小分布电感。因此，平面天线的输入阻抗低于线性天线，从而产生了宽带的谐振特性，从而增加了天线的带宽，这就形成了PIFA天线。我们首先确定PIFA天线的工作频率为915MHZ，其介电基板为Tag，除了介电基板，微带贴片是平行于地平面的一块金属，同轴馈线用于信号传输，天线的尺寸、反馈点的位置等参数会影响天线的工作状态，基于上述天线设计原理，我们设计了响应频率为915MHz的PIFA微带天线。

(2)天线优化完成后，还需要对匹配网络进行优化，以满足高频阻抗和低频阻抗的匹配。阻抗匹配(IM)是通过一个电感和一个电容组成的匹配网络来实现的。以往的优化往往只是根据ADS软件计算出相应的值，在我们的优化设计中，我们将计算出的值放入矢量网络分析仪，并用实际测试的值在进行计算，以达到一种反馈的作用。众所周知,微带天线的阻抗通常是50Ω，负载阻抗应由矢量网络分析仪测量，匹配网络的入射阻抗需要尽可能保持在50欧姆，散射参数s11需要尽可能小。在该无源通信系统中，有三个匹配网络，分别是天线和数字接收电路(IM1)之间，天线和语音接收电路(IM2)之间，天线和语音传输电路(IM3)之间，它们的匹配进程是相似的。我们用矢量网络分析仪测量相应电路的负载阻抗，并将其放入ADS软件中。在确定了天线阻抗和负载阻抗后，ADS可以自动计算匹配网络中的电容和电感。在确定电容和电感后，可以在ADS软件中模拟电路的S11参数。如果915MHZ下的S11参数经过归一化后接近1，则匹配网络是正确的。以数字接收机的匹配网络为例，我们选择了由电容和电感组成的匹配网络，首先，负载阻抗需要测试与矢量网络分析仪。然后将负载阻抗代入ADS软件的计算模型，计算电容和电感的值。但是理论值与实际值之间往往存在较大的差距，需要通过实验检验不断修正。根据实验我们得出规律：通常改变电容值可以改变匹配网络的响应频率，改变电感值也可以在小范围内改变响应频率。

(3)最后为了提高系统稳定性，我们对节点的获能和升压模块进行了优化。由于本系统是不需要电源的，因此需要从环境中获得能量供给芯片工作，以往的获能系统可能只涉及到某一种信号的获取，我们的优化设计中主要从环境中获取两种能量，分别是射频信号能量和光信号能量。射频信号由板内天线接收，通过匹配网络发送到由几个肖特基二极管和电容器组成的整流器。整流器可将射频信号转换为低压直流信号，送至Bq25570芯片及其外围电路组成的升压模块，Bq25570是TI公司设计的超低功耗DC-DC升压芯片。其冷启动电压仅为330mV，通过设置外围电阻值可控制输出电压。我们设置它的输出电压为1.9V。根据bq25570的数据表,可以计算出输出电压为1.9v时,其外围电阻值为R_ov1＝5.63mΩ,R_ov2＝7.32mΩ,R_ok1＝6.55mΩ,R_ok2＝3.76mΩ,R_ok3＝2.7mΩ,R_out1＝8.28mΩ,R_out2＝4.72mΩ。当环境中RF信号或环境光较强时，Bq25570外围储能电容可以存储多余的能量，使得环境信号较弱时维持稳定的电源供应，升压后的电压传入由TPS780芯片和1uF电容组成的LDO稳压模块，可以产生1.8V的稳定供电电压。