R1000内部集成了接收器和发射器。实质上,接收器是一个零中频接收机。下变频后,直流的大部分被复位,由交流耦合电容器滤除。模拟中频滤波器提供粗略的频道选择。它具有可编程带宽满足大范围的数字通过率。该滤波器可以配置成两个实际的低通滤波器,也可以配置成复杂的单相带通滤波器。经滤波后,I,Q信号被数/模转换器转换成数字信号。滤波器中自动中频增益的升高会降低模/数转换器的动态范围。
R1000中,发射器支持同相正交矢量调制和极化调制。前者,用于SSB-ASK调制和反相幅移键控调制;后者,用于DSB-ASK。在这两种调制方式下,数字模块产生的信号,经过∑一△数/模转换器和重建滤波器转换成模拟信号。
在SSB-ASK调制方式下,基带编码信号经希尔伯特滤波器产生复合的同相信号I和正交信号Q,经∑-△数/模转换器将I,Q数字信号转换成模拟信号,进入模拟模块,该模拟信号经天线发射出去。在PR-ASK调制方式下,用混频器将信号反相弥补AM部分的时延,反相时延控制有一个可编程时延,使极化调制的相位与幅度之问的时间错误趋于最小值。在DSB-ASK调制方式下,基带编码和脉冲信号同样也经过希尔伯特滤波器产生一个复合的I,Q信号。所不同的是脉冲成型信号预先进行了扭曲,这样可以补偿调幅传递函数中的非线性。这个经过预先扭曲的调幅控制信号经过∑-△数/模转换器转换成模拟信号,最后通过天线发射出去。
基于功率要求和调制方式的不同,R1000有全功率非线性,低功率非线性和线性3种发射模式。在DSB-ASK调制模式下。R1000采用全功率非线性发射模式。为了发射R1000允许的天线上最大发射功率值为+30 dBm,需在R1000外部接1个PA。采用class—C极化调制能够提高系统的功率效率。在这种发射方式下,只有在DSB—ASK调制方式才有效。低功率非线性发射模式与全功率非线性发射模式相似,只是外部不再需要PA。相反,只使用内部较低的输出功率,在这种发射方式下只有DSB—ASK调制方式有效。在线性发射模式下,R1000的PA—out信号与外部线性PA相连,这是因为SSB—ASK调制方式要求1个线性的PA。需要指出的是在R1000外部接1个PA时,会增加系统的复杂度,但同时放大了传输信号的功率,使信号传输距离更远,提高了读写器的读写距离。
1.3 天线
对Intel R1000超高频收发器,基于不同的天线子系统,天线有两种配置情况。第一种情况是单天线模式。在这种情况下,用一个回路来隔离发射路径和接收路径,每根天线都具备接收器和发射器的功能。第二种情况是双天线模式。同样用分离的天线将接收器和发射器连接起来,通常情况下,两根独立的天线由一个开关控制,每根天线仅具备接收器功能或发射器功能。
对单天线模式,因天线的反射系数并不理想,所以接收增益不能太大,会有饱和的问题。以R1000的高接收灵敏度,可以搭配-10 dB左右的Coupler,视整体线路的隔离而定;对于双天线模式,天线的收发隔离比较理想,接收路径可以使用高增益。
该设计采用双天线模式,用矩形微带天线和同轴电缆构成读写器的天线。该微带天线的基板材料采用介电常数比较高的陶瓷基片,厚0.635 mm。天线宽为70.5 mm,长为52.689 mm,微带线宽度为0.598 mm,馈电点选取在天线宽边中心。经过ADS仿真,该天线中心频率为915 MHz。为减小天线反射系数,达到较理想的匹配,对天线串联一根长度为18.471 mm,阻值为50Ω的传输线,然后再并联一根长度为24.678 mm,阻值为50Ω的传输线。经ADS仿真优化得知,在中心频率915 MHz处,天线最大辐射方向上的方向性系数为3.535;效率为40.087%;增益为1.417。
2 系统软件设计
2.1 主程序
若系统在PC机的监控下工作,则系统与PC机之间是主从通信模式。系统收到Pc机的命令便进入初始化状态,按照主控程序进行相应的工作。处理完毕后,将所得信息送往PC机。主程序流程见图4。