改造低频ISM发送器使其支持高频应用

　　300MHz至450MHz频段的ISM射频(RF)发送器已广泛用于欧洲434MHz市场，这也是美国260MHz至470MHz频段的重要频点。本文探讨了是否可以用现有的300MHz至450MHz RFIC构建868MHz发送器。868MHz发送器主要面向欧洲868MHz至870MHz免授权波段的应用。此外，本文就一系列测试展开讨论，分析了采用一个或多个设计用于300MHz至450MHz ISM频段的RF发送器在868MHz频率下所能提供的发射功率。

　　理论挑战

　　对于大多数低频ISM发射器，其开关功率放大器(PA)产生的二次谐波仅比基波频率低3dB。如果允许牺牲部分效率和功率性能，是否可以采用设计用于434MHz的IC来构建868MHz ASK发送器呢?由于相位噪声密度仅仅满足欧洲电信标准协会(ETSI)对于欧洲434MHz免授权波段的带外辐射标准要求，该相位噪声密度无法满足868MHz频段更为严格的要求。但这并不意味着设计868MHz ASK发送器没有任何价值。一些用户可能只需要很低的发射功率，或者只需对低频段IC的振荡器进行一些修改，并不需要进行全新的设计。

　　开关功率放大器的RF频谱

　　大多数低频ISMRF发送器中，开关功率放大器会产生占空比为0.25的周期脉冲，该脉冲序列的周期即为载波周期。理论上，脉冲序列的频谱是一组位于载频整数倍频点、以均匀间隔排列的谱线。每条谱线的幅度由函数sinc(sinx/x)加权，其中在4倍载频的整数倍频点处，幅度为零。图1给出了434MHz载波频谱的前六次谐波。868MHz分量(二次谐波)仅比基频434MHz低3dB。事实上，电路中的开关放大器只是驱动一个调谐电路，而电路特性主要取决于对基频谐波的抑制能力。如果调谐电路具有相对较宽的频带，那么它在868MHz处的辐射功率与基频功率的差值就会小于3dB。

　　将MAX7044EVKIT的谐波滤波器去掉，同时将偏置电感更改为62nH(这个值与2pF至2.5pF的寄生电容产生谐振)，可以在此评估板上验证3dB的差异。由L-C组成的谐振电路具有较宽的频带。因此，当功率放大器输出直接连接到50Ω负载时，不会大幅衰减868MHz处的谐波。图2所示为频谱分析仪在434MHz和868MHz频点的显示结果。868MHz分量比434MHz分量低3.5dB，这说明谐振电路衰减了0.5dB。

　　下一步是修改匹配网络以增强868MHz二次谐波，并衰减434MHz基频。

　　修改天线匹配电路以支持868MHz系统

　　利用已有的434MHz频段拓扑结构对MAX7044EVKIT进行修改，使其支持868MHz频点应用。所有ISMRF发送器评估板的匹配网络在300MHz至450MHz频段具有相同的拓扑结构，如图3所示。图中器件标号与MAX7044EVKIT评估板标示相同。

　　采用这种拓扑结构时，有多种方法可以将电路匹配至50Ω负载。最直接的方法是将C2-L3-C6的π型网络配置为50Ω低通滤波器来抑制谐波。然后，使用C1-L1组成的“L”型窄带阻抗变换网络将50Ω变换到高阻。除了280MHz至450MHz、可编程发送器MAX7044和MAX7060外，所有Maxim ISMRF低频段发送器在驱动125Ω至250Ω负载时的功效是最高的。MAX7044在低频驱动50Ω至60Ω负载时具有最高发射功率(2.7V供电时为13dBm)。增大发送器功率放大器输出端的阻抗，可以降低发射功率和供电电流。正常工作在低频时，选择电感和电容用于匹配功率放大器在设计频率下要求的阻抗。对于MAX7044EVKIT，LC网络在433.92MHz时能够很好地匹配在50Ω负载。