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射频识别系统的原理 [复制链接]

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2008-05-19
楼主    枫碟丽 发表于: 2008-06-23 16:16:38 
射频识别系统(RFID)一般由阅读器(PCD)和应答器(PICC)两部分组成。一台典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及与应答器连接的耦合元件[1]。应答器是射频识别系统真正的数据载体。通常,应答器由耦合元件以及微电子芯片组成,应答器没有自己独立的供电电源,只是在阅读器的响应范围之内,接受来自阅读器的射频电源,应答器工作所需要的能量,如同时钟脉冲和数据一样,是通过耦合单元非接触传输而获得的[2],因此,实现耦合的元件——天线,在本系统中具有关键作用,天线的设计直接关系到系统的通信距离和数据传输的可靠性。下面主要以射频基站芯片[URL=http://www.qooic.com/Detail-U2270B.html]U2270B[/URL]为例,讨论射频识别系统的天线设计。

在RFID系统中有两个LC电路:由基站线圈和连接电容组成的LRCR电路以及由应答器线圈和连接电容组成的LTCT电路。在单线圈系统中,要求两个LC电路调谐在相同的谐振频率上。属于基站和应答器的谐振频率不匹配,零调制就会产生,从而降低系统的性能,在系统设计成型后,天线的电感是固定的,因此要改变LC电路的谐振频率,只有调节电路中的电容量。

阅读器基站天线是由电感、电容和电阻组成的串联谐振电路。如图1所示。其特性用谐振频率F0和Q因子表示[3]。f0是RFID系统的工作频率,由天线的电感和电容共同决定,可以由式(1)来计算:

一般设计采用阅读器工作在单一频率的模式,对[URL=http://www.qooic.com/Detail-U2270B.html]U2270B[/URL]而言,可以取f0=125kHz。Q因子(QR)与天线的带宽B和谐振频率f0的关系为B=f0/QR。高QR值会得到较高的阅读器天线电压,从而可增加传输到应答器的能量,高QR值的缺点是减小了天线带宽,进而当应答器频率发生偏移时减小了应答器所感应的数据信号电压,从而导致射频卡的解调困难[4]而无法正常工作。耦合因子为阅读器基站的电磁场产生线圈和应答器之间的耦合,耦合因子取决于系统的结构残素,直接影响阅读器与应答器的阅读距离。优化耦合因子将对能量传输通道和信号传输通道有利。为确定耦合因子,可利用Temic公司提供的试验应答线圈(TTC)及电路进行测试。QR的取值范围要控制在5~15,一般取QR=12,可以适合于大多数应用情况的要求,如果天线的电感确定,那么QR因子可以通过式(2)由RR进行调整: