阻抗匹配在RFID系統(tǒng)中的應(yīng)用

①確定端口的匹配模式;

②設(shè)計(jì)標(biāo)簽天線滿足端口的匹配模式以及天線的方向圖。

電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示，其戴維南等效電路如圖3(b)所示(標(biāo)簽天線可等效為天線等效內(nèi)阻與等效感應(yīng)電壓源的串聯(lián)組合，標(biāo)簽芯片可等效為一純阻抗)。

在無(wú)源射頻識(shí)別電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)中，當(dāng)電子標(biāo)簽芯片給定時(shí)，其等效阻抗ZL也隨之確定。電子標(biāo)簽工作的前提條件是標(biāo)簽芯片從標(biāo)簽天線獲得的能量(通過(guò)檢波積 累獲得臨時(shí)電源)應(yīng)過(guò)門(mén)限。根據(jù)圖3(b)的等效電路，當(dāng)共軛匹配時(shí)，標(biāo)簽芯片可從標(biāo)簽天線的感應(yīng)電壓源中獲得最大功率。因而，標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是 實(shí)現(xiàn)其等效阻抗與標(biāo)簽芯片端口的等效阻抗的共軛匹配。在給定ZL和US的情況下，共軛匹配要求ZS=Z*L。一般情況下，ZL呈現(xiàn)容性(電容儲(chǔ)能)，因而 要求標(biāo)簽天線的ZS顯感性以便與ZL的容性間實(shí)現(xiàn)共軛匹配。

(2)讀寫(xiě)器射頻端口與外接天線間的最佳匹配

以無(wú)源RFID系統(tǒng)的讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)為例，為了分析讀寫(xiě)器射頻端口的阻抗匹配情況，可參考如圖4所示的射頻端口等效電路。

圖4(a)示出了讀寫(xiě)器主機(jī)(射頻端口)與讀寫(xiě)器天線的連接端口A-A’。當(dāng)讀寫(xiě)器發(fā)射功率時(shí)，讀寫(xiě)器天線可等效為一個(gè)純負(fù)載阻抗，讀寫(xiě)器主機(jī)可等效為 純內(nèi)阻與電壓源的串聯(lián)，如圖4(b)所示。在圖4(b)中，ZS在工作頻帶內(nèi)可近似為50 Ω的純電阻，在端口界面A-A’上，通常要求行波傳送，即無(wú)從 ZL回送到讀寫(xiě)器的發(fā)射能量，由此要求ZL等效為純電阻。進(jìn)一步講，為使讀寫(xiě)器天線有最大的功率輻射能力(即從電源獲得最大功率)，亦要求 ZL=ZS=50 Ω，同時(shí)也滿足ZL=Z*S的共軛匹配條件。

由此可以確定，讀寫(xiě)器天線的設(shè)計(jì)目標(biāo)為：

(1)端口等效阻抗在工作頻帶內(nèi)為50 Ω(實(shí)際情況為接近50 Ω);

(2)天線方向圖滿足閱讀空間覆蓋要求。從端口阻抗匹配的角度來(lái)說(shuō)，因仍滿足ZL=Z*S的共軛匹配條件，故仍屬共軛匹配的范疇。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文詳細(xì)討論阻抗匹配的基本概念、阻抗匹配的種類(lèi)，以及各種匹配的具體含義。簡(jiǎn)要分析各種阻抗匹配的典型應(yīng)用。結(jié)合無(wú)源RFID系統(tǒng)中的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，討論阻抗匹配的具體應(yīng)用，從理論上明確了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目標(biāo)概念，得出基本判斷，對(duì)具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。