基于RFID的天線阻抗自動(dòng)匹配技術(shù)的設(shè)計(jì)

射頻設(shè)別( Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是從20世紀(jì)90年代興起并逐步走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻耦合方式進(jìn)行非接觸雙向通信，達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。

　　RFID讀寫器在移動(dòng)過(guò)程中，天線感應(yīng)系數(shù)和阻抗的易變性造成讀寫器傳輸功率不必要的損耗和識(shí)別能力的下降。對(duì)于讀寫器天線阻抗的匹配，國(guó)外一些大公司的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向自動(dòng)匹配方面，并有了比較成功的案例，而國(guó)內(nèi)應(yīng)用研究主要還集中于手動(dòng)匹配方面。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，天線與讀寫器模塊將向集成化發(fā)展，對(duì)于天線阻抗的匹配也將提出新的要求，而手動(dòng)匹配是個(gè)耗時(shí)長(zhǎng)且復(fù)雜的過(guò)程。

　　因此，天線阻抗的自動(dòng)匹配技術(shù)也將成為一種發(fā)展趨勢(shì)。本文論證了天線阻抗的手動(dòng)匹配方法，并在最大化應(yīng)用集成元件的情況下，提出了一種新的適用于13. 56 MHz RFID讀寫器的天線阻抗自動(dòng)匹配方法。

　　1　阻抗手動(dòng)匹配技術(shù)

　　RFID系統(tǒng)使用外接天線與電子標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)線通信。天線夾具形狀和尺寸的易變性使天線的輸入阻抗易隨外部環(huán)境的變化還發(fā)生微弱變化，導(dǎo)致傳輸功率的無(wú)用損耗。國(guó)際上RFID讀寫器天線標(biāo)準(zhǔn)阻抗一般都為50Ω， 本文設(shè)定阻抗匹配目標(biāo)為(50 + j0)Ω。天線電路如圖1所示，一般包含3個(gè)部分:

　　(1)電磁兼容( EMC)濾波(L0 ， C0 )電路；(2)包含可調(diào)諧電容C1、C2 的匹配電路；(3)天線。

　　EMC濾波電路濾去了載波頻率為13. 56 MHz阻抗變換時(shí)的諧波干擾。它有一個(gè)固定的諧振頻率，這個(gè)頻率是實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸率和最高副載波頻率的結(jié)合。如用曼切斯特編碼時(shí)，傳輸?shù)淖罡邤?shù)據(jù)率為424 kbit/ s，頻率為848 kHz，則諧振頻率為14. 408MHz。

圖1　天線電路框圖

　　在載波頻率為13. 56 MHz時(shí)，通過(guò)在TX1 和TX2 兩點(diǎn)測(cè)量天線線路的反射系數(shù)(即參數(shù)S11 )來(lái)手動(dòng)調(diào)諧，直到天線電路的輸入阻抗達(dá)到目標(biāo)，計(jì)算方程如下：

又有ZL = 50W，可以看出，要使(S11 ) = 50Ω， S11必須為0。

　　手動(dòng)調(diào)諧即是交替不斷調(diào)整電容C1、C2 的值，同時(shí)觀察曲線變化，直到在所要求的頻率點(diǎn)S11等于0。圖2為某一天線電路在頻率在10～20MHz之間變化時(shí)，其反射系數(shù)的變化曲線，其中，標(biāo)記13. 56MHz的點(diǎn)， S11值近似為0，達(dá)到了匹配要求。

圖2　經(jīng)過(guò)手動(dòng)匹配的天線smit圖