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)識別技術(shù)，通過射頻耦合方式進(jìn)行非接觸雙向通信，達(dá)到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的。

　　RFID讀寫器在移動(dòng)過程中，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別能力的下降。對于讀寫器天線阻抗的匹配，國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)長且復(fù)雜的過程。

　　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。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)致傳輸功率的無用損耗。國際上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)，通過在TX1 和TX2 兩點(diǎn)測量天線線路的反射系數(shù)(即參數(shù)S11 )來手動(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)過手動(dòng)匹配的天線smit圖