檢測無源RFID電子標(biāo)簽諧振頻率的耦合器之關(guān)鍵技術(shù)研究

圖11 耦合器電路原理

　　耦合器電路原理如圖11所示。來自頻譜分析儀的信號經(jīng)耦合器內(nèi)的變壓器線圈L1及電容器C1所構(gòu)成的LC振蕩回路1，產(chǎn)生了交變磁場H1。變壓器線圈L2及調(diào)諧電容器C2、回路分布電容C3共同構(gòu)成LC振蕩回路2，LC振蕩回路2受交變磁場H1的作用，產(chǎn)生了感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過導(dǎo)線線圈2、3產(chǎn)生頻率相同的交變磁場H2。根據(jù)亥姆霍茲線圈工作原理，交變磁場H2在耦合器的筒體中心位置產(chǎn)生均勻分布的感應(yīng)磁場。該感應(yīng)磁場可以激發(fā)放置在其中心位置的應(yīng)答器使其LC振蕩回路產(chǎn)生振蕩。

　　當(dāng)頻譜分析儀的掃頻頻率與應(yīng)答器的振蕩頻率相同時產(chǎn)生諧振，應(yīng)答器回路中的線圈及電容上的電壓上升至一峰值。頻譜分析儀上所顯示的感應(yīng)電壓曲線的峰值所對應(yīng)的掃描頻率即為所測應(yīng)答器的諧振頻率。

　　為了避免耦合器內(nèi)部的LC振蕩回路的振蕩頻率對待測應(yīng)答器諧振頻率的影響，要求耦合器的自身振蕩頻率至少在應(yīng)答器諧振頻率的兩倍以上。如筆者研制的RFID應(yīng)答器諧振頻率為8.2 ，則為匹配該應(yīng)答器所研制的耦合器的振蕩頻率為40 左右。

　　根據(jù)湯姆遜公式（1）計算LC振蕩頻率研制耦合器時，應(yīng)根據(jù)變壓器的線圈電感L1、L2值，分別匹配電容。電容值可根據(jù)公式（2）計算得到：
（2）

LC回路1的電容由調(diào)諧電容C1與分布電容C4并聯(lián)構(gòu)成，LC回路2的電容由調(diào)諧電容C2與分布電容C3并聯(lián)構(gòu)成，由于分布電容C3、C4很小，耦合器的振蕩頻率比應(yīng)答器的諧振頻率大得多，根據(jù)公式（2）分別計算得到的振蕩回路的電容值可近似認為調(diào)諧電容C1、C2的值。

6、關(guān)于調(diào)諧電容C的精確計算

　　為了能夠準確計算出能使電子標(biāo)簽產(chǎn)生諧振的調(diào)諧電容，必須確定線圈分布電容C’ 的值。因此，筆者必須要測定圖5所示應(yīng)答器的實際頻率f實際。

　　利用上述的耦合器來檢測我們的印刷出來的電子標(biāo)簽的頻率，實驗測得：匹配了82PF的調(diào)諧電容后，該應(yīng)答器的實際諧振頻率為6.2 ，而不是所要求的8.2 。

　　考慮到用電感測試儀測定的電感值有一定的偏差，所以，用公式（3）計算得到的電容值不是很準確，我們還需要對調(diào)諧電容做進一步的匹配，在消除公式（3）中電感測量誤差的情況下再計算分布電容。

　　由于分布電容較小，我們先忽略分布電容的值，考慮在實際頻率為8.2 的情況下，重新匹配調(diào)諧電容C。變換公式（3），得到：
（3）

得到： =46.878 PF 。

　　選擇51PF的電容器幫定到標(biāo)簽上，測得標(biāo)簽的實際頻率為7.3 。因此：分布電容C’的計算可以通過公式（5）得到：
（5）

分布電容C’=29.26PF。

　　為了使LC回路得到8.2 的諧振頻率，調(diào)諧電容C 的計算可以通過公式（6）得到：
（6）

計算得到調(diào)諧電容 =72.059 PF。

　　選擇標(biāo)準電容值75PF的電容器幫定到LC回路中。經(jīng)測試LC回路的諧振頻率為8.31 ，這是最接近閱讀器發(fā)送頻率的諧振頻率。雖然實際匹配的調(diào)諧電容值與計算得到的調(diào)諧電容值有微小的誤差，導(dǎo)致了LC回路諧振頻率與閱讀器發(fā)送頻率之間也存在微小的誤差。但是由于閱讀器的發(fā)送頻率在一個（f±10%）的掃頻范圍內(nèi)，該調(diào)諧電容的誤差可以得到彌補。

7、結(jié)論

　　我們設(shè)計的耦合器可以方便地檢測無源電子標(biāo)簽的諧振頻率，根據(jù)反復(fù)的檢測來計算電子標(biāo)簽的分布電容從而可以計算出我們所需要的調(diào)諧電容。頻率檢測方法實用，準確性高，為無源電子標(biāo)簽的電容和芯片的匹配提供了可靠的依據(jù)。