基于RFID的天線(xiàn)阻抗自動(dòng)匹配技術(shù)的設計

射頻設別( Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是從20世紀90年代興起并逐步走向成熟的一項自動(dòng)識別技術(shù)，通過(guò)射頻耦合方式進(jìn)行非接觸雙向通信，達到目標識別和數據交換的目的。

　　RFID讀寫(xiě)器在移動(dòng)過(guò)程中，天線(xiàn)感應系數和阻抗的易變性造成讀寫(xiě)器傳輸功率不必要的損耗和識別能力的下降。對于讀寫(xiě)器天線(xiàn)阻抗的匹配，國外一些大公司的研究已經(jīng)轉向自動(dòng)匹配方面，并有了比較成功的案例，而國內應用研究主要還集中于手動(dòng)匹配方面。隨著(zhù)集成技術(shù)的發(fā)展，天線(xiàn)與讀寫(xiě)器模塊將向集成化發(fā)展，對于天線(xiàn)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(cháng)且復雜的過(guò)程。

　　因此，天線(xiàn)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(xiàn)阻抗的手動(dòng)匹配方法，并在最大化應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(xiě)器的天線(xiàn)阻抗自動(dòng)匹配方法。

　　1　阻抗手動(dòng)匹配技術(shù)

　　RFID系統使用外接天線(xiàn)與電子標簽進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。天線(xiàn)夾具形狀和尺寸的易變性使天線(xiàn)的輸入阻抗易隨外部環(huán)境的變化還發(fā)生微弱變化，導致傳輸功率的無(wú)用損耗。國際上RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)標準阻抗一般都為50Ω， 本文設定阻抗匹配目標為(50 + j0)Ω。天線(xiàn)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)包含可調諧電容C1、C2 的匹配電路；(3)天線(xiàn)。

　　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)際數據傳輸率和最高副載波頻率的結合。如用曼切斯特編碼時(shí)，傳輸的最高數據率為424 kbit/ s，頻率為848 kHz，則諧振頻率為14. 408MHz。

圖1　天線(xiàn)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)測量天線(xiàn)線(xiàn)路的反射系數(即參數S11 )來(lái)手動(dòng)調諧，直到天線(xiàn)電路的輸入阻抗達到目標，計算方程如下：

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

　　手動(dòng)調諧即是交替不斷調整電容C1、C2 的值，同時(shí)觀(guān)察曲線(xiàn)變化，直到在所要求的頻率點(diǎn)S11等于0。圖2為某一天線(xiàn)電路在頻率在10～20MHz之間變化時(shí)，其反射系數的變化曲線(xiàn)，其中，標記13. 56MHz的點(diǎn)， S11值近似為0，達到了匹配要求。

圖2　經(jīng)過(guò)手動(dòng)匹配的天線(xiàn)smit圖