一種提高RFID系統中耦合器定向性的方法

從圖3中明顯可以看出，S11只有很小的變化，這是因為耦合到3，4端口之間耦合線(xiàn)的能量比較小，對輸入反射系數影響比較小，而在改進(jìn)型中，并沒(méi)有改變除了高阻抗線(xiàn)以外的參數。S31和S41均有變化，尤其是s41變化很明顯，從-25 dB變到-51 dB，而S31也有變化，從-19 dB變化到-21 dB。S31的變化主要是因為增加了高阻抗線(xiàn)，3端口的匹配狀況發(fā)生改變，反射增加了，因此3端口的能量有小幅度下降。S41下降非常明顯，到了近乎-51 dB，致使定向性超過(guò)30 dB，這是因為高阻抗線(xiàn)的反射抵消。這個(gè)定向性已經(jīng)非常高，超過(guò)了市場(chǎng)上絕大多數的定向耦合器的指標，這樣的定向耦合器在RFID系統的應用中是很有用的。值得指出的是，雖然應用了這樣高性能的耦合器，reader信號仍然比tag信號要大很多，但系統分辨力是增加了，可以識別更小功率的tag散射信號。如果兩種信號幅度相差不是特別大，可以在放大器不飽和的條件下得到tag散射信號。
但是從圖3中也可以看出耦合器的缺點(diǎn)，最明顯的就是高定向性的帶寬非常窄，20 dB也只有20 MHz左右，這是因為耦合器本身性能比較差。如果是一個(gè)性能本身較好的耦合器，再加上高阻抗線(xiàn)進(jìn)行調節，可以得到一個(gè)比較滿(mǎn)意的頻率特性。而中間最低的903 MHz處能顯示出這么高的定向性，顯然是由于在這個(gè)頻率上，隔離端的漏信號剛好和反射抵消信號是反向的。

3 結論
在RFID系統中，耦合器，環(huán)形器等多端口網(wǎng)絡(luò )是非常重要的部件，主要是用于分離reader和tag信號。但是市場(chǎng)上一般的定向耦合器最多只能達到20 dB的定向性，這樣的耦合器很有局限性。應用于RFID系統中，分離tag信號的能力比較弱，或者說(shuō)，只有在tag信號比較強時(shí)才能從信道中分離出。因此需要對其結構進(jìn)行改進(jìn)。
理論上的定向耦合器在隔離端的信號強度為0，但是在實(shí)際中，由于奇偶模相速度的不平衡，在傳輸的過(guò)程中，奇偶模的分量往往發(fā)生改變，隔離端的信號便不為0，甚至很大。在文中提出的那款模型，隔離端泄露的信號強度就非常大，僅僅比耦合端小6 dB左右。為了提高定向性，提出了添加高阻抗線(xiàn)法，這種方法是利用高阻抗線(xiàn)終端的反射信號來(lái)抵消隔離端的泄露信號。
高阻抗線(xiàn)的一個(gè)重要結論是，其終端到耦合端的電長(cháng)度大約為90°。根據微帶耦合器理論，要達到最佳的耦合效果，耦合端和隔離端的長(cháng)度大約為90°，信號相位也相差90°。反射信號要與隔離端信號相差180°，在高阻抗線(xiàn)終端反射回耦合端的信號與耦合端原信號必須反向，這樣才能在傳輸90°以后和隔離端的信號正好反向。另外通過(guò)改變高阻抗線(xiàn)的線(xiàn)寬，可以調節反射信號的強弱。遵循這一原則，通過(guò)對高阻抗線(xiàn)的調節，使得耦合器在903 MHz時(shí)，達到-50 dB的隔離度，并使定向性達到30 dB以上。