rfid线圈的设计

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1、RFID线圈的设计1•射频天线设计的必要性A>：发射信号到射频卡，B>：接收由射频卡发射的信号2•设计注意事项：a>:天线的线性维数必须和操作信号的波长可比(尺寸相似)。在一个RFID应用系统屮，我们使用的是VLF(100khz-500khz)，所操作信号的波长为达数公里,在一个有限的空间内，制作一个尺寸如此之大的天线是不可能做到的。在此我们使用一个谐振频率和所使用的频率相等的谐振线圈来代替ob>:线圈发射的微波强度同距离的3次方成反比。3.天线涉及基本理论的回顾：安培定理知道：流过导线的电流可以在其周围产生磁场。以下是一

2、些常用的公式：a):流过有限长导线所产牛的磁场强度:忙(cosa—cosaj4k?'2where:I二currentr-distancefromthecenterofwireyi0二permeabilityoffreespaceandgivenasPo二4rrx10-7(Henry/mete「)b):在导线为无限长吋公式变为：4'(Weber/???-)b):公式三说明环形天线的磁场强度的计算方法:2^23/2+厂)2(“其中：a为环形的半径这一公式说明：由线圈产生的磁场的强度和特定位置导到线圈的距离的三次方成反比，这是影

3、响射频卡识读范围的主要因素。由此公式还可以得到：b)：天线线圈中的感应电压的计算方法：由法拉利定理知道：吋变磁场可以在线圈中产生感应电压。由丁-B的变化在tagcoil中产生了感应电流。由lenz（楞次）定理知道，tagcoil中感应电流的应该阻碍磁场的变化，所以电流方向应该是反向的。感应电压的计算公式为：where:B=magneticfieldgiveninEquation3S=surfaceareaofthecoil•二innerproduct(cosineanglebetweentwovectors)ofvecto

4、rsBandsurfaceareaS注意：无论是磁场强度B,还是表面积S都是矢量。并且由区面积分的知识可以知道只有当发射天线和被测磁感应线圈相平行的时候磁通量最大。f）：此公式表达的是感应电压的计算方法：Vo=InfNSBoQQ%awhere:f=frequencyofthearrivalsignalN-numberofturnsofcoilintheloopS=areaoftheloopinsquaremeters(m2)Bo=strengthofthearrivalsignala=angleofarrivalofthe

5、signalg)：其中的角度a,可由下土表达:Lineofaxis(Tag)h）:下面我们讨论在要求的特定的识读距离和要使用最少的线圈绕数的情况下，怎样才能选出最优的线圈半径。对于公式：31?2应=心匚L其中:利用数学的知识对a求偏导可以得到:则只需:d(NI)da“r了？1/223/2r3/2(

6、通常近似的我们可以认为每差6个规格数，直径就会相差一倍。直径越小。直流电阻越大，对于一般的导线而言，他的阻值可以通过以下的公式计算：其中：S=截面面积，o=导电率，［=电线总长b):交流电阻；表皮效应:随着频率的增加，离导线中越近的部分，反应就会越强烈,这就导致区域内电流密度减少，而表面附近的密度却会增大。交流电阻的计算方法为:1where:=frequency=permeabilityofmaterial=conductivityofthematerial5)：各种天线圈的电感电流流经导体可以产生磁场，这个时变的磁场可以

7、在另外的导体中产生电流，这就叫做感应现象。电感L是由导体的物理特性所决定的，同时相同材料制作的直导线和线圈相比，线圈的电感要大。相同的线圈，匝数越多则电感越大。导体的电感是由下式来定义的：L=甞(Henry)其中：NI匝数电流植屮磁通車导体的设计看起来是一个相对简单的事情，然而要得到一个理想的导体往往是不可能的，这是因为：i)：线圈的电阻率有限，必然导致有损耗ii)：线圈之间以及导体同周围环境之间存在着分布电容。实际屮电感是电阻，电感和电容的组合体。a):直导线电感的计算：■■L=0.002/iOazi-l(")ya4其中

8、：1和a分别是导线的长度和半径。b):单层线圈的电感的计算：(词=(滴22一9"25.4a其屮：1和a分别是线圈的长度和半径，N为匝数。c):多层圆环天线圈的电感：为了在有限的空间中制作出大的电感，采用多层线圈是一种很有效的方法。下图示出了这种电感的截面图。0・31(aN广6。一9力+106计算公式为: