射频识别(rfid)实验教程iii

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1、第3章通信原理实验部分3.1RFID系统的调制与解调3.1.1RFID系统的调制方式RFID系统通常采用数字调制方式传送信息，用数字调制信号（包括数字基带信号和已调脉冲）对高频载波进行调制。已调脉冲包括NRZ码的FSK、PSK调制波和副载波调制信号，数字基带信号包括曼彻斯特码、密勒码、修正密勒码信号等，这些信号包含了要传送的信息。数字调制方式有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。RFID系统中采用较多的是ASK调制方式。ASK调制的时域波形参见图3－1，但不同的是，图中的包络是周期脉冲波，而

2、ASK调制的包络波形是数字基带信号和已调脉冲。图3－1ASK调制波波形3.1.2ASK调制方式的实现（1）副载波负载调制：首先用基带编码的数据信号调制低频率的副载波，可以选择振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、或相移键控（PSK）调制作为副载波调制的方法。副载波的频率是通过对高频载波频率进行二进制分频产生的。然后用经过编码调制的副载波信号控制应答器线圈并接负载电阻的接通和断开，即采用经过编码调制的副载波进行负载调制，以双重调制方式传送编码信息。使用这种传输方式可以降低误码率，减小干扰，但是硬件电路较负载调制系统

3、复杂。20在采用副载波进行负载调制时，需要经过多重调制，在阅读器中，同样需要进行逐步多重解调，这样系统的调制解调模块过于繁琐，并且用于分频的数字芯片对接收到的信号的电压幅度和和频率范围要求苛刻，不易实现。（2）负载调制：电感耦合系统，本质上来说是一种互感耦合，即作为初级线圈的阅读器和作为次级线圈的应答器之间的耦合。如果应答器的固有谐振频率与阅读器的发送频率相符合，则处于阅读器天线的交变磁场中的应答器就能从磁场获得最大能量。同时，与应答器线圈并接的阻抗变化能通过互感作用对阅读器线圈造成反作用，从而引起阅读器线圈回路变

4、换阻抗ZT的变化，即接通或关断应答器天线线圈处的负载电阻会引起阻抗ZT的变化，从而造成阅读器天线的电压变化。如图3-2所示：图3-2负载调制原理示意图根据这一原理，我们在应答器中以二进制编码信号控制开关S,即通过编码数据控制应答器线圈并接负载电阻的接通和断开,使这些数据以调幅的方式从应答器传输到阅读器，这就是负载调制。在阅读器端，对阅读器天线上的电压信号进行包络检波，并放大整形得到所需的逻辑电平，实现数据的解调回收。电感耦合式射频识别系统的负载调制有着与阅读器天线高频电压的振幅键控（ASK）调制相似的效果（见图3－

5、3）。20图3－3负载调制实现数据传输的过程图3－2中的负载调制方式称为电阻负载调制，其实质是一种振幅调制，调节接入电阻R2的大小可改变调制度的大小。本实验系统中由开关管T4完成负载调制（见图2－13所示）。T4的基极通过R15电阻与单片机U5的编码信号输出端口P3.1相连。在单片机输出的编码信号的控制下，T4在高电平到来时导通，在低电平时截止，造成应答器线圈并接的负载电路的阻抗发生变化，应答器线圈负载阻抗的变化通过互感作用对阅读器线圈造成反作用，从而引起阅读器线圈回路变换阻抗ZT的变化，以此实现数据的变化与阅读器

6、线圈回路变换阻抗ZT变化的同步，从而造成阅读器天线的电压变化。因此数据便以ASK的方式由应答器传到了阅读器。需要注意的是：由于此处是高电平导通，低电平截止，所以载波电压的高低与数据是相反的，阅读器检波出来的信号并不是应答器发送的码字，而是其反码。3.1.3ASK调制信号的解调（1）包络检波：大信号的检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程。利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲电压的目的，如图3－4所示。20图3－4包络检波原理实验电路如图3－5所示,在高频信号正半周D1导

7、通时，检波电流分三个流向：一是流向负载R7（4.7K），产生的直流电压是二极管的反相偏压，对二极管相当于负反馈电压，可以改变检波特性的非线性；二是流向负载电容C14(103)充电；三是流向负载R8（10K）作为输出信号。如忽略D1的压降则在电容上的电压等于D1输入端电压U2,当U2达到最大的峰值后开始下降,此时电容C14上的电压Uc也将由于放电而逐渐下降,当U2Uc时二极管再导通,再次循环下去。C11R61KΩ0.01μF1N60

8、L3200μHC140.01μFR74.7KΩΩ13.56MHzD1检波输出图3-5包络检波电路因为包络检波电路会改变耦合线圈L2的Q值，使谐振回路谐振状态发生变化，为了减小检波电路对谐振状态的影响，采用松耦合方式，即在耦合线圈和检波电路之间串联一个小电容C11和一个电阻R6，使检波电路的阻抗远大于谐振线圈L2的阻抗，从而使检波电路对谐振状态的影响减小。检波