射频识别系统的应答器测试线圈和阅读器天线设计与实现

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1、·制造业电气·《电气应用》!""#年第!$卷第%期###############################################################射频识别系统的应答器测试线圈和阅读器天线设计与实现张华!吴欣!吴敏"曹卫华"（!#广东技术师范学院自动化系$!%&’$"#中南大学信息科学与工程学院(!%%)’）摘要首先介绍射频识别系统应用中模拟应答器测试线圈、阅读器天线的设计方法，该方法通过测量测试线圈电压的变化来反映阅读器的磁场强度变化的作用效果，然后对阅读器天线半径和作用距离作了定性分析。关键词射频识别系统模

2、拟应答器测试线圈阅读器天线映阅读器的作用效果，使得天线设计更直观且更便!引言于调试。射频识别系统设计中重要的性能是为无源应答对应于,-./0公司的应答器（-$$$%／$$&%以器（*+卡）提供能量传输和信息传输通道，这些塑料外壳封装）为例，设计的模拟应答器参数为：能量是由阅读器中的天线产生的。在特定的系统工用!%#%$..漆包线在!!..磁心上绕!"%匝制作作频率下，天线的设计决定了射频识别系统对应答成测试线圈（,-1203/4），阅读器天线线圈用器的作用距离。因此，为了获得较好的读写性能，!%#!..漆包线绕制，直径从$0.到!$0.、

3、匝数需要对应答器的特性和阅读器天线设计进行研究。从"%到)%不等的多组试样天线。本文讨论一种模拟应答器的测试线圈，它的电气参数和机械参数与“真正”的应答器相符合，从而为阅读器的天线设计提供了一种可观测和可控制的模型。"应答器测试线圈设计通常大多数的射频识别系统是按电感耦合的原理工作的，在阅读器与应答器之间的能量和数据传图!应答器测试线圈测量电路输过程中，磁现象的物理本质是重点关注的现象。对应于图!中的阅读器线圈和应答器线圈测量按照磁场理论，两个电路经过磁场产生的耦合是电的电压$、$和电感参数#、#，可以计算5,5,感耦合射频识别系统的物理

4、基础。在阅读器和应答出电路的耦合系数器组成的射频识别系统中，互感系数是两个导体回$,#5路的磁通量耦合的定量说明，由于应答器线圈只有!%&6··（!）$5!#,一小部分被阅读器天线的磁场通过，因此引入耦合式中，$为应答器线圈上的电压；$为阅读器,5系数!对导体回路的耦合定性分析。耦合系数!线圈上的电压；#、#为线圈的电感；&为校,57和与此有关的互感"，自感#!和#"是设计电感正因数，&7与测量电路和测试应答器线圈中的寄耦合射频识别系统的最重要的参数［!］。生电容有关，对应于低电容布线的测量电路&78射频识别系统设计中，磁场强度是阅读器作

5、用%#)!%#99。到应答器工作范围的一个重要指标，由于磁场强度通过测量阅读器和模拟应答器的测试线圈的电测量较为困难，且不能直接反映出应答器对磁场强压$和$，可以计算出耦合系数!。5,度变化所带来的作用效果，因此，模拟应答器的测两个平行的、在轴向上同芯的导体回路的耦合试线圈的目的之一就是用测试线圈电压的变化来反系数可按式（"）近似估算（约束条件’）,"’5—)(—《电气应用》!""#年第!$卷第%期射频识别系统的应答器测试线圈和阅读器天线设计与实现$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

6、$$$$$$$$$$$$$$$$$$!·$!最佳天线半径设计：当应答器与阅读器发送天"#（!）!（"）#$!$"·$#·（!"!%$!）线的距离"为常数，改变发送天线的半径)，可#式中，$、$为应答器和阅读器天线线圈的半得到如图$所示的&"与天线半径的关系曲线。"#径［!］。当导体回路之间的距离为零（"%&），天线半径$相等（$"%$#）时，耦合系数!（"）%’，实际射频识别系统设计中，由于天线半径$的不同和距离或磁屏蔽可导致完全去耦使!%&。综合以上两式，得到&的近似计算公式"$!·$!("#"&"#’(’$·&#!$"·$#·（!"!

7、%$!）!(##（$）图$当距离"%!&))，天线线圈半径)%,!,,))!阅读器天线设计变化时的测试线圈输出电压曲线图$中曲线表明：当"#)时，电压&上设计天线的原则之一是尽可能地增大磁耦合，"升，当"%)时，电压&达到最大值，随后随距较好的耦合增强了阅读器天线到应答器的能量传"离"成比例下降。实验表明，当天线半径)过大输，同时也增加了应答器送回阅读器天线信息的信（)#’&&))）时，由于基站功率限制，使得应答号强度。器处的场强减弱过大，使得应答器难以得到足够的结合以上设计的应答器测试线圈，对于圆形、工作能量。正方形和长方形绕制的天线，

8、可得到图!所示的实验曲线（以圆形天线为例）。"结束语模拟应答器测试线圈的设计和实现，为射频识别系统应用中应答器读写特性的研究提供一种可观测和可控制的模型。为阅读器天线设计和调试提供了一种方法，