学时-RFID的射频前端

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1、RFID物理学基础-----射频前端不接触，信息是如何传递的？RFID系统组成RFID系统组成框图实现射频能量和信息传递的电路称为射频前端电路，简称为射频前端。从电子标签到读写器之间的通信和能量感应方式来看，RFID系统一般可以分为电感耦合（磁耦合）系统和电磁反向散射耦合（电磁场耦合）系统。电感耦合系统是通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律；电磁反向散射耦合，即雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。电感耦合方式一般适合于高、低频

2、率工作的近距离RFID系统；电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工作频率的远距离RFID系统。一、电感耦合RFID系统电感耦合的射频载波频率为13.56MHz和小于135KHz的频段，应答器和读写器之间的工作距离小于1m，典型的作用距离为10～20cm。阅读器如何将能量传递给应答器？应答器如何将数据传递给阅读器？8电感线圈的交变磁场安培定理指出，电流流过一个导体时，在此导体的周围会产生一个磁场。磁场强度：1、线圈的自感和互感读写器和电子标签线圈形式的天线相当于电感。电感有自感和互感两种。读写器

3、线圈、电子标签线圈分别有自感，同时两者之间形成互感1）磁通量定义：磁场中穿过某一面积（S）的磁感线条数称穿过该面积的磁通量。单位：Wb（韦伯）注：在RFID系统中，读写器和电子标签的线圈通常有很多匝，假设通过一匝线圈的磁通为，线圈的匝数为N。则通过N匝线圈的总磁通为2）自感现象由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。通过线圈的总磁通与电流的比值称为线圈的自感，也即线圈的电感L。在RFID中，读写器的线圈和电子标签的线圈都有电感。3）互感现象当第

4、一个线圈上的电流产生磁场，并且该磁场通过第二个线圈时，通过第二个线圈的总磁通与第一个线圈上的电流的比值，称为两个线圈的互感。互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。互感现象的应用：利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛的应用如：变压器收音机里的磁性天线.收音机里的“磁性天线”利用互感现象可以把信号从一个线圈传递到另一个线圈。能量供给：阅读器天线电路应答器天线电路阅读器和应答器之间的电感耦合2、能量供给16（1）阅读器天线电路RFID阅读器的射频前端常采

5、用串联谐振电路。串联谐振回路具有电路简单、成本低，激励可采用低内阻的恒压源，谐振时可获得最大的回路电流等特点，被广泛采用。阅读器天线设计要求：天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量功率匹配，以最大限度地利用磁通量的可用能量，即最大程度地输出读写器的能量足够的带宽，保证载波信号的传输，使读写器信号无失真输出17串联谐振回路R1是电感线圈L损耗的等效电阻，RS是信号源的内阻，RL是负载电阻，回路总电阻值R=R1+RS+RL。电路的等效阻抗为当正弦电压的频率w变化时，电路的等效复阻抗Z随之变化。当感抗w

6、L等于容抗（1/wC）时，复阻抗Z=R，串联电路的等效复阻抗变成了纯电阻，端电压与端电流同相，这时就称电路发生了串联谐振。19串联谐振回路回路电流串联回路的谐振条件20回路的品质因数品质因数是衡量电路特性的一个重要物理量，它取决于电路的参数。回路的Q值可达数十到近百，谐振时电感线圈和电容器两端电压可比信号源电压大数十到百倍，在选择电路器件时，必须考虑器件的耐压问题，21串联谐振回路具有如下特性：（1）谐振时，回路电抗X=0，阻抗Z=R为最小值，且为纯阻（2）谐振时，回路电流最大，且与Vs同相（3）电

7、感与电容两端电压的模值相等，且等于外加电压的Q倍当电源电压U及元件参数R、L、C都不改变时，电流幅值（有效值）随频率变化的曲线，如下图所示。当电源频率正好等于谐振频率w0时，电流的值最大，最大值为I0=U/R；当电源频率向着w＞w0或w＜w0方向偏离谐振频率w0时，阻抗∣Z∣都逐渐增大，电流也逐渐变小至零。说明只有在谐振频率附近，电路中电流才有较大值，偏离这一频率，电流值则很小，这种能够把谐振频率附近的电流选择出来的特性称为频率选择性。谐振曲线：注意：在无线电技术方面，正是利用串联谐振的这一特点，将

8、微弱的信号电压输入到串联谐振回路后，在电感或电容两端可以得到一个比输入信号电压大许多倍的电压，这是十分有利的。但在电力系统中，由于电源电压比较高，如果电路在接近串联谐振的情况下工作，在电感或电容两端将出现过电压，引起电气设备的损坏。所以在电力系统中必须适当选择电路参数L和C，以避免发生谐振现象。线圈半径取多少合适？25电感线圈的交变磁场在电感耦合的RFID系统中，阅读器天线电路的电感常采用短圆柱形线圈结构。离线圈中心距离r处P点的磁感应强度的大小为：26电感线圈的交变