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关于阻抗匹配在无源RFID的应用研究

  • 时间:2022-08-26
  • 作者:鸿陆技术
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阻抗匹配是指信号源或传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配关乎着系统的性能,使系统的性能达到约定准则下的最优。RFID读写器在移动过程中,天线感应系数和阻抗的易变性造成读写器传输功率不必要的损耗和识别能力的下降。随着集成技术的发展,天线与读写器模块将向集成化发展,对于天线阻抗的匹配也将提出新的要求,而手动匹配是个耗时长且复杂的过程。


无源超高频(UHF)射频识别(RFID)系统具有低成本、低功耗、识别距离远、识别效率高等优点,在物流、门禁、资产管理等领域获得了广泛应用。在标签至读写器的反向链路中,标签通过改变天线与负载的阻抗匹配关系实现信息的反向传输。因此,标签天线与负载能否实现阻抗共轭匹配成为制约无源UHF RFID系统性能的关键因素。


RFID标签一般通过优化设计天线即可实现天线与负载阻抗的共轭匹配。但在实际应用中,受标签几何尺寸、元器件选型、标识与传感融合设计等因素的影响,需要专门的阻抗匹配网络以满足标签天线与负载的阻抗匹配关系。同时,标签天线阻抗测试亦需要可调的阻抗匹配网络。


有什么方法能让阻抗匹配呢?

1、可以考虑使用变压器来做阻抗转换

2、可以使用串联/并联电阻的方法




3、可以使用串联/并联电容或电感的方法


一些驱动器的阻抗比较低,可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配。而一些接收器的输入阻抗则比较高,可以使用并联电阻的方法来跟传输线匹配。例如:485总线接收器,常在数据线终端并联120欧的匹配电阻。


无源RFID系统是电子标签工作时需要RFID读写器发送射频能量支持其内部的标签芯片工作,从而实现RFID标签向无源读写器传送数据或由RFID读写器向电子标签写入数据。


在无源RFID系统相关产品设计与开发中涉及到大量的阻抗匹配问题。现就无源RFID系统中的电子标签和读写器分举例,分析其中关键端口——天线接口的阻抗匹配问题。


1、标签天线与标签芯片的最佳匹配

针对无源电子标签而言,电子标签可以简化为标签天线与标签芯片的直接电连,电联的接口匹配问题是电子标签设计工作的一个重要方面。需要解决的问题是:

①确定端口的匹配模式;

②设计标签天线满足端口的匹配模式以及天线的方向图。



在无源射频识别电子标签的设计中,当电子标签芯片给定时,其等效阻抗也随之确定。电子标签工作的前提条件是标签芯片从标签天线获得的能量(通过检波积累获得临时电源)应过门限。根据戴维南等效电路,当共轭匹配时,标签芯片可从标签天线的感应电压源中获得最大功率。因而,标签天线的设计目标之一是实现其等效阻抗与标签芯片端口的等效阻抗的共轭匹配。


2、RFID读写器射频端口与外接天线间的最佳匹配

以无源RFID系统的读写器设计为例,为了分析读写器射频端口的阻抗匹配情况,可参考如图4所示的射频端口等效电路。


当无源读写器发射功率时,读写器天线可等效为一个纯负载阻抗,RFID读写器主机可等效为纯内阻与电压源的串联。为使读写器天线有最大的功率辐射能力(即从电源获得最大功率),亦要求为50Ω。


因此,读写器天线的设计目标为:

a.端口等效阻抗在工作频带内为50Ω(实际情况为接近50Ω);

b.天线方向图满足阅读空间覆盖要求。


在高速设计中,阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配技术丰富多样,但在具体的系统中怎样才能比较合理的应用,需要衡量过个方面的因素。


(图文来源于网络,侵删)

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