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RFID體系中電子標簽天線分類及設計

瀏覽:次   發布日期:2016-11-02 17:20
射頻辨認技巧是一種非接觸的主動辨認技巧。它是由電子標簽(Tag/Transponder)、讀寫器(Reader/Interrogator)及中心件(Middle-Ware)~部分構成的一種短距離無線通信體系。
   射頻辨認技巧是一種非接觸的主動辨認技巧。它是由電子標簽(Tag/Transponder)、讀寫器(Reader/Interrogator)及中 間件(Middle-Ware)~部分構成的一種短距離無線通信體系。射頻辨認中的標簽是射頻辨認標簽芯片和標簽天線的結合體。標簽根據其工作模式不合而 分為主動標簽和被動標簽。主動標簽自身攜帶電池為其供給讀寫器通信所需的能量:被動標簽則采取感應耦合或反向散射工作模式,即經由過程標簽天線從讀寫器中發出 的電磁場或者電磁波獲得能量激活芯片,并調節射頻辨認標簽芯片與標簽天線的匹配程度,將儲存在標簽芯片中的信息反饋給讀寫器。是以。射頻辨認標簽天線的阻 抗必須與標簽芯片的輸入阻抗共軛匹配,以使得標簽芯片可以或許最大年夜限度地獲得射頻辨認讀寫器所發出的電磁能量。此外,手機支付解決方案,標簽天線設計時還必須推敲電子標簽所應用 的場合,如應用在金屬物體外面的標簽天線和應用在通俗物體外面的標簽天線在天線的構造和選材上存有很大年夜的差別。合適于多種芯片、低成本、多用處的標簽天線 是射頻辨認在我國獲得廣泛普及的關鍵技巧之一。
  射頻辨認體系與天線分類
  對于采取被動式標簽的射頻辨認體系而言,根據工作頻段的不合具有兩種工作模式。一種是感應耦合(Induc.tiveCoupling)T作模 式,這種模式也稱為近場工作模式,它重要實用用于低頻和高頻RFID體系:另一種則是反向散射(Backscattering)32作模式,這種模式也稱 為遠場T作模式,重要實用于超高頻和微波RFID體系。
  感應耦合模式主如果指讀寫器天線和標簽天線都采取線圈情勢。當讀寫器在瀏覽標簽時,發出未經調制的旌旗燈號。處于讀寫器天線近場的電子標簽天線接收 到該旌旗燈號并激活標簽芯片之后,由標簽芯片根據內部存儲的全球獨一的辨認號(ID)控制標簽天線中的電流大年夜小。這個電流的大年夜小進一步加強或者減小瀏覽器天線 發出的磁場。這時,讀寫器的近場分量展示出被調制的特點,讀寫器內部電路檢鋇0到這個因為標簽而產生的調制量并解調并獲得標簽信息。
  在反向散射T作模式中,emv卡,讀寫器和電子標簽之間采取電磁波來進行信息的傳輸。當讀寫器對標簽進行瀏覽辨認時,起首發出未經調制的電磁波,此時位于 遠場的電子標簽天線接收到電磁波旌旗燈號并在天線上產生感應電壓,電子標簽內部電路將這個感應電壓進行整流并放大年夜用于激活標簽芯片。當標簽芯片激活之后,用自 身的全球獨一標識號對標簽芯片阻抗進行變更,當電子標簽芯片的阻抗和標簽芯片之間的阻抗匹配較好時則根本不反射旌旗燈號,而阻抗匹配不好時則將幾乎全部反射信 號。如許反射旌旗燈號就出現了振幅的變更,這種情況類似于對反射旌旗燈號進行幅度調制處理。讀寫器經由過程接收到經由調制的反射旌旗燈號斷定該電子標簽的標識號并進行識 別。這類天線重要包含微帶天線、平面偶極子天線和環形天線。圖二是我們研制的能工作于多種辨認情況下的UHF電子標簽天線。
  電子標簽天線的設計與測試
  如前所述,電子支付卡,作于低頻與高頻的射頻辨認體系采取感應耦合模式進行通信,所以T作于這兩個頻段的讀寫器與電子標簽都采取線圈情勢的天線。T作在這兩 個頻段的射頻辨認體系都受制于近場感化的范圍,從而導致其辨認距離較短。根據今朝的情況來看,采取近場通信的射頻辨認體系最大年夜的辨認距離小于1米。
  因為低頻和高幾回再三段的射頻辨認體系采取的是電磁場耦合模式,所以體系中的天線都采取線圈情勢。采取這種情勢的重要原因如下:
  1.電磁場的耦合在線圈之間比較慎密:
  2.天線采取線圈的情勢進一步減小了天線的體積進而減小了標簽的體積:
  3.標簽芯片的特點請求標簽天線具有必定的電抗。
  在超高頻和微波波段時,電子標簽和讀寫器之間的通信采取反向散射工作方法。這時刻,連接電子標簽和讀寫器之間的橋梁不再是近磁場而是電磁波。此 時,被動型電子標簽處于讀寫器的電磁波遠場中。根據頻帶的波長和天線的口徑可以計算出該頻帶內射頻辨認體系的遠場和讀寫器之間的距離。一般來說,被動性標 簽在超高頻范圍內的丁作距離可達10米左有,根據現有材料來看。工作于微波波段(重要指2.45GHz)的被動標簽工作距離僅為1米閣下。所以今朝采取反 向散射下作模式的射頻辨認體系重要應用位于860~960MHz的超高幾回再三段。
  在由被動型標簽天線構成的射頻辨認體系中,標簽須要從瀆寫器產生的電磁場或者電磁波中獲取能量激活標簽芯片。所以在電子標簽中有一部分電路專門 用于檢測標簽天線上的感生電動勢或者感應電壓,并經由過程二極管電路進行整流并經由其他電路進行電壓放大年夜等等。這些電路被集成存標簽芯片內部。當芯片進行封裝 時平日還會引入一部疏分布式電容。然則,天線設計本身并不須要知道芯片中的具體電路而只須要控制芯片和經由封裝之后的芯片阻抗,并應用最大年夜能量傳遞的軌則 設計天線的輸入阻抗。
  因為電子標簽芯片的輸出阻抗具有電抗分量,為了達到能量的最大年夜傳遞,移動支付平臺,須要將天線的輸入阻抗設計為標簽芯片阻抗的共軛。一般而言,電子標簽芯片的輸入阻抗為Z=R_X情勢。為了獲得共軛情勢的阻抗,電子標簽天線的阻抗應為Z=R+iX情勢。
  如前文所述,工作在低頻與高頻的射頻辨認體系中的被動標簽天線采取了線圈情勢,這種線圈情勢即可引入感抗用于抵消等效電路中的容抗從而實現標簽芯片和天線之間的最大年夜能量傳遞。
  而 對于T作于超高頻和微波頻段的標簽天線而言,為了引入感抗以抵消芯片的容抗,須要在天線設計中參加環形構造進行感性饋電,或者參加T型配『31等構造。另 外,為了在規定的等效全向輻射功率(EIRP)下獲得更遠的瀏覽距離除了請求電子標簽天線也具有高增益。還請求電子標簽天線和標簽芯片之間可以或許有足夠的匹 配。
  在標簽天線進行設計和仿真并獲得幻想成果之后,須要將天線加工并進行測試以驗證設計和仿真的精確性。也正兇為前文中所介紹的標簽天線具有復數阻 抗的特點,其測試辦法和具有實數阻抗天線的測試辦法有所差別。別的,在同一個標簽天線的測試過程巾,根據所需數據的不合其測試辦法也有所不合平日測試天線 的過程中并不須要專門測試天線的輸入阻抗。但標簽天線的阻抗為負數阻抗,且其虛部與實部之比較大年夜(平日X/R》10),如許的阻抗曲線在smith 圓圖中接近短路圓不易經由過程smith網圖不雅察天線的阻抗帶寬。為了獲得標簽天線的輸入阻抗。可以將測試設備的輸出端口直接與天線的輸入端口相連因為這種方 式并未推敲標簽天線本身具有復數阻抗這一特點。天線和測試設備之間并沒有取得共軛匹配,此時只能獲得天線的阻抗參數,金雅拓,諸如散射矩陣參數和駐波比等常用來衡 量天線的電路參數不克不及直接獲得。
  為了獲得是散射參數和駐波比等電路參數,以便對天線的阻抗帶寬特點進行評價,可將實測的阻抗參數帶入相干公式進行計算或者采取阻抗匹配的辦法在 測試設備和天線之間參加匹配電路。匹配電路可用兩種辦法構成,一是采取工作頻率較高的分立元件構成,二是采取微波電路構成。須要留意的是配電路應當距離天 線端口足夠近。如許才能獲得較大年夜的帶寬并避免天線和配電路之間的連接線路帶來的負面影響。
  電路用于標簽天線的測試。不過采取匹配電路具有一些缺點:
  l.不論應用分立元件照樣應用微波電路來構成阻抗配電路,其帶寬老是受限的,當天線真實帶寬大年夜于配電路的帶寬時,所測試到的帶寬將不再精確
  2.南于配電路老是存在損耗,所以測試獲得的帶寬和回波損耗值等參數和真實的天線參數有一些差別
  3.引入的配電路老是和天線之間存在距離,從而使得測試現必定誤差。
  采上述應用匹配電路進行測試的籌劃除了可以獲得必定精度的帶寬和同波損耗等參數之外,對于測試天線的偏向圖和增益等輻射特點也是必須的。只有經由過程阻抗配電路才能將天線接收到的絕大年夜部分能量根本無反射地傳遞到測試體系中,從而測試響應的輻射參數。
  結語
  跟著射頻辨認技巧的應用賡續擴大年夜,越來越多的場合請求應用射頻辨認體系。電子標簽天線作為射頻辨認體系中弗成或缺的重要一環,其設計、臨盆、測 試等均是將來研究的重要內容之一因為電磁波的固有特點,在諸如鄰近金屬、液體等情況中,射頻辨認體系的機能將大年夜打扣頭。在如許的情況中除了進步讀寫器的性 能之外,電子標簽天線的機能的進步更為重要。今朝我們正在針對電子標簽天線在這些復雜情況中的應用展開研究。別的,柔性電子標簽貼附在非平坦外面時機能也 會有所惡化。若何避免柔性標簽應用到非平坦外面帶來的影響也是今朝我們另一個研究重點。
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