第3讲射频前端.ppt

第3讲 RFID物理学基础 -----射频前端;RFID系统组成;; 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（第7章介绍）和电磁反向散射耦合（电磁场耦合）系统（第8章介绍）。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;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？;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 。;1、线圈的自感和互感;1）磁通量;2）自感现象;3）互感现象;互感现象的应用：;收音机里的磁性天线. ;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;（1）阅读器天线电路 ;串联谐振回路;电路的等效阻抗为;串联谐振回路;回路的品质因数 ;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。 ;注意：;线圈半径取多少合适？ ;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 。;电感线圈的交变磁场 磁感应强度B和距离r的关系;线圈半径取多少合适？ ;设r为常数，假定线圈中电流不变，则 ;低频和高频的电子标签的天线用于耦合读写器的磁通，该磁通向电子标签提供能量，并在读写器与电子标签之间传递信息。 电子标签天线的构造有如下要求： 电子标签天线常采用并联谐振电路。并联谐振时，电路可以获得最大的电压；可最大程度的耦合读写器的能量；能根据带宽要求调整谐振电路的品质因数，满足接收的信号无失真。;Microchip 公司的13.56 MHz应答器（无源射频卡）MCRF355和MCRF360芯片的天线电路 ;并联谐振回路 在研究并联谐振回路时，采用恒流源（信号源内阻很大）分析比较方便。 ; 并联谐振;并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为最大值，且为纯阻 （2）谐振时，回路电流最小，端电压最大 （3）支路电流是总电流的Q倍;当Ant B端通过控制开关与Vss端短接时，谐振回路失谐，此时应答器虽处于阅读器的射频能量场之内，但因失谐无法获得正常工作能量，处于休眠状态。 当Ant B端开路时，谐振回路谐振在工作频率（13.56MHz）上，应答器可获得能量，进入工作状态。 在谐振时，电感支路中电流最大，即谐振回路两端可获得最大电压，这对无源应答器的能量获取是必要的。;重点来了，别打瞌睡啰！;（3）阅读器和应答器之间的电感耦合 法拉第定理指出，一个时变磁场通过一个闭合导体回路时，在其上会产生感应电压，并在回路中产生电流。 当应答器进入阅读器产生的交变磁场时，应答器的电感线圈上就会产生感应电压，当距离足够近，应答器天线电路所截获的能量可以供应答器芯片正常工作时，阅读器和应答器才能进入信息交互阶段。 ;应答器线圈感应电压的计算 ;应答器直流电源电压的产生 ;;应答器向阅读器的信息传送时采用负载调制技术 ;电阻负载调制 开关S用于控制负载调制电阻Rmod的接入与否，开关S的通断由二进制数据编码信号控制。 ;电阻负载调制数据信息传递的原理 ;电容负载调制 ;4、功率放大;补充知识：;用于125 kHz阅读器的B类放大器 ;二、 反向散射耦合RFID系统;2．RFID反向散射耦合方式 一个目标反射电磁波的频率有反射横截面来确定。反射横截面的大小与一系列的参数有关，如目标的大小、形状和材料，电磁波的波长和极化方向等。由于目标的反射性能通常随频率的升高而增强，所以RFID反向散射耦合方式采用超高频和微波，应答器和读写器的距离大于1m。 ;;（1）应答器的能量供给 无源应答器的能量由读写器提供，读写器天线发射的功率P1经自由空间衰减后到达应答器，经应答器中的整流电路后形成应答器的工作电压。 在UHF和SHF频率范围，有关电磁兼容的国际标准对读写器所能发射的最大功率有严格的限制，因此在有些应用中，应答器采用完全无源方式会有一定困难。为解决应答器的供电问题，可在应答器上安装附加电池。为防止电池不必要的消耗，应答器平时处于低功耗模式，当应答器进入读写器的作用范围时，应