基于RFID的天線阻抗自動匹配技術的設計

射頻設別( Radio Frequency Identification，RFID)技術是從20世紀90年代興起并逐步走向成熟的一項自動識別技術，通過射頻耦合方式進行非接觸雙向通信，達到目標識別和數據交換的目的。

　　RFID讀寫器在移動過程中，天線感應系數和阻抗的易變性造成讀寫器傳輸功率不必要的損耗和識別能力的下降。對于讀寫器天線阻抗的匹配，國外一些大公司的研究已經轉向自動匹配方面，并有了比較成功的案例，而國內應用研究主要還集中于手動匹配方面。隨著集成技術的發展，天線與讀寫器模塊將向集成化發展，對于天線阻抗的匹配也將提出新的要求，而手動匹配是個耗時長且復雜的過程。

　　因此，天線阻抗的自動匹配技術也將成為一種發展趨勢。本文論證了天線阻抗的手動匹配方法，并在最大化應用集成元件的情況下，提出了一種新的適用于13. 56 MHz RFID讀寫器的天線阻抗自動匹配方法。

　　1　阻抗手動匹配技術

　　RFID系統使用外接天線與電子標簽進行無線通信。天線夾具形狀和尺寸的易變性使天線的輸入阻抗易隨外部環境的變化還發生微弱變化，導致傳輸功率的無用損耗。國際上RFID讀寫器天線標準阻抗一般都為50Ω， 本文設定阻抗匹配目標為(50 + j0)Ω。天線電路如圖1所示，一般包含3個部分:

　　(1)電磁兼容( EMC)濾波(L0 ， C0 )電路；(2)包含可調諧電容C1、C2 的匹配電路；(3)天線。

　　EMC濾波電路濾去了載波頻率為13. 56 MHz阻抗變換時的諧波干擾。它有一個固定的諧振頻率，這個頻率是實際數據傳輸率和最高副載波頻率的結合。如用曼切斯特編碼時，傳輸的最高數據率為424 kbit/ s，頻率為848 kHz，則諧振頻率為14. 408MHz。

圖1　天線電路框圖

　　在載波頻率為13. 56 MHz時，通過在TX1 和TX2 兩點測量天線線路的反射系數(即參數S11 )來手動調諧，直到天線電路的輸入阻抗達到目標，計算方程如下：

又有ZL = 50W，可以看出，要使(S11 ) = 50Ω， S11必須為0。

　　手動調諧即是交替不斷調整電容C1、C2 的值，同時觀察曲線變化，直到在所要求的頻率點S11等于0。圖2為某一天線電路在頻率在10～20MHz之間變化時，其反射系數的變化曲線，其中，標記13. 56MHz的點， S11值近似為0，達到了匹配要求。

圖2　經過手動匹配的天線smit圖