（1）阅读器天线电路 * 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 无源应答器的天线电路多采用并联谐振回路 * 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）分析较为方便。 并联谐振 谐振条件 + - 实际中线圈的电阻很小，所以在谐振时有 则： * 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，但因失谐没有办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。 * （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 电子标签感应电压与两个线次方成反比，因此电子标签和读写器的距离越近，电子标签的耦合的电压越大。因此，在电感耦合工作方式中，电子标签必须靠近读写器才能工作。 * 应答器直流电源电压的产生 应答器直流电源电压的产生 电子标签可采用全波整流电路，线圈耦合得到的交变电压通过整流后直流电压。 电容Cp滤除高频成分，同时作为储能元件 由于电子标签和读写器的距离一直在变化，使电子标签获得交变电压也一直在变化，导致整流后的直流电压不是很稳定，因此就需要稳压电路。稳压电路的输出给电子标签的芯片提供所需直流电压。 电子标签终于获得了能量，但是电子标签如何向读写器传递它的信息呢？ * 应答器向阅读器的信息传送时采用负载调制技术 互感耦合回路的等效阻抗关系 应答器电压 3．数据传输 读写器电压 * 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。 二进制数据编码信号用于控制开关S。当二进制数据编码信号为“1”时，设开关S闭合，则此时应答器负载电阻为RL和Rmod并联；而二进制数据编码信号为“0”时，开关S断开，应答器负载电阻为RL。 由于Rmod的接入，使得并联电阻减小，导致品质因数降低，这使得应答器两端的电压减小。 * 电阻负载调制数据信息传递的原理 （a）是应答器上控制开关S的二进制数据编码信号， （b）是应答器电感线圈上的电压波形， （c）是阅读器电感线圈上的电压波形， （d）是对阅读器电感线圈上的电压解调后的波形。 * 电容负载调制 电容负载调制是用附加的电容器Cmod代替调制电阻Rmod 由于接入电容Cmod，电子标签回路失谐，又由于读写器和电子标签的耦合作用，导致读写器也失谐。 电容电容Cmod的接入可使电子标签线圈上的电压下降，因此导致读写器线圈上的电压的上升。 电容负载调制的波形变化和电阻负载调制波形变化相似，但此时读写器线圈的电压不仅发生振幅的变化，也发生相位的变化。 4、功率放大 功率放大电路 功率放大电路位于RFID系统的阅读器中，用于向应答器提供能量 采用谐振功率放大器 分为A类（或称甲类）、B类（或称乙类）、C类（或称丙类）三类工作状况 在电感耦合RFID系统的阅读器中，常采用B，D和E类放大器 二、 反向散射耦合RFID系统 1．反向散射 雷达技术为RFID的反向散射耦合方式提供了理论和应用基础。当电磁波遇到空间目标时，其能量的一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向。在散射的能量中，一小部分反射回发射天线，并被天线接收（因此发射天线也是接收天线），对接收信号进行放大和处理，就可以获得目标的有关信息。 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反向散射耦合方式选用超高频和微波，应答器和读写器的距离大于1m。 阅读器 天线 电子标签 芯片 天线 RFID反向散射耦合方式原理图 读写器、应答器和天线构成一个收发通信系统。 （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上限功率有严格的限制，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，应答器由获得的射频功率激活，进入工作状态。 读写器、应答器和天线构成一个收发通信系统。 （2）应答器至读写器的数据传输 由读写器传到应答器的功率的一部分被天线经自由空间后返回读写器，被读写器天线接收。接收信号经收发耦合器电路传输到读写器的接收通道，被放大后经处理电路获得有用信息。 应答器天线的反射性能受连接到天线的负载变化的影响，因此，可采用相同的负载调制方法实现反射的调制。其表现为反射功率P2是振幅调制信号，它包含了存储在应答器中的识别数据信息。 （3）读写器至应答器的数据传输 读写器至应答器的命令及数据传输，应根据RFID的有关标准做编码和调制，或者按所选用应答器的要求做设计。 习题 1、根据射频耦合方式的不同，RFID可大致分为 和 两大类，前者依据的是 ，一般适合于高、低频率工作的近距离RFID系统，后者依据的是 ，一般适合于超高频、微波工作频率的远距离RFID系统。 2、RFID的射频前端电路的作用 。 其中读写器的射频前端常采用 电路，电子标签的射频前端常采用 电路。 3、采用电感耦合方式时，应答器向阅读器的数据传输采用 。 4、在电感耦合方式的RFID系统中，负载调制有 和 两种方法。 电感耦合方式 反向散射耦合方式 电磁感应定律 雷达原理 实现射频能量和信息传输 串联谐振 并联谐振 负载调制 电阻负载调制 电容负载调制 思考题： 1、根据耦合方式的不同，RFID可分为哪两类？其工作原理分别依据什么？各自适用的范围？ 2、画出电感耦合方式的电路结构，并说明其工作原理。 3、RFID读写器的射频前端常采用哪种电路，为什么？ 4、RFID的电子标签的射频前端常采用哪种电路，为什么？ 5、简述电阻负载调制的工作原理，并画图说明电阻负载调试的波形变化过程。 a:距离导线距离为a的一点 自感：线圈本身电流发生明显的变化，使通过线圈本身的磁通量发生明显的变化；互感：其它原因引发的线圈磁通量发生明显的变化。 W0:回路产生串联谐振的角频率，f0：谐振频率 a为半径，r为距离线圈中心的距离 若a固定，则r=0.707a 并联电阻：(R1*R2)/(R1+R2) a:阅读器线圈半径；r：两线圈距离 M：阅读器与应答器之间的互感；负载调制：利用负载的某些差异所进行的用于从电子标签到读写器的数据传输。使用最多的数字调制方法是振幅键控法。 * * 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系统通常能分为电感耦合（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？ * 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。 读写器线圈、电子标签线ae;

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