方案討論：基于U2270B的射頻識(shí)別系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)

近年來，自動(dòng)識(shí)別方法在服務(wù)領(lǐng)域、貨物銷售、后勤分配、商業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)和材料流通等領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，而其中的射頻識(shí)別技術(shù)更是發(fā)展迅速，已逐步成為一個(gè)獨(dú)立的跨學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域，主要包括高頻技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、數(shù)據(jù)安全保密技術(shù)、電信和制造技術(shù)等。天線作為射頻識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵器件直接影響著系統(tǒng)的性能。

1射頻識(shí)別系統(tǒng)的原理

射頻識(shí)別系統(tǒng)(RFID)一般由閱讀器(PCD)和應(yīng)答器(PICC)兩部分組成。一臺(tái)典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及與應(yīng)答器連接的耦合元件[1]。應(yīng)答器是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。通常，應(yīng)答器由耦合元件以及微電子芯片組成。應(yīng)答器沒有自己獨(dú)立的供電電源，只是在閱讀器的響應(yīng)范圍之內(nèi)，接收來自閱讀器的射頻電源。應(yīng)答器工作所需的能量，如同時(shí)鐘脈沖和數(shù)據(jù)一樣，是通過耦合單元非接觸傳輸而獲得的[2]，因此，實(shí)現(xiàn)耦合的元件——天線，在本系統(tǒng)中具有關(guān)鍵作用。天線的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到系統(tǒng)的通信距離和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。下面主要?a href="http://100bbcc.com/index.php?do=tech_article_show&id=375" target="_blank">射頻基站芯片U2270B為例，討論射頻識(shí)別系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)。

在RFID系統(tǒng)中有兩個(gè)LC電路：由基站線圈和連接電容組成的LRCR電路以及由應(yīng)答器線圈和連接電容組成的LTCT電路。在單線圈系統(tǒng)中，要求兩個(gè)LC電路調(diào)諧在相同的諧振頻率上。如果基站和應(yīng)答器的諧振頻率不匹配，零調(diào)制就會(huì)產(chǎn)生，從而降低系統(tǒng)的性能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)成型后，天線的電感是固定的，因此要改變LC電路的諧振頻率，只有調(diào)節(jié)回路中的電容量。

閱讀器基站天線是由電感、電容和電阻組成的串聯(lián)諧振電路，如圖1所示。其特性用諧振頻率fo和Q因子表示[3]。fo是RFID系統(tǒng)的工作頻率，由天線的電感和電容共同決定，可以由式(1)來計(jì)算：

一般設(shè)計(jì)采用閱讀器工作在單一頻率的模式，對(duì)U2270B而言，可以取，fo=125 kHz。Q因子(QR)與天線的帶寬B和諧振頻率fo的關(guān)系為B=fo/QR。高QR值會(huì)得到較高的閱讀器天線電壓，從而可增加傳輸?shù)綉?yīng)答器的能量。