微波技术与天线 刘学观 第10.4节.ppt

10.4 射频识别系统 非接触识别特别是射频识别已逐步发展成为一个跨学科的专业领域，它不但包含了微波技术、集成电路技术等基本领域，还包括了电磁兼容、数据保护与密码学、制造工艺学、通信网技术等多个学科。随着RFID技术的不断发展，其应用前景将十分广阔。 基本要求 了解雷达系统的构成，掌握雷达探测的原理（测距，测向，测速，目标识别）。 了解微波中继通信的及微波中继转接方式。 了解微波遥感系统的工作原理。 习题 10.1 10.2 10.4 * 《微波技术与天线》 第十章 微波应用系统之?射频识别系统 * 射频识别系统 （Radio frequency identification---RFID） 阅读器 应答器 后台计算机系统组成 它是利用无线电波将电子数据载体（即应答器）中的数据非接触地与阅读器进行数据交换从而实现识别的系统。 网络 应答器 PC 阅读器 数据 时序 能量 耦合元件 耦合元件（线圈或天线） 射频识别器的组成框图 1. RFID的分类 RFID系统按数据量来分，可分为1比特系统和电子数据载体系统 1比特系统－－只能识别“有响应”和“无响应”两种状态，该系统虽然不能区分各个应答器，但由于系统简单、可靠，被广泛应用于商场的防盗系统中； 电子数据载体系统－－是一类编码系统，每个应答器都有一个识别码，同时还可以存储16-64kbit的数据，而且一般需要将识别码和数据调制到一个载波上。 　RFID系统按工作频段分为 低频（50-150kHz,13.56MHz），超高频（260-470MHz）和微波（902-928MHz, 2.45GHz, 5.8GHz）波段。 微波波段的应答器一般是远距离系统，其作用距离从1米到十米甚至更远。从天线接收到的微波辐射能量和参考负载在开关的控制下交替输入到接收机，开关周期?s一般在10-3和10-1之间。 低频段的应答器一般是无源的，应答器所需要的能量是由阅读器通过耦合元件传递给应答器，因此一般情况下，该类应答器和阅读器之间的有效距离是很近的，也称之为密耦合； 2．微波波段典型RFID的工作原理 １）微波1比特应答器 1kHz 偶极子 天线 应答器 调制 检波 1kHz 微波1比特应答器原理图 　　微波1比特应答器的工作原理:阅读器持续发射用1kHz信号振幅调制（ASK）载波频率为 fA（如2.45GHz）的已调信号，应答器的偶极子天线接收到的信号，该信号由二极管的非线性特性产生高次谐波（其中二次谐波能量最大），利用电容二极管的能量储存特性，使高次谐波通过天线二次辐射，阅读器的接收通道检测以频率2fA为载波的ASK信号并还原成1kHz信号，当接收端检测到1kHz信号时表明应答器在阅读器的覆盖范围。 　　加1kHz的调制主要是提高抗干扰能力，这是因为若阅读器周围碰巧有的干扰信号，由于干扰信号没有被正常调制，所以阅读器不会响应。 2）电磁反向散射式应答器 TX RX 判决器 接收器 定向 耦合器 CPU 阅读器 应答器 反向散射应答器的作用原理 　　阅读器经定向耦合器再通过天线将功率为P1的电磁波发送到自由空间，经空间传播到达应答器时接收天线的功率为P1 ，该功率一部分通过接收天线送入负载转变为热能，另一部分则反向散射至自由空间，设反向散射的功率为P2 ，再次通过自由空间衰减，到达阅读器天线处的功率为P2 ，经定向耦合器进入接收机，接收机可以获得反向散射功率与发射功率的比值: 当一定发射功率、一定收发距离的前提下，比值的大小取决于反向散射功率，而此功率取决于接收天线与负载的匹配程度，当接收天线与负载几乎匹配时，几乎没有功率被反向散射回去，而当天线开路或短路时，几乎全部功率反射回去，特别当工作波长处于天线的谐振区时，反射十分明显。 　　电磁反向散射式应答器正是利用电磁波的谐振反射特性，通过改变天线负载的状态，实现数据流的传输。当负载匹配时比值几乎为零，此时可以代表数字“0”，当CPU控制的开关使负载变为零（即短路）时，比值将达到一定的数值，此时可以代表数字“1”。 微波的其它应用 1. 微波炉 微波炉 2. 能量传递 太阳能卫星电站 已经提出在宇宙空间用一个大的太阳能电池轨道阵发电，然后用微波波束传送到地面的一个接收站，从而可以提供一个用不尽的电源。 微波在物理学、天文学、化学、医学、和气象学等各个科学领域的应用中开辟了许多崭新的分支。如量子电子学、微波波谱学、射电天文学、微波化学、微波生物学、微波医学及微波气象学等。