[工学]第2讲RFID物理学基础.pptVIP

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 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 （2）应答器的天线电路 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 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 （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 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 补充知识： 声表面波标签的工作原理： 阅读器的天线周期地发送高频询问脉冲。 在电子标签天线的接收范围内，被接收到的高频脉冲通过换能器转变为声表面波，并在晶体表面传播。 反射器对入射表面波部分反射，并返回到换能器。 换能器又将反射声脉冲串转变成高频电脉冲串。 注：如果反射器按某种特定规律设计，使其反射信号表示规定的编码信号，那么阅读器接收到的反射高频电脉冲串就带有该物品的特定编码。 电磁波---声表面波---电磁波 (4) 天线增益 增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。 （2） 声表面波RFID的优点 由于SAW器件本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强，所以SAW技术实现的电子标签具有一定的独特优势，是对集成电路（IC）技术的补充。 声表面波RFID的主要特点有： 读取范围大且可靠，可达数米； 可使用在金属和液体产品上； 标签芯片与天线的匹配简单，制作工艺成本低； 不仅能识别静止的物体，而且能识别速度达300km/h的高速运动物体； 可在高温差（-100～300℃）、强电磁干扰等恶劣环境下使用。 SAW电子标签技术的应用领域非常广泛，包括物流管理、路桥收费、公共交通、门禁控制、防伪、农场的健康与安全监控识别、超市防盗和收费、航空行李分拣、邮包跟踪、工厂装配流水线控制和跟踪、设备和资源管理、体育竞赛等。SAW电子标签也适用于压力、应力、抽曲、加速度和温度等变化参数的测量，如铁路红外轴温探测系统的热轴定位、轨道衡、超偏载检测系统、汽车轮胎压力等。 （3）声表面波应答器 声表面波应答器的基本结构如图所示，长长的一条压电晶体基片的端部有指状电极结构。基片通常采用石英铌酸锂或钽酸锂等压电材料制作，指状电极电声转换器（换能器）。在压电基片的导电板上附有偶极子天线，其工作频率和读写器的发送频率一致。在应答器的剩余长度安装了反射器，反射器的反射带通常由铝制成。 采用偶极子天线的好处是它的辐射能力强，制造工艺简单，成本低，而且能够实现全向性的方向图。微带贴片天线的方向图是定向的，适用于通信方向变化不大的RFID系统，但其工艺较为复杂，成本也相对较高。 由于基片上的声表面波传播速度缓慢，所以在发送读写器的射频脉冲序列电信号后，经过约1.5ms的滞后时间，从电子标签返回的第一个应答脉冲才到达。这是声表面波电子标签时序方式的重要优点。当电子标签信号返回时，读写器周围的所有金属表面反射都已消失，不会干扰返回的应答信号。 声表面波电子标签的数据存储能力和数据传输取决于基片的尺寸和反射带之间所能实现的最短间隔。实际上，16～32bit的数据传输率大约为500kbps。 声表面波RFID系统的作用距离主要取决于读写器所能允许的发射功率，在2.45GHz下，其作用距离可达到1～2m。 补充：天线 电子标签和读写器通过各自的天线构建起两者之间的非接触信息传输通道。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写