1、物联网射频识别（ RFID）技术与应用点 击 此 处结 束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用2013年 物联网系列教材 荣 获 陕西省高等教育教学成果 二等 奖 点 击 此 处结 束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用第 4章 RFID射频前端 电路点击此处结束放映RFID电感耦合方式的射频前端4.1RFID电磁反向散射方式的射频前端4.2物联网射频识别（ RFID）技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用RFID电感耦合方式的射频前端4.1点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用低频和高频 RFID采用电感耦合方式进行工作。在这种工作方式中
2、，线圈形式的天线相当于电感，电感线圈产生交变磁场，使读写器与电子标签之间相互耦合，构成了电感耦合的工作方式。同时，线圈产生的电感与射频电路中的电容组合在一起，形成谐振电路，谐振电路可以实现低频和高频 RFID能量和数据的传输。 点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用4.1.1 线圈的 自感和互感1.磁通量磁感应强度通过曲面的通量称为磁通 量 ， 为（ 4.1）图 4.1 通过一个闭合回路的磁通量点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用2.线圈的电感在 RFID中，读写器的线圈与电子标签的线圈都有电感。线圈的电感为（ 4.3）点击此处结束放映物联网射频识别（ RFI
3、D）技术与应用3.线圈的 互感两个线圈 之间有 互感 。 互感定义为（ 4.5）图 4.4 读写器与电子标签之间的互感点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用4.1.2 RFID读写器的射频前端对读写器天线电路的构造有如下要求。（ 1）读写器天线上的电流最大，使读写器线圈产生最大 的磁通；（ 2）功率匹配，最大程度地输出读写器的能量；（ 3）足够的带宽，使读写器信号无失真输出。因此， RFID读写器的射频前端常采用串联谐振电路 。点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用图 4.5 读写器的射频前端 图 4.6 串联谐振电路 点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID
4、）技术与应用1.谐振频率只有当频率为某一特殊值时，才能产生谐振，此频率称为谐振频率。谐振频率为(4.9)点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用2.品质因数品质因数定义为(4.10)串联谐振电路的品质因数为(4.11)点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用3.输入阻抗在 谐振频率 ， 电感的感抗和电容的容抗相互抵消，输入阻抗为 (4.13)在其它频率， 输入阻抗为 复数。点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用4.带宽图 4.7 串联谐振电路的带宽带宽可以由品质因数和谐振频率求得，如果品质因数越高，则相对带宽越小。(4.16)点击此处结束放映物联网射
5、频识别（ RFID）技术与应用5.有载品质因数实际应用中，谐振电路总是要与外负载相耦合，由于外负载消耗能量，使 有载 品质因数下降。无载品质因数、外部品质因数和 有载 品质因数关系为(4.19)点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用4.1.3 RFID电子标签的射频前端图 4.8 电子标签射频前端天线电路的结构 点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用RFID电子标签的射频前端常采用并联谐振电路 。并联谐振电路如图 4.9所示，由电阻、电感和电容并联而成。图 4.9 并联谐振电路 点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用例 4.1 设计一个由理想电感
6、和理想电容构成的并联谐振电路， 要求在负载 及 时，有载品质因数 。讨论通过改变电感和电容值提高有载品质因数的途径。解 有载品质因数为点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用所以电感为谐振时的角频率 为所以电容为点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用可以通过将电感值降低 倍同时将电容值提高倍的方法来提高有载品质因数 。 例如选 ，电感、电容和有载品质因数分别为点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用4.1.4 读写器与 电子标签的 电感耦合1.电子标签的 感应 电压当电子标签进入读写器产生的磁场区域后，电子标签的线圈上就会产生感应电压，电子标签获得的
7、能量可以使标签开始工作。图 4.12 电子标签并联谐振的等效电路点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用2.电子标签的直流电压电子标签通过与读写器电感耦合，产生交变电压，该交变电压通过整流、滤波和稳压后，给电子标签的芯片提供所需的直流电压。图 4.13 电子标签交变电压转换为直流电压点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用4.1.5 RFID负载调制 技术负载调制通过对电子标签振荡回路的电参数按照数据流的节拍进行调节，使电子标签阻抗的大小和相位随之改变，从而完成调制的过程。负载调制技术主要有电阻负载调制和电容负载调制两种方式。点击此处结束放映物联网射频识别（ RFI
8、D）技术与应用图 4.15 电阻负载调制的波形变化过程点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用图 4.15（ a）为电子标签数据的二进制数据编码，图4.15 （ b）为电子标签线圈两端的电压，图 4.15 （ c）为读写器线圈两端的电压，图 4.15 （ d）为读写器线圈解调后的电压。可以看出，图 4.15 （ a）与图 4.15 （ d）的二进制数据编码一致，表明电阻负载调制完成了信息传递的工作。点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用RFID电磁反向散射方式的射频前端4.2点击此处结束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用4.2.1 微波射频前端的一般框图点
9、 击 此 处结 束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用微波 RFID的射频前端主要包括发射机电路和接收机电路，需要处理收、发两个过程。天线接收到的信号通过双工器进入接收通道，然后通过带通滤波器进入放大器，这时信号的频率还为射频；射频信号在混频器中与本振信号混频，生成中频信号；中频信号的频率为射频与本振信号频率的差值，混频后中频信号的频率比射频信号的频率大幅度降低。发射的过程与接收的过程相反，在发射的通道中首先利用混频器将中频信号与本振信号混频，生成射频信号；然后将射频信号放大，并经过双工器由天线辐射出去。在上述过程中，滤波、放大、本地振荡器和混频都属于射频前端电路的范畴。 点 击 此 处结 束放映物联网射频识别（ RFID）技术与应用4.2.2 射频 滤波器1. 滤波器的类型 滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波 器和 带阻滤波器 4种基本类型。点 击 此 处结 束放映
