第7章RFID電感耦合方式的射頻前端

1、物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 第第7章章 RFID電感耦合方式的射頻前端電感耦合方式的射頻前端 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 低頻和高頻低頻和高頻RFID采用電感耦合方式進(jìn)行工作。在這種工作采用電感耦合方式進(jìn)行工作。在這種工作 方式中，線圈形式的天線相當(dāng)于電感，電感線圈產(chǎn)生交變磁場，方式中，線圈形式的天線相當(dāng)于電感，電感線圈產(chǎn)生交變磁場， 使讀寫器與電子標(biāo)簽之間相互耦合，構(gòu)成了電感耦合的工作方式。使讀寫器與電子

2、標(biāo)簽之間相互耦合，構(gòu)成了電感耦合的工作方式。 同時，線圈產(chǎn)生的電感與射頻電路中的電容組合在一起，形成諧同時，線圈產(chǎn)生的電感與射頻電路中的電容組合在一起，形成諧 振電路，諧振電路可以實現(xiàn)低頻和高頻振電路，諧振電路可以實現(xiàn)低頻和高頻RFID能量和數(shù)據(jù)的傳輸。能量和數(shù)據(jù)的傳輸。 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 線圈的自感和互感線圈的自感和互感 7.1 RFID讀寫器的射頻前端讀寫器的射頻前端 7.2 RFID電子標(biāo)簽的射頻前端電子標(biāo)簽的射頻前端 7.3 RFID讀寫器與電子標(biāo)簽的電感耦合讀寫器與電子標(biāo)簽的電感耦合 7.4 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核

3、心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 線圈的自感和互感線圈的自感和互感 7.1 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.1.1 磁通量磁通量 磁通是電磁學(xué)中的一個重要物理量。磁感應(yīng)強(qiáng)磁通是電磁學(xué)中的一個重要物理量。磁感應(yīng)強(qiáng) 度通過曲面的通量稱為磁通，磁通表示度通過曲面的通量稱為磁通，磁通表示為為 （7.1） S S SB Bd 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映

4、物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 圖圖7.1 通過一個閉合回路的磁通量通過一個閉合回路的磁通量 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 讀寫器與電子標(biāo)簽的線圈通常都有很多匝，通讀寫器與電子標(biāo)簽的線圈通常都有很多匝，通 過過 匝線圈的總磁通為匝線圈的總磁通為 （7.2）N N 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.1.2線

5、圈的電感線圈的電感 在在RFID中，讀寫器的線圈與電子標(biāo)簽的線圈都中，讀寫器的線圈與電子標(biāo)簽的線圈都 有電感。線圈的電感為有電感。線圈的電感為 （7.3） I L 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.1.3線圈的線圈的互感互感 當(dāng)?shù)谝粋€線圈上的電流產(chǎn)生磁場，并且該磁場當(dāng)?shù)谝粋€線圈上的電流產(chǎn)生磁場，并且該磁場 通過第二個線圈時，通過第二個線圈的總磁通與第一通過第二個線圈時，通過第二個線圈的總磁通與第一 個線圈上電流的比值，稱為兩個線圈間的互感個線圈上電流的比值，稱為兩個線圈間的互感?；ジ谢?/p>

6、感 定義為定義為 （7.5） 1 12 12 I M 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 讀寫器與電子標(biāo)簽線圈之間的互感示意圖如圖讀寫器與電子標(biāo)簽線圈之間的互感示意圖如圖 7.4所示。所示。 圖圖7.4 讀寫器與電子標(biāo)簽之間的互感讀寫器與電子標(biāo)簽之間的互感 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 讀寫器與電子標(biāo)簽兩個線圈之間的互感近似可讀寫器與電子標(biāo)簽兩個線圈之間的互感近似可 以表示為以表示為

7、 （7.5） 2/3 22 1 2 2 2 1210 12 2dR RRNN M 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） RFID讀寫器的射頻前端讀寫器的射頻前端 7.2 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） RFID讀寫器的射頻前端常采用串聯(lián)諧振電路，串讀寫器的射頻前端常采用串聯(lián)諧振電路，串 聯(lián)諧振電路可以使低頻和高頻聯(lián)諧振電路可以使低頻和高頻RFID讀寫器有較好的能量讀寫器有較好的能量 輸出

8、。輸出。 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.2.1RFID讀寫器射頻前端的結(jié)構(gòu)讀寫器射頻前端的結(jié)構(gòu) 對讀寫器天線電路的構(gòu)造有如下要求。對讀寫器天線電路的構(gòu)造有如下要求。 （1）讀寫器天線上的電流最大，使讀寫器線圈產(chǎn)生最大）讀寫器天線上的電流最大，使讀寫器線圈產(chǎn)生最大 的磁通；的磁通； （2）功率匹配，最大程度地輸出讀寫器的能量；）功率匹配，最大程度地輸出讀寫器的能量； （3）足夠的帶寬，使讀寫器信號無失真輸出。）足夠的帶寬，使讀寫器信號無失真輸出。 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物

9、聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 圖圖7.5 讀寫器射頻前端天線電路的結(jié)構(gòu)讀寫器射頻前端天線電路的結(jié)構(gòu) 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.2.2 串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路 串聯(lián)諧振電路如圖串聯(lián)諧振電路如圖7.6所示，由電阻所示，由電阻 、電感、電感 和電和電 容容 串聯(lián)而成。串聯(lián)而成。 圖圖7.6 串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心

10、技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 1.諧振頻率諧振頻率 圖圖7.6所示的電路，只有當(dāng)頻率為某一特殊值時，所示的電路，只有當(dāng)頻率為某一特殊值時， 才能產(chǎn)生諧振，此頻率稱為諧振頻率。才能產(chǎn)生諧振，此頻率稱為諧振頻率。 諧振頻率為諧振頻率為 (7.11)(7.11) LC f 2 1 0 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 2.品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) 品質(zhì)因數(shù)定義為品質(zhì)因數(shù)定義為 (7.12)(7.12) 串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為 (7.13)(7.13) 功率損耗

11、平均儲能 0 Q R L Q 0 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 3.輸入阻抗輸入阻抗 在在諧振頻率諧振頻率，電感的感抗和電容的容抗相互抵消，電感的感抗和電容的容抗相互抵消， 輸入阻抗為輸入阻抗為 (7.15)(7.15) 在其它頻率，在其它頻率，輸入阻抗為輸入阻抗為復(fù)數(shù)。復(fù)數(shù)。 RZ in 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 4.帶寬帶寬 圖圖7.7 串聯(lián)諧振電路的帶寬串聯(lián)諧振電路的

12、帶寬 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 帶寬可以由品質(zhì)因數(shù)和諧振頻率求得，如果品質(zhì)帶寬可以由品質(zhì)因數(shù)和諧振頻率求得，如果品質(zhì) 因數(shù)越高，則相對帶寬越小。因數(shù)越高，則相對帶寬越小。 (7.19)(7.19) (7.20)(7.20) Q BW 0 12 BW Q 0 12 0 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 5.有載品質(zhì)因數(shù)有載品質(zhì)因數(shù) 實際應(yīng)用中，諧振電路總是要與外負(fù)載相耦合，實際應(yīng)

13、用中，諧振電路總是要與外負(fù)載相耦合， 由于外負(fù)載消耗能量，使總的品質(zhì)因數(shù)下降。由于外負(fù)載消耗能量，使總的品質(zhì)因數(shù)下降。 無載品質(zhì)因數(shù)、外部品質(zhì)因數(shù)和總的品質(zhì)因數(shù)關(guān)無載品質(zhì)因數(shù)、外部品質(zhì)因數(shù)和總的品質(zhì)因數(shù)關(guān) 系為系為 (7.23)(7.23) eL QQQ 111 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） RFID電子標(biāo)簽的射頻前端電子標(biāo)簽的射頻前端 7.3 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） R

14、FID電子標(biāo)簽的射頻前端常采用并聯(lián)諧振電路，電子標(biāo)簽的射頻前端常采用并聯(lián)諧振電路， 并聯(lián)諧振電路可以使低頻和高頻并聯(lián)諧振電路可以使低頻和高頻RFID電子標(biāo)簽從讀寫器電子標(biāo)簽從讀寫器 耦合的能量最大。耦合的能量最大。 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.3.1 RFID電子標(biāo)簽射頻前端的結(jié)構(gòu)電子標(biāo)簽射頻前端的結(jié)構(gòu) 圖圖7.8 電子標(biāo)簽射頻前端天線電路的結(jié)構(gòu)電子標(biāo)簽射頻前端天線電路的結(jié)構(gòu) 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（

15、第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.3.2 并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路 并聯(lián)諧振電路如圖并聯(lián)諧振電路如圖7.9所示，由電阻、電感和電容并聯(lián)所示，由電阻、電感和電容并聯(lián) 而成。而成。 圖圖7.9 并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 1.諧振頻率諧振頻率 諧振諧振角角頻率為頻率為 (7.26)(7.26) LC 1 0 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 2.品質(zhì)因

16、數(shù)品質(zhì)因數(shù) 并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為 (7.28)(7.28) L R Q 0 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 3.輸入導(dǎo)納輸入導(dǎo)納 在在諧振頻率諧振頻率，輸入輸入導(dǎo)納導(dǎo)納為為 (7.30)(7.30) 在其它頻率，在其它頻率，輸入輸入導(dǎo)納導(dǎo)納為為復(fù)數(shù)。復(fù)數(shù)。 R Yin 1 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 4.帶寬帶寬 帶寬可以由品質(zhì)因數(shù)和諧振頻率求得。帶

17、寬可以由品質(zhì)因數(shù)和諧振頻率求得。 (7.32)(7.32) (7.33)(7.33) Q BW 0 12 BW Q 0 12 0 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 5.有載品質(zhì)因數(shù)有載品質(zhì)因數(shù) 無載品質(zhì)因數(shù)、外部品質(zhì)因數(shù)和總的品質(zhì)因數(shù)關(guān)無載品質(zhì)因數(shù)、外部品質(zhì)因數(shù)和總的品質(zhì)因數(shù)關(guān) 系為系為 (7.34)(7.34) eL QQQ 111 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 例例7.1 設(shè)計

18、一個由理想電感和理想電容構(gòu)成的并聯(lián)設(shè)計一個由理想電感和理想電容構(gòu)成的并聯(lián) 諧振電路，諧振電路，要求在負(fù)載要求在負(fù)載 及及 時，有載品質(zhì)因數(shù)時，有載品質(zhì)因數(shù) 。討論通過改變電感和電。討論通過改變電感和電 容值提高有載品質(zhì)因數(shù)的途徑。容值提高有載品質(zhì)因數(shù)的途徑。 解解 有載品質(zhì)因數(shù)為有載品質(zhì)因數(shù)為 50 L RMHz56.13f 1 . 1 L Q 1 . 1 0 L R Q L L 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 所以電感為所以電感為 諧振時的角頻率諧振時的角頻率為為 所以電容為所以電容為

19、 nH5 .533 1056.1321 . 1 50 6 L LC f 1 2 00 pF258 1056.132105 .533 1 2 69 C 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 可以通過將電感值降低可以通過將電感值降低 倍同時將電容值提高倍同時將電容值提高 倍的方法來提高有載品質(zhì)因數(shù)倍的方法來提高有載品質(zhì)因數(shù)。例如選例如選 ，電感、，電感、 電容和有載品質(zhì)因數(shù)分別為電容和有載品質(zhì)因數(shù)分別為 n nH267 2 5 .533 L n 2n 2 . 221 . 1 L Q pF51622

20、58C 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） RFID讀寫器與電子標(biāo)簽的電感耦合讀寫器與電子標(biāo)簽的電感耦合 7.4 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.4.1電子標(biāo)簽的感應(yīng)電壓電子標(biāo)簽的感應(yīng)電壓 當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場區(qū)域后，電子當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場區(qū)域后，電子 標(biāo)簽的線圈上就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)電子標(biāo)簽與讀寫器標(biāo)簽的線圈上就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)電子標(biāo)簽與讀寫器 的距離足夠

21、近時，電子標(biāo)簽獲得的能量可以使標(biāo)簽開始的距離足夠近時，電子標(biāo)簽獲得的能量可以使標(biāo)簽開始 工作。工作。 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 圖圖7.13 電子標(biāo)簽并聯(lián)諧振的等效電路電子標(biāo)簽并聯(lián)諧振的等效電路 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.4.2電子標(biāo)簽的直流電壓電子標(biāo)簽的直流電壓 電子標(biāo)簽通過與讀寫器電感耦合，產(chǎn)生交變電壓，電子標(biāo)簽通過與讀寫器電感耦合，產(chǎn)生交變電壓， 該交變電壓通過整流、濾波和穩(wěn)壓后，給電子標(biāo)簽的芯片該交變電壓通過整流、濾波和穩(wěn)壓后，給電子標(biāo)簽的芯片 提供所需的直流電壓。提供所需的直流電壓。 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 圖圖7.14 電子標(biāo)簽交變電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓電子標(biāo)簽交變電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)- -射頻識別（射頻識別（RFIDRFID）核心技術(shù)詳解（第）核心技術(shù)詳解（第2 2版）版） 7.