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rfid射频技术是什么,射频rfid的工作原理

时间:2023-05-06 10:01:32 阅读:252791 作者:1557

串联谐振回路:

                        

R1是电感线圈L损耗的等效电阻,Rs是信号源的内阻,RL是负载电阻,回路总电阻值R=R1+Rs+RL

谐振条件: X为回路反射电抗 或 x=jx

由此可以导出回路产生串联谐振的角频率和频率分别为

,       

特性阻抗:

  (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,且与电压同相。
   (3)电感与电容两端电压的模值相等,且等于外加电压的Q(回路品质因数)倍。

能量关系:回路中存储的能量保持不变,只在线圈和电容器间相互转换

谐振曲线

    回路中电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线,称为谐振曲线。回路Q值越高,谐振曲线越尖锐,回路的选择性越好。

通频带

    谐振回路的通频带通常用半功率点的两个边界频率之问的间隔表示,半功率点的电流比    为0.707。Q值越高,通频带越窄(选择性越强)

通频带BW为:



应答器天线电路:


当Ant.B端通过控制开关与Vss端短接时,谐振回路与工作频率失谐,此时应答器芯片虽然已处于阅读器的射频能量场之内,但因失谐无法获得正常工作所需能量,处于休眠状态。
    当Ant.B端开路时,谐振回路谐振在工作频率(13.56 MHz)上,应答器可获得能量,进入工作状态。

无源应答器的天线电路多采用并联谐振回路,并联谐振称为电流谐振,在谐振时,电感和电容支路中电流最大,即谐振回路两端可获得最大电压,这对无源应答器的能量获取是必要的。

并联谐振回路

    1. 电路组成与谐振条件
    串联谐振回路适用于恒压源,即信号源内阻很小的情况。如果信号源的内阻大(采用恒流源),应采用并联谐振回路。


并联谐振条件为:


并联谐振回路谐振时的谐振电阻Rp为纯阻性。在谐振时,并联谐振回路的谐振电阻等于感抗值(或容抗值)的Qp倍,且具有纯阻性。并联谐振回路谐振时的谐振电阻Rp为:



谐振时电感和电容中电流的幅值为外加电流源的Qp倍。

并联谐振回路的通频带带宽为


加入负载后的并联谐振回路:

串、并联阻抗等效互换。所谓“等效”就是指在电路的工作频率为f时,从图4-12的AB端看进去的阻抗相等。


阅读器和应答器之间的电感耦合

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。

应答器线圈上感应电压的大小和互感大小成正比,互感是两个线圈参数的函数,并且和距离的三次方成反比。因此,应答器要能从阅读器获得正常工作的能量,必须要靠近阅读器,其贴近程度是电感耦合方式RFID系统的一项重要性能指标,也称为工作距离或读写距离(读距离和写距离可能会不同,通常读距离大于写距离)。

应答器谐振回路端电压的计算:


应答器直流电源电压的产生:

整流与滤波
    天线电路获得的耦合电压经整流电路后变换为单极性的交流信号,再经滤波电容Cp滤去高频成分,获得直流电压。滤波电容Cp同时又作为储能器件,以获得较强的负载能力。

稳压电路

    滤波电容Cp两端输出的直流电压是不稳定的,当应答器(卡)与阅读器的距离变化时,随应答器线圈L2上耦合电压的变化而变化

负载调制
耦合电路模型

互感耦合回路的等效阻抗关系
    初级和次级回路的电压方程可写为

              

由于Zf1是互感M和次级回路阻抗Z22的函数,并出现在初级等效回路中,故Zf1称为次级回路对初级回路的反射阻抗,它由反射电阻Rf1和反射电抗Xf1两部分组成,即Zf1=Rf1+jXf1。
    类似地,Zf2称为初级回路对次级回路的反射阻抗,由反射电阻Rf2和反射电抗Xf2组成,即Zf2=Rf2+jXf2。

  这样,初、次级回路之间的影响可以通过反射阻抗的变化来进行分析。

负载调制是应答器向阅读器传输数据所使用的方法。在电感耦合方式的RFID系统中,负载调制有电阻负载调制和电容负载调制两种方法。

电阻负载调制:

二进制数据编码信号用于控制开关S。当二进制数据编码信号为1时,设开关S闭合,则此时应答器负载电阻为RL和Rmod并联;当二进制数据编码信号为0时,开关S断开,应答器负载电阻为RL。所以在电阻负载调制时,应答器的负载电阻值有两个对应值,即RL(S断开时)和RL与Rmod的并联值RL//Rmod(S闭合时)。显然,RL//Rmod小于RL。


RLm为负载电阻RL和负载调制电阻Rmod的并联值。当进行负载调制时,RLm<RL,因此电压VCD下降。在实际电路中,电压的变化反映为电感线圈L2两端可测的电压变化。

    该结果也可从物理概念上获得,即次级回路由于Rmod的接入,负载加重,Q值降低,谐振回路两端电压下降。

电阻负载调制数据信息传输的原理

    通过前面的分析,电阻负载调制数据信息传输的过程如图所示。应答器的二进制数据编码信号通过电阻负载调制方法传送到了阅读器,电阻负载调制过程是一个调幅过程。


 电容负载调制

电容负载调制是用附加的电容器Cmod代替调制电阻Rmod。其中,R2是电感线圈L2的损耗电阻


射频滤波器的设计:采用电磁反向散射方式进行工作,其采用雷达原理模型,发射电磁波碰到目标后反射,同时携带回目标信息,属于远距离RFID系统。
滤波器的类型:

射频低噪声放大器的设计:稳定性、增益、失配和噪声因素,对输入信号进行放大,是放大器最重要的任务,因此在低噪声放大器的设计中,增益的概念很重要。

放大器的噪声

  在低噪声的前提下对信号进行放大 是对放大器的基本要求。噪声系数 ,级联网络的噪声系数,噪声系数圆

射频功率放大器的设计:三阶截止点IP,无寄生动态范围交调失真:

在非线性放大器的输入端加两个或两个以上频率的正弦信号时,在输出端会产生附加频率分量,这会引起输出信号的失真。

射频振荡器:
将直流功率转化成射频功率,在特定的频率点建立起稳定的正弦振荡,成为所需的射频信号源。振荡器是一个非线性电路,将直流(DC)功率转换为交流(AC)  波形。振荡器的核心是一个能够在特定频率上实现正反馈的环路,振荡器没有输入信号,若要得到非零的输出电压,下式分母必须为零,这称为巴克豪森准则(Barkhausen Criterion)。振荡器由起振到稳态依赖于不稳定电路,这与放大器的设计不同,放大器的设计要达到最大稳定性。

混频器的设计:将输入信号的频率升高或降低而不改变原信号的特性。混频器的典型应用是在射频的接收系统中,混频器可以将较高频率的射频输入信号变换为频率较低的中频输出信号,以便更容易对信号进行后续的调整和处理。
  混频器是一个3端口器件,其中两个端口输入,一个端口输出。混频器采用非线性或时变参量元件,可以将两个不同频率的输入信号变为一系列不同频率的输出信号,输出频率分别为两个输入频率的和频、差频及谐波。



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