收稿日期:2005-06作者简介:刘欣(1981—,男,硕士研究生,主要从事精密仪器与机械方面的研究。远距离RFID天线设计刘欣,杨晖,嵇正华,隋国荣(上海理工大学,上海200093摘要:采用TI的专用读卡器,配合自行设计的天线,将13.56MHz的读卡器有效读卡距离拓展到60cm,实现了远距离识别,极大地提高了RFID的应用性能。关键词:天线;无线射频识别;读卡器中图分类号:TP212文献标识码:B文章编号:1006-2394(200505-0082-02FarDistanceRFIDAntennaDesignLIUXin,YANGHui,JIZheng2hua,SUIGuo2rong(UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,ChinaAbstract:UsingspecialreaderofTIwiththeantennadesignedbyourself,theavailabledistanceextendto60cm.Bythismethod,weachievedfardistanceidentify,andpromptedtheperformanceofID.Keywords:antennas;RFID;reader1引言RFID(RadioIdentification,中文称为无线射频身份识别是一种非接触式IC卡技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预。RFID技术具有很多突出的优点:防水、防磁、耐高温、无机械磨损、寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等。通常情况下,RFID阅读器发送的频率称为RFID系统的工作频率或载波频率。RFID载波频率基本上有3个范围:低频(30kHz～300kHz、高频(3MHz～30MHz和超高频(300MHz～3GHz。常见的工作频率有低频125kHz与134.2kHz、高频13.56MHz、超高频433MHz、860MHz～930MHz、2.45GHz等。一个完整的RFID系统由阅读器(Reader、标签(Tag和应用程序三部分组成。其工作原理为:由Reader发射一个特定频率的无线电波,将能量传送给Tag,激活Tag内部电路,然后Tag将其IDCode发送出去,此信号被Reader接收后解码,再发送给应用程序做进一步处理应用。一般来说,工作频率为13.56MHz的射频标签被称为高频段标签,但是其识别原理同低频类似,即采用电磁耦合的方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得能量,标签与阅读器进行数据交换时,标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。阅读距离一般情况下小于1m。2天线设计在天线的设计时,主要考虑两方面,一是设计尺寸合适的天线,二是搭建天线与阅读器的匹配电路。2.1天线尺寸天线线圈是一个谐振电路,在特定频率上,当感应阻抗(XL等于电容阻抗(XC时,天线会产生谐振,它们之间的关系如下式所示:f=2π———(1,增加线圈尺寸必然带来电感值的增大,就需要一个比较小的电容。当电感值超过5μH,电容的匹配就会有问题,所以我们使用低阻抗的铜管来制作天线,尺寸为50cm×50cm,铜管直径15mm,其电感值为L=2.2μH。天线的作用有两个,一个是建立稳定的激励磁场,另一个是接受来自标签的调制信号。标签要在距天线一定距离的地方获得稳定的工作电源,就必须和天线有较大的互感系数,同时天线的磁通也要尽可能的大。天线要在与标签保持一定距离的地方获得较强的调制信号,就必须有合适的品质因数。2.2品质因数(Q天线的性能与它的品质因数有关。一般来说,Q值越高,天线的输出能量越高,不过,Q值太高,容易干扰读取器的带通特性,而且无法遵从协议标准。一般来说,Q值取20比较适当。当品质因数Q=20时,系统带通特性较好,带宽也比较大。一般情况下,大多数系统的最佳品质因数为10～30,最大不能超过60。天线的品质因数可以通过频谱分析仪来进行测量,将频谱分析仪的刻度调节为1dB/div,调节频率直到信号的最大振幅都能完全显示在屏幕上,通过降低和升高频率,可以在屏幕上找到上下-3dB的点,并记—28—仪表技术2005年第5期录其频率。然后通过下面的公式来计算:Q=f0f2-f1(2天线的带宽计算公式为BfQ(fc为工作频率(32.3匹配电路为了增加天线所产生的磁场强度,需要增大天线线圈中的电流。本系统采用变压器匹配的方法增大电流。如图1所示。图1其中,,使天线线圈中。匹配电压器用来放大天线线圈中的电流。根据变压器的原理,NN2=II1,其中N1N2为变压器两个绕组的匝数比,通过控制匝数比,可以相应的增加天线线圈中的电流。实际电路中的匝数比可以通过下式来计算:NN2×R2πfL,式中,Rin为输入电阻,Rpar为匹配电阻,L为电感。为了使天线在13.56MHz频段上达到谐振,即满足公式(1,应当选取适当...
