RFID射频识别原理研究.docx

RFID射频识别原理研究.docx

《RFID射频识别原理研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《RFID射频识别原理研究.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

RFID射频识别原理研究

RFID射频识别原理研究

通信1104班张泽伟11211100阎富伦11211103

摘要：

射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，缩写RFID）是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。

射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。

从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。

本文讲的是射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型的基本原理。

关键词：

RFID射频识别基本原理

一：

RFID技术背景

RFID技术作为一项先进的自动识别和数据采集技术，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。

被公认为21世纪十大重要技术之一。

已经成功应用到生产制造、物流管理、公共安全等各个领域。

随着RFID技术的不断发展和标准的不断完善，RFID产业链从硬件制造技术、中间件到系统集成应用等各环节都将得到提升和发展，产品将更加成熟、廉价和多样性，应用领域将更加广泛。

如用于电子门禁、身份识别、货物识别、动物识别、电子车票等场合。

RFID系统由计算机、读写器和应答器以及耦合器组成。

应答器存放被识别物体的有关信息，放置在要识别的移动物体上。

耦合器可以是天线或线圈。

近距离的射频识别系统采用耦合线圈。

下面就简要分析下互感耦合RFID系统电路的基本原理。

二：

互感耦合RFID系统电路的基本原理

1.谐振发生的条件

串联谐振电路：

对如图的RLC串联组合，其阻抗为

Z的电抗成分X与ω有关，当外加的信号频率使得电抗X=0，称电路发生串联谐振，使电路产生谐振的频率称为谐振频率。

其中谐振频率为

。

串联谐振可以产生很高的正弦电压。

并联谐振电路：

对如图的RLC并联组合，其导纳为

可以推导出，当

时，导纳虚部B=0Y=G为纯电阻，称在此频率下电路发生并联谐振，称为并联谐振频率。

并联谐振可以产生高电流。

2.互感耦合RFID系统电路分析

如图所示为互感耦合RFID系统电路接口的等效电路。

互感的初级部分连接信息读写器，它发出高频信号，在初级电感L1（发送线圈）上产生感应电压。

次级电路是应答器的接收等效电路，L2是应答器的接收线圈。

当应答器靠近读写器时，线圈之间发生互感，应答器从接收线圈上获得微弱能量（这部分电路没有画出）控制电子开关S动作发出特定的ID信息。

S断开时,电路初级和次级均谐振于vs的频率=125kHz。

当开关S闭合时，次级回路失谐，影响到初级回路也失谐。

初级回路谐振时，电容C1上有高电压；失谐时，电容电压vc显著下降。

当开关S受到控制信号电压的变化而闭合或断开时，vc幅度跟着变化。

因此，次级负载变化引起初级电容电压幅度被调制，称为负载调制，由此实现信号从次级到初级的传递。

读写器检测电容C1上电压幅度变化得到应答器的ID信息。

读写器检测电容C1上电压幅度变化得到应答器的ID信息。

给定电路参数L1=L2=1.35mH,C1=C2=1.2nF,耦合系数k=0.3,R1=40,R2=5k，vs幅度为5V，频率为125kHz的正弦波，用相量法分析当S断开和闭合时，电容C1上的电压vc。

如图为EWB仿真电路图及仿真结果：

当开关断开时：

从示波器中可以看出电容两边的电压为149.7v左右。

当开关闭合时：

电容器两边电压为90.6v左右。

开关的闭合与断开。

可以看成是应答器发出的一个信息，而读写器接收到这个信息就是通过电容器两边的电压来显示的。

断开与闭合就对应不同的电压值，这样应答器的信息就传到了读写器。

但是只有在谐振的时候才成立吗？

我们用EWB的频率扫描分析，测量频率从10kHz到1MHz变化时，C1上电压幅度的变化情况。

电路图如图所示：

扫描分析的结果如下：

从图中我们可以明显的看到，当频率接近谐振频率时，电容器两端电压有一个剧增的过程。

同时在谐振频率时相位为0.同时我测量了下当频率不是谐振时时，开关断开与闭合时，电容器两边的电压。

如图为频率为100khz及150khz时的结果：

我们可以发现若频率不为谐振频率时，断开与闭合后，电容器两边的电压变化非常小，如当频率为100khz时，闭合和断开后，电容的电压仅变化了3v,频率为150khz时电容的电压仅变化了6v，我们觉得电压差过小，这样会很难识别，而当谐振时，电压变化非常大，这样就很容易识别。

所以频率必须选择谐振时的频率。

若采用电压控制开关，控制电压vm为1kHz方波，那么可以将控制电压看成应答器发出的一个信息，通过仿真，观察C1上电压波形如图：

我们可以看出，电容器两边电压和矩形电压基本是同步的，所以我们可以这样考虑，矩形电压即为应答器上的信息，而这信息可以通过电容器两端电压来从读写器上表现出来。

但是我们发现了一些问题，如图：

我们发现电容器上的电压和矩形电压并不是符合的很好，第二张图中可以看到电压并不是刚开始测的151v而是110v左右，并且刚开始时电压很高后来略下降。

从第三张图中可以看出每五个简谐波峰值依次下降，很有规律，并呈直线。

这些问题虽然发现了，但是本人知识有限不能作出合理解释。

为了解决电容器上的电压和矩形电压并不是符合的很好的问题，我们设计了二极管检波也称包络检波电路来解决，如图：

通过仿真发现没有多大改变，如何解决这个问题呢，由于才疏学浅，也没有想到好的方法。

总之，本文浅略的研究了下RFID的基本原理，其中还有一些问题还没有解决。

参考文献：

[1]单承赣,单玉峰,姚磊.射频识别（RFID）原理与应用[M].北京：

电子工业出版社.2008.[2]周晓光，王晓华.射频识别（RFID）原理与应用实例[M].北京：

人民邮电出版社。

2006.