基于RFID天线阻抗自动匹配技术的研究

　　射频设别( Radio Frequency Identification，RFID)技术是从20世纪90年代兴起并逐步走向成熟的一项自动识别技术，通过射频耦合方式进行非接触双向通信，达到目标识别和数据交换的目的。

　　RFID读写器在移动过程中，天线感应系数和阻抗的易变性造成读写器传输功率不必要的损耗和识别能力的下降。对于读写器天线阻抗的匹配，国外一些大公司的研究已经转向自动匹配方面，并有了比较成功的案例，而国内应用研究主要还集中于手动匹配方面。随着集成技术的发展，天线与读写器模块将向集成化发展，对于天线阻抗的匹配也将提出新的要求，而手动匹配是个耗时长且复杂的过程。

　　因此，天线阻抗的自动匹配技术也将成为一种发展趋势。本文论证了天线阻抗的手动匹配方法，并在最大化应用集成元件的情况下，提出了一种新的适用于13. 56 MHz RFID读写器的天线阻抗自动匹配方法。

　　1　阻抗手动匹配技术

　　RFID系统使用外接天线与电子标签进行无线通信。天线夹具形状和尺寸的易变性使天线的输入阻抗易随外部环境的变化还发生微弱变化，导致传输功率的无用损耗。国际上RFID读写器天线标准阻抗一般都为50Ω， 本文设定阻抗匹配目标为(50 + j0)Ω。天线电路如图1所示，一般包含3个部分:

　　(1)电磁兼容( EMC)滤波(L0 ， C0 )电路;(2)包含可调谐电容C1、C2 的匹配电路;(3)天线。

　　EMC滤波电路滤去了载波频率为13. 56 MHz阻抗变换时的谐波干扰。它有一个固定的谐振频率，这个频率是实际数据传输率和最高副载波频率的结合。如用曼切斯特编码时，传输的最高数据率为424 kbit/ s，频率为848 kHz，则谐振频率为14. 408MHz。

图1　天线电路框图

　　在载波频率为13. 56 MHz时，通过在TX1 和TX2 两点测量天线线路的反射系数(即参数S11 )来手动调谐，直到天线电路的输入阻抗达到目标，计算方程如下：，又有ZL = 50W，可以看出，要使(S11 ) = 50Ω， S11必须为0。

　　手动调谐即是交替不断调整电容C1、C2 的值，同时观察曲线变化，直到在所要求的频率点S11等于0。图2为某一天线电路在频率在10～20MHz之间变化时，其反射系数的变化曲线，其中，标记13. 56MHz的点， S11值近似为0，达到了匹配要求。

图2　经过手动匹配的天线smit图

　　2　阻抗自动匹配技术

　　本文提出了一种自动匹配技术，其电路如图3所示，主要包含测量电路，匹配电路和控制电路。因为手工匹配方法耗时长，且需要良好的意识和丰富的经验来选择合适的电容，另外必须配备一些昂贵的设备，如网络分析仪或阻抗分析仪等。对于一些小公司来说，是不现实的。同时，一些手持式RF设备的发展使得手动匹配越来越不适应。对于这些移动设备，最理想的天线电路应该仅仅包含集成模块，且随着阻抗变化可以自动匹配。