微波技術與天線劉學觀 第10.4節(jié)

1、微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 10.4 射頻識別系統(tǒng)射頻識別系統(tǒng) 射頻識別系統(tǒng)射頻識別系統(tǒng) （Radio frequency identification-RFID）閱讀器閱讀器應答器應答器后臺計算機系統(tǒng)組成后臺計算機系統(tǒng)組成微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 它是利用無線電波將電子數(shù)據(jù)載體（即應答器）中的數(shù)它是利用無線電波將電子數(shù)據(jù)載體（即應答器）中的數(shù)據(jù)非接觸地與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換從而實現(xiàn)識別的系統(tǒng)。據(jù)非接觸地與閱讀器進行數(shù)據(jù)交換從而實現(xiàn)識別的系統(tǒng)。網(wǎng)絡應答器PC閱讀器數(shù)據(jù)時序能量耦合元件耦合元件（線圈或天線） 射頻識別器的組成框圖射頻識別器的組成框圖微波

2、技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 1. RFID的分類的分類RFID系統(tǒng)按數(shù)據(jù)量來分，可分為系統(tǒng)按數(shù)據(jù)量來分，可分為1比特系統(tǒng)和電子數(shù)據(jù)比特系統(tǒng)和電子數(shù)據(jù)載體系統(tǒng)載體系統(tǒng) 1比特系統(tǒng)比特系統(tǒng)只能識別只能識別“有響應有響應”和和“無響應無響應”兩種兩種狀態(tài)，該系統(tǒng)雖然不能區(qū)分各個應答器，但由于系統(tǒng)簡狀態(tài)，該系統(tǒng)雖然不能區(qū)分各個應答器，但由于系統(tǒng)簡單、可靠，被廣泛應用于商場的防盜系統(tǒng)中；單、可靠，被廣泛應用于商場的防盜系統(tǒng)中； 電子數(shù)據(jù)載體系統(tǒng)電子數(shù)據(jù)載體系統(tǒng)是一類編碼系統(tǒng)，每個應答器都是一類編碼系統(tǒng)，每個應答器都有一個識別碼，同時還可以存儲有一個識別碼，同時還可以存儲16-64kbi

3、t的數(shù)據(jù)，而且的數(shù)據(jù)，而且一般需要將識別碼和數(shù)據(jù)調制到一個載波上。一般需要將識別碼和數(shù)據(jù)調制到一個載波上。 微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) RFID系統(tǒng)按工作頻段系統(tǒng)按工作頻段分為分為低頻（低頻（50-150kHz,13.56MHz），超高頻（），超高頻（260-470MHz）和微波（和微波（902-928MHz, 2.45GHz, 5.8GHz）波段。波段。微波波段的應答器微波波段的應答器一般是遠距離系統(tǒng)，其作用距離從一般是遠距離系統(tǒng)，其作用距離從1米米到十米甚至更遠。從天線接收到的微波輻射能量和參考負到十米甚至更遠。從天線接收到的微波輻射能量和參考負載在開關的控制下交替輸

4、入到接收機，開關周期載在開關的控制下交替輸入到接收機，開關周期 s一般在一般在10-3和和10-1之間。之間。低頻段的應答器低頻段的應答器一般是無源的，應答器所需要的能量是由一般是無源的，應答器所需要的能量是由閱讀器通過耦合元件傳遞給應答器，因此一般情況下，該閱讀器通過耦合元件傳遞給應答器，因此一般情況下，該類應答器和閱讀器之間的有效距離是很近的，也稱之為密類應答器和閱讀器之間的有效距離是很近的，也稱之為密耦合；耦合；微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 2微波波段典型微波波段典型RFID的工作原理的工作原理）微波）微波1比特應答器比特應答器 1kHz偶極子天線應答器調制檢波1kH

5、z微波1比特應答器原理圖微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 微波微波1比特應答器的工作比特應答器的工作原理原理:閱讀器持續(xù)發(fā)射用閱讀器持續(xù)發(fā)射用1kHz信號振幅調制（信號振幅調制（ASK）載波頻率為）載波頻率為 fA（如（如2.45GHz）的已調信號，應答器的偶極子天線接收到的信號，該信的已調信號，應答器的偶極子天線接收到的信號，該信號由二極管的非線性特性產(chǎn)生高次諧波（其中二次諧波號由二極管的非線性特性產(chǎn)生高次諧波（其中二次諧波能量最大），利用電容二極管的能量儲存特性，使高次能量最大），利用電容二極管的能量儲存特性，使高次諧波通過天線二次輻射，閱讀器的接收通道檢測以頻率諧波通過天

6、線二次輻射，閱讀器的接收通道檢測以頻率2fA為為載波的載波的ASK信號并還原成信號并還原成1kHz信號，當接收端檢信號，當接收端檢測到測到1kHz信號時表明應答器在閱讀器的覆蓋范圍。信號時表明應答器在閱讀器的覆蓋范圍。加加1kHz的調制主要是提高抗干擾能力，這是因為的調制主要是提高抗干擾能力，這是因為若閱讀器周圍碰巧有的干擾信號，由于干擾信號沒有被若閱讀器周圍碰巧有的干擾信號，由于干擾信號沒有被正常調制，所以閱讀器不會響應。正常調制，所以閱讀器不會響應。微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 2）電磁反向散射式應答器電磁反向散射式應答器TXRX判決器接收器定向耦合器CPU 閱讀器應答

7、器反向散射應答器的作用原理反向散射應答器的作用原理LR2P2P1P1P微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 12PPb閱讀器經(jīng)定向耦合器再通過天線將功率為閱讀器經(jīng)定向耦合器再通過天線將功率為P1的電的電磁波發(fā)送到自由空間，經(jīng)空間傳播到達應答器時接收磁波發(fā)送到自由空間，經(jīng)空間傳播到達應答器時接收天線的功率為天線的功率為P1 ，該功率一部分通過接收天線送入負，該功率一部分通過接收天線送入負載轉變?yōu)闊崮?，另一部分則反向散射至自由空間，設載轉變?yōu)闊崮?，另一部分則反向散射至自由空間，設反向散射的功率為反向散射的功率為P2 ，再次通過自由空間衰減，到達，再次通過自由空間衰減，到達閱讀器天線處的

8、功率為閱讀器天線處的功率為P2 ，經(jīng)定向耦合器進入接收機，經(jīng)定向耦合器進入接收機，接收機可以獲得反向散射功率與發(fā)射功率的比值接收機可以獲得反向散射功率與發(fā)射功率的比值:微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 當一定發(fā)射功率、一定收發(fā)距離的前提下，比值的大小當一定發(fā)射功率、一定收發(fā)距離的前提下，比值的大小取決于反向散射功率，而此功率取決于接收天線與負載的取決于反向散射功率，而此功率取決于接收天線與負載的匹配程度，當接收天線與負載幾乎匹配時，幾乎沒有功率匹配程度，當接收天線與負載幾乎匹配時，幾乎沒有功率被反向散射回去，而當天線開路或短路時，幾乎全部功率被反向散射回去，而當天線開路或短路時

9、，幾乎全部功率反射回去，特別當工作波長處于天線的諧振區(qū)時，反射十反射回去，特別當工作波長處于天線的諧振區(qū)時，反射十分明顯。分明顯。電磁反向散射式應答器正是利用電磁波的諧振反射特電磁反向散射式應答器正是利用電磁波的諧振反射特性，通過改變天線負載的狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的傳輸性，通過改變天線負載的狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的傳輸。當負。當負載匹配時比值幾乎為零，此時可以代表數(shù)字載匹配時比值幾乎為零，此時可以代表數(shù)字“0”，當，當CPU控制的開關使負載變?yōu)榱悖炊搪罚r，比值將達到一定控制的開關使負載變?yōu)榱悖炊搪罚r，比值將達到一定的數(shù)值，此時可以代表數(shù)字的數(shù)值，此時可以代表數(shù)字“1”。微波技術與天線第十章 微波

10、應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) n非接觸識別特別是射頻識別已逐步發(fā)展非接觸識別特別是射頻識別已逐步發(fā)展成為一個跨學科的專業(yè)領域，它不但包成為一個跨學科的專業(yè)領域，它不但包含了微波技術、集成電路技術等基本領含了微波技術、集成電路技術等基本領域，還包括了電磁兼容、數(shù)據(jù)保護與密域，還包括了電磁兼容、數(shù)據(jù)保護與密碼學、制造工藝學、通信網(wǎng)技術等多個碼學、制造工藝學、通信網(wǎng)技術等多個學科。隨著學科。隨著RFID技術的不斷發(fā)展，其應技術的不斷發(fā)展，其應用前景將十分廣闊。用前景將十分廣闊。 微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 微波的其它應用微波的其它應用1. 微波爐微波爐微波爐微波爐微波技術與天線第十章

11、 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 2. 能量傳遞能量傳遞 太陽能衛(wèi)星電站太陽能衛(wèi)星電站 已經(jīng)提出在宇宙空間用一個大的太陽能電池軌已經(jīng)提出在宇宙空間用一個大的太陽能電池軌道陣發(fā)電，然后用微波波束傳送到地面的一個道陣發(fā)電，然后用微波波束傳送到地面的一個接收站，從而可以提供一個用不盡的電源接收站，從而可以提供一個用不盡的電源。 微波在物理學、天文學、化學、醫(yī)學、和氣象微波在物理學、天文學、化學、醫(yī)學、和氣象學等各個科學領域的應用中開辟了許多嶄新的學等各個科學領域的應用中開辟了許多嶄新的分支。如量子電子學、微波波譜學、射電天文分支。如量子電子學、微波波譜學、射電天文學、微波化學、微波生物學、微波醫(yī)學及微波學、微波化學、微波生物學、微波醫(yī)學及微波氣象學等。氣象學等。微波技術與天線第十章 微波應用系統(tǒng)之射頻識別系統(tǒng) 基本要求基本要求n了解雷達系