一種rfid天線及其自動(dòng)匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種RFID天線及其自動(dòng)匹配方法，屬于電學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻識(shí)別(RFID)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，作為條形碼的無(wú)線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用將給零售、物流等產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變化。
[0003]RFID系統(tǒng)，是由閱讀器、電子標(biāo)簽及應(yīng)用軟件三個(gè)部分組成，其工作原理是閱讀器發(fā)射一特定頻率的無(wú)線電磁波，驅(qū)動(dòng)電子標(biāo)簽將其內(nèi)部的數(shù)據(jù)發(fā)送，此時(shí)，閱讀器接收解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。
[0004]目前，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的是基于IS015693協(xié)議和IS014443協(xié)議的RFID系統(tǒng)，其工作中心頻率皆為13.56MHz，以無(wú)源方式工作，這樣就要求閱讀器發(fā)射天線阻抗匹配良好，保證能夠發(fā)射足夠的功率。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)能見(jiàn)到的該RFID系統(tǒng)的天線皆為固定匹配模式，以大小不一的方形為主，匹配電路也是出廠時(shí)固定，用戶不能自行彎折或者改變天線的形狀，否則會(huì)導(dǎo)致天線駐波增加，效率下降甚至損壞設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，有些場(chǎng)合需要用戶自行更改天線的形式，比如長(zhǎng)條形狀，圓形，或者其它甚至與裝飾物合為一體，若要支持此項(xiàng)功能，就必須提供一種天線阻抗自動(dòng)檢測(cè)和匹配的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種RFID天線；
[0006]本發(fā)明還公開(kāi)了上述RFID天線的自動(dòng)匹配方法；
[0007]上述RFID天線的自動(dòng)匹配方法的原理為:首先，測(cè)量固有串聯(lián)電感LO和固有串聯(lián)電阻R0，然后，根據(jù)LC匹配電路計(jì)算公式，得到應(yīng)接入電路的并聯(lián)匹配電容值Cp和應(yīng)接入電路的串聯(lián)匹配電容值Cs，再由微控制器通過(guò)磁保持繼電器選取最接近的電容值接入電路，最后，進(jìn)彳T微調(diào)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0009]一種RFID天線，包括同軸饋線、巴倫、負(fù)載調(diào)制三極管、負(fù)載調(diào)制電阻、并聯(lián)匹配電容組、串聯(lián)匹配電容組、天線金屬管、Q值調(diào)節(jié)電阻、控制線路、微控制器、驅(qū)動(dòng)電路、檢波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，所述并聯(lián)匹配電容組包括多路串聯(lián)連接的并聯(lián)匹配電容與磁保持繼電器，所述串聯(lián)匹配電容組包括多路串聯(lián)連接的串聯(lián)匹配電容與磁保持繼電器，所述天線金屬管包括固有串聯(lián)電感LO與固有串聯(lián)電阻R0，所述同軸饋線連接所述巴倫輸入端，所述巴倫輸出端連接所述并聯(lián)匹配電容組，所述巴倫輸出端還同時(shí)連接所述串聯(lián)匹配電容組的一端，所述串聯(lián)匹配電容組的另一端串聯(lián)所述天線金屬管一端，所述天線金屬管另一端串聯(lián)所述Q值調(diào)節(jié)電阻，所述Q值調(diào)節(jié)電阻連接所述巴倫輸出端；所述巴倫輸出端還連接所述檢波電路的輸入端，所述檢波電路的輸出端連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC連接所述微控制器，所述微控制器的一路輸出控制信號(hào)連接所述驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)所述控制線路連接各路所述磁保持繼電器的控制端，所述微控制器另一路輸出控制信號(hào)連接到所述負(fù)載調(diào)制三極管的基極，所述負(fù)載調(diào)制三極管的發(fā)射極與集電極通過(guò)所述負(fù)載調(diào)制電阻與所述巴倫的輸出端并聯(lián)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述并聯(lián)匹配電容組中的多個(gè)并聯(lián)匹配電容的電容值由小到大成2倍關(guān)系，所述串聯(lián)匹配電容組中的多個(gè)串聯(lián)匹配電容的電容值由小到大成2倍關(guān)系。
[0011]所述并聯(lián)匹配電容組中的多個(gè)并聯(lián)匹配電容的電容值由小到大成2倍關(guān)系，例如，所述并聯(lián)匹配電容組中的七個(gè)并聯(lián)匹配電容的電容值依次為25p、50p、100p、200p、400p、800p、1600p ;所述串聯(lián)匹配電容組中的多個(gè)串聯(lián)匹配電容的電容值由小到大成2倍關(guān)系，例如，所述串聯(lián)匹配電容組中的十個(gè)串聯(lián)匹配電容的電容值依次為lp、2p、4p、8p、16p、32p、64p、128p、256p、512p0
[0012]天線金屬管由用戶自行彎折、更換，天線金屬管主要參數(shù)等效為固有串聯(lián)電感LO和固有串聯(lián)電阻R0。
[0013]上述RFID天線的自動(dòng)匹配方法，具體步驟包括:
[0014](I)測(cè)量用戶RFID天線參數(shù)
[0015]上電，所述微控制器輸出控制信號(hào)使所有所述磁保持繼電器處于開(kāi)路狀態(tài)，所述串聯(lián)匹配電容組中的串聯(lián)匹配電容及所述并聯(lián)匹配電容組中的并聯(lián)匹配電容都處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)處于開(kāi)路狀態(tài)，所述微控制器記錄所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采集的開(kāi)路狀態(tài)下的電壓值U0，所述微控制器進(jìn)一步控制所述串聯(lián)匹配電容組的磁保持繼電器，根據(jù)所述串聯(lián)匹配電容的電容值由小到大的順序，所述串聯(lián)匹配電容逐步閉合，使接入回路的電容值逐步增加，電容值逐步增加的過(guò)程中，所述微控制器通過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC得到電壓極小值，所述電壓極小值是指所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC在對(duì)所述巴倫輸出電壓連續(xù)采樣得到的數(shù)據(jù)中的最小值，記錄下由所述磁保持繼電器閉合導(dǎo)聯(lián)接入回路的所述串聯(lián)匹配電容的電容值之和CsO，記錄電壓極小值U1，計(jì)算所述天線金屬管的固有串聯(lián)電感LO的值，如下式所示:
[0016]LO = l/(4*pi~2*f(T2*CsO)
[0017]式中，pi= 3.14，f0 為 RFID 天線的中心頻率，f0 = 13.56MHz ；
[0018]計(jì)算固有串聯(lián)電阻RO的值，如下式所示:
[0019]RO = Z0*U1/(UO-Ul)-Rq
[0020]式中，ZO為所述同軸饋線阻抗，ZO = 50歐姆，Rq為Q值調(diào)節(jié)電阻，Rq的取值范圍為0_4歐姆；
[0021](2)計(jì)算應(yīng)接入電路的并聯(lián)匹配電容的電容值Cp和應(yīng)接入電路的串聯(lián)匹配電容的電容值Cs
[0022]步驟⑴得到了天線金屬管的固有串聯(lián)電感LO與固有串聯(lián)電阻R0，根據(jù)LC匹配電路計(jì)算公式，得到應(yīng)接入電路的并聯(lián)匹配電容的電容值Cp和應(yīng)接入電路的串聯(lián)匹配電容的電容值Cs，如下式所示:
[0023]Cp = (Z0*Rf-Rf~2)0.5/(2*pi*f0*Z0*Rf)
[0024]Cs = l/(4*pi~2*f(T2*L0-2*pi*fO*(Z0*Rf-Rr2) ~0.5)
[0025]式中，Rf= R0+Rq ；
[0026](3)控制匹配電容接入
[0027]步驟⑵得到了得到應(yīng)接入電路的并聯(lián)匹配電容的電容值Cp和應(yīng)接入電路的串聯(lián)匹配電容的電容值Cs，所述微控制器從所述并聯(lián)匹配電容組中選擇并聯(lián)匹配電容的組合，所述并聯(lián)匹配電容的組合電容值為Cp’，使Cp’最接近Cp，通過(guò)控制所述磁保持繼電器將所述并聯(lián)匹配電容的組合并聯(lián)接入電路，所述微控制器從所述串聯(lián)匹配電容組中選擇串聯(lián)匹配電容的組合，所述串聯(lián)匹配電容的組合電容值為Cs’，使Cs’最接近Cs，通過(guò)控制所述磁保持繼電器將所述串聯(lián)匹配電容的組合串聯(lián)接入電路；其中，所述匹配電容是指所述并聯(lián)匹配電容的組合及所述串聯(lián)匹配電容的組合；
[0028](4)微調(diào)匹配點(diǎn)
[0029]對(duì)接入電路的并聯(lián)匹配電容的組合電容值Cp’與接入電路的串聯(lián)匹配電容的組合電容值Cs’進(jìn)行微調(diào)，所述微控制器微調(diào)接入電路的串聯(lián)匹配電容的組合電容值Cs’，當(dāng)
U-U0/2 I取最小值時(shí)，對(duì)應(yīng)的接入電路的串聯(lián)匹配電容的組合電容值Cs”即為接入電路的串聯(lián)匹配電容的組合最佳匹配電容值，所述微控制器微調(diào)接入電路的并聯(lián)匹配電容的組合電容值Cp’，當(dāng)|