微波技术与天线刘学观 第10.4节

1、微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 10.4 射频识别系统射频识别系统 射频识别系统射频识别系统 （Radio frequency identification-RFID）阅读器阅读器应答器应答器后台计算机系统组成后台计算机系统组成微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 它是利用无线电波将电子数据载体（即应答器）中的数它是利用无线电波将电子数据载体（即应答器）中的数据非接触地与阅读器进行数据交换从而实现识别的系统。据非接触地与阅读器进行数据交换从而实现识别的系统。网络应答器PC阅读器数据时序能量耦合元件耦合元件（线圈或天线） 射频识别器的组成框图射频识别器的组成框图微波

2、技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 1. RFID的分类的分类RFID系统按数据量来分，可分为系统按数据量来分，可分为1比特系统和电子数据比特系统和电子数据载体系统载体系统 1比特系统比特系统只能识别只能识别“有响应有响应”和和“无响应无响应”两种两种状态，该系统虽然不能区分各个应答器，但由于系统简状态，该系统虽然不能区分各个应答器，但由于系统简单、可靠，被广泛应用于商场的防盗系统中；单、可靠，被广泛应用于商场的防盗系统中； 电子数据载体系统电子数据载体系统是一类编码系统，每个应答器都是一类编码系统，每个应答器都有一个识别码，同时还可以存储有一个识别码，同时还可以存储16-64kbi

3、t的数据，而且的数据，而且一般需要将识别码和数据调制到一个载波上。一般需要将识别码和数据调制到一个载波上。 微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 RFID系统按工作频段系统按工作频段分为分为低频（低频（50-150kHz,13.56MHz），超高频（），超高频（260-470MHz）和微波（和微波（902-928MHz, 2.45GHz, 5.8GHz）波段。波段。微波波段的应答器微波波段的应答器一般是远距离系统，其作用距离从一般是远距离系统，其作用距离从1米米到十米甚至更远。从天线接收到的微波辐射能量和参考负到十米甚至更远。从天线接收到的微波辐射能量和参考负载在开关的控制下交替输

4、入到接收机，开关周期载在开关的控制下交替输入到接收机，开关周期 s一般在一般在10-3和和10-1之间。之间。低频段的应答器低频段的应答器一般是无源的，应答器所需要的能量是由一般是无源的，应答器所需要的能量是由阅读器通过耦合元件传递给应答器，因此一般情况下，该阅读器通过耦合元件传递给应答器，因此一般情况下，该类应答器和阅读器之间的有效距离是很近的，也称之为密类应答器和阅读器之间的有效距离是很近的，也称之为密耦合；耦合；微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 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比特应答器比特应答器 1kHz偶极子天线应答器调制检波1kH

5、z微波1比特应答器原理图微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 微波微波1比特应答器的工作比特应答器的工作原理原理:阅读器持续发射用阅读器持续发射用1kHz信号振幅调制（信号振幅调制（ASK）载波频率为）载波频率为 fA（如（如2.45GHz）的已调信号，应答器的偶极子天线接收到的信号，该信的已调信号，应答器的偶极子天线接收到的信号，该信号由二极管的非线性特性产生高次谐波（其中二次谐波号由二极管的非线性特性产生高次谐波（其中二次谐波能量最大），利用电容二极管的能量储存特性，使高次能量最大），利用电容二极管的能量储存特性，使高次谐波通过天线二次辐射，阅读器的接收通道检测以频率谐波通过天

6、线二次辐射，阅读器的接收通道检测以频率2fA为为载波的载波的ASK信号并还原成信号并还原成1kHz信号，当接收端检信号，当接收端检测到测到1kHz信号时表明应答器在阅读器的覆盖范围。信号时表明应答器在阅读器的覆盖范围。加加1kHz的调制主要是提高抗干扰能力，这是因为的调制主要是提高抗干扰能力，这是因为若阅读器周围碰巧有的干扰信号，由于干扰信号没有被若阅读器周围碰巧有的干扰信号，由于干扰信号没有被正常调制，所以阅读器不会响应。正常调制，所以阅读器不会响应。微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 2）电磁反向散射式应答器电磁反向散射式应答器TXRX判决器接收器定向耦合器CPU 阅读器应答

7、器反向散射应答器的作用原理反向散射应答器的作用原理LR2P2P1P1P微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 12PPb阅读器经定向耦合器再通过天线将功率为阅读器经定向耦合器再通过天线将功率为P1的电的电磁波发送到自由空间，经空间传播到达应答器时接收磁波发送到自由空间，经空间传播到达应答器时接收天线的功率为天线的功率为P1 ，该功率一部分通过接收天线送入负，该功率一部分通过接收天线送入负载转变为热能，另一部分则反向散射至自由空间，设载转变为热能，另一部分则反向散射至自由空间，设反向散射的功率为反向散射的功率为P2 ，再次通过自由空间衰减，到达，再次通过自由空间衰减，到达阅读器天线处的

8、功率为阅读器天线处的功率为P2 ，经定向耦合器进入接收机，经定向耦合器进入接收机，接收机可以获得反向散射功率与发射功率的比值接收机可以获得反向散射功率与发射功率的比值:微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 当一定发射功率、一定收发距离的前提下，比值的大小当一定发射功率、一定收发距离的前提下，比值的大小取决于反向散射功率，而此功率取决于接收天线与负载的取决于反向散射功率，而此功率取决于接收天线与负载的匹配程度，当接收天线与负载几乎匹配时，几乎没有功率匹配程度，当接收天线与负载几乎匹配时，几乎没有功率被反向散射回去，而当天线开路或短路时，几乎全部功率被反向散射回去，而当天线开路或短路时

9、，几乎全部功率反射回去，特别当工作波长处于天线的谐振区时，反射十反射回去，特别当工作波长处于天线的谐振区时，反射十分明显。分明显。电磁反向散射式应答器正是利用电磁波的谐振反射特电磁反向散射式应答器正是利用电磁波的谐振反射特性，通过改变天线负载的状态，实现数据流的传输性，通过改变天线负载的状态，实现数据流的传输。当负。当负载匹配时比值几乎为零，此时可以代表数字载匹配时比值几乎为零，此时可以代表数字“0”，当，当CPU控制的开关使负载变为零（即短路）时，比值将达到一定控制的开关使负载变为零（即短路）时，比值将达到一定的数值，此时可以代表数字的数值，此时可以代表数字“1”。微波技术与天线第十章 微波

10、应用系统之射频识别系统 n非接触识别特别是射频识别已逐步发展非接触识别特别是射频识别已逐步发展成为一个跨学科的专业领域，它不但包成为一个跨学科的专业领域，它不但包含了微波技术、集成电路技术等基本领含了微波技术、集成电路技术等基本领域，还包括了电磁兼容、数据保护与密域，还包括了电磁兼容、数据保护与密码学、制造工艺学、通信网技术等多个码学、制造工艺学、通信网技术等多个学科。随着学科。随着RFID技术的不断发展，其应技术的不断发展，其应用前景将十分广阔。用前景将十分广阔。 微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 微波的其它应用微波的其它应用1. 微波炉微波炉微波炉微波炉微波技术与天线第十章

11、 微波应用系统之射频识别系统 2. 能量传递能量传递 太阳能卫星电站太阳能卫星电站 已经提出在宇宙空间用一个大的太阳能电池轨已经提出在宇宙空间用一个大的太阳能电池轨道阵发电，然后用微波波束传送到地面的一个道阵发电，然后用微波波束传送到地面的一个接收站，从而可以提供一个用不尽的电源接收站，从而可以提供一个用不尽的电源。 微波在物理学、天文学、化学、医学、和气象微波在物理学、天文学、化学、医学、和气象学等各个科学领域的应用中开辟了许多崭新的学等各个科学领域的应用中开辟了许多崭新的分支。如量子电子学、微波波谱学、射电天文分支。如量子电子学、微波波谱学、射电天文学、微波化学、微波生物学、微波医学及微波学、微波化学、微波生物学、微波医学及微波气象学等。气象学等。微波技术与天线第十章 微波应用系统之射频识别系统 基本要求基本要求n了解雷达系