《物联网射频识别(RFID)核心技术教程》-7课件

《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映1《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映电子教案《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映电2《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》本书《物联网-射频识别（RFID）核心技术教程》由《物联网-射频识别（RFID）核心技术详解》一书改编而来。《物联网-射频识别（RFID）核心技术详解》2011年11月荣获陕西省普通高等学校优秀教材一等奖，2012年12月修订出版第2版，2013年荣获陕西省高等教育教学成果二等奖。《物联网-射频识别（RFID）核心技术教程》2016年出版，本书适合作为高校教材。

点击此处结束放映《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》《物联网射频识别（3物联网射频识别（RFID）核心技术教程

第7章RFID电感耦合方式

的射频前端点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程第7章4物联网射频识别（RFID）核心技术教程

低频和高频RFID采用电感耦合方式进行工作。在这种工作方式中，线圈形式的天线相当于电感，电感线圈产生交变磁场，使读写器与电子标签之间相互耦合，构成了电感耦合的工作方式。同时，线圈产生的电感与射频电路中的电容组合在一起，形成谐振电路，谐振电路可以实现低频和高频RFID能量和数据的传输。

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 低频和高频RFID采5

线圈的自感和互感7.1RFID读写器的射频前端7.2RFID电子标签的射频前端7.3RFID读写器与电子标签的电感耦合7.4物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映线圈的自感和互感7.1RFID读写器的射频前端7.2RFI6物联网射频识别（RFID）核心技术教程

线圈的自感和互感7.1点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程线圈的自感和互感7.7物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.1磁通量

磁通是电磁学中的一个重要物理量。磁感应强度通过曲面的通量称为磁通，磁通表示为（7.1）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.1磁通量点击8物联网射频识别（RFID）核心技术教程图7.1通过一个闭合回路的磁通量点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映9物联网射频识别（RFID）核心技术教程

读写器与电子标签的线圈通常都有很多匝，通过

匝线圈的总磁通为（7.2）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映10物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.2线圈的电感

在RFID中，读写器的线圈与电子标签的线圈都有电感。线圈的电感为（7.3）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.2线圈的电感点11物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.3线圈的互感

当第一个线圈上的电流产生磁场，并且该磁场通过第二个线圈时，通过第二个线圈的总磁通与第一个线圈上电流的比值，称为两个线圈间的互感。互感定义为（7.5）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.3线圈的互感点12物联网射频识别（RFID）核心技术教程

读写器与电子标签线圈之间的互感示意图如图7.4所示。图7.4读写器与电子标签之间的互感点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 读写器与电子标签线圈13物联网射频识别（RFID）核心技术教程

读写器与电子标签两个线圈之间的互感近似可以表示为（7.5）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 读写器与电子标签两个14物联网射频识别（RFID）核心技术教程

RFID读写器的射频前端7.2点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程15物联网射频识别（RFID）核心技术教程 RFID读写器的射频前端常采用串联谐振电路，串联谐振电路可以使低频和高频RFID读写器有较好的能量输出。

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 RFID读写器的射频16物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.2.1RFID读写器射频前端的结构

对读写器天线电路的构造有如下要求。（1）读写器天线上的电流最大，使读写器线圈产生最大

的磁通；（2）功率匹配，最大程度地输出读写器的能量；（3）足够的带宽，使读写器信号无失真输出。

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.2.1RFID读写17物联网射频识别（RFID）核心技术教程

图7.5读写器射频前端天线电路的结构

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程18物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.2.2串联谐振电路

串联谐振电路如图7.6所示，由电阻

、电感

和电容

串联而成。

图7.6串联谐振电路

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.2.2串联谐振19物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.谐振频率

图7.6所示的电路，只有当频率为某一特殊值时，才能产生谐振，此频率称为谐振频率。

谐振频率为(7.11)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.谐振频率点击此处结20物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映21物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.品质因数

品质因数定义为(7.12)串联谐振电路的品质因数为(7.13)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.品质因数点击此处结22物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映23物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.输入阻抗

在谐振频率，电感的感抗和电容的容抗相互抵消，输入阻抗为(7.15)

在其它频率，输入阻抗为复数。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.输入阻抗点击此处结24物联网射频识别（RFID）核心技术教程4.带宽

图7.7串联谐振电路的带宽点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程4.带宽点击此处结束放25物联网射频识别（RFID）核心技术教程

带宽可以由品质因数和谐振频率求得，如果品质因数越高，则相对带宽越小。(7.19)(7.20)

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 带宽可以由品质因数和26物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映27物联网射频识别（RFID）核心技术教程5.有载品质因数

实际应用中，谐振电路总是要与外负载相耦合，由于外负载消耗能量，使总的品质因数下降。

无载品质因数、外部品质因数和总的品质因数关系为(7.23)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程5.有载品质因数点击此28物联网射频识别（RFID）核心技术教程RFID电子标签的射频前端7.3点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程RFID电子标签的射频29物联网射频识别（RFID）核心技术教程 RFID电子标签的射频前端常采用并联谐振电路，并联谐振电路可以使低频和高频RFID电子标签从读写器耦合的能量最大。

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 RFID电子标签的射30物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.3.1RFID电子标签射频前端的结构图7.8电子标签射频前端天线电路的结构

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.3.1RFID电31物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.3.2并联谐振电路

并联谐振电路如图7.9所示，由电阻、电感和电容并联而成。图7.9并联谐振电路

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.3.2并联谐振电32物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.谐振频率

谐振角频率为(7.26)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.谐振频率点击此处结33物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.品质因数

并联谐振电路的品质因数为(7.28)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.品质因数点击此处结34物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.输入导纳

在谐振频率，输入导纳为(7.30)

在其它频率，输入导纳为复数。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.输入导纳点击此处结35物联网射频识别（RFID）核心技术教程4.带宽

带宽可以由品质因数和谐振频率求得。(7.32)(7.33)

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程4.带宽点击此处结束放36物联网射频识别（RFID）核心技术教程5.有载品质因数

无载品质因数、外部品质因数和总的品质因数关系为(7.34)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程5.有载品质因数点击此37物联网射频识别（RFID）核心技术教程

例7.4设计一个由理想电感和理想电容构成的并联谐振电路，

要求在负载

及

时，有载品质因数

。讨论通过改变电感和电容值提高有载品质因数的途径。

解

有载品质因数为点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 例7.4设计一个由38物联网射频识别（RFID）核心技术教程所以电感为谐振时的角频率为

所以电容为点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程所以电感为点击此处结束39物联网射频识别（RFID）核心技术教程

可以通过将电感值降低

倍同时将电容值提高倍的方法来提高有载品质因数。例如选

，电感、电容和有载品质因数分别为点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 可以通过将电感值降低40物联网射频识别（RFID）核心技术教程RFID读写器与电子标签的电感耦合7.4点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程RFID读写器与电子标41物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.4.1电子标签的感应电压

当电子标签进入读写器产生的磁场区域后，电子标签的线圈上就会产生感应电压，当电子标签与读写器的距离足够近时，电子标签获得的能量可以使标签开始工作。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.4.1电子标签的感42物联网射频识别（RFID）核心技术教程

图7.13电子标签并联谐振的等效电路点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映43物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.电子标签线圈的感应电压2.电子标签谐振回路的电压输出

电子标签射频前端采用并联谐振电路。3.电子标签输出电压的调节

如果提高读写器与电子标签之间的耦合因数（例如减小读写器与电子标签之间的距离），或者是提高负载电阻

，电压

可以达到100V以上。然而，为了数据载体的工作，需要稳定的3V～5V工作电压（整流以后）。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.电子标签线圈的44物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.4.2电子标签的直流电压

电子标签通过与读写器电感耦合，产生交变电压，该交变电压通过整流、滤波和稳压后，给电子标签的芯片提供所需的直流电压。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.4.2电子标签的直45物联网射频识别（RFID）核心技术教程

图7.14电子标签交变电压转换为直流电压点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映46物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.4.3负载调制

负载调制通过对电子标签振荡回路的电参数按照数据流的节拍进行调节，使电子标签阻抗的大小和相位随之改变，从而完成调制的过程。负载调制技术主要有电阻负载调制和电容负载调制两种方式。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.4.3负载调制点击47物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.电阻负载调制在电阻负载调制中，负载电阻并联一个电阻。称为负载调制电阻，该电阻按数据流的时钟接通和断开，开关S的通断由二进制数据编码控制。2.电容负载调制在电阻负载调制中，负载并联一个电容，取代了由二进制数据编码控制的负载调制电阻。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.电阻负载调制点击此48物联网射频识别（RFID）核心技术教程

图7.15电阻负载调制的电路原理图点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映49物联网射频识别（RFID）核心技术教程

图7.16电阻负载调制的波形变化过程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映50物联网射频识别（RFID）核心技术教程

图7.16（a）为电子标签数据的二进制数据编码，图7.16（b）为电子标签线圈两端的电压，图7.16（c）为读写器线圈两端的电压，图7.16（d）为读写器线圈解调后的电压。可以看出，图7.16（a）与图7.16（d）的二进制数据编码一致，表明电阻负载调制完成了信息传递的工作。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 图7.16（a）为电51物联网射频识别（RFID）核心技术教程

点击此处结束放映休息一下物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击此处结束放映休52《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映53《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映电子教案《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映电54《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》本书《物联网-射频识别（RFID）核心技术教程》由《物联网-射频识别（RFID）核心技术详解》一书改编而来。《物联网-射频识别（RFID）核心技术详解》2011年11月荣获陕西省普通高等学校优秀教材一等奖，2012年12月修订出版第2版，2013年荣获陕西省高等教育教学成果二等奖。《物联网-射频识别（RFID）核心技术教程》2016年出版，本书适合作为高校教材。

点击此处结束放映《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》《物联网射频识别（55物联网射频识别（RFID）核心技术教程

第7章RFID电感耦合方式

的射频前端点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程第7章56物联网射频识别（RFID）核心技术教程

低频和高频RFID采用电感耦合方式进行工作。在这种工作方式中，线圈形式的天线相当于电感，电感线圈产生交变磁场，使读写器与电子标签之间相互耦合，构成了电感耦合的工作方式。同时，线圈产生的电感与射频电路中的电容组合在一起，形成谐振电路，谐振电路可以实现低频和高频RFID能量和数据的传输。

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 低频和高频RFID采57

线圈的自感和互感7.1RFID读写器的射频前端7.2RFID电子标签的射频前端7.3RFID读写器与电子标签的电感耦合7.4物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映线圈的自感和互感7.1RFID读写器的射频前端7.2RFI58物联网射频识别（RFID）核心技术教程

线圈的自感和互感7.1点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程线圈的自感和互感7.59物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.1磁通量

磁通是电磁学中的一个重要物理量。磁感应强度通过曲面的通量称为磁通，磁通表示为（7.1）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.1磁通量点击60物联网射频识别（RFID）核心技术教程图7.1通过一个闭合回路的磁通量点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映61物联网射频识别（RFID）核心技术教程

读写器与电子标签的线圈通常都有很多匝，通过

匝线圈的总磁通为（7.2）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映62物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.2线圈的电感

在RFID中，读写器的线圈与电子标签的线圈都有电感。线圈的电感为（7.3）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.2线圈的电感点63物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.3线圈的互感

当第一个线圈上的电流产生磁场，并且该磁场通过第二个线圈时，通过第二个线圈的总磁通与第一个线圈上电流的比值，称为两个线圈间的互感。互感定义为（7.5）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.1.3线圈的互感点64物联网射频识别（RFID）核心技术教程

读写器与电子标签线圈之间的互感示意图如图7.4所示。图7.4读写器与电子标签之间的互感点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 读写器与电子标签线圈65物联网射频识别（RFID）核心技术教程

读写器与电子标签两个线圈之间的互感近似可以表示为（7.5）点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 读写器与电子标签两个66物联网射频识别（RFID）核心技术教程

RFID读写器的射频前端7.2点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程67物联网射频识别（RFID）核心技术教程 RFID读写器的射频前端常采用串联谐振电路，串联谐振电路可以使低频和高频RFID读写器有较好的能量输出。

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 RFID读写器的射频68物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.2.1RFID读写器射频前端的结构

对读写器天线电路的构造有如下要求。（1）读写器天线上的电流最大，使读写器线圈产生最大

的磁通；（2）功率匹配，最大程度地输出读写器的能量；（3）足够的带宽，使读写器信号无失真输出。

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.2.1RFID读写69物联网射频识别（RFID）核心技术教程

图7.5读写器射频前端天线电路的结构

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程70物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.2.2串联谐振电路

串联谐振电路如图7.6所示，由电阻

、电感

和电容

串联而成。

图7.6串联谐振电路

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.2.2串联谐振71物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.谐振频率

图7.6所示的电路，只有当频率为某一特殊值时，才能产生谐振，此频率称为谐振频率。

谐振频率为(7.11)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.谐振频率点击此处结72物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映73物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.品质因数

品质因数定义为(7.12)串联谐振电路的品质因数为(7.13)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.品质因数点击此处结74物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映75物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.输入阻抗

在谐振频率，电感的感抗和电容的容抗相互抵消，输入阻抗为(7.15)

在其它频率，输入阻抗为复数。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.输入阻抗点击此处结76物联网射频识别（RFID）核心技术教程4.带宽

图7.7串联谐振电路的带宽点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程4.带宽点击此处结束放77物联网射频识别（RFID）核心技术教程

带宽可以由品质因数和谐振频率求得，如果品质因数越高，则相对带宽越小。(7.19)(7.20)

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 带宽可以由品质因数和78物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映79物联网射频识别（RFID）核心技术教程5.有载品质因数

实际应用中，谐振电路总是要与外负载相耦合，由于外负载消耗能量，使总的品质因数下降。

无载品质因数、外部品质因数和总的品质因数关系为(7.23)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程5.有载品质因数点击此80物联网射频识别（RFID）核心技术教程RFID电子标签的射频前端7.3点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程RFID电子标签的射频81物联网射频识别（RFID）核心技术教程 RFID电子标签的射频前端常采用并联谐振电路，并联谐振电路可以使低频和高频RFID电子标签从读写器耦合的能量最大。

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 RFID电子标签的射82物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.3.1RFID电子标签射频前端的结构图7.8电子标签射频前端天线电路的结构

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.3.1RFID电83物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.3.2并联谐振电路

并联谐振电路如图7.9所示，由电阻、电感和电容并联而成。图7.9并联谐振电路

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.3.2并联谐振电84物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.谐振频率

谐振角频率为(7.26)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.谐振频率点击此处结85物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.品质因数

并联谐振电路的品质因数为(7.28)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.品质因数点击此处结86物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.输入导纳

在谐振频率，输入导纳为(7.30)

在其它频率，输入导纳为复数。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.输入导纳点击此处结87物联网射频识别（RFID）核心技术教程4.带宽

带宽可以由品质因数和谐振频率求得。(7.32)(7.33)

点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程4.带宽点击此处结束放88物联网射频识别（RFID）核心技术教程5.有载品质因数

无载品质因数、外部品质因数和总的品质因数关系为(7.34)点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程5.有载品质因数点击此89物联网射频识别（RFID）核心技术教程

例7.4设计一个由理想电感和理想电容构成的并联谐振电路，

要求在负载

及

时，有载品质因数

。讨论通过改变电感和电容值提高有载品质因数的途径。

解

有载品质因数为点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 例7.4设计一个由90物联网射频识别（RFID）核心技术教程所以电感为谐振时的角频率为

所以电容为点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程所以电感为点击此处结束91物联网射频识别（RFID）核心技术教程

可以通过将电感值降低

倍同时将电容值提高倍的方法来提高有载品质因数。例如选

，电感、电容和有载品质因数分别为点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程 可以通过将电感值降低92物联网射频识别（RFID）核心技术教程RFID读写器与电子标签的电感耦合7.4点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程RFID读写器与电子标93物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.4.1电子标签的感应电压

当电子标签进入读写器产生的磁场区域后，电子标签的线圈上就会产生感应电压，当电子标签与读写器的距离足够近时，电子标签获得的能量可以使标签开始工作。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程7.4.1电子标签的感94物联网射频识别（RFID）核心技术教程

图7.13电子标签并联谐振的等效电路点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映95物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.电子标签线