基于RFID的天线阻抗自动匹配技术的设计
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。
图3 自动调谐匹配电路图
2. 1 测试电路
手工匹配采用的是阻抗分析仪或者网络分析仪,网络分析仪是用定向耦合器来测量天线电路的反射系数。但使用定向耦合器有几个主要的缺点,例如功率损耗大和很难嵌入到IC芯片。故而本文在电路中不使用耦合器,从图3看出,测量电路包含以下4部分。
(1)测量电桥 用来测试天线的反射系数。主体部分为惠斯通电路,如图4所示。其电路中的直流电源用波形产生器替代,用来生成13. 56 MHz的正弦载波信号。其中电阻R1、R2、R3 都为50 Ω。
根据基尔霍夫定律,得I1 - I2 + Id = 0, I3 - IZ - Id =0, I1 R1 + I2 R2 - I3 R3 = IZ Z,得Z = R2*R3/R1= 50Ω。
电桥平衡即Vd = 0,当Vd 的大小和相位都为0时,天线阻抗调谐完成。Vd 计算公式为: Vd = |V2 -VZ | ,V2 = I2 R2 , VZ = IZ Z。
(2)振幅测量电路 测量V2 和VZ 幅度, 并反馈到控制器。电路内部的整流器调整V2 和VZ 的幅度,消去输入信号的负半波,为了满足模数转换电路的输入范围要求,最后得到的信号经过低通滤波和放大电路传送到控制器。经过控制器模数转换后,比较两路信号的幅度,计算出Vd 的值。
较两路信号的幅度,计算出Vd 的值。
(3)相位测量电路 测量V2 和VZ 的相位, 并反馈到控制器。
(4)振幅测量电路 测量V2 和VZ 的幅度,并反馈到控制器。
图4 测量电桥
在设计中用一个已经过手动调谐的天线电路来验证测量电路。手动调谐电路以图1 的电路为基础,用微调电容器取代电容C1 和C2 ,将天线电路连接到测量电桥,调节微调电容器,使测量到信号的幅度和相位近似为0。然后在TX1、TX2 两点测量天线的反射系数。测量结果如图5所示,在频率为13.
56MHz时,参数S11近似为0。这种检查流程已成功经过几种不同阻抗的RFID天线检测,在频率为13.
56MHz时,测试天线的S11参数偏差都大体相同。
这表明,这个偏差在测量电路中,是不可避免的,且不影响匹配。
图5 天线的smit图
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