电子标签到读写器的能量传输

M12
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互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势。
互感现象的应用：
利用互感现象可以把能量从一个线圈传递到另一 个线圈，因此在电工技术和电子技术中有广泛的应用
如：变压器
收音机里的“磁性天线”利用互感现象可以把信号 从一个线圈传递到另一个线圈。
收音机里的磁性天线.
2、能量供给
能量供给： 阅读器天线电路 应答器天线电路 阅读器和应答器之间的电感耦合
a2 r2 3 2
0 H Z
电感线圈的交变磁场
磁感应强度B和距离r的关系
X
r<<a时
线圈
i1
一、 电感耦合RFID系统
电感耦合的射频载波频率为13.56MHz和小于135KHz的 频段，应答器和读写器之间的工作距离小于1m，典型的 作用距离为10～20cm 。
磁场 H
C1 Rs
vs R1
L1 i 阅读器
L2
v2
应答器
VD
存储及
C2
C3 控制电路
应答器芯片
阅读器如何将能量传递给应答器？ 应答器如何将数据传递给阅读器？
（1）阅读器天线电路
阅读器天线
设计要求：
RFID阅读器的射频前端
•天线线圈的电流最大，用常于采用产串生联最谐大振的电磁路。通量
•功率匹配，以最大限度地串利联用谐磁振通回量路具的有可电用路能简量，
即最大程度地输出读写器单的、能成量本低，激励可采用低
•足够的带宽，保证载波信内号阻的的恒传压输源，，使谐读振时写可器获信
电感线圈的交变磁场
安培定理指出，电流流过一个导体时，在此导 体的周围会产生一个磁场 。
a
H i
磁场强度：H i 2πa
8
1、线圈的自感和互感
➢读写器和电子标签 线圈形式的天线相当于电 感。 ➢电感有自感和互感两种。 ➢读写器线圈、电子标签线圈分别有 自感 ， 同时两者之间形成 互感 。
1）磁通量
20
•
•
•
•
I
Vs
Vs
Vs
Z
R jX
R
j
L
1
C
串联谐振回路具有如下特性：
（1）谐振时，回路电抗X=0， 阻抗Z=R为最小值，且为纯阻 RS
（2）谐振时，回路电流最大，
Vs
且与Vs同相
（3）电感与电容两端电压的模
值相等，且等于外加电压的Q
倍
L
R1
C
I
RL
21
谐振曲线：
当电源电压U及元件参数R、L、C都不改变时，电流 幅值（有效值）随频率变化的曲线，如下图所示。
当感抗wL等于容抗（1/wC）时，复阻抗Z = R，串联电路的等效复阻抗变成了纯电阻，端电 压与端电流同相，这时就称电路发生了串联谐 振。
L
R1
RS
串联谐振回路
Vs
Cபைடு நூலகம்
I
RL
回路电流
•
I
•
•
•
•
I
Vs
Vs
Vs
Z
R jX
R
j
L
1
C
串联回路的谐振条件
X L 1 0 C
0
1 LC
f0
2π
1 LC
注意：
在无线电技术方面，正是利用串联谐振的这一特点， 将微弱的信号电压输入到串联谐振回路后，在电感或 电容两端可以得到一个比输入信号电压大许多倍的电 压，这是十分有利的。但在电力系统中，由于电源电 压比较高，如果电路在接近串联谐振的情况下工作， 在电感或电容两端将出现过电压，引起电气设备的损 坏。所以在电力系统中必须适当选择电路参数L和C， 以避免发生谐振现象。
号无失真输出
得最大的回路电流等特点，
被广泛采用。
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串联谐振回路
R效1是电电阻感，线RS圈是L信损号耗源的V•s等
的内阻，RL是负载电阻，
回路总电阻值R=R1+RS+
RL。
RS
Vs
L
R1
C
I
RL
17
电路的等效阻抗为
1
Z
ZR
ZL
ZC
R
j(wL
) wC
当正弦电压的频率w 变化时，电路的等效复 阻抗Z 随之变化。
当电源频率正好等于谐振 频率w0时，电流的值最大，最 大值为I0 = U/R；当电源频率 向着w＞w0或w＜w0方向偏离 谐振频率w0时，阻抗∣Z∣都逐 渐增大，电流也逐渐变小至零。 说明只有在谐振频率附近，电 路中电流才有较大值，偏离这 一频率，电流值则很小，这种 能够把谐振频率附近的电流选 择出来的特性称为频率选择性。
电感耦合系统是通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的 是电磁感应定律；电磁反向散射耦合，即雷达原理模型， 发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标信息， 依据的是电磁波的空间传播规律。
电感耦合方式一般适合于高、低频率工作的近距离RFID 系统；电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工 作频率的远距离RFID系统。
定义：磁场中穿过某一面积
（S）的磁感线条数称穿过该
面积的磁通量。单位：Wb
（韦伯）
B dS
注：在RFID系统中，读写器和电子标签的线圈通常有很多 匝，假设通过一匝线圈的磁通为 ，线圈的匝数为N。则通 过N匝线圈的总磁通为 N
2）自感现象
由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象， 叫自感现象。
线圈半径取多少合适？
电感线圈的交变磁场
在电感耦合的RFID系统中，阅读器天线电路的 电感常采用短圆柱形线圈结构 。
X
线圈
i1
a O
r
Y
v1=V1msin(ωt)
离线圈中心距离r处P点的磁感 应强度的大小为：
P BZ
BZ
2
0i1 N1a 2
a2 r2 3 2
0HZ
Z
25
BZ
2
0i1 N1a 2
0L
1
0C
L
C
19
回路的品质因数
RS
Q 0L 1 1 L 1
R 0CR R C R
Vs
L
R1
C
I
RL
品质因数是衡量电路特性的一个重要物理量，它取决于电
路的参数。回路的Q值可达数十到近百，谐振时电感线圈和电
容器两端电压可比信号源电压大数十到百倍，在选择电路器件 时，必须考虑器件的耐压问题，
第4章 RFID 系统工作原理 -----射频前端
不接触，信息是如何传递的？
RFID系统组成
RFID系统组成框图 实现射频能量和信息传递的电路称为射频前端电路，简称为射频前端。
从电子标签到读写器之间的通信和能量感应方式来看， RFID系统一般可以分为电感耦合（磁耦合）系统和电磁 反向散射耦合（电磁场耦合）系统。
自感现象中产生的电动势叫自感电动势。 通过线圈的总磁通与电流的比值称为线圈的自感，也即
线圈的电感L。 L I
在RFID中，读写器的线圈和电子标签的线圈都有电感。
3）互感现象
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的电流的比值，称为两 个线圈的互感。