物联网射频识别(RFID)技术与应用 - 第4章
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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。
图4.13 电子标签交变电压转换为直流电压
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
4.1.5 RFID负载调制技术
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。
物联网射频识别（RFID）技术与应用
可以通过将电感值降低 n 倍同时将电容值提高 n
倍的方法来提高有载品质因数。例如选 n 2 ，电感、
电容和有载品质因数分别为
L 533.5 267nH
2
C 258 2 516pF
QL 1.1 2 2.2
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
RFID电子标签的射频前端常采用并联谐振电路。 并联谐振电路如图4.9所示，由电阻、电感和电容并联 而成。
图4.9 并联谐振电路
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
例4.1 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 RL 50 及 f 13.56MHz 时，有载品质因数 QL 1.1 。讨论通过改变电感和电
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，使有载品质因数下降。
无载品质因数、外部品质因数和有载品质因数关
系为
1 1 1 QL Q Qe
(4.19)
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
4.1.3 RFID电子标签的射频前端
图4.8 电子标签射频前端天线电路的结构
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
4.1.1 线圈的自感和互感
1.磁通量
磁感应强度通过曲面的通量称为磁通量，为
Φ SB dS
（4.1）
图4.1 通过一个闭合回路的磁通量
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
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
L
I
（4.3）
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
3.线圈的互感
两个线圈之间有互感。互感定义为
M 12
12
I1
（4.5）
图4.4 读写器与电子标签之间的互感
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
4.1.2 RFID读写器的射频前端
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。
容值提高有载品质因数的途径。
解 有载品质因数为
QL
RL
0 L
1.1
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
所以电感为
L
1.1
2
50 13.56
106
533.5nH
谐振时的角频率为
0 2f0
1 LC
所以电容为
C
533.5109
1
2
13.56106
2
258pF
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
4.1 RFID电感耦合方式的射频前端
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
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。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
Zin R
在其它频率，输入阻抗为复数。
(4.13)
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
4.带宽
图4.7 串联谐振电路的带宽
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。
BW
2
1
0
Q
(4.16)
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
5.有载品质因数
4.1.4 读写器与电子标签的电感耦合
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，电子标签获得的能量可以使 标签开始工作。
图4.12 电子标签并联谐振的等效电路
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
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，
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
图4.15 电阻负载调制的波形变化过程
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
图4.15（a）为电子标签数据的二进制数据编码，图 4.15 （b）为电子标签线圈两端的电压，图4.15 （c）为读 写器线圈两端的电压，图4.15 （d）为读写器线圈解调后的 电压。可以看出，图4.15 （a）与图4.15 （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。
物联网射频识别（RFID）技术与应用
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2013年物联网系列教材荣获陕西省高等教育教学成果二等奖
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
第4章 RFID射频前端电路
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
4.1 RFID电感耦合方式的射频前端 4.2 RFID电磁反向散射方式的射频前端
1 LC
(4.9)
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2.品质因数
品质因数定义为
平均储能
Q 0
串联谐振电路的品质因数为
功率损耗
Q 0L
R
(4.10) (4.11)
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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
因此， RFID读写器的射频前端常采用串联谐振电 路。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
图4.5 读写器的射频前端
图4.6 串联谐振电路
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
1.谐振频率
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
f0
2
图4.13 电子标签交变电压转换为直流电压
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4.1.5 RFID负载调制技术
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。
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可以通过将电感值降低 n 倍同时将电容值提高 n
倍的方法来提高有载品质因数。例如选 n 2 ，电感、
电容和有载品质因数分别为
L 533.5 267nH
2
C 258 2 516pF
QL 1.1 2 2.2
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RFID电子标签的射频前端常采用并联谐振电路。 并联谐振电路如图4.9所示，由电阻、电感和电容并联 而成。
图4.9 并联谐振电路
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例4.1 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 RL 50 及 f 13.56MHz 时，有载品质因数 QL 1.1 。讨论通过改变电感和电
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，使有载品质因数下降。
无载品质因数、外部品质因数和有载品质因数关
系为
1 1 1 QL Q Qe
(4.19)
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4.1.3 RFID电子标签的射频前端
图4.8 电子标签射频前端天线电路的结构
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4.1.1 线圈的自感和互感
1.磁通量
磁感应强度通过曲面的通量称为磁通量，为
Φ SB dS
（4.1）
图4.1 通过一个闭合回路的磁通量
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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
L
I
（4.3）
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3.线圈的互感
两个线圈之间有互感。互感定义为
M 12
12
I1
（4.5）
图4.4 读写器与电子标签之间的互感
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4.1.2 RFID读写器的射频前端
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。
容值提高有载品质因数的途径。
解 有载品质因数为
QL
RL
0 L
1.1
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所以电感为
L
1.1
2
50 13.56
106
533.5nH
谐振时的角频率为
0 2f0
1 LC
所以电容为
C
533.5109
1
2
13.56106
2
258pF
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4.1 RFID电感耦合方式的射频前端
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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。
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在其它频率，输入阻抗为复数。
(4.13)
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4.带宽
图4.7 串联谐振电路的带宽
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。
BW
2
1
0
Q
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5.有载品质因数
4.1.4 读写器与电子标签的电感耦合
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，电子标签获得的能量可以使 标签开始工作。
图4.12 电子标签并联谐振的等效电路
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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，
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图4.15 电阻负载调制的波形变化过程
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图4.15（a）为电子标签数据的二进制数据编码，图 4.15 （b）为电子标签线圈两端的电压，图4.15 （c）为读 写器线圈两端的电压，图4.15 （d）为读写器线圈解调后的 电压。可以看出，图4.15 （a）与图4.15 （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。
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2013年物联网系列教材荣获陕西省高等教育教学成果二等奖
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第4章 RFID射频前端电路
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4.1 RFID电感耦合方式的射频前端 4.2 RFID电磁反向散射方式的射频前端
1 LC
(4.9)
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2.品质因数
品质因数定义为
平均储能
Q 0
串联谐振电路的品质因数为
功率损耗
Q 0L
R
(4.10) (4.11)
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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
因此， RFID读写器的射频前端常采用串联谐振电 路。
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图4.5 读写器的射频前端
图4.6 串联谐振电路
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1.谐振频率
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
f0
2