互感和谐振电路应用——RFID原理研究

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互感和谐振电路应用——RFID 原理研究
数据中所使用的重要方法，在电感耦合方式的 RFID 系统中，电阻负 载调制起主要作用。
电阻负载调制的原理电路图
初级回路等效电路
次级回路等效电路
二进制数据编码信号用于控制开关 S，信号为 1，开关闭合，
负载电阻为 RL 和 Rmod 并联，信号为 0 时，开关断开，负载电阻为
在节点 1 处分压，用 1M Ω 的电阻分压，利用运算放大器和二 级管进行检波。示波器 A、B 输入分别接在二极管的两端，比较节点 12 和节点 13 的电压波形如图所示。
通过示波器的显示表明，二极管改变了原有的波形，在经过二极 管之后，滤去了下半部分的波。
扩展 2：电阻负载调制：负载调制是 RFID 中应答器向阅读器传输
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为并联谐振频率。并联谐振可以产生高电流。
串联谐振
三、实验方案：
并联谐振
（1）给定电路参数 L1=L2=1.35mH, C1=C2=1.2nF, 耦合系数 k=0.3,
R1=40W, R2=5kW，vs 幅度为 5V，频率为 125kHz 的正弦波。
信号及电感耦合方式的负载调制过程的扩展。
二、 基本原理：
a ． 串 联 谐 振 电 路 ： 对 如 图 的 RLC 串 联 组 合 ， 其 阻 抗 为
Z
= R+
Hale Waihona Puke j(ωL − 1 ) = R + ωC
jX ， ZS 的电抗成分
X
与ω 有关，当外加的
信号频率使得
电抗 X=0，称电路发生串联谐振，使电路产生谐振的频率称为谐
1 jw C 1
仿真分析：当 S 开关断开时，其原理仿真示波器显示如图所示：
其电容 C1 的电压最大值为VC =151.7848 V。
理论分析：初级干路电流： I1
=
U Z11 +
Z 1r
初级策动电阻抗： Z 1 1 = R 1 +
1 jw C
+
jw L1
反映阻抗: Z 1 r =
w 2M 2 Z 22
仿真分析：根据公式， LM
= k 2 L1, LE1
= (1− k 2 )L1, n
=
L2
/M
=
1 k
L2 设置
L1
耦合线圈的参数:N=3.33,LE=0.0012285 H,LM=0.0001215 H。
当 S 开关闭合时，仿真原理如图所示：示波器显示如图：
其电容 C1 的电压最大值为VC =91.7266 V。
( R 2 + R f 2 ) + jω L2 +
R Lm
1 jω C
2
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
RL，所以在电阻负载调制时，应答器的负载电阻有两个对应值，即
RL 与 RL 和 Rmod 的并联值。
等效电路图如图所示，在初级等效电路中，Rs 是 V1 的内阻，R1
是电感线圈 L1 的损耗电阻，Rf1 是次级回路的反映电阻，Xf1 是次
级回路的反映电抗，R11=Rs+R1,
X11 =
j (ω L1
− 1) ωC1
,在次级等效电路
中，V2
=
−
jω
MV1 Z11
，R2
是电感线圈
L2
的损耗电阻，Rf2
是初级回路的
反映电阻，Xf2 是初级回路的反映电抗，RL 是负载电阻，Rmod 是负
载调制电阻。，
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则节点 C 和 D 之间的电压为：
VCD =
V2
=
R2 +
w 2M 2 jw L 2 +
1 jw C 2
C1 上的电压： U C 1 = I 1 ×
1 jw C 1
（2）用 EWB 的频率扫描分析，测量频率从 10kHz 到 1MHz 变
化时，C1 和 C2 上电压幅度的变化情况。
仿真分析：进行对节点 1 和节点 10 的扫频分析（AC Frequency
振频率。其中谐振频率为ω0 =
1 。串联谐振可以产生很高的正
LC
弦电压。
b. 并 联 谐 振 电 路 ： 对 如 图 的 RLC 并 联 组 合 ， 其 导 纳 为
Y
=
G
+
j(ωC
−
1) ωL
=
G
+
jB
,可以推导出，当 ω
=
ω0
=
1 时，导纳虚
LC
部 B=0，Y=G 为纯电阻，称在此频率下电路发生并联谐振，ω0 成
仿真分析：电压控制开关参数为：VON=0V,VOFF=1V，A 通道接 节点 1，B 通道接节点 10。
C1 和 C2 的电压幅度变化即示波器显示如图，其中，下部分为 C1 的电压波形：
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(4) 扩展 1：设计一种电路，检测出 Vc 幅度变化，得到与控制电 压 vm 相同的波形。
耦合器可以是天线或线圈。近距离的射频识别系统采用耦合线圈。
它采用大规模集成电路技术、识别技术、计算机及通信技术，通
过读写器和安装在载体上的 RFID 卡，构成 RFID 系统，实现对
栽体的非接触的识别和数据信息交换，广泛用于电子门禁、身份
识别、货物识别、动物识别、电子车票等场合。文中描述了利用
EWB 仿真软件对其的仿真结果和原理研究，并进行解调还原脉冲
Analysis）：扫频类型为十进制（decade），纵坐标（Vertical scale）为
线性（Linear），其电压幅度如图，（红色为节点 1，蓝色为节点 2）
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其相位如图：（红色为节点 1，蓝色为节点 2）
（3）用 EWB 进行仿真。S 采用电压控制开关，控制电压 Vm 为 1kHz 方波，观察 C1 上电压波形。
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互感和谐振电路应用 ——RFID 原理研究
北京交通大学
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一、 摘要：
无线射频识别技术(简称：RFID)一种非接触式的自动识别技
术，RFID 系统由计算机、读写器和应答器以及耦合器组成。应
答器存放被识别物体的有关信息，放置在要识别的移动物体上。
理论分析：初级干路电流： I1
=
U Z11 +
Z 1r
初级策动电阻抗： Z 1 1 = R 1 +
1 jw C
+
jw L1
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反映阻抗： Z 1 r
=
w 2M 2 Z 22
=
w 2M 2
jw L 2 +
1 jw C 2