RFID天线调试总结

RFID天线调试总结一．RFID天线工作原理RFID天线不是传统意义上的天线，传统天线是通过向空中辐射电磁波来传输电磁信号，天线工作于远场区，为了能把电磁信号辐射到空中，天线的长度需和工作的波长相比拟。RFID天线的工作距离远小于传统天线，传统天线的工作距离远大于波长，例如手机天线需要接收来自几百米甚至几十公里以外的基站信号，收音机天线需要接收来自几十甚至几百公里以外的发射塔的信号。RFID天线工作距离远小于工作波长，工作于近场耦合区。例如ISO14443-A/B的工作距离只有几个厘米，远小于22.12m的工作波长，通过电磁耦合进行电磁能量的传输，RFID天线可以看作是一个耦合线圈。RFID天线是利用安培定律：电流流经线圈，在线圈周围产生磁场，再利用电磁感应定律：时变磁场穿过闭合空间产生感应电压，让标签得电开始工作。标签和读卡器也通过该电磁场来进行信息交换。二．RFID天线等效电路RFID天线可以用如图1所示的等效电路表示。线圈电感为Lant，Rs_ant为线圈的损耗电阻，Cant为线圈之间和连接器之间的寄生电容。图1天线等效电路要使得天线工作于13.56MHz，那么可以在天线外部并联或串联一个电容，将电容和天线线圈组成一个LC谐振电路，调整该并联或串联的电容大小，使得谐振频率为13.56MHz。那么此时，读写器可通过此谐振电路将能量传输至射频卡。由汤姆逊公式：12fLC可知，天线的工作频率(谐振频率)和Lant、C有关。三．天线调试读写卡模块天线原始匹配电路如图2所示。图2天线匹配电路该天线匹配电路采用串联匹配的形式，由于读卡芯片支持双天线，且为了增强抗干扰能力，匹配电路采用此平衡电路。电容C1~C6是匹配电路用于调整输入阻抗和工作频率的，电阻R1，R2是调整天线Q值的，在此，天线Q值确定，所以不用调整该电阻值。读写卡模块样机制作出来未调节天线匹配电路时，用公司门禁卡(S50卡，后面测试均使用该卡测试)测试读卡距离仅为3.6cm左右，远远达不到要求。通过用网络分析仪测量天线，Smith圆图如图3所示：图3未调电容前的天线Smith图由图可知，此时的谐振点偏低，那么需要将谐振点调高，即需要将电容调小。对应图2中，需要将C2，C3并联后的值，以及C4，C5并联后的值调小，调试过程中，发现将C3，C5的值调为36pF时，用公司门禁卡(S50卡)测试读卡距离，发现有5cm左右，用网络分析仪测量天线，Smith圆图如图4所示：图4将C3，C5换为36pF后的Smith图在制作第二版样机时，发现库里没36pF的电容，于是将C2，C3，C4，C5换为4个68pF的电容，发现读卡距离有所提升，最大达到约5.5cm，这应该是由于电容器件制造产生的精度误差造成不同并联方式导致的实际效果不一样。用网络分析仪测量天线，Smith圆图如图5所示，可看出谐振点已经很接近13.56MHz。图5C2，C3，C4，C5换为4个68pF后的Smith图四．总结在天线线圈尺寸和匝数固定的情况下，可根据汤姆逊公式通过调节匹配电路中的匹配电容以尽可能达到理想谐振频率点，让读卡芯片发射的能量尽可能多的通过天线辐射出去，避免过多损耗在天线上，从而增加读写卡模块的读卡距离。要增加读写卡距离还可以增加天线线圈的面积和匝数，以增大线圈产生的磁通量从而增大产生的感应电压。但是线圈面积和匝数也不能过大和过多，否则线圈电感值过大，匹配电路所需的电容值就很小，很不容易匹配。