2022年阻抗匹配种类及其在RFID系统中应用研究报告.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用基于阻抗匹配的种类及其在 1 引言RFID 系统中的应用争论阻抗匹配问题是电子技术中的一项基本概念,通过匹配可以实现能量的最优传送,信号的正确处理；总之,匹配关乎着系统的性能,使匹配就是使系统的性能达到商定准就下的最优；其实,阻抗匹配的概念仍可扩展到整个电学之中,包括强电以电能应用为主> 与弱电 以信号检测与处理为主> 两个大的领域；再进一步,假如去掉阻抗的概念单就匹配而言,就其掩盖的范畴将更为宽阔,比如：在 RFID 技术应用中,技术与需求的满意涉及到匹配的问题等；本文主要争论阻抗匹配在电子技术中的应用,特殊是在无源端口阻抗匹配中的应用；2 阻抗匹配的几种方式RFID 标签与读写器天线在电子技术中,电压 Uu> 、电流 Ii> 、电阻 Rr> 或阻抗 Zz> 都是特别基本的电学概念,一个欧姆定律即将其贯穿起来,如式 1> 所示：其中,阻抗具有较电阻更一般的概念；基尔霍夫定律KCL 和 KCL> 就关系到一个子电名师归纳总结 路一个闭合回路或一个闭包> 的电压和电流应遵守的约束性关系；第 1 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用争论阻抗匹配的问题最常用到的另外一个概念是戴维南定理,它是一个将复杂电路等效成为单一阻抗与抱负电压源相串联的转换,如图 1 所示；其中,图 1a> 中的 NS 和 N 分别为含有电源的阻抗网络和纯阻抗网络；对于所争论的端口 A-A > ,端口的电压与电流关系由戴维南定理保证了图 1a> 和图 1b> 的情形完全等效,再简化可得到图 1c> ；通过戴维南定理的等效转换,分析争论端口的阻抗匹配问题均可转化为图 1c> 的模型来进行；电源端的阻抗 ZS 和负载端的阻抗 ZL 可以分别写成如式 2> 所示的形式：端口阻抗匹配问题的争论可以从 2 个基本方一直考虑：1> 方向 1：源端固定,即RS 和 XS 不行变,考虑负载端RL 和 XL 与源端的阻抗匹配问题；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2> 方向 2：负载端固定,即 RL 和 XS 不行变,考虑源端 RS 和 XS 与负载端的阻抗匹配问题；下面以方向 1,源端固定负载转变以实现匹配的问题为例争论具体的匹配模式；结合式2> 与图 2c> ,可能的端口阻抗匹配有如下 5 种模式：针对阻抗电路 由电源、电阻、电容、电感> ,假如电源的频率是可变的,或者涉及到多个不同频率的电源时叠加定理可处理> ,就源端阻抗ZS 和负载阻抗ZL 均是频率的函数电阻 R 和电抗 X> ；此时的端口阻抗匹配问题的争论即是分析一个工作频段内的阻抗匹配情形；3 各种阻抗匹配的典型应用前面提到的端口阻抗匹配的式；下面分别举例说明：1> 共轭匹配5 种模式各具不同的应用,是由应用需求来挑选匹配的模名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用共轭匹配是实现负载从源端电源猎取最大功率的正确匹配方案；负载猎取功率的运算公式如下式所示：共轭匹配的典型应用是在正确接收机设计时采纳如雷达接收机> ；此时,图2c> 中的电源代表的是接收到的信号,负载获得最大功率意味着最有效地利用接收到的柔弱信号的能量；2> 模匹配模匹配是实现负载从源端电源猎取最大功率的另一种匹配方案；该种方案是将负载阻抗看作一个整体的情形来考虑；负载猎取功率的运算公式如式所示；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用比较模匹配与共轭匹配的情形,可得在模匹配时负载上获得的功率要小于或等于共轭匹配时的情形；在无法获得共轭匹配的情形下,可以考虑以模匹配的方式实现负载猎取最大功率；共轭匹配与模匹配是以负载猎取最大功率为目的的2 种解决方案,但其能量传输的效率相对较低；共轭匹配时的能量传输效率仅为50 即有一半的能量消耗在源内阻RS上> ；3> 虚部匹配虚部匹配时满意负载电抗与源阻抗的电抗重量等值相反,实部放开 依应用所需取值> ；典型的应用是电力系统的输电传送；此时,能量传输效率是目的,提高负载端的功率因素 cos L 是目标,一般负载多出现肯定的感性,因而需要在负载端通过加容性补偿以便减小传输线上无功功率的来回传输造胜利率损耗；4> 实部匹配实部匹配情形一般对应于工作频段内的阻抗匹配情形,虚部放开依应用所需取值> ；名师归纳总结 例如,在微波电子线路系统中,50 负载是典型的要求；第 5 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用5> 阻抗非匹配端口阻抗非匹配或失配情形是未考虑匹配问题时的一般情形；在特定情形下,也可有意回避阻抗匹配而使端口处于非匹配的状况中；另外,从严格的意义上来说,匹配是抱负情形,非匹配是更一般的情形；全部的匹配措施都是在力图达到抱负的匹配；4 无源 RFID 系统中的阻抗匹配问题无源射频识别 RFID> 系统原理如图2 所示；电子标签工作时需要读写器发送射频能量支持其内部的标签芯片工作,从而实现标签向读写器传送数据或由读写器向标签写入数据；在无源 RFID 系统相关产品设计与开发中涉及到大量的阻抗匹配问题；现就无源 RFID系统中的电子标签和读写器分举例,分析其中关键端口天线接口的阻抗匹配问题；1> 标签天线与标签芯片的正确匹配针对无源电子标签而言,电子标签可以简化为标签天线与标签芯片的直接电连,电联的接口匹配问题是电子标签设计工作的一个重要方面；需要解决的问题是：确定端口的匹配模式；设计标签天线满意端口的匹配模式以及天线的方向图；电子标签的结构如图3a> 所示,其戴维南等效电路如图3b> 所示 标签天线可等效为名师归纳总结 天线等效内阻与等效感应电压源的串联组合,标签芯片可等效为一纯阻抗> ；第 6 页,共 8 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用如图 3b> 所示,在无源射频识别电子标签的设计中,当电子标签芯片给定时,其等效阻抗 ZL 也随之确定；电子标签工作的前提条件是标签芯片从标签天线获得的能量 通过检波积存获得暂时电源 > 应过门限；依据图 3b> 的等效电路,当共轭匹配时,标签芯片可从标签天线的感应电压源中获得最大功率；因而,标签天线的设计目标之一是实现其等效阻抗与标签芯片端口的等效阻抗的共轭匹配；在给定ZL 和 US 的情形下,共轭匹配要求ZS=Z*L ；一般情形下,ZL 出现容性 电容储能 >,因而要求标签天线的ZS 显感性以便与ZL 的容性间实现共轭匹配；2> 读写器射频端口与外接天线间的正确匹配以无源 RFID 系统的读写器设计为例,为了分析读写器射频端口的阻抗匹配情形,可参考如图 4 所示的射频端口等效电路；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4a> 示出了读写器主机个人资料整理仅限学习使用射频端口 > 与读写器天线的连接端口A-A ；当读写器发射功率时,读写器天线可等效为一个纯负载阻抗,读写器主机可等效为纯内阻与电压源的串联,如图 4b> 所示；在图 4b> 中, ZS 在工作频带内可近似为 50 的纯电阻,在端口界面 A-A 上,通常要求行波传送,即无从 ZL 回送到读写器的发射能量,由此要求 ZL 等效为纯电阻；进一步讲,为使读写器天线有最大的功率辐射才能即从电源获得最大功率> ,亦要求 ZL=ZS=50 ,同时也满意ZL=Z*S的共轭匹配条件；由此可以确定,读写器天线的设计目标为：1> 端口等效阻抗在工作频带内为50 实际情形为接近50 >；2> 天线方向图满意阅读空间掩盖要求；从端口阻抗匹配的角度来说,因仍满意ZL=Z*S 的共轭匹配条件,故仍属共轭匹配的范畴；5 结 语本文具体争论阻抗匹配的基本概念、阻抗匹配的种类,以及各种匹配的具体含义；简要分析各种阻抗匹配的典型应用；结合无源RFID 系统中的产品开发,争论阻抗匹配的具体应用,从理论上明确了产品设计的目标概念,得出基本判定,对具体的产品设计开发具有重要的指导意义；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 8 页