《物联网射频识别(RFID)核心技术教程》-PPT-7.pptx

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1、物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点点击此此处结束放映束放映电电子子教教案案物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 本本书书物物联联网网-射射频频识识别别（RFID）核核心心技技术术教教程程由由物物联联网网-射射频频识识别别（RFID）核核心心技技术术详详解解一一书书改改编编而而来来。物物联联网网-射射频频识识别别（RFID）核核心心技技术

2、术详详解解2011年年11月月荣荣获获陕陕西西省省普普通通高高等等学学校校优优秀秀教教材材一一等等奖奖，2012年年12月月修修订订出出版版第第2版版，2013年年荣荣获获陕陕西西省省高高等等教教育育教教学学成成果果二二等等奖奖。物物联联网网-射频识别（射频识别（RFID）核心技术教程）核心技术教程2016年出版，本书适合作为高校教材。年出版，本书适合作为高校教材。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 第第7章章 RFID电感耦合方式电感耦合方式 的射频前端的射频前端点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别

3、（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程低频和高频低频和高频RFID采用电感耦合方式进行工作。在这种工作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，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。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。能量和数据的传输。点

4、击此处结束放映点击此处结束放映 线圈的自感和互感线圈的自感和互感7.1RFID读写器的射频前端读写器的射频前端7.2RFID电子标签的射频前端电子标签的射频前端7.3RFID读写器与电子标签的电感耦合读写器与电子标签的电感耦合7.4物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 线圈的自感和互感线圈的自感和互感7.1点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.1.1 磁通量磁通量磁磁通通是是

5、电电磁磁学学中中的的一一个个重重要要物物理理量量。磁磁感感应应强强度通过曲面的通量称为磁通，磁通表示度通过曲面的通量称为磁通，磁通表示为为（7.1）点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程图图7.1 通过一个闭合回路的磁通量通过一个闭合回路的磁通量点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程读写器与电子标签的线圈通常都有很多匝，通读写器与电子标签的线圈通常都有很多匝，通过过 匝线圈的总磁通为匝线圈的总磁通为（7.2）点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（

6、物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.1.2线圈的电感线圈的电感在在RFID中中，读读写写器器的的线线圈圈与与电电子子标标签签的的线线圈圈都都有电感。线圈的电感为有电感。线圈的电感为（7.3）点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.1.3线圈的线圈的互感互感当当第第一一个个线线圈圈上上的的电电流流产产生生磁磁场场，并并且且该该磁磁场场通通过过第第二二个个线线圈圈时时，通通过过第第二二个个线线圈圈的的总总磁磁通通与与第第一一个个线线圈圈上上电电流流的的比比值值，称称为为两两个个线线圈圈间间的的互互感

7、感。互互感感定义为定义为（7.5）点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程读读写写器器与与电电子子标标签签线线圈圈之之间间的的互互感感示示意意图图如如图图7.4所示。所示。图图7.4 读写器与电子标签之间的互感读写器与电子标签之间的互感点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程读读写写器器与与电电子子标标签签两两个个线线圈圈之之间间的的互互感感近近似似可可以表示为以表示为（7.5）点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）

8、核心技术教程）核心技术教程 RFID读写器的射频前端读写器的射频前端7.2点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程RFID读写器的射频前端常采用串联谐振电路，串联读写器的射频前端常采用串联谐振电路，串联谐振电路可以使低频和高频谐振电路可以使低频和高频RFID读写器有较好的能量输出。读写器有较好的能量输出。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.2.1RFID读写器射频前端的结构读写器射频前端的结构 对读写器天线电路的构造有如下要求。对读写器天线电路的构造有

9、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）读写器天线上的电流最大，使读写器线圈产生最大 的磁通；的磁通；（2）功率匹配，最大程度地输出读写器的能量；）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。）足够的带宽，使读写器信号无失真输出。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 图图7.5 读写器射频前端天线电路的结构读写器射频前端天线电路的结构点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.2.2 串联谐振电路串

10、联谐振电路串联谐振电路如图串联谐振电路如图7.6所示，由电阻所示，由电阻、电感、电感 和电和电容容 串联而成。串联而成。图图7.6 串联谐振电路串联谐振电路点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程1.谐振频率谐振频率图图7.6所示的电路，只有当频率为某一特殊值时，所示的电路，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。才能产生谐振，此频率称为谐振频率。谐振频率为谐振频率为(7.11)(7.11)点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结

11、束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程2.品质因数品质因数品质因数定义为品质因数定义为(7.12)(7.12)串联谐振电路的品质因数为串联谐振电路的品质因数为(7.13)(7.13)点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程3.输入阻抗输入阻抗在在谐振频率谐振频率，电感的感抗和电容的容抗相互抵消，电感的感抗和电容的容抗相互抵消，输入阻抗为输入阻抗为(7.15)(7

12、.15)在其它频率，在其它频率，输入阻抗为输入阻抗为复数。复数。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程4.带宽带宽 图图7.7 串联谐振电路的带宽串联谐振电路的带宽点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程带宽可以由品质因数和谐振频率求得，如果品质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。因数越高，则相对带宽越小。(7.19)(7.19)(7.20)(7.20)点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDR

13、FID）核心技术教程）核心技术教程点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程5.有载品质因数有载品质因数实际应用中，谐振电路总是要与外负载相耦合，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，使总的品质因数下降。由于外负载消耗能量，使总的品质因数下降。无载品质因数、外部品质因数和总的品质因数关无载品质因数、外部品质因数和总的品质因数关系为系为(7.23)(7.23)点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程RFID电子标签的射频前端电子标签的射频前

14、端7.3点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程RFID电子标签的射频前端常采用并联谐振电路，并电子标签的射频前端常采用并联谐振电路，并联谐振电路可以使低频和高频联谐振电路可以使低频和高频RFID电子标签从读写器耦合电子标签从读写器耦合的能量最大。的能量最大。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.3.1 RFID电子标签射频前端的结构电子标签射频前端的结构图图7.8 电子标签射频前端天线电路的结构电子标签射频前端天线电路的结构点击此处结束放映点击此处结束

15、放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.3.2 并联谐振电路并联谐振电路并联谐振电路如图并联谐振电路如图7.9所示，由电阻、电感和电容并联所示，由电阻、电感和电容并联而成。而成。图图7.9 并联谐振电路并联谐振电路点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程1.谐振频率谐振频率 谐振谐振角角频率为频率为(7.26)(7.26)点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程2.品质因数品质因数 并联谐振电路的品质因数为并联谐振电

16、路的品质因数为(7.28)(7.28)点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程3.输入导纳输入导纳在在谐振频率谐振频率，输入输入导纳导纳为为(7.30)(7.30)在其它频率，在其它频率，输入输入导纳导纳为为复数。复数。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程4.带宽带宽带宽可以由品质因数和谐振频率求得。带宽可以由品质因数和谐振频率求得。(7.32)(7.32)(7.33)(7.33)点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRF

17、ID）核心技术教程）核心技术教程5.有载品质因数有载品质因数无载品质因数、外部品质因数和总的品质因数关无载品质因数、外部品质因数和总的品质因数关系为系为(7.34)(7.34)点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程例例7.4 设计一个由理想电感和理想电容构成的并联设计一个由理想电感和理想电容构成的并联谐振电路，谐振电路，要求在负载要求在负载 及及 时，有载品质因数时，有载品质因数 。讨论通过改变电感和电。讨论通过改变电感和电容值提高有载品质因数的途径。容值提高有载品质因数的途径。解解 有载品质因数为有载品质因数为点击此处结束

18、放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程所以电感为所以电感为谐振时的角频率谐振时的角频率为为 所以电容为所以电容为点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程可以通过将电感值降低可以通过将电感值降低 倍同时将电容值提高倍同时将电容值提高倍的方法来提高有载品质因数倍的方法来提高有载品质因数。例如选例如选 ，电感、，电感、电容和有载品质因数分别为电容和有载品质因数分别为点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程RF

19、ID读写器与电子标签的电感耦合读写器与电子标签的电感耦合7.4点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.4.1电子标签的感应电压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，当电子标签与读写器标签的线圈上就会产生感应电压，当电子标签与读写器的距离足够近时，电子标签获得的能量可以使标签开始的距离足够近时，电子标签获得的能量可以使标签开始工作。工作。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程

20、）核心技术教程 图图7.13 电子标签并联谐振的等效电路电子标签并联谐振的等效电路点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程1.电子标签线圈的感应电压电子标签线圈的感应电压2.电子标签谐振回路的电压输出电子标签谐振回路的电压输出 电子标签射频前端采用并联谐振电路。3.电子标签输出电压的调节电子标签输出电压的调节 如果提高读写器与电子标签之间的耦合因数（例如减小读写器与电子标签之间的距离），或者是提高负载电阻，电压 可以达到100V以上。然而，为了数据载体的工作，需要稳定的3V5V工作电压（整流以后）。点击此处结束放映点击此处结束

21、放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.4.2电子标签的直流电压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，电子标签通过与读写器电感耦合，产生交变电压，该交变电压通过整流、滤波和稳压后，给电子标签的芯片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。提供所需的直流电压。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 图图7.14 电子标签交变电压转换为直流电压电子标签交变电压转换为直流电压点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别

22、（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程7.4.3负载调制负载调制负载调制通过对电子标签振荡回路的电参数按照数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。载调制和电容负载调制两种方式。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程1.电阻负载调制电阻负载调制 在电阻负载调制中，负载电阻 并联一个电阻。

23、称为负载调制电阻，该电阻按数据流的时钟接通和断开，开关S的通断由二进制数据编码控制。2.电容负载调制电容负载调制 在电阻负载调制中，负载 并联一个电容，取代了由二进制数据编码控制的负载调制电阻。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 图图7.15 电阻负载调制的电路原理图电阻负载调制的电路原理图点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程 图图7.16 电阻负载调制的波形变化过程电阻负载调制的波形变化过程点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频

24、识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程图图7.16（a）为电子标签数据的二进制数据编码，图）为电子标签数据的二进制数据编码，图7.16（b）为电子标签线圈两端的电压，图）为电子标签线圈两端的电压，图7.16（c）为读写）为读写器线圈两端的电压，图器线圈两端的电压，图7.16（d）为读写器线圈解调后的电）为读写器线圈解调后的电压。可以看出，图压。可以看出，图7.16（a）与图）与图7.16（d）的二进制数据编）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。码一致，表明电阻负载调制完成了信息传递的工作。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）核心技术教程）核心技术教程点点击此此处结束放映束放映休息一下休息一下