基于RFID天线阻抗自动匹配技术的研究

不同阻抗的RFID天线检测，在频率为13.

　　56MHz时，测试天线的S11参数偏差都大体相同。

　　这表明，这个偏差在测量电路中，是不可避免的，且不影响匹配。

图5　天线的smit图

　　2. 2　匹配电路

　　匹配电路是在微控器作用下来自动匹配天线的阻抗。在设计中，用其它可调电容电路将图1中电容C1 和C2 替换。通常有三种类型的替换方法:

　　(1)微调电容器;(2)二极管电容;(3)电容阵列。

　　机械微调电容器既不是集成的也不是电可控的，二极管电容不能充分隔离信号电压和控制电压。

　　因此，最好的方法是用电容阵列，如图6所示，由半导体开关控制。将图1 中的C1、C2 用电容阵列取代。当电容值在1到50 pF之间时，开关选用了低电容DMOS开关。与普通开关不同， DMOS开关存在寄生效应。在断开期间，开关引脚之间、信号引脚与地之间都存在这寄生电容。这些电容使得电容阵列的调谐范围变窄，同样也使天线阻抗的调谐范围变窄。这个问题仍然有待于进一步的研究。

图6　电容阵列网络

　　2. 3　控制器

　　控制器处理测量电路测到得数据，计算Vd 的值，并进一步控制DMOS开关，达到阻抗的匹配，同时它内部集成的模数转换器可以使幅值和相位值数字化。在手动阻抗匹配中，是调整C1 和C2 使幅值和相位偏移尽可能的为0。用一个简单的算术来说明这个思路，当每一个被测对象被认为是二维平面里的一个点时，该点到零点的距离d可以用公式计算: d2 =A2 +φ2。幅值A 作为横坐标，相位偏移φ作为纵坐标。因此，控制器调谐算法就是要找到最短的路径d。在实际计算中， 用该算法扫描所有的电容组合，以得到一组电容值使d2 最小，用这组数据来匹配阻抗。

　　3　功能验证

　　设计完成后，用A，B两种阻抗不同的天线测试了完整的调谐系统，每种天线测试2 到3 轮不等。

　　结果如图7所示，对于A， B两种天线的任何一种，都找到了最优C1 和C2 的组合。当频率为13. 56MHz时，两类天线的反射系数虽然与0点都有一定的偏差，但其偏差都在可接受范围之内。

　图7　自动匹配天线的smit图

　　4　结论

　　本文提出了一种适用于天线的阻抗自动匹配方法，基于此方法设计了集测量电路，匹配电路，控制电路于一体的集成RFID天线阻抗自动匹配虚拟系统。最后，通过实验测试，该系统模型运作良好，大体实现了匹配要求。然而，电容阵列的优化，匹配算法的改进等还有待进一步的研究。