解读阻抗匹配在RFID系统中的应用

FID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最佳匹配

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：

①确定端口的匹配模式;

②设计标签天线满足端口的匹配模式以及天线的方向图。

电子标签的结构如图3(a)所示，其戴维南等效电路如图3(b)所示(标签天线可等效为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)。

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 累获得临时电源)应过门限。根据图3(b)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的情况下，共轭匹配要求ZS=Z*L。一般情况下，ZL呈现容性(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最佳匹配

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况，可参考如图4所示的射频端口等效电路。

图4(a)示出了读写器主机(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4(b)所示。在图4(b)中，ZS在工作频带内可近似为50 Ω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能力(即从电源获得最大功率)，亦要求 ZL=ZS=50 Ω，同时也满足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 Ω(实际情况为接近50 Ω);

(2)天线方向图满足阅读空间覆盖要求。从端口阻抗匹配的角度来说，因仍满足ZL=Z*S的共轭匹配条件，故仍属共轭匹配的范畴。

5 结 语

本文详细讨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，讨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，得出基本判断，对具体的产品设计开发具有重要的指导意义。