基于RFID的天線阻抗自動(dòng)匹配技術(shù)的設(shè)計(jì)

　　匹配電路是在微控器作用下來(lái)自動(dòng)匹配天線的阻抗。在設(shè)計(jì)中，用其它可調(diào)電容電路將圖1中電容C1 和C2 替換。通常有三種類型的替換方法:

　　(1)微調(diào)電容器;(2)二極管電容;(3)電容陣列。

　　機(jī)械微調(diào)電容器既不是集成的也不是電可控的，二極管電容不能充分隔離信號(hào)電壓和控制電壓。

　　因此，最好的方法是用電容陣列，如圖6所示，由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)控制。將圖1 中的C1、C2 用電容陣列取代。當(dāng)電容值在1到50 pF之間時(shí)，開(kāi)關(guān)選用了低電容DMOS開(kāi)關(guān)。與普通開(kāi)關(guān)不同， DMOS開(kāi)關(guān)存在寄生效應(yīng)。在斷開(kāi)期間，開(kāi)關(guān)引腳之間、信號(hào)引腳與地之間都存在這寄生電容。這些電容使得電容陣列的調(diào)諧范圍變窄，同樣也使天線阻抗的調(diào)諧范圍變窄。這個(gè)問(wèn)題仍然有待于進(jìn)一步的研究。

圖6　電容陣列網(wǎng)絡(luò)

　　2. 3　控制器

　　控制器處理測(cè)量電路測(cè)到得數(shù)據(jù)，計(jì)算Vd 的值，并進(jìn)一步控制DMOS開(kāi)關(guān)，達(dá)到阻抗的匹配，同時(shí)它內(nèi)部集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以使幅值和相位值數(shù)字化。在手動(dòng)阻抗匹配中，是調(diào)整C1 和C2 使幅值和相位偏移盡可能的為0。用一個(gè)簡(jiǎn)單的算術(shù)來(lái)說(shuō)明這個(gè)思路，當(dāng)每一個(gè)被測(cè)對(duì)象被認(rèn)為是二維平面里的一個(gè)點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)到零點(diǎn)的距離d可以用公式計(jì)算: d2 =A2 +φ2。幅值A(chǔ) 作為橫坐標(biāo)，相位偏移φ作為縱坐標(biāo)。因此，控制器調(diào)諧算法就是要找到最短的路徑d。在實(shí)際計(jì)算中， 用該算法掃描所有的電容組合，以得到一組電容值使d2 最小，用這組數(shù)據(jù)來(lái)匹配阻抗。

　　3　功能驗(yàn)證

　　設(shè)計(jì)完成后，用A，B兩種阻抗不同的天線測(cè)試了完整的調(diào)諧系統(tǒng)，每種天線測(cè)試2 到3 輪不等。

　　結(jié)果如圖7所示，對(duì)于A， B兩種天線的任何一種，都找到了最優(yōu)C1 和C2 的組合。當(dāng)頻率為13. 56MHz時(shí)，兩類天線的反射系數(shù)雖然與0點(diǎn)都有一定的偏差，但其偏差都在可接受范圍之內(nèi)。

　圖7　自動(dòng)匹配天線的smit圖

　　4　結(jié)論

　　本文提出了一種適用于天線的阻抗自動(dòng)匹配方法，基于此方法設(shè)計(jì)了集測(cè)量電路，匹配電路，控制電路于一體的集成RFID天線阻抗自動(dòng)匹配虛擬系統(tǒng)。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)模型運(yùn)作良好，大體實(shí)現(xiàn)了匹配要求。然而，電容陣列的優(yōu)化，匹配算法的改進(jìn)等還有待進(jìn)一步的研究。