阻抗匹配在RFID系統中的應用

①確定端口的匹配模式;

②設計標簽天線滿足端口的匹配模式以及天線的方向圖。

電子標簽的結構如圖3(a)所示，其戴維南等效電路如圖3(b)所示(標簽天線可等效為天線等效內阻與等效感應電壓源的串聯組合，標簽芯片可等效為一純阻抗)。

在無源射頻識別電子標簽的設計中，當電子標簽芯片給定時，其等效阻抗ZL也隨之確定。電子標簽工作的前提條件是標簽芯片從標簽天線獲得的能量(通過檢波積 累獲得臨時電源)應過門限。根據圖3(b)的等效電路，當共軛匹配時，標簽芯片可從標簽天線的感應電壓源中獲得最大功率。因而，標簽天線的設計目標之一是 實現其等效阻抗與標簽芯片端口的等效阻抗的共軛匹配。在給定ZL和US的情況下，共軛匹配要求ZS=Z*L。一般情況下，ZL呈現容性(電容儲能)，因而 要求標簽天線的ZS顯感性以便與ZL的容性間實現共軛匹配。

(2)讀寫器射頻端口與外接天線間的最佳匹配

以無源RFID系統的讀寫器設計為例，為了分析讀寫器射頻端口的阻抗匹配情況，可參考如圖4所示的射頻端口等效電路。

圖4(a)示出了讀寫器主機(射頻端口)與讀寫器天線的連接端口A-A’。當讀寫器發射功率時，讀寫器天線可等效為一個純負載阻抗，讀寫器主機可等效為 純內阻與電壓源的串聯，如圖4(b)所示。在圖4(b)中，ZS在工作頻帶內可近似為50 Ω的純電阻，在端口界面A-A’上，通常要求行波傳送，即無從 ZL回送到讀寫器的發射能量，由此要求ZL等效為純電阻。進一步講，為使讀寫器天線有最大的功率輻射能力(即從電源獲得最大功率)，亦要求 ZL=ZS=50 Ω，同時也滿足ZL=Z*S的共軛匹配條件。

由此可以確定，讀寫器天線的設計目標為：

(1)端口等效阻抗在工作頻帶內為50 Ω(實際情況為接近50 Ω);

(2)天線方向圖滿足閱讀空間覆蓋要求。從端口阻抗匹配的角度來說，因仍滿足ZL=Z*S的共軛匹配條件，故仍屬共軛匹配的范疇。

5 結 語

本文詳細討論阻抗匹配的基本概念、阻抗匹配的種類，以及各種匹配的具體含義。簡要分析各種阻抗匹配的典型應用。結合無源RFID系統中的產品開發，討論阻抗匹配的具體應用，從理論上明確了產品設計的目標概念，得出基本判斷，對具體的產品設計開發具有重要的指導意義。