基于RFID的天線阻抗自動匹配技術的設計

　　匹配電路是在微控器作用下來自動匹配天線的阻抗。在設計中，用其它可調電容電路將圖1中電容C1 和C2 替換。通常有三種類型的替換方法:

　　(1)微調電容器;(2)二極管電容;(3)電容陣列。

　　機械微調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，由半導體開關控制。將圖1 中的C1、C2 用電容陣列取代。當電容值在1到50 pF之間時，開關選用了低電容DMOS開關。與普通開關不同， DMOS開關存在寄生效應。在斷開期間，開關引腳之間、信號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諧范圍變窄，同樣也使天線阻抗的調諧范圍變窄。這個問題仍然有待于進一步的研究。

圖6　電容陣列網絡

　　2. 3　控制器

　　控制器處理測量電路測到得數據，計算Vd 的值，并進一步控制DMOS開關，達到阻抗的匹配，同時它內部集成的模數轉換器可以使幅值和相位值數字化。在手動阻抗匹配中，是調整C1 和C2 使幅值和相位偏移盡可能的為0。用一個簡單的算術來說明這個思路，當每一個被測對象被認為是二維平面里的一個點時，該點到零點的距離d可以用公式計算: d2 =A2 +φ2。幅值A 作為橫坐標，相位偏移φ作為縱坐標。因此，控制器調諧算法就是要找到最短的路徑d。在實際計算中， 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，用這組數據來匹配阻抗。

　　3　功能驗證

　　設計完成后，用A，B兩種阻抗不同的天線測試了完整的調諧系統，每種天線測試2 到3 輪不等。

　　結果如圖7所示，對于A， B兩種天線的任何一種，都找到了最優C1 和C2 的組合。當頻率為13. 56MHz時，兩類天線的反射系數雖然與0點都有一定的偏差，但其偏差都在可接受范圍之內。

　圖7　自動匹配天線的smit圖

　　4　結論

　　本文提出了一種適用于天線的阻抗自動匹配方法，基于此方法設計了集測量電路，匹配電路，控制電路于一體的集成RFID天線阻抗自動匹配虛擬系統。最后，通過實驗測試，該系統模型運作良好，大體實現了匹配要求。然而，電容陣列的優化，匹配算法的改進等還有待進一步的研究。