檢測無源RFID電子標簽諧振頻率的耦合器之關鍵技術研究

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在標準電容值中選擇82PF的電容器幫定到圖4所示的線圈導線兩端，如圖5所示為幫定了82PF電容器的應答器。

圖4 用導電油墨印制的應答器線圈 　圖5 綁定了85PF電器的應答器

　　由于在計算中沒有慮及線圈的分布電容C’，因此，根據公式（3）計算得到的82PF電容值實際上是應答器中的分布電容C’和調諧電容C的總和。若將82PF作為調諧電容值匹配到線圈上，則線圈的總電容值增大，LC回路中的所得到的諧振頻率 必定比要求的8.2 小，將不能與閱讀器產生諧振，因此必須修正調諧電容值。在修正調諧電容值的過程中要反復的檢測修正以后的電子標簽的諧振頻率，這就需要有專門的儀器來測量電子標簽的諧振頻率，由于目前還沒有用來檢測無源電子標簽諧振頻率的合適的儀器，所以筆者自己設計了一款耦合器，這種耦合器通過實驗可以很好的完成檢測電子標簽諧振頻率的工作，下面我們來詳細介紹這款耦合器。

3、耦合器的工作原理

　　耦合器的核心部分是兩組圍繞在中空圓筒體上的半徑為r、匝數為N的線圈2、3，兩組線圈平行共軸，中心間距L正好為線圈半徑r，從而構成了一個亥姆霍茲線圈[5-6]。如圖6所示。

圖6 亥姆霍茲線圈結構示意圖

　　取L的中心“O”作為空間坐標體系x、y、z軸的中心。產生的磁場分布如圖7所示

圖7 亥姆霍茲線圈磁場均勻分布曲線圖

　　圖7曲線“I”、“II”、“II”內各點的磁感應強度H與中心點的磁感應強度H0的相對誤差分別小于1.0%、0.1%和0.01%，中心點0附近的磁場相當均勻，越靠近中心點，磁場均勻性越好。因此，檢測無源RFID應答器頻率時，把應答器放在亥姆霍茲線圈所產生的磁場空間的中心點O上，以使應答器平面上各點所得到的磁場均勻，磁感應強度幾乎相等。

4、耦合器的主要結構

圖8 耦合器結構示意圖

　　耦合器結構如圖8所示，粘在底座6上的圓柱體1是由1mm厚的硬質塑料板或硬質紙板圍成的半徑為R的空心筒體。導線2，4分別在筒體1表面繞成緊密相挨的兩圈， 其垂直距離L等于筒體1的半徑R。支撐塊3粘在筒體1的外壁上，其內部安裝兩個BNC接頭7、8、變壓器鐵芯9、兩個變壓器線圈10、11以及兩個調諧電容，圓筒體1中間有圓柱體擱臺5用來放置待檢測的電子標簽。圖9（a-d）所示為耦合器實物圖。

(a) 　　（b） 　（c） 　（d）

圖9 耦合器實物圖

5、應答器頻率測定原理

圖10 頻譜分析儀實物圖

　　與耦合器匹配的頻譜分析儀如圖10所示，接口1是信號源輸出端口，與耦合器的接頭7相連，為耦合器提供信號，接口2是信號輸入端口，與耦合器的接頭8相連，將應答器的諧振信號輸入頻譜分析儀，根據頻譜分析儀屏幕上所顯示的感應電壓曲線分析應答器的諧振頻率。