RFID系統(tǒng)的電感耦合與負(fù)載調(diào)制
1. 電感耦合
電感耦合系統(tǒng)通過(guò)RFID電子標(biāo)簽與讀寫器磁場(chǎng)的交互作用而取得能量。讀寫器和RFID標(biāo)簽兩端采用的天線形式均為線圈，耦合的實(shí)質(zhì)是讀寫器天線線圈的交變磁力線穿過(guò)電子標(biāo)簽的天線線圈，并在電子標(biāo)簽的天線線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，進(jìn)而改變讀寫器天線中的電流。
當(dāng)RFID電子標(biāo)簽進(jìn)入這個(gè)讀寫器天線的磁場(chǎng)時(shí)，標(biāo)簽天線產(chǎn)生感應(yīng)電流來(lái)提供給標(biāo)簽內(nèi)的芯片工作。這種耦合過(guò)程利用的是讀寫器天線線圈產(chǎn)生的未輻射出的交變磁能，相當(dāng)于天線近場(chǎng)情況。如圖7-12所示，讀寫器中的電容Cr與天線線圈并聯(lián)，一起構(gòu)成并聯(lián)振蕩回路，其諧振頻率與讀寫器的發(fā)射頻率一致。該回路的諧振將使得讀寫器天線線圈產(chǎn)生非常大的電流，由此可以產(chǎn)生能夠給電子標(biāo)簽工作所需磁場(chǎng)強(qiáng)度。同樣，電子標(biāo)簽的天線線圈和電容Ci一起構(gòu)成振蕩回路，諧振頻率也與讀寫器的發(fā)射頻率一致。通過(guò)該回路的諧振，電子標(biāo)簽線圈上的電壓可達(dá)到最大值。
電感耦合方式普遍應(yīng)用于低頻和高頻電子標(biāo)簽，適合于讀取距離較短的場(chǎng)合，一般在1 m以內(nèi)。電感耦合系統(tǒng)又可以分為密耦合系統(tǒng)和遙耦合系統(tǒng)。
密耦合系統(tǒng)具有很小的作用距離，典型值為0～1 cm。在密耦合系統(tǒng)中電子標(biāo)簽必須插入讀寫器中或者貼在讀寫器天線的表面，因此數(shù)據(jù)載體與讀寫器之間的密耦合能夠提供較大的能量。密耦合系統(tǒng)主要應(yīng)用于安全要求較高，但對(duì)作用距離不作要求的設(shè)備中，如電子門鎖系統(tǒng)或帶有計(jì)數(shù)功能的非接觸IC卡系統(tǒng)。
遙耦合系統(tǒng)的典型作用距離可以達(dá)到1 m。遙耦合系統(tǒng)又可細(xì)分為近耦合系統(tǒng)（典型作用距離為15 cm）與疏耦合系統(tǒng)（典型作用距離為1 m）兩類。
遙耦合系統(tǒng)的典型工作頻率為13.56 MHz，也有一些其他頻率，如6.75 MHz、27.125 MHz等。在ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)中，14443標(biāo)準(zhǔn)和15693標(biāo)準(zhǔn)分別針對(duì)近耦合系統(tǒng)和疏耦合系統(tǒng)。遙耦合系統(tǒng)目前仍然是低成本射頻識(shí)別系統(tǒng)的主流。
2. 電阻負(fù)載調(diào)制
電感耦合方式的RFID系統(tǒng)中，電子標(biāo)簽向讀寫器傳輸數(shù)據(jù)通常采用負(fù)載調(diào)制方法。負(fù)載調(diào)制通過(guò)對(duì)電子標(biāo)簽振蕩回路的電參數(shù)按照二進(jìn)制數(shù)據(jù)流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電子標(biāo)簽阻抗的大小和相位隨之改變，從而完成調(diào)制的過(guò)程。負(fù)載調(diào)制技術(shù)主要有電阻負(fù)載調(diào)制和電容負(fù)載調(diào)制兩種方式。
電阻負(fù)載調(diào)制的電路原理圖如圖所示，在電阻負(fù)載調(diào)制中，負(fù)載RL并聯(lián)一個(gè)電阻Rmod，Rmod稱為負(fù)載調(diào)制電阻。根據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流的接通或斷開，開關(guān)S的通斷由二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼控制，從而控制是否將Rmod接入電路。
當(dāng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼為“1”時(shí)，開關(guān)S接通，電子標(biāo)簽的負(fù)載電阻相當(dāng)于RL和Rmod并聯(lián)，因此負(fù)載變小。由并聯(lián)諧振（本書2.2節(jié)）可知，如果并聯(lián)電阻比較小，即當(dāng)電子標(biāo)簽的負(fù)載電阻比較小時(shí)，品質(zhì)因數(shù)Q值將降低，這將導(dǎo)致諧振回路兩端的電壓下降。當(dāng)電子標(biāo)簽諧振回路兩端的電壓發(fā)生變化時(shí)，由于線圈電感耦合，這種變化進(jìn)而會(huì)傳輸給讀寫器，表現(xiàn)為讀寫器線圈兩端電壓的振幅發(fā)生變化，因此實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫器電壓的調(diào)幅。
上述分析說(shuō)明，開關(guān)S接通或斷開，會(huì)使電子標(biāo)簽諧振回路兩端的電壓發(fā)生變化，進(jìn)而影響到讀寫器天線線圈兩端的電壓。電阻負(fù)載調(diào)制的波形變化過(guò)程如圖7-14所示?？梢钥闯?，圖7-14（d）與圖7-14（a）的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼一致，表明電阻負(fù)載調(diào)制完成了信息傳輸?shù)墓ぷ鳌?/span>
3. 電容負(fù)載調(diào)制
電容負(fù)載調(diào)制的電路原理圖如圖所示，在電容負(fù)載調(diào)制中，負(fù)載RL并聯(lián)一個(gè)電容Cmod，與電阻負(fù)載調(diào)制相比，由二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼控制的Cmod取代了負(fù)載調(diào)制電阻Rmod。
在電容負(fù)載調(diào)制中，由于接入了電容Cmod，電子標(biāo)簽回路失諧，又由于讀寫器與電子標(biāo)簽的耦合作用，導(dǎo)致讀寫器也失諧。開關(guān)S的通斷控制電容Cmod按數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘接通和斷開，使電子標(biāo)簽的諧振頻率在兩個(gè)頻率之間轉(zhuǎn)換。通過(guò)定性分析可知，電容Cmod的接入使電子標(biāo)簽電感線圈上的電壓下降。由于電子標(biāo)簽電感線圈上的電壓下降，使讀寫器電感線圈上的電壓上升。電容負(fù)載調(diào)制的波形變化與電阻負(fù)載調(diào)制的波形變化相似，但此時(shí)讀寫器電感線圈上電壓不僅發(fā)生振幅的變化，也發(fā)生相位的變化。
