RFID系統的電感耦合與負載調制
1. 電感耦合
電感耦合系統通過RFID電子標簽與讀寫器磁場的交互作用而取得能量。讀寫器和RFID標簽兩端采用的天線形式均為線圈，耦合的實質是讀寫器天線線圈的交變磁力線穿過電子標簽的天線線圈，并在電子標簽的天線線圈中產生感應電壓，進而改變讀寫器天線中的電流。
當RFID電子標簽進入這個讀寫器天線的磁場時，標簽天線產生感應電流來提供給標簽內的芯片工作。這種耦合過程利用的是讀寫器天線線圈產生的未輻射出的交變磁能，相當于天線近場情況。如圖7-12所示，讀寫器中的電容Cr與天線線圈并聯，一起構成并聯振蕩回路，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生非常大的電流，由此可以產生能夠給電子標簽工作所需磁場強度。同樣，電子標簽的天線線圈和電容Ci一起構成振蕩回路，諧振頻率也與讀寫器的發(fā)射頻率一致。通過該回路的諧振，電子標簽線圈上的電壓可達到最大值。
電感耦合方式普遍應用于低頻和高頻電子標簽，適合于讀取距離較短的場合，一般在1 m以內。電感耦合系統又可以分為密耦合系統和遙耦合系統。
密耦合系統具有很小的作用距離，典型值為0～1 cm。在密耦合系統中電子標簽必須插入讀寫器中或者貼在讀寫器天線的表面，因此數據載體與讀寫器之間的密耦合能夠提供較大的能量。密耦合系統主要應用于安全要求較高，但對作用距離不作要求的設備中，如電子門鎖系統或帶有計數功能的非接觸IC卡系統。
遙耦合系統的典型作用距離可以達到1 m。遙耦合系統又可細分為近耦合系統（典型作用距離為15 cm）與疏耦合系統（典型作用距離為1 m）兩類。
遙耦合系統的典型工作頻率為13.56 MHz，也有一些其他頻率，如6.75 MHz、27.125 MHz等。在ISO/IEC標準中，14443標準和15693標準分別針對近耦合系統和疏耦合系統。遙耦合系統目前仍然是低成本射頻識別系統的主流。
2. 電阻負載調制
電感耦合方式的RFID系統中，電子標簽向讀寫器傳輸數據通常采用負載調制方法。負載調制通過對電子標簽振蕩回路的電參數按照二進制數據流進行調節(jié)，使電子標簽阻抗的大小和相位隨之改變，從而完成調制的過程。負載調制技術主要有電阻負載調制和電容負載調制兩種方式。
電阻負載調制的電路原理圖如圖所示，在電阻負載調制中，負載RL并聯一個電阻Rmod，Rmod稱為負載調制電阻。根據二進制數據流的接通或斷開，開關S的通斷由二進制數據編碼控制，從而控制是否將Rmod接入電路。
當二進制數據編碼為“1”時，開關S接通，電子標簽的負載電阻相當于RL和Rmod并聯，因此負載變小。由并聯諧振（本書2.2節(jié)）可知，如果并聯電阻比較小，即當電子標簽的負載電阻比較小時，品質因數Q值將降低，這將導致諧振回路兩端的電壓下降。當電子標簽諧振回路兩端的電壓發(fā)生變化時，由于線圈電感耦合，這種變化進而會傳輸給讀寫器，表現為讀寫器線圈兩端電壓的振幅發(fā)生變化，因此實現對讀寫器電壓的調幅。
上述分析說明，開關S接通或斷開，會使電子標簽諧振回路兩端的電壓發(fā)生變化，進而影響到讀寫器天線線圈兩端的電壓。電阻負載調制的波形變化過程如圖7-14所示。可以看出，圖7-14（d）與圖7-14（a）的二進制數據編碼一致，表明電阻負載調制完成了信息傳輸的工作。
3. 電容負載調制
電容負載調制的電路原理圖如圖所示，在電容負載調制中，負載RL并聯一個電容Cmod，與電阻負載調制相比，由二進制數據編碼控制的Cmod取代了負載調制電阻Rmod。
在電容負載調制中，由于接入了電容Cmod，電子標簽回路失諧，又由于讀寫器與電子標簽的耦合作用，導致讀寫器也失諧。開關S的通斷控制電容Cmod按數據流的時鐘接通和斷開，使電子標簽的諧振頻率在兩個頻率之間轉換。通過定性分析可知，電容Cmod的接入使電子標簽電感線圈上的電壓下降。由于電子標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。電容負載調制的波形變化與電阻負載調制的波形變化相似，但此時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。
