一种外接提高无源RFID发射功率的电路设计
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【摘 要】无源RFID是一种应用比较广泛的射频识别系统，但存在读写距离较近的问题。介绍了一种利用外接天线和射频放大器的电路形式，来增大无源RFID阅读器的发射功率，提高其有效的读写距离，实验表明，采用这种方式，可以将发射功率提高18dB以上。
RFID（Radio frequence identification ）即射频识别，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术[1]，它利用射频信号对目标进行非接触式的自动识别和相关数据的读写[2]，可自动而快速地进行物品追踪和数据交换。
RFID系统一般由电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和应用软件系统等三个基本部分组成。电子标签由天线、耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器是用于读取标签信息的设备；应用软件系统是应用层软件，完成对收集的数据进一步处理，并供供实际需要使用。
RFID系统的工作频率主要有125kHz、13.56MHz、430MHz、860MHz～960MHz、2.45GHz、5.8GHz等，允许的最大发射功率电平和频率分配因国家和地区的不同而有所不同。在RFID UHF频段（860MHz～960MHz），系统的识别距离远，可从几米到几十米。
1 系统组成
对于RFID系统中的标签和阅读器，都内置了天线以实现两者之间的通信，根据电子标签工作能量来源不同，分为有源电子标签和无源电子标签两类。无源电子标签是通过阅读器的发射天线发射一定频率的射频信号，在电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，使电子标签获得能量被激活。
对于无源RFID，由于发射功率的限制，其读写距离一般较近，为了进一步扩展RFID的有效读写距离，可以通过在现有的阅读器外部加上射频放大器和外接天线的方法，系统连接方式如图1所示。
图1 系统组成框图
2 放大器设计
放大器实际上是一种高频宽带低噪声放大器，由于RFID工作在高频频段（工作频率为860MHz～960MHz），放大器设计以英飞凌公司的双极性晶体管BFP420为核心，在设计过程中，为了减少反射，利用微带线路对输入端和输出端进行了阻抗匹配。
3 天线设计
图2 缝隙天线结构
天线采用微带缝隙F形槽天线设计，为了保证天线有较高的效率，采用低损耗低介电常数的基板材料，材质选用常见PCB板FR-4，其介电常数εr=4.4，损耗角为tgδ=2×10-2，介质板厚度为1.6mm，覆铜厚度为0.035mm，尺寸为75mm×56mm。天线结构如图2。
4 测试结果
4.1 放大器测试
经实际测试，射频放大器在860MHz～960MHz带内，增益最高和最低分别是20.3dB和19.48dB，输入、输出反射系数S11、S22≤-10dB，正向传输系数S2115dB，通带内增益平坦度小于1dB。
4.2 天线测试
利用矢量网络分析仪对微带天线的S11进行测试，测试结果如图3所示。其阻抗匹配带宽，增益大于1.5dBi，电压驻波比VSWR≤1.8。
4.3 系统测试
采用图1的连接方式进行电路连接，将同一接收天线接入频谱仪进行接收，对未接放大器的发射功率，与接放大器前的发射功率进行对比测试，结果如表1所示。
表1 测试结果记录
从测试结果可以看出，通过外接放大器和天线的方式，可以显著地提高无源RFID阅读器的辐射能力。
【参考文献】
[1]王文峰，耿力.基于射频识别的实时定位系统技术研究[J].信息技术与标准化，2007（7）：1-29.
[2]缪建，熊孟英.无线识别识别技术RFID及应用[J].科技与产业，2005，5（11）：262-268.