基于RFID的天线阻抗自动匹配技术的设计

　　本文提出了一种自动匹配技术，其电路如图3所示，主要包含测量电路，匹配电路和控制电路。因为手工匹配方法耗时长，且需要良好的意识和丰富的经验来选择合适的电容，另外必须配备一些昂贵的设备，如网络分析仪或阻抗分析仪等。对于一些小公司来说，是不现实的。同时，一些手持式RF设备的发展使得手动匹配越来越不适应。对于这些移动设备，最理想的天线电路应该仅仅包含集成模块，且随着阻抗变化可以自动匹配。

图3　自动调谐匹配电路图

　　2. 1　测试电路

　　手工匹配采用的是阻抗分析仪或者网络分析仪，网络分析仪是用定向耦合器来测量天线电路的反射系数。但使用定向耦合器有几个主要的缺点，例如功率损耗大和很难嵌入到IC芯片。故而本文在电路中不使用耦合器，从图3看出，测量电路包含以下4部分。

　　(1)测量电桥　用来测试天线的反射系数。主体部分为惠斯通电路，如图4所示。其电路中的直流电源用波形产生器替代，用来生成13. 56 MHz的正弦载波信号。其中电阻R1、R2、R3 都为50 Ω。

　　根据基尔霍夫定律，得I1 - I2 + Id = 0， I3 - IZ - Id =0， I1 R1 + I2 R2 - I3 R3 = IZ Z，得Z = R2*R3/R1= 50Ω。

　　电桥平衡即Vd = 0，当Vd 的大小和相位都为0时，天线阻抗调谐完成。Vd 计算公式为: Vd = |V2 -VZ | ，V2 = I2 R2 ， VZ = IZ Z。

　　(2)振幅测量电路　测量V2 和VZ 幅度， 并反馈到控制器。电路内部的整流器调整V2 和VZ 的幅度，消去输入信号的负半波，为了满足模数转换电路的输入范围要求，最后得到的信号经过低通滤波和放大电路传送到控制器。经过控制器模数转换后，比较两路信号的幅度，计算出Vd 的值。

　　较两路信号的幅度，计算出Vd 的值。

　　(3)相位测量电路　测量V2 和VZ 的相位， 并反馈到控制器。

　　(4)振幅测量电路　测量V2 和VZ 的幅度，并反馈到控制器。

图4　测量电桥

　　在设计中用一个已经过手动调谐的天线电路来验证测量电路。手动调谐电路以图1 的电路为基础，用微调电容器取代电容C1 和C2 ，将天线电路连接到测量电桥，调节微调电容器，使测量到信号的幅度和相位近似为0。然后在TX1、TX2 两点测量天线的反射系数。测量结果如图5所示，在频率为13.

　　56MHz时，参数S11近似为0。这种检查流程已成功经过几种不同阻抗的RFID天线检测，在频率为13.

　　56MHz时，测试天线的S11参数偏差都大体相同。

　　这表明，这个偏差在测量电路中，是不可避免的，且不影响匹配。

图5　天线的smit图