检测无源RFID电子标签谐振频率的耦合器之关键技术研究

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在标准电容值中选择82PF的电容器帮定到图4所示的线圈导线两端，如图5所示为帮定了82PF电容器的应答器。

图4 用导电油墨印制的应答器线圈 　图5 绑定了85PF电器的应答器

　　由于在计算中没有虑及线圈的分布电容C’，因此，根据公式（3）计算得到的82PF电容值实际上是应答器中的分布电容C’和调谐电容C的总和。若将82PF作为调谐电容值匹配到线圈上，则线圈的总电容值增大，LC回路中的所得到的谐振频率 必定比要求的8.2 小，将不能与阅读器产生谐振，因此必须修正调谐电容值。在修正调谐电容值的过程中要反复的检测修正以后的电子标签的谐振频率，这就需要有专门的仪器来测量电子标签的谐振频率，由于目前还没有用来检测无源电子标签谐振频率的合适的仪器，所以笔者自己设计了一款耦合器，这种耦合器通过实验可以很好的完成检测电子标签谐振频率的工作，下面我们来详细介绍这款耦合器。

3、耦合器的工作原理

　　耦合器的核心部分是两组围绕在中空圆筒体上的半径为r、匝数为N的线圈2、3，两组线圈平行共轴，中心间距L正好为线圈半径r，从而构成了一个亥姆霍兹线圈[5-6]。如图6所示。

图6 亥姆霍兹线圈结构示意图

　　取L的中心“O”作为空间坐标体系x、y、z轴的中心。产生的磁场分布如图7所示

图7 亥姆霍兹线圈磁场均匀分布曲线图

　　图7曲线“I”、“II”、“II”内各点的磁感应强度H与中心点的磁感应强度H0的相对误差分别小于1.0%、0.1%和0.01%，中心点0附近的磁场相当均匀，越靠近中心点，磁场均匀性越好。因此，检测无源RFID应答器频率时，把应答器放在亥姆霍兹线圈所产生的磁场空间的中心点O上，以使应答器平面上各点所得到的磁场均匀，磁感应强度几乎相等。

4、耦合器的主要结构

图8 耦合器结构示意图

　　耦合器结构如图8所示，粘在底座6上的圆柱体1是由1mm厚的硬质塑料板或硬质纸板围成的半径为R的空心筒体。导线2，4分别在筒体1表面绕成紧密相挨的两圈， 其垂直距离L等于筒体1的半径R。支撑块3粘在筒体1的外壁上，其内部安装两个BNC接头7、8、变压器铁芯9、两个变压器线圈10、11以及两个调谐电容，圆筒体1中间有圆柱体搁台5用来放置待检测的电子标签。图9（a-d）所示为耦合器实物图。

(a) 　　（b） 　（c） 　（d）

图9 耦合器实物图

5、应答器频率测定原理

图10 频谱分析仪实物图

　　与耦合器匹配的频谱分析仪如图10所示，接口1是信号源输出端口，与耦合器的接头7相连，为耦合器提供信号，接口2是信号输入端口，与耦合器的接头8相连，将应答器的谐振信号输入频谱分析仪，根据频谱分析仪屏幕上所显示的感应电压曲线分析应答器的谐振频率。