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近耦合射频识别系统的工作原理及天线

更新时间：2019-09-01 20:19:08 大小：59K 上传用户：yuwei664 查看TA发布的资源 标签：射频识别系统 下载积分：2分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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TECHNOLOGYREVIEW

近耦合射频识别系统的工作原理及天线设计

■ 国瑞数码安全有限公司尹寒

■ 北京恒基伟业产品开发中心陈峰

介绍一种近耦合射频识别系统（典型读写距离 25mm的非接触读写卡系统）的两个重要组成

摘要

部分——邻近耦合设备和邻近卡的工作原理及由此设计的天线尺寸和匹配电路。

PICC邻近卡 PCD邻近耦合设备 MCM 核心模块

关键词

近耦合射频识别系统由邻近耦合设备（PCD，

定性说明，使其与几何尺寸无关。关系式如下：

Proximity Coupling Dev ice，也称读写器）和邻近卡

（PICC，Proximit y Card）组成，数据存储在 PICC中。

它的能量供应及 PICC 与 PCD 之间的数据交换不是

通过电流的触点接通而是通过电磁场，因此，避免

了与触点接触所造成的污染、费时等缺点，与其它

系统相比具有方便、快捷、卫生等很多优势，广泛

应用于交通、门禁、身份识别等多种应用领域。

由于 PICC是由耦合元件及微电子芯片组成的，

无供电电源（电池）的 IC 卡，在 PCD 的响应范围

内，才是有源的；它的能量，如同时钟脉冲和数据

k ? M / L L₂（L₁、L₂分别为两个线圈的自感系

数；M 为互感系数）

耦合系数总在两个极限情况 0 ≤ k ≤ 1 之间

◇ k =0：由于距离太远或磁屏蔽导致完全去

◇ k=1：全耦合。两个线圈紧密耦合，处于相

变

化。

耦。

同的磁通量φ中。

只有很简单的天线配置才能进行分析计算。两

个平行的、在 x轴上同芯的导体回路的耦合系数可

按照以下公式计算。式中 r 为天线半径， x 表示在

x 轴上的两个导体回路之间的距离。

一样，是通过耦合单元（非接触的）传递给PCD的，

因此，实现耦合的元件— — 天线，在本系统中具有

非常关键的作用。

k(x) ? (r_P²_ICC?r_P²_CD) /[ r_PICC?r ?( x²? r_P²_CD)³]

1 射频识别系统的物理基础

PCd

相距较近的两个线圈，若其中一个通以电流

时，所产生的磁通部分或全部穿过另一个线圈，则

称此两线圈之间有磁的耦合，或称有互感。PICC与

PCD 的天线线圈相互接近，两个电路经过磁场产生

当导体回路之间的距离为 0 而天线半径相等

时，耦合系数 k=1。此时，导体回路互相重叠，并

有相同的磁通量φ通过。

实际上，电感耦合的 PICC系统工作时的耦合系

的耦合是本系统— — 电感耦合射频

基础。

图 1 是耦合的导体回路的等效电路图。在电感

耦合射频别系统中，L₁是 PCD 的发送天线，L₂是

识别系统的物理

数可低至 0.01 以下。

2 PICC的天线计算（以Mifare 1卡片为

例）

识

如图 2 所示，PICC由微晶片与天线组成。微晶

片的外面一般封装了保护层。保护层可以防止微晶

片被折叠、扭曲等众多对卡片实施的非正常的物理

性损坏；同时，也防止微晶片受到紫外线的辐射，

使卡片能长久地被使用。但从电性能的角度来看，

由于加入了保护层，使 IC 与卡片上天线组成的振

PICC 的天线。

线圈电阻

负载

电阻

PCD

PICC

图1 等效电路

荡回路的频率将发生变化。因为，保护层给 IC 微

晶片增加了一个输入回路电容 C_{mou nt}。尽管这个电

我们引入了耦合系数 k 来对导体回路的耦合作

2002.1

Microcontrollers

Emb edded Systems 27

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