射频识别系统的应答器测试线圈和阅读器天线设计与实现
・制造业电气・
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《电气应用》!""#年第!$卷第%期
射频识别系统的应答器测试线圈和
阅读器天线设计与实现
张
华!吴
欣!吴
敏"曹卫华"
（）!#广东技术师范学院自动化系$!%&’$"#中南大学信息科学与工程学院(!%%)’摘
要
首先介绍射频识别系统应用中模拟应答器测试线圈、阅读器天线的设计方法，该方
法通过测量测试线圈电压的变化来反映阅读器的磁场强度变化的作用效果，然后对阅读器天线半径和作用距离作了定性分析。
关键词
射频识别系统
模拟应答器测试线圈
阅读器天线
映阅读器的作用效果，使得天线设计更直观且更便于调试。
对应于,-./0公司的应答器（-$$$%／$$&%以
塑料外壳封装）为例，设计的模拟应答器参数为：用!%#%$..漆包线在!!..磁心上绕!"%匝制作成测试线圈（），阅读器天线线圈用,-1203/4!%#!..漆包线绕制，直径从$0.到!$0.、匝数从"%到)%不等的多组试样天线。
!引言
射频识别系统设计中重要的性能是为无源应答器（*+卡）提供能量传输和信息传输通道，这些
能量是由阅读器中的天线产生的。在特定的系统工作频率下，天线的设计决定了射频识别系统对应答器的作用距离。因此，为了获得较好的读写性能，需要对应答器的特性和阅读器天线设计进行研究。
本文讨论一种模拟应答器的测试线圈，它的电气参数和机械参数与“真正”的应答器相符合，从而为阅读器的天线设计提供了一种可观测和可控制的模型。
"应答器测试线圈设计
通常大多数的射频识别系统是按电感耦合的原理工作的，在阅读器与应答器之间的能量和数据传输过程中，磁现象的物理本质是重点关注的现象。按照磁场理论，两个电路经过磁场产生的耦合是电感耦合射频识别系统的物理基础。在阅读器和应答器组成的射频识别系统中，互感系数是两个导体回路的磁通量耦合的定量说明，由于应答器线圈只有一小部分被阅读器天线的磁场通过，因此引入耦合系数!对导体回路的耦合定性分析。耦合系数!和与此有关的互感"，自感#!和#"是设计电感
］!耦合射频识别系统的最重要的参数［。
图!应答器测试线圈测量电路
对应于图!中的阅读器线圈和应答器线圈测量的电压$5、$,和电感参数#5、#,，可以计算出电路的耦合系数
（）・!%&6・!
$5式中，$,为应答器线圈上的电压；$5为阅读器线圈上的电压；#,、#5为线圈的电感；&7为校
正因数，&7与测量电路和测试应答器线圈中的寄生电容有关，对应于低电容布线的测量电路&78。%#)!%#99
通过测量阅读器和模拟应答器的测试线圈的电压$5和$,，可以计算出耦合系数!。
两个平行的、在轴向上同芯的导体回路的耦合）
)(射频识别系统设计中，磁场强度是阅读器作用到应答器工作范围的一个重要指标，由于磁场强度测量较为困难，且不能直接反映出应答器对磁场强度变化所带来的作用效果，因此，模拟应答器的测
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（）!（"）!#$
）式中，、#为应答器和阅读器天线线圈的半$"$
］!。径［
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射频识别系统的应答器测试线圈和阅读器天线设计与实现
最佳天线半径设计：当应答器与阅读器发送天线的距离"为常数，改变发送天线的半径)，可得到如图$所示的&"与天线半径的关系曲线。
），天线半当导体回路之间的距离为零（"%&径$相等（）时，耦合系数!（，$$"）%’"%#
实际射频识别系统设计中，由于天线半径$的不同和距离或磁屏蔽可导致完全去耦使!%。&
综合以上两式，得到&"的近似计算公式
!・!
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）
（）$
!阅读器天线设计
设计天线的原则之一是尽可能地增大磁耦合，较好的耦合增强了阅读器天线到应答器的能量传输，同时也增加了应答器送回阅读器天线信息的信号强度。
结合以上设计的应答器测试线圈，对于圆形、
正方形和长方形绕制的天线，可得到图!所示的实验曲线（以圆形天线为例）。
图$当距离"%!&))，天线线圈半径)%,!,,))
变化时的测试线圈输出电压曲线
图$中曲线表明：当"#)时，电压&"上
升，当"%)时，电压&"达到最大值，随后随距离"成比例下降。实验表明，当天线半径)过大（)#’&&))）时，由于基站功率限制，使得应答器处的场强减弱过大，使得应答器难以得到足够的工作能量。
"结束语
模拟应答器测试线圈的设计和实现，为射频识别系统应用中应答器读写特性的研究提供一种可观测和可控制的模型。为阅读器天线设计和调试提供了一种方法，具有很强的实用性。
参考文献
’白晓梅-非接触控制系统集成电路原理及设计方案-北
京：兵器工业出版社，’...
图!天线线圈回路沿"轴方向测试线圈电压曲线
!/0123456(7687079-射频识别技术-北京：电子工业出版社，!&&’$于宏军-智能:;卡技术全书-北京：电子工业出版社，
’..+
按图’的测试电路和由&"计算公式，可以获得距离为&!’&))的三种不同天线计算得到的图!），分别对应于天线线圈半径不同：&"曲线（
)’%*&))；)!%+))；)$%!))。
实验和计算结果证实：当天线线圈匝数和天线电流均保持不变时（这通常是由芯片驱动确定的），在与天线线圈距离很小（"")）的情况下，场强的上升是平缓的，较小的天线在其中心（距离为）处呈现较高的输出电压，而较大的天线在较远&
［］
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・电力电气・
设备和网络的仿真模型。
）图形显示控制能保证连续无缝的地形图（!
数据和线路数据供用户查询分析等。
（）系统维护能保证授权用户的读写权限，"
保证用户完成地形图、设备资料的建库和维护，自动记录系统的数据修改情况，能对系统所有数据进行备份等。
（）输电信息的$#%&发布与查询能够通过$%&服务器实现局内部的输变电’()*+(%)和对外的’()%*(%)服务。（）统计与查询能通过灵活方便的查询统计,
方法，输出各种图表。还可以进行模糊查询和复合逻辑查询和统计，例如通过图形信息查询台账信息，可以自由组合各种统计口径进行统计等。（）辅助工具能进行如用户专题图制作，距-离、角度和位置测量，新旧杆塔替换等。
（）输变电网络追踪能够按照设备的连接关.
系对设备和网络进行追踪。!"#输电业务管理
（）线路运行管理/
能了解巡线班组对线路的
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
点，并显示在地图上，以辅助检修人员检修等。!"!生产资料管理
（）技术资料管理/
能够记录工区所辖线路的
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属性数据，包括线路基本情况，杆塔、导线、避雷线、金具等线路组成部分的详细属性数据，以及与输电线路相关设计图样档案资料等。
（）运行资料管理能够记录设备异常情况、!
检修情况、测试情况等，作为编制计划的依据。
（）图片录像资料管理"
主要是线路杆塔照片、
事故照片和录像，以及污秽区图、电网接线图等。!"$生产技术管理
能够按照安全生产对人员管理的要求，对人员所承担的安全责任进行分类，例如何人可以签发工作票、何人可以承担工作负责人等。还要能管理工作票、技术措施票、缺陷卡、设备定级等。
$结束语
衡量一个应用软件开发的成功与否，取决于软件投入应用后提高的效率和产生的效益。而要开发好一个软件，特别是输电线路的应用软件应做好以下几点，以取得最好的效果。
（）做好建设初期对系统详细功能的收集和描/
述，把需求与现实相结合，做好近期规划和远期计划。
（!）应用单位必须参与。因为目前我国4’0开发商提供的系统大都是一些基本功能模块，对于电力企业，存在软件开发人员对运行系统中各元素不了解和对运行管理流程不熟悉的情况。
（）应选择一个合适的4"’0平台。尽量考虑二次开发，汉化程度，投资费用，与5、’001232的结合等。
参考文献
/晏俊，曹波，高飞等6数字电网时代来临6中国电业6
）!77/（#收稿日期：!77,7"/7
巡视情况，并能依据运行管理流程实现从巡视计划制定到缺陷录入、分类；运行专责进行缺陷审核、上报检修专责等；运行专责又对反馈回来的消缺结果审核；巡线班组在进行消缺确认等。
（）检修管理能依据检修业务流程实现依据!
上报的缺陷、下达的大修任务，来制定月度检修计划并上报；根据下达的月检修计划和大修任务分配各检修班组任务；班组根据任务进行停电、带电申请和开工作票；班组汇报月度检修任务完成情况；检修专责进行检修工作审查等。
（）检测管理能根据运行规程设备情况制定"
年度检测计划，并对检测结果超出定值范围或者超出规定检测周期时系统能自动报警等。
（）电网运行管理能接收地调0#1232系统发来的实时信息，实时数据能在地图上显示，例如：可根据故障录波器计算的故障距离，判断线路故障
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第,7页）*+:CF9+(:C)9C(@AF%(B%::C9)+(B%+*%+(+A9%:D*%9%()%:;%)=?:*%@A%B)9)=%%@@%B)?@)=%8C()%(9C)=+(%?@)=%>+(%)CB@C%A:?@)=%*%+:%*DBEE&%+9F*C()=%G?A)+%B=+(%?@)=%)*+(9?(:%*HD>EEE8
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