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射频识别阅读器的研究与设计

韩益锋  
【摘要】:近几年,超高频(UHF)频段射频识别系统应用的要求推动了超高频阅读器和电子标签的研究与开发。同时,CMOS射频集成电路的发展迅速,用CMOS工艺实现无线通信收发器已经成为可能。 本论文系统地论述了超高频射频识别系统和阅读器的理论分析,研究了射频识别系统中的许多关键技术。 首先,本论文介绍了无线通信系统中最为关键的电磁波传播,天线模型以及天线之间建立通信的理论。在电磁波传播的地面双线模型基础上,建立了用于分析射频识别系统的室内电磁波传播模型,在理论上指出,由于周围环境反射引起的功率衰落效应,使得电子标签在空间某些点上不能获得足够的能量而无法与阅读器之间建立通信连接。 其次,在系统的链路分析上,研究了电子标签的功率分配模型,指出在相同的阅读器发射功率条件下,射频识别系统的最大工作距离由电子标签的功耗与阅读器的灵敏度共同决定。计算得到的电子标签反射功率与实际测试进行了对比,两者结果比较一致,说明了理论分析的正确性。 第三,在对射频识别系统的协议和无线电频谱规范进行分析的基础上,确定了阅读器射频前端的体系架构。阅读器的发射电路和接收电路都采用IQ直接变频的结构,这种结构能够兼容多种调制,并且易于升级。阅读器的反射电路用升余弦滤波器抑制带外频谱,而接收电路可以用功率合成的方法消除的盲点效应。 第四,本论文系统地研究和分析了影响阅读器射频前端的性能的各种因素,着重研究了阅读器发送端的频谱抑制,接收端的输入信号和噪声,直流失调的抑制,以及系统参数的计算。在理论研究的基础上,建立了射频识别的系统模型,进行了系统仿真,验证了理论的分析。 最后,针对阅读器的芯片设计进行了系统参数的优化,即在受限于阅读器接收机灵敏度的条件下,选取合适的阅读器发射功率,使得射频识别系统的工作距离达到相对最大。采用这些系统参数,设计并实现了部分模块的芯片。


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