RFID主要由閱讀器和應(yīng)答器兩大部分組成。閱讀器(如圖1)是數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)，內(nèi)含一個(gè)與應(yīng)答器相配合的耦合元件。應(yīng)答器(如圖2)是數(shù)據(jù)載體，內(nèi)含一個(gè)微型芯片和一個(gè)天線線圈組成的耦合元件[1]。

　　圖1 閱讀器 圖2 應(yīng)答器

　　圖3所示為無(wú)源RFID閱讀器和應(yīng)答器的LC振蕩回路工作原理[2]。閱讀器中有由線圈L1電容C1構(gòu)成的LC振蕩回路1，這個(gè)振蕩回路可以產(chǎn)生頻率為f0的交變磁場(chǎng)。應(yīng)答器中線圈回路的分布電容C’和外接調(diào)諧電容C共同構(gòu)成電容C2與線圈L2并聯(lián)形成LC振蕩回路2，其諧振頻率為f，當(dāng)應(yīng)答器線圈置于閱讀器的交變磁場(chǎng)中并且其諧振頻率f與閱讀器交變磁場(chǎng)的頻率f0相同時(shí)，振蕩回路1、2產(chǎn)生諧振。諧振使閱讀器天線線圈產(chǎn)生非常大的電流，使應(yīng)答器線圈上的感應(yīng)電壓達(dá)到最大值，經(jīng)二極管整流后作為穩(wěn)定的電壓給微型芯片提供工作所需要的能量，完成閱讀器對(duì)芯片上的信息讀寫(xiě)[3-4]。

　　圖3 無(wú)源RFID閱讀器和應(yīng)答器的LC振蕩回路工作原理

　　LC振蕩回路的頻率可根據(jù)湯姆遜公式(1)計(jì)算得到：

(1)

　　應(yīng)答器的諧振頻率f是根據(jù)所制作的LC振蕩回路的電容值C2和電感值L2得到的。

　　應(yīng)答器的天線線圈可以用金屬蝕刻法、金屬線纏繞法、真空鍍金屬法和導(dǎo)電油墨印刷法等多種方法制作得到。線圈生產(chǎn)完成后，其電感值L2就已經(jīng)確定，根據(jù)所測(cè)定的線圈電感值L2及閱讀器的發(fā)送頻率f0，可與確定所需匹配的電容值C。由于線圈回路附帶了一個(gè)分布電容C’，也稱(chēng)為內(nèi)部寄生電容，而且分布電容C’的值不可測(cè)得，所以通過(guò)正確合理的方法選擇調(diào)諧電容C就顯得十分重要了。

　　2、關(guān)于調(diào)諧電容C的計(jì)算

　　如圖4所示為筆者用導(dǎo)電油墨印制的應(yīng)答器線圈，根據(jù)閱讀器發(fā)送頻率的要求，所制作的應(yīng)答器的諧振頻率f應(yīng)為8.2 。通過(guò)電感測(cè)試儀測(cè)得線圈電感的大概值為4.5 。

　　變換公式1得到：

(2)

(3)

　　在標(biāo)準(zhǔn)電容值中選擇82PF的電容器幫定到圖4所示的線圈導(dǎo)線兩端，如圖5所示為幫定了82PF電容器的應(yīng)答器。

　　圖4 用導(dǎo)電油墨印制的應(yīng)答器線圈 　圖5 綁定了85PF電器的應(yīng)答器

　　由于在計(jì)算中沒(méi)有慮及線圈的分布電容C’，因此，根據(jù)公式(3)計(jì)算得到的82PF電容值實(shí)際上是應(yīng)答器中的分布電容C’和調(diào)諧電容C的總和。若將82PF作為調(diào)諧電容值匹配到線圈上，則線圈的總電容值增大，LC回路中的所得到的諧振頻率 必定比要求的8.2 小，將不能與閱讀器產(chǎn)生諧振，因此必須修正調(diào)諧電容值。在修正調(diào)諧電容值的過(guò)程中要反復(fù)的檢測(cè)修正以后的電子標(biāo)簽的諧振頻率，這就需要有專(zhuān)門(mén)的儀器來(lái)測(cè)量電子標(biāo)簽的諧振頻率，由于目前還沒(méi)有用來(lái)檢測(cè)無(wú)源電子標(biāo)簽諧振頻率的合適的儀器，所以筆者自己設(shè)計(jì)了一款耦合器，這種耦合器通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以很好的完成檢測(cè)電子標(biāo)簽諧振頻率的工作，下面我們來(lái)詳細(xì)介紹這款耦合器。

　　3、耦合器的工作原理

　　耦合器的核心部分是兩組圍繞在中空?qǐng)A筒體上的半徑為r、匝數(shù)為N的線圈2、3，兩組線圈平行共軸，中心間距L正好為線圈半徑r，從而構(gòu)成了一個(gè)亥姆霍茲線圈[5-6]。如圖6所示。

　　圖6 亥姆霍茲線圈結(jié)構(gòu)示意圖

　　取L的中心“O”作為空間坐標(biāo)體系x、y、z軸的中心。產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布如圖7所示

　　圖7 亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)均勻分布曲線圖

　　圖7曲線“I”、“II”、“II”內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度H與中心點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度H0的相對(duì)誤差分別小于1.0%、0.1%和0.01%，中心點(diǎn)0附近的磁場(chǎng)相當(dāng)均勻，越靠近中心點(diǎn)，磁場(chǎng)均勻性越好。因此，檢測(cè)無(wú)源RFID應(yīng)答器頻率時(shí)，把應(yīng)答器放在亥姆霍茲線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)空間的中心點(diǎn)O上，以使應(yīng)答器平面上各點(diǎn)所得到的磁場(chǎng)均勻，磁感應(yīng)強(qiáng)度幾乎相等。