专利名称：Rfid环形天线匹配方法
技术领域：
本发明涉及通信技术，尤其涉及RFID环形天线匹配方法。
背景技术：
RFID 的国际标准 IS0/IEC14443、IS0/IEC15693、IS0/IEC18092 均工作在 13. 56MHz频率下。13. 56MHz频率下的天线，由于本身的电磁波很长(波长> 22米，天线长度大约为
5.5米长)，无法使用鞭状天线，只能使用环形天线才能达到与发射的射频驱动器的匹配。手机支付卡是一种多功能的SM卡，具有接触和非接触两个通讯界面。接触界面 可实现电信应用，完成手机卡的正常功能。非接触界面是符合IS0/IEC14443标准的使用环形天线，且可以支持非接触移动支付的非电信应用。考虑到手机电池以及手机内部电路存在的一定影响，为保证装在手机内的手机支付卡的非接触功能能够正常操作(即需要保证手机支付卡的天线的谐振频率在一定的范围内)，目前主要有以下几种方法I、将被手机电池遮挡的双界面卡的非接触界面的天线引出至手机后盖与电池之间地方，通过增加天线的导磁材料的方法来抵消由于电池的影响而带来的弊端。在这种方式下，由于手机的内部空间有限，不能无限的加大、加厚导磁材料的尺寸，所以只能是在一部分程度上改善了电池的影响而已；2、当手机支付卡插入手机卡座后，由于手机内部存在金属，手机支付卡的自身谐振频率会发生变化，用手机卡座后面加入导磁材料的方法来抵消手机内部的金属的影响，这种办法对正在设计生产的手机时可行的，但是对现有的手机是不可行的。目前，市场上的手机终端存在很大差异性，电池的大小、SM卡的位置均可能不同，现有的手机支付卡不能保证在不同的手机终端内都工作在最佳的频率范围内，从而在实际使用过程中存在非接触性能不佳的问题，即交易不能成功或者交易距离过近。环形天线的基本物理特征是电感(L)，理论上必须加入并联电容(C)，使环形天线的谐振频率为 ,(公式”环形天线的另外一个物理特征是天线的品质因数ρ = - P (公式 2)
R \ C其中R是环形天线的内阻和附加的电阻，一般在RFID的天线上附加的电阻为零，即没有附加的电阻。环形天线的品质因数直接影响环形天线的发送效率和接受灵敏度。当手机支付卡放到手机内，由于天线外部介质变化(即增加了电池或/和手机内的金属)的影响，会导致L减小，将导致f增加。同时天线的品质因数也下降。即使手机支付卡考虑以上的环境变化，即把手机支付卡的天线的电感加大，但是当天线放在不同的手机终端内时，由于电池面积、SIM卡位置不同等因素的影响，天线电感会发生不同的变化。根据公式(I)，可知在电容不变的情况下，电感发生变化，谐振频率也将随之发生变化。所以，传统的天线形式，放在不同的手机终端内，整体的谐振频率会大小不一，很难保证谐振频率工作在最佳的工作频率范围内，进而造成在实际使用中非接触性能不佳。
发明内容
本发明实施例提供一种RFID环形天线匹配方法，以获得较佳的谐振频率，并且保持最佳的匹配阻抗。本发明实施例提供一种RFID环形天线匹配方法，在RFID环形天线的辅助线圈中增加了与固定电感并联的可变电容或电容阵，并在需要时将可变电容或电容阵调整到合适的值以使得天线工作频率与激励频率最接近，从而根据RFID环形天线的实际环境改变电 容参数，获得较佳的谐振频率和最佳的匹配。并且使环形天线的品质因数基本不变，从而使天线的发送效率基本不变。
具体实施例方式本发明实施例提供一种RFID环形天线匹配方法，在RFID环形天线的辅助线圈的端子之间连接的可变电容或电容阵，并在需要时将可变电容调整为合适的值以使得天线工作频率与设定频率相同或最接近，其中，设定频率是指天线所需的工作频率。本发明实施例中,激励信号的频率(也称激励频率)与设定频率的数值相同，从而实现根据RFID环形天线的实际环境改变辅助线圈的端子的电容参数，获得较佳的谐振频率。根据接收到或发送的的激励信号，调整在RFID环形天线的辅助线圈的端子之间连接的可变电容或电容阵的电容值，进行天线工作频率与激励信号频率的匹配。RFID环形天线与RFID环形天线的辅助线圈存在互感，因而RFID环形天线与RFID环形天线的辅助线圈构成变压器。即RFID环形天线就是变压器原边，而RFID环形天线的辅助线圈就是变压器副边。根据变压器的基本原理，当变压器副边为电阻时，变压器原边等效负载为电阻；当变压器副边为电感时，变压器原边等效负载为电容；当变压器副边为电容时，变压器原边等效负载可为电容(副边的谐振频率小于原边的激励信号，并联在原边)、电感(副边的谐振频率大于原边的激励信号，串联在原边)或空载(副边的谐振频率等于原边的激励信号)。当RFID环形天线接收或发送信号时，也就是出现了激励信号时，调整RFID环形天线的辅助线圈端子之间连接的可变电容或电容阵的电容值，在RFID环形天线上可以得到电容、电感或空载。当RFID环形天线谐振时，即根据(公式I)，天线的谐振电压会达到最大。另外天线上的谐振电压的最大值还受天线的品质因数Q的地影响。天线品质因数Q越大，天线上的谐振电压越高，天线品质因数Q越小，天线上的谐振电压越低。当RFID环形天线上的等效负载为电容时，天线品质因数Q会下降，当RFID环形天线上得到电感时天线品质因Q数会上升。一般RFID环形天线在出厂时(设定了一定的应用环境)，已经达到最佳匹配，即天线谐振频率f已经接近激励信号，并且品质因数Q达到设计要求。例如RFID环形天线在手机的SIM卡中，并且设定的应用环境是仅有手机的SIM座。当RFID环形天线的环境改变时，RFID环形天线的参数会改变例如，嵌有RFID环形天线的手机SM卡放入手机时，由于手机中存在金属，因此RFID环形天线的电感值会减少，此时RFID环形天线的谐振频率会升高，品质因数Q会下降。使RFID环形天线的增益下降，以至于RFID环形天线不能与读卡器正常通讯。在实际应用时，当嵌有RFID环形天线的手机SM卡放入手机后，需要进行匹配，匹配过程为手机SM卡根据自己 的设定频率发送激励信号，并调整调整在RFID环形天线的辅助线圈的端子之间连接的可变电容或电容阵的电容值，使RFID环形天线的辅助线圈的自身谐振频率大于原边的激励信号，通过检测RFID环形天线的峰值电压或检测RFID环形天线的辅助线圈的峰值电压，使RFID环形天线的电感增大，而不是RFID环形天线的电容增大，调整到RFID环形天线的峰值电压值达到最大或RFID环形天线的辅助线圈的峰值电压值达到最大。调整时有可能出现RFID环形天线的峰值电压值或RFID环形天线的辅助线圈的峰值电压值降低，这是由于RFID环形天线的辅助线圈的谐振频率小于激励信号的频率；另外调整时也可能出现RFID环形天线的电压值或RFID环形天线的辅助线圈的电压值达不到没有放入手机时的电压，这是由于可变电容或电容阵的电容值没有达到新的环境所需的电容值，或RFID环形天线和RFID环形天线的辅助线圈之间的互感系数(耦合系数)不够所产生的。在确定可变电容或电容阵的电容值即结束匹配过程后，该天线在该应用环境中可以不再进行重复匹配，也可以根据需要间隔的进行重复匹配。具体实现时，在匹配结束不再进行后，可以使得终端或者卡不再发送激励信号，也不再检测天线的峰值电压。如果是在射频场中进行的天线匹配，可以只在天线所在的终端首次进入射频场时进行该匹配过程。具体形式不限，可以根据实际需要进行匹配。在本发明实施例中，可变电容可以采用能够调节电容值的可变电容或变容二极管，也可以使用由多组固定电容和开关组成的电容阵，当然，使用电容阵则更容易进行数字控制。当然激励信号可以由手机SIM卡本身发送，也可以由其它装置输入，只要采用能够给天线输入相应频率的激励信号的装置，都可以视作激励源，例如终端、射频场发射源
坐寸ο可变电容阵中的电容值例如可以分别采用a*2°pF、a^pF、a*22pF......a*2xpE，
其中X的值根据实际情况来确定。这样，电容阵可以实现I至a*(2x+1-l)的任一整数值，所
以经调整，实际需要的电容值和设定的电容值最大误差是iff77,称为实际电容误差。需要说明的是本发明并不限定调节电容阵的方法，可以用任意的方法来调节电容阵，只要最终能找到电容阵电容所有可能形成的电容值中，对应的峰值电压最大的一个电容值即可。上述仅以13. 56MHz RFID系统的手机支付卡接收读写器发出的数据为例进行说明，本领域技术人员可以获知，在任意频率的RFID系统中，都可利用上述方案进行RFID环形天线的自动匹配。激励信号的频率与要求的天线的工作频率相同，即若要求天线的工作频率为H，则激励源输入频率为H的激励信号。本发明实施例还相应提供一种阅读器，包括本发明实施例提供的RFID环形天线。该阅读器可以在上电后，或者接收到预先设定的触发信号后，或者接收到用户触发后，启动RFID环形天线的自动匹配，该自动匹配的过程参见上述方法实施例中的描述，在此不再赘述。本发明实施例提供的任一匹配方法和天线，均可以应用于主动电子标签和被动电子标签中。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.RFID环形天线匹配方法，其特征在于，包括 根据发送的激励信号，调整在天线线圈的辅助线圈两个端子之间连接的可变电容或电容阵的电容值，进行天线工作频率与激励信号频率的匹配； 将天线线圈的辅助线圈可变电容或电容阵的电容值调整为天线工作频率与激励信号频率相同或最接近时对应的可变电容或电容阵的电容值。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述根据接收到或发送的激励信号，调整在天线线圈的的辅助线圈两个端子之间连接的可变电容或电容阵的电容值包括根据接收到或发送的激励信号，检测天线的峰值电压；并根据所述峰值电压调整在天线线圈的的辅助线圈两个端子之间连接的可变电容或电容阵的电容值； 所述将所述可变电容或电容阵的电容值确定为天线工作频率与激励信号频率最接近时对应的可变电容的电容值，具体包括 将所述可变电容或电容阵的电容值确定为所述峰值电压最大时对应的可变电容或电容阵的电容值。
3.如权利要求I和2所述的方法，电容阵的特征在于，所述电容阵中各个电容的电容值分别为 aXSapF'aXSbF'aXSbF、......、aX2xpF ;其中，a > O，x 为正整数。
全文摘要
本发明公开了一种RFID环形天线匹配方法，涉及通信技术。在RFID环形天线的辅助线圈中增加了可变电容，并在需要时将可变电容调整为合适的值以使得天线工作频率与设定频率相同或最接近，也使RFID环形天线的品质因数基本不受环形天线所在的环境的影响，并且还使RFID环形天线的阻抗在环境改变时经过调整后和环境没有改变前的阻抗基本保持一致，根据RFID环形天线的实际环境改变辅助线圈的电容参数，获得最佳的性能。
文档编号H04B1/18GK102832457SQ20121033321
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者马华, 李彦超, 季艳 申请人:马华, 李彦超, 季艳