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)含一個微型芯片和一個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，這個振蕩回路可以產(chǎn)生頻率為f0的交變磁場。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，當應(yīng)答器線圈置于閱讀器的交變磁場中并且其諧振頻率f與閱讀器交變磁場的頻率f0相同時，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，完成閱讀器對芯片上的信息讀寫[3-4]。

　　圖3 無源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分布電容C’，也稱為內(nèi)部寄生電容，而且分布電容C’的值不可測得，所以通過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 。通過電感測試儀測得線圈電感的大概值為4.5 。

　　變換公式1得到：

(2)

(3)

　　在標準電容值中選擇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

　　由于在計算中沒有慮及線圈的分布電容C’，因此，根據(jù)公式(3)計算得到的82PF電容值實際上是應(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)諧電容值的過程中要反復(fù)的檢測修正以后的電子標簽的諧振頻率，這就需要有專門的儀器來測量電子標簽的諧振頻率，由于目前還沒有用來檢測無源電子標簽諧振頻率的合適的儀器，所以筆者自己設(shè)計了一款耦合器，這種耦合器通過實驗可以很好的完成檢測電子標簽諧振頻率的工作，下面我們來詳細介紹這款耦合器。

　　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圓筒體上的半徑為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”作為空間坐標體系x、y、z軸的中心。產(chǎn)生的磁場分布如圖7所示

　　圖7 亥姆霍茲線圈磁場均勻分布曲線圖

　　圖7曲線“I”、“II”、“II”內(nèi)各點的磁感應(yīng)強度H與中心點的磁感應(yīng)強度H0的相對誤差分別小于1.0%、0.1%和0.01%，中心點0附近的磁場相當均勻，越靠近中心點，磁場均勻性越好。因此，檢測無源RFID應(yīng)答器頻率時，把應(yīng)答器放在亥姆霍茲線圈所產(chǎn)生的磁場空間的中心點O上，以使應(yīng)答器平面上各點所得到的磁場均勻，磁感應(yīng)強度幾乎相等。