在前面的章节中,已经观察到标签天线最终可以看作偶极子型天线与环形导体连接。这个环形回路是两个L形匹配电路对称关联的结果。同时,任何一个小的环形回路可以被看作是一个磁场传感器,其敏感性随着与环形回路表面成比例地增加,如下图所示。让我们考虑一个环形天线的半径的几何排列,如图2.26所示。
来看一下如图2.26中显示的环形天线的半径α的几何特征,恒定电流I在xy平面上以原点为中心绕环形回路流动,近场分量分别为
式中,在自由空间的传播常数用k=2π/λ表示;自由空间的波阻抗用η0表示,在环形中心和观察点之间的距离用r表示,Z轴和观察点的方向之间的夹角用θ表示,Hr和Hθ随着1/r3变化,而Eϕ与1/r2有关。因此,r很小,H场在E场占据主导地位且线圈作为磁传感器。
图2.26 环形天线和所附球面坐标系
当标签在读写器天线附近时(例如,达到10cm),它实际上是位于阅读器天线的近场。偶极子影响微弱时,集成电路供电主要取决于整个环形回路的磁通量。对于较远的距离,当标签在读写器天线远场,偶极子成为远场传感器升压结构的辐射电阻。在图2.27强调了这种双重行为,其中环形回路被描绘为近场元件,偶极子作为远场元件。(www.daowen.com)
相同的双重行为被用在模块组合的小环形回路和RFID芯片——由法国公司Tagsys公司(见图2.28)研制的AK标签中。在标准用法中,AK标签用于短距离通信(<50cm)。但是当模块通过电磁耦合到谐振片金属时,其读取范围可以扩展到10m。当环形回路被用作磁通量主要来源,而不是作为专用匹配元件,带宽性能可能会降低。因此在许多工业应用中都有采用。
图2.27 标签天线的双重行为:远场和近场元件
图2.28 AK标签(Tagsys公司),使用UHFGen2的芯片Monza5,频带为860~960MHz,嵌体尺寸:12mm×10mm
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