線圈在單層覆蓋組合天線設(shè)計(jì)的作用

      天線由電感和電容組成的串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路構(gòu)成，電路的諧振頻率與諧振元件LC的乘積成反比，所以，在電路的諧振頻率一定時(shí)，當(dāng)電感增大到一定值時(shí)，電容需要非常小，而一旦電感超過某個(gè)特定值，電容的匹配就會出現(xiàn)問題。因此，對特定頻率的系統(tǒng)，其天線的電感取值通常都在一定范圍內(nèi)。

　　當(dāng)天線工作時(shí)，其周圍會產(chǎn)生電磁場，天線產(chǎn)生的磁通量等于穿過天線線圈的磁力線總數(shù)。而在RFID系統(tǒng)中，標(biāo)簽中微芯片工作所需的電壓是耦合閱讀器天線線圈產(chǎn)生的磁通量而形成的感應(yīng)電壓，其值等于磁通量對時(shí)間的變化率。因此，欲增加標(biāo)簽感應(yīng)的電壓，必須增加天線線圈產(chǎn)生的磁通量。而天線線圈產(chǎn)生的磁通量與流過線圈的電流、線圈的面積和繞制線圈的匝數(shù)成正比。所以，在閱讀器輸出電流一定的情況下，欲使天線線圈產(chǎn)生較大的磁通量，必須增大天線線圈的面積或增加繞制線圈時(shí)的匝數(shù)。但當(dāng)天線線圈的面積大到一定程度時(shí)。線圈中心與通電導(dǎo)體之間的距離變遠(yuǎn)，磁場強(qiáng)度變?nèi)?，因而會在線圈中心出現(xiàn)無法閱該標(biāo)簽的磁通洞。

　　為在功率受限情況下使閱讀器能閱讀較大范圍內(nèi)的標(biāo)簽且在天線線圈的中央不出現(xiàn)磁通洞，我們提出了用幾個(gè)較小線圈的組合來代替原來較大線圈的天線線圈繞制方案。在天線設(shè)計(jì)時(shí)，首先確定小線圈的尺寸和數(shù)量。小線圈的尺寸和數(shù)量的確定是根據(jù)線圈覆蓋區(qū)域、閱讀器的輸出電流和工作頻率等因素綜合考慮的。在閱讀器工作頻率確定時(shí)，天線電感的取值范圍是確定的，所以繞制線圈的導(dǎo)體長度是確定的。為使線圈產(chǎn)生較大的磁場強(qiáng)度，應(yīng)使線圈的繞制匝數(shù)在2～3匝。再根據(jù)電流強(qiáng)度、總的覆蓋區(qū)域，適當(dāng)調(diào)整小線圈的尺寸。使線圈盡可能覆蓋較大區(qū)域的情況下不出現(xiàn)磁通洞。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在小線圈覆蓋的區(qū)域、繞制的匝數(shù)和無磁通洞間進(jìn)行綜合考慮。

　　其次，小線圈在連接起來形成組合線圈時(shí)，不同的連接方式會導(dǎo)致流過小線圈的電流和組合后線圈的總電感不同，從而影響天線的性能。根據(jù)電路理論，電感串聯(lián)時(shí)。流過各電感支路的電流相同，總電感等于各電感之和；電感并聯(lián)時(shí)，各電感支路的電流之和等于總電流，總電感的倒數(shù)等于各支路電感倒數(shù)之和。因此，在將小線圈連接起來時(shí)，既要保持組合線圈的總電感不能太大，以免難以進(jìn)行諧振電路中電容的匹配；又要保持每個(gè)小線圈具有較大的電流值，保證小線圈的中心具有較大的磁感應(yīng)強(qiáng)度使標(biāo)簽感應(yīng)到足夠的感應(yīng)電壓。所以小線圈的連接不能使用單一的串聯(lián)或并聯(lián)方式，而是要采用串并結(jié)合的方式，使總電感在允許的范圍內(nèi)和每個(gè)小線圈有足夠大的電流強(qiáng)度。
　　由于縮小了單個(gè)線圈的面積，從而繞制線圈的匝數(shù)可以增加，且線圈中心與通電導(dǎo)體的距離也有所減小。這些設(shè)計(jì)保證了線圈中心有較強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，避免出現(xiàn)閱讀盲區(qū)。