線圈在單層覆蓋組合天線設(shè)計的作用

      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，當(dāng)電感增大到一定值時，電容需要非常小，而一旦電感超過某個特定值，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，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的匝數(shù)。但當(dāng)天線線圈的面積大到一定程度時。線圈中心與通電導(dǎo)體之間的距離變遠(yuǎn)，磁場強度變?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)計時，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，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)生較大的磁場強度，應(yīng)使線圈的繞制匝數(shù)在2～3匝。再根據(jù)電流強度、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)計時應(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，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。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，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，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)和每個小線圈有足夠大的電流強度。
　　由于縮小了單個線圈的面積，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)計保證了線圈中心有較強的磁感應(yīng)強度，避免出現(xiàn)閱讀盲區(qū)。