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吸波材料在RFID標(biāo)簽中的應(yīng)用大揭秘!
時(shí)間:2018-06-12
RFID電子標(biāo)簽常伴隨在金屬環(huán)境下使用,當(dāng)RFID電子標(biāo)簽靠近金屬時(shí),由于金屬對電磁波具有強(qiáng)烈的反射性,所以會(huì)伴隨著信號減弱,讀卡距離也會(huì)變得更近,嚴(yán)重干擾則會(huì)出現(xiàn)讀卡失敗的現(xiàn)象。目前通用的解決措施是在電子標(biāo)簽背面粘帖上一層具有磁性的吸波材料。
吸波材料在電子設(shè)備降噪、吸波和EMC等各方面具有較多的使用,而專家們對其解釋工作原理方面也做了許多的模型,形成了很多的理論知識,但缺點(diǎn)是這些理論比較復(fù)雜,一些非本領(lǐng)域內(nèi)的讀者很難理解。
結(jié)合現(xiàn)在許多工程師在使用方面遇到的諸多問題,本文將以13.56MHz無源RFID系統(tǒng)用到吸波材料為例,用簡單、淺顯和通俗的語言來闡述,希望能帶給讀者一些幫助。
RFID系統(tǒng)是由一張放置在被識別的對象上的電子標(biāo)簽或非接觸智能卡(比如帶刷卡功能的智能手機(jī))和對電子標(biāo)簽發(fā)出指令和收集由電子標(biāo)簽反饋信息的裝置,該裝置亦稱為RFID讀卡器或讀寫器兩部分構(gòu)成。
由于是無源電子標(biāo)簽,所以電子標(biāo)簽中芯片和存儲器工作所需要的能量則需要由讀寫器提供,讀寫器與電子標(biāo)簽之間的通信是通過電磁耦合原理來實(shí)現(xiàn)的,電子標(biāo)簽的能量由讀寫器線圈天線通過電磁耦合而產(chǎn)生的。
高頻的電磁場由讀寫器的天線線圈產(chǎn)生,然后磁場穿過線圈橫截面和線圈周圍的空間。根據(jù)標(biāo)簽的使用頻率13.56MHz,其波長為22.1m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于讀寫器天線和電子標(biāo)簽的距離,因此可以讀寫器到天線的距離間電磁場當(dāng)成簡單的交變磁場來處理。
通過調(diào)整電子標(biāo)簽的天線線圈和電容器構(gòu)成諧振回路,調(diào)諧到讀寫器指定的發(fā)射頻率13.56MHz,這樣按照該回路的諧振,標(biāo)簽中的線圈電感上所產(chǎn)生的電壓達(dá)到 值。而讀寫器的天線線圈與電子標(biāo)簽二者之間的功率傳輸效率則與標(biāo)簽中線圈的匝數(shù)、線圈所包圍的面積,二者放置的相對角度以及彼此之間的距離成正比,這也是RFID標(biāo)簽讀卡距離有一定限值的原因所在。
針對13.56MHz下使用的RFID電子標(biāo)簽,它的 讀寫距離通常在10厘米左右,芯片的電流消耗大致在1毫安。因?yàn)殡S著頻率的增加,所需的電子標(biāo)簽線圈的電感表現(xiàn)為線圈匝數(shù)的減少,通常在該頻率下,典型匝數(shù)為3~10匝。
RFID標(biāo)簽讀卡距離不僅與自身有關(guān),同時(shí)與其所處環(huán)境有很大的關(guān)系。在使用電感耦合的射頻識別系統(tǒng)時(shí),經(jīng)常提出這樣的要求:將讀寫器或電子標(biāo)簽的天線直接安裝在金屬表面上。然而,將磁性天線直接安裝在金屬表面上是不可能的。
因?yàn)樘炀€磁通量穿過金屬表面會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)渦流,根據(jù)楞次定律可知,渦流會(huì)對天線的場實(shí)施反作用,并使金屬表面上的磁場迅速地衰減,以至于讀寫器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)讀取距離將會(huì)受到嚴(yán)重的影響,甚至可能出現(xiàn)誤讀或讀取失敗。不管在金屬表面上安裝的線圈本身產(chǎn)生的磁場,還是從外部接近金屬板的場(電子標(biāo)簽在金屬表面),其結(jié)果都是一樣的。
吸波材料是具有高磁導(dǎo)率的一種磁性功能材料,通常是將一些吸收劑均勻地填充在高分子材料上,通過特殊工藝制作而成。與傳統(tǒng)意義上的吸波材料相比,該類針對13.56MHz高性能吸波材料在性能表征和使用原理都有所不同。
傳統(tǒng)的吸波材料,主要應(yīng)用對象是在軍事對抗上,進(jìn)行掩蓋、迷惑對方雷達(dá)偵察的一些飛機(jī)、戰(zhàn)艦以及裝甲坦克上,具有使用頻率極高的微波段,而運(yùn)用分析也是遠(yuǎn)場模型。
隨著國際對電磁干擾控制標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格,我國也與國際接軌,加快了對電磁噪聲的治理,特別是電子產(chǎn)品。因此如何實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品滿足這些要求將是一門重要的課程。吸波材料經(jīng)過這些年的發(fā)展,取得了很大的進(jìn)步,但隨著對電子要求越來越高,吸波材料在使用頻率則會(huì)越來越高的前提下,也將會(huì)往厚度薄、性能高、重量輕等方面發(fā)展,而這也是材料進(jìn)步的動(dòng)力之所在。
吸波材料在電子設(shè)備降噪、吸波和EMC等各方面具有較多的使用,而專家們對其解釋工作原理方面也做了許多的模型,形成了很多的理論知識,但缺點(diǎn)是這些理論比較復(fù)雜,一些非本領(lǐng)域內(nèi)的讀者很難理解。
結(jié)合現(xiàn)在許多工程師在使用方面遇到的諸多問題,本文將以13.56MHz無源RFID系統(tǒng)用到吸波材料為例,用簡單、淺顯和通俗的語言來闡述,希望能帶給讀者一些幫助。
RFID系統(tǒng)是由一張放置在被識別的對象上的電子標(biāo)簽或非接觸智能卡(比如帶刷卡功能的智能手機(jī))和對電子標(biāo)簽發(fā)出指令和收集由電子標(biāo)簽反饋信息的裝置,該裝置亦稱為RFID讀卡器或讀寫器兩部分構(gòu)成。
由于是無源電子標(biāo)簽,所以電子標(biāo)簽中芯片和存儲器工作所需要的能量則需要由讀寫器提供,讀寫器與電子標(biāo)簽之間的通信是通過電磁耦合原理來實(shí)現(xiàn)的,電子標(biāo)簽的能量由讀寫器線圈天線通過電磁耦合而產(chǎn)生的。
高頻的電磁場由讀寫器的天線線圈產(chǎn)生,然后磁場穿過線圈橫截面和線圈周圍的空間。根據(jù)標(biāo)簽的使用頻率13.56MHz,其波長為22.1m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于讀寫器天線和電子標(biāo)簽的距離,因此可以讀寫器到天線的距離間電磁場當(dāng)成簡單的交變磁場來處理。
通過調(diào)整電子標(biāo)簽的天線線圈和電容器構(gòu)成諧振回路,調(diào)諧到讀寫器指定的發(fā)射頻率13.56MHz,這樣按照該回路的諧振,標(biāo)簽中的線圈電感上所產(chǎn)生的電壓達(dá)到 值。而讀寫器的天線線圈與電子標(biāo)簽二者之間的功率傳輸效率則與標(biāo)簽中線圈的匝數(shù)、線圈所包圍的面積,二者放置的相對角度以及彼此之間的距離成正比,這也是RFID標(biāo)簽讀卡距離有一定限值的原因所在。
針對13.56MHz下使用的RFID電子標(biāo)簽,它的 讀寫距離通常在10厘米左右,芯片的電流消耗大致在1毫安。因?yàn)殡S著頻率的增加,所需的電子標(biāo)簽線圈的電感表現(xiàn)為線圈匝數(shù)的減少,通常在該頻率下,典型匝數(shù)為3~10匝。
RFID標(biāo)簽讀卡距離不僅與自身有關(guān),同時(shí)與其所處環(huán)境有很大的關(guān)系。在使用電感耦合的射頻識別系統(tǒng)時(shí),經(jīng)常提出這樣的要求:將讀寫器或電子標(biāo)簽的天線直接安裝在金屬表面上。然而,將磁性天線直接安裝在金屬表面上是不可能的。
因?yàn)樘炀€磁通量穿過金屬表面會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)渦流,根據(jù)楞次定律可知,渦流會(huì)對天線的場實(shí)施反作用,并使金屬表面上的磁場迅速地衰減,以至于讀寫器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)讀取距離將會(huì)受到嚴(yán)重的影響,甚至可能出現(xiàn)誤讀或讀取失敗。不管在金屬表面上安裝的線圈本身產(chǎn)生的磁場,還是從外部接近金屬板的場(電子標(biāo)簽在金屬表面),其結(jié)果都是一樣的。
吸波材料是具有高磁導(dǎo)率的一種磁性功能材料,通常是將一些吸收劑均勻地填充在高分子材料上,通過特殊工藝制作而成。與傳統(tǒng)意義上的吸波材料相比,該類針對13.56MHz高性能吸波材料在性能表征和使用原理都有所不同。
傳統(tǒng)的吸波材料,主要應(yīng)用對象是在軍事對抗上,進(jìn)行掩蓋、迷惑對方雷達(dá)偵察的一些飛機(jī)、戰(zhàn)艦以及裝甲坦克上,具有使用頻率極高的微波段,而運(yùn)用分析也是遠(yuǎn)場模型。
隨著國際對電磁干擾控制標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格,我國也與國際接軌,加快了對電磁噪聲的治理,特別是電子產(chǎn)品。因此如何實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品滿足這些要求將是一門重要的課程。吸波材料經(jīng)過這些年的發(fā)展,取得了很大的進(jìn)步,但隨著對電子要求越來越高,吸波材料在使用頻率則會(huì)越來越高的前提下,也將會(huì)往厚度薄、性能高、重量輕等方面發(fā)展,而這也是材料進(jìn)步的動(dòng)力之所在。











