【技术大神】阅读器的天线设计方案

时间： 2016-06-13 来源：世强

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RFID（Radio Frequency Identification）技术目前应用广泛，常见的有门禁系统、公交刷卡系统、图书管理系统等。

RFID系统通常由应答器、阅读器、和应用软件系统组成。应答器和应用系统这里不作赘述，主要对阅读器进行讨论。阅读器也就是我们通常所说的读卡器，主要由三部分组成：射频芯片、天线、耦合元件。

因物联网的火热，很多半导体厂家将射频芯片高度集成并封装成了一个很小的IC上，例如迈来芯公司生产的MLX90121 RFID收发器。MLX90121一般是用来做标签的，也就是应答器。我们这里先对MLX90121做一个简单的测评分析：

MLX90121结构设计框图如下：

原理图如下：

上图中值得叙述的是CV1这颗可调电容，可以通过对它的电容值调节来调整阻抗匹配到最优的50ohm，这样可以使得天线读卡距离更远。除了CV1以外，天线PCB设计也尤为重要，我们来详细说说。

要设计一款阅读器，首先要确定其板子大小，板子尺寸确定了也就基本确定了天线的尺寸，我们采用天线围着板子边缘绕圈圈，将射频芯片和其他元器件包围在圈圈之内的方式，因为这样天线可以做到最大化，天线越大对读卡距离越有优势。如下图所示：

确定了天线的大小和圈数之后，我们建议采用4层板布线，这样做的目的是在顶层和底层可以加入屏蔽层，屏蔽层可以减少天线线圈本身产生的电场。需要注意的是这个屏蔽层（上图灰色部分）绝对不可以形成回路，这样不仅可以提供电子屏蔽，还可以对EMC起到改良作用。天线的内部结构如下图所示：

除了布线之外，在设计之初，天线的电感值是一个很重要的参数，但是我们不可能精确的计算出来，也没有这个必要。但是可以进行简单的估算。建议采用环形或者矩形天线的设计方法，电感值的估算公式如下：

上述公式可以简单的估算出电感值，但实际天线的电感值由以下几点确定：
1）PCB的类型

2）导线的厚度

3）线圈间距

4）屏蔽层

除了天线的设计以外，环境的变化也会对读卡器的效果产生影响。任何变化磁场都会在靠近读卡器天线的金属元件上感应出电压，这个感应电压会在金属平面上产生涡流，而涡流会导致天线去调并减弱磁场。这些效应的结果是减少工作距离以及可能产生传输出错。天线本身和匹配电路的电子参数温度漂移也可能会产生去调结果，会减少天线的发送功率并减少工作距离。

以上手段只是从画图角度尽量使得阅读器有更好的读卡效果，但远远达不到产品化的水平，各位大神在设计之时，一定要多多查找学习该类产品的设计方法，必要时候也可以借助示波器和阻抗分析仪进行调谐，使得阅读器达到最远和最佳的读卡效果。

作者：胡杨

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全部评论（126）

用户89314200 Lv3. 高级工程师 2018-07-02

学习学习
大虾 Lv6. 高级专家 2018-01-20

定性的分析，不错。
用户_8239 Lv7. 资深专家 2017-11-27

能写无线的是真大神
Kevin_Lee Lv4. 资深工程师 2017-10-16

调试测试这种天线需要什么设备呢？
来去无踪 Lv7. 资深专家 2016-07-30

这个芯片的工作频段是多少？相互间的通信距离能达到多少米？与同类比有哪些优势？

用户28433895 Lv3. 高级工程师 2016-07-29

天线设计中，需要考虑阻抗匹配的问题
- 世小强回复：恭喜您获得我们的热评礼！
用户28433895 Lv3. 高级工程师 2016-07-29

天线部分是否需要加滤波器？
Craig Lv3. 高级工程师 2016-07-27

弱弱的问一下，阅读器和NFC模块哪个更有优势？
用户65549834 Lv3. 高级工程师 2016-07-25

果然是大神，支持
用户54886136 Lv1. 初级工程师 2016-07-25

文章不错，值得分享

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