一種提高RFID系統(tǒng)中耦合器定向性的方法

從圖3中明顯可以看出，S11只有很小的變化，這是因為耦合到3，4端口之間耦合線的能量比較小，對輸入反射系數(shù)影響比較小，而在改進型中，并沒有改變除了高阻抗線以外的參數(shù)。S31和S41均有變化，尤其是s41變化很明顯，從-25 dB變到-51 dB，而S31也有變化，從-19 dB變化到-21 dB。S31的變化主要是因為增加了高阻抗線，3端口的匹配狀況發(fā)生改變，反射增加了，因此3端口的能量有小幅度下降。S41下降非常明顯，到了近乎-51 dB，致使定向性超過30 dB，這是因為高阻抗線的反射抵消。這個定向性已經非常高，超過了市場上絕大多數(shù)的定向耦合器的指標，這樣的定向耦合器在RFID系統(tǒng)的應用中是很有用的。值得指出的是，雖然應用了這樣高性能的耦合器，reader信號仍然比tag信號要大很多，但系統(tǒng)分辨力是增加了，可以識別更小功率的tag散射信號。如果兩種信號幅度相差不是特別大，可以在放大器不飽和的條件下得到tag散射信號。
但是從圖3中也可以看出耦合器的缺點，最明顯的就是高定向性的帶寬非常窄，20 dB也只有20 MHz左右，這是因為耦合器本身性能比較差。如果是一個性能本身較好的耦合器，再加上高阻抗線進行調節(jié)，可以得到一個比較滿意的頻率特性。而中間最低的903 MHz處能顯示出這么高的定向性，顯然是由于在這個頻率上，隔離端的漏信號剛好和反射抵消信號是反向的。

3 結論
在RFID系統(tǒng)中，耦合器，環(huán)形器等多端口網(wǎng)絡是非常重要的部件，主要是用于分離reader和tag信號。但是市場上一般的定向耦合器最多只能達到20 dB的定向性，這樣的耦合器很有局限性。應用于RFID系統(tǒng)中，分離tag信號的能力比較弱，或者說，只有在tag信號比較強時才能從信道中分離出。因此需要對其結構進行改進。
理論上的定向耦合器在隔離端的信號強度為0，但是在實際中，由于奇偶模相速度的不平衡，在傳輸?shù)倪^程中，奇偶模的分量往往發(fā)生改變，隔離端的信號便不為0，甚至很大。在文中提出的那款模型，隔離端泄露的信號強度就非常大，僅僅比耦合端小6 dB左右。為了提高定向性，提出了添加高阻抗線法，這種方法是利用高阻抗線終端的反射信號來抵消隔離端的泄露信號。
高阻抗線的一個重要結論是，其終端到耦合端的電長度大約為90°。根據(jù)微帶耦合器理論，要達到最佳的耦合效果，耦合端和隔離端的長度大約為90°，信號相位也相差90°。反射信號要與隔離端信號相差180°，在高阻抗線終端反射回耦合端的信號與耦合端原信號必須反向，這樣才能在傳輸90°以后和隔離端的信號正好反向。另外通過改變高阻抗線的線寬，可以調節(jié)反射信號的強弱。遵循這一原則，通過對高阻抗線的調節(jié)，使得耦合器在903 MHz時，達到-50 dB的隔離度，并使定向性達到30 dB以上。