CN113126011A - 一种射频磁场线圈校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频磁场线圈校准装置，所述射频磁场线圈校准装置包括信号激励源系统、电流测量系统和射频磁场线圈系统。所述信号激励源系统包括射频信号发生器模块、功率放大器模块和电源模块，所述信号激励源系统用于产生特定数值的磁场的幅值及频率；所述电流测量系统用于测量整个装置回路中的电流；所述射频磁场线圈系统包括射频磁场线圈、谐振电路和匹配电路，所述射频磁场线圈系统用于产生带有均匀区的射频磁场。本发明所述射频磁场线圈校准装置可复现频率范围和磁场范围较大的射频磁场，所述射频磁场能够满足实际情况下各种测试、校准所需磁场环境的需求。

Description

一种射频磁场线圈校准装置

技术领域

本发明属于射频识别技术领域，尤其涉及一种射频磁场线圈校准装置。

背景技术

射频技术（RF）是Radio Frequency的缩写，较常见的应用有无线射频识别（RadioFrequency Identification，RFID），常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签。当前射频识别技术已被广泛应用于电子支付、身份识别、图书管理、铁路运输、物联网等场合。射频识别技术多采用无源近场耦合进行非接触式双向数据通信，其核心部件为读写器和电子标签，而读写器和电子标签的核心则为射频磁场线圈。

射频识别技术中所用磁场线圈的工作频率范围为：250 kHz～2.4 GHz，对该频段范围内的交变磁场线圈常数，暂无检测校准装置；射频识别技术至今没有形成统一的行业标准，读写器与标签的技术也没有形成统一，不同制造商所开发的标签通信协议、使用频段、封包格式都不相同，且目前暂无针对该频段范围内交变磁场的检测校准装置。

本发明研制一种射频磁场线圈校准装置，能复现同时满足均匀性要求、磁场强度要求、频率要求的射频磁场。该装置能够满足250kHz～2.4 GHz射频磁场线圈的校准需求，对射频识别技术的发展及射频识别技术行业标准的建立具有重要的意义。

发明内容

针对上述背景技术中提到的技术缺陷，为了解决上述题述问题，本发明提供了一种射频磁场线圈校准装置。

一种射频磁场线圈校准装置，包括：信号激励源系统、电流测量系统和射频磁场线圈系统；

具体的，所述信号激励源系统包括射频信号发生器模块、功率放大器模块和电源模块；所述射频信号发生器模块用于产生用于校准所复现的射频磁场所需的频率、幅值的射频信号，所述功率放大器模块用于对所述射频信号进行放大，所述电源模块用于对所述射频磁场线圈校准装置进行供电；所述信号激励源系统用于控制所复现的射频磁场的频率及幅值；

具体的，所述电流测量系统包括手持万用表和1Ω采样电阻，所述电流测量系统用于测量所述射频磁场线圈校准装置整个回路中的电流；

具体的，所述射频磁场线圈系统包括射频磁场线圈、谐振电路和匹配电路；所述射频磁场线圈用于产生带均匀区的射频磁场，所述谐振电路用于降低所述射频磁场线圈的回路中的阻抗，所述匹配电路用于实现所述射频磁场线圈系统中的电压、电阻的匹配。

进一步的，所述信号激励源系统中的所有模块均通过电路集成在一个控制盒中，所述控制盒用于控制并显示所述信号激励源产生的射频信号的频率及幅值。

进一步的，所述电流测量系统的电流测量采用间接测量法。

进一步的，所述射频磁场线圈系统中的匹配电路和谐振电路均集成在一块电路板上，所述电路板安装于所述射频磁场线圈的顶端。

进一步的，所述射频磁场线圈包括两个环形磁场线圈，且所述两个环形磁场线圈通过电路并联；进一步的，所述两个环形磁场线圈中间配备有测量夹具，所述测量夹具用于固定所述射频磁场线圈。

进一步的，所述谐振电路外加调谐电容，用于完成所述射频磁场线圈的调谐。

进一步的，所述谐振电路、匹配电路中用到的电阻、电容均为可调电阻、可调电容与固定电阻、固定电容的组合。

进一步的，所述调谐电容与所述谐振电路中用到的可调电容并联。

进一步的，所述匹配电路通过厚膜电阻及变压器实现电路的匹配并调节整个电路的品质因素。

进一步的，所述谐振电路位于所述两个环形磁场线圈的顶端连接线的中心位置，用于实现所述两个环形磁场线圈的平均划分。

本发明的有益效果为：本发明所述射频磁场线圈校准装置，能够应用于射频识别技术中的各类射频磁场线圈的测试校准，能够复现指定频率、幅值的射频磁场，并使得复现的射频磁场具有较好的轴向、径向均匀区，能够满足射频磁场线圈的测试校准需求，能灵活的调整复现磁场的频率和幅值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的整体原理框图；

图2为本发明实施例的射频磁场线圈的主视图；

图3为本发明实施例的射频磁场线圈的右视图；

图4为本发明实施例的射频磁场线圈的俯视图。

1-铜管，2-电路模块，3-环形磁场线圈，4-测量夹具。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种射频磁场线圈校准装置，如图1所示，所述射频磁场线圈校准装置包括：

信号激励源系统、电流测量系统和射频磁场线圈系统。

具体的，所述信号激励源系统包括射频信号发生器模块、功率放大器模块和电源模块；所述射频信号发生器模块用于产生用于校准所复现的射频磁场所需的频率、幅值的射频信号，所述功率放大器模块用于对所述射频信号进行放大，所述电源模块用于对所述射频磁场线圈校准装置进行供电；所述信号激励源系统用于控制所复现的射频磁场的频率及幅值；

进一步的，所述信号激励源系统中的所有模块均通过电路集成在一个控制盒中，所述控制盒上配备有液晶屏及小键盘，所述控制盒用于控制并显示所述信号激励源产生的射频信号的频率及幅值。

具体的，所述电流测量系统包括手持万用表和1Ω采样电阻，所述电流测量系统用于测量所述射频磁场线圈校准装置整个回路中的电流；

进一步的，所述电流测量系统的电流测量采用间接测量法，所述电流测量系统主要包含一个1Ω采样电阻和一个万用表，所述万用表并联在所述采样电阻的两端，用于测量所述采样电阻两端的电压，然后通过欧姆定律计算出经过采样电阻的电流，即整个射频磁场线圈校准装置的回路中的电流。

具体的，所述射频磁场线圈系统包括射频磁场线圈、谐振电路和匹配电路；所述射频磁场线圈用于产生带均匀区的射频磁场，所述谐振电路用于降低所述射频磁场线圈的回路中的阻抗，从而在同等功率条件下复现更大的交变磁场；

所述匹配电路通过厚膜电阻及变压器实现所述射频磁场线圈系统中的电压、电阻的匹配，从而调节整个所述射频磁场线圈的品质因素，进而提高转化效率；

进一步的，所述射频磁场线圈系统中的匹配电路和谐振电路均集成在一块电路板上，所述电路板安装于所述射频磁场线圈的顶端；

进一步的，所述射频磁场线圈包括两个环形磁场线圈3，所述两个环形磁场线圈3的直径为300mm，所述两个环形磁场线圈3为单匝结构，且所述两个环形磁场线圈3通过电路并联，构成亥姆霍兹线圈类似结构，用于制造小范围的均匀磁场；进一步的，所述两个环形磁场线圈3中间配备有测量夹具4，所述测量夹具4用于将所述射频磁场线圈固定在亥姆霍兹线圈的均匀区中，从而避免所述射频磁场线圈偏离均匀区而导致的测试误差；

进一步的，所述磁场线圈用于将电信号转化为相应的射频磁场的信号；

进一步的，所述环形磁场线圈3是由紫铜管绕制而成，所述紫铜管为中空的管状结构，所述紫铜管外径为8 mm～10 mm，内径为6 mm～8 mm，覆盖频率为250 kHz～2.4 GHz；

进一步的，所述两个环形磁场线圈3的直径与所述两个环形磁场线圈3之间的距离相同，且所述两个环形磁场线圈3之间通过两根铜管1连接；

进一步的，所述两根铜管1之间的间距为15 mm～20 mm，且所述间距为所述两根铜管1直径的2～3倍；从而避免产生耦合电容；两根铜管1之间通过谐振电路和匹配电路连接，所述谐振电路主要是通过谐振的方式来降低整个线圈的阻抗，从而提高额定电压下所述两根环形磁场线圈3所复现的磁场的幅值；匹配电路主要采用厚膜电阻及变压器实现电路的匹配并调节整个电路的品质因素Q值，Q值与所述两根环形磁场线圈3的匹配点的位置有关，所述匹配电路位于所述两根环形磁场线圈3中心的正上方，可有效提高整个电路的品质因素，因而品质因素可达到20左右。

进一步的，所述谐振电路外加调谐电容，用于完成所述射频磁场线圈的调谐，其协调电容可根据一下公式求得：

进一步的，所述调谐电容与所述谐振电路中用到的可调电容并联，所述射频磁场线圈的电感L通过阻抗分析仪进行测量；由于小量值得匹配电容很难选择，因为本发明采用了将所述两根环形磁场线圈3并联得方式来使电感减半，从而更好得实现电路的匹配。

进一步的，所述谐振电路、匹配电路中用到的电阻、电容均为可调电阻、可调电容与固定电阻、固定电容的组合。

进一步的，所述谐振电路位于所述两个环形磁场线圈3的顶端连接线的中心位置，用于实现所述两个环形磁场线圈3的平均划分，从而提高整个电路的品质因素。

进一步的，所述射频磁场线圈的电路部分位于所述两根铜管1之间，并且配置有BNC接头，从而可以直接将射频磁场线圈连接到采样电阻及信号激励源系统；进而通过信号激励元系统产生指定频率和幅值的射频磁场的信号，并将所述信号通入所述射频磁场线圈；再由所述射频磁场线圈将电信号转化为相应的射频磁场的信号，从而提供射频磁场线圈测试、校准所需的磁场环境。

进一步的，所述射频磁场线圈校准装置的所有电路均集成于电路模块2上。

本发明的有益效果为：本发明所述射频磁场线圈校准装置，能够应用于射频识别技术中的各类射频磁场线圈的测试校准，能够复现指定频率、幅值的射频磁场，并使得复现的射频磁场具有较好的轴向、径向均匀区，能够满足射频磁场线圈的测试校准需求，能灵活的调整复现磁场的频率和幅值。

本发明所设计的射频磁场线圈校准装置所复现磁场的幅值及频率由信号激励源控制；电流测量采用间接测量法。通过测量采样电阻两端电压，根据I=U/R换算得到。谐振电路和匹配电路中所使用的电阻、电容为可调电阻、电容与固定电阻、电容的组合，根据所需复现磁场的频率范围进行调整，从而实现各频率下的电路匹配。本发明所述射频磁场线圈校准装置可复现频率范围为100kHz～2.4GHz，磁场范围为0.1 A/m～100 A/m的射频磁场，且所复现的射频磁场满足在50 mm～200 mm的径向截面内，此处的径向指的以两根铜管1为轴的轴向方向，径向100mm的区域为均匀区的范围，磁场非均匀性优于0.1%～1%；在直径100mm的轴向截面内，磁场非均匀性优于2%。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例和落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述射频磁场线圈校准装置包括信号激励源系统、电流测量系统和射频磁场线圈系统；

信号激励源系统，所述信号激励源系统包括射频信号发生器模块、功率放大器模块和电源模块；所述射频信号发生器模块用于产生用于校准所复现的射频磁场所需的频率、幅值的射频信号，所述功率放大器模块用于对所述射频信号进行放大，所述电源模块用于对所述射频磁场线圈校准装置进行供电；所述信号激励源系统用于控制所复现的射频磁场的频率及幅值；

电流测量系统，所述电流测量系统包括手持万用表和1Ω采样电阻，所述电流测量系统用于测量所述射频磁场线圈校准装置整个回路中的电流；

射频磁场线圈系统，所述射频磁场线圈系统包括射频磁场线圈、谐振电路和匹配电路；所述射频磁场线圈用于产生带均匀区的射频磁场，所述谐振电路用于降低所述射频磁场线圈的回路中的阻抗，所述匹配电路用于实现所述射频磁场线圈系统中的电压、电阻的匹配。

2.根据权利要求1所述射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述信号激励源系统中的所有模块均通过电路集成在一个控制盒中，所述控制盒用于控制并显示所述信号激励源产生的射频信号的频率及幅值。

3.根据权利要求1所述射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述电流测量系统的电流测量采用间接测量法。

4.根据权利要求1所述射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述射频磁场线圈系统中的匹配电路和谐振电路均集成在一块电路板上，所述电路板安装于所述射频磁场线圈的顶端。

5.根据权利要求4所述射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述射频磁场线圈包括两个环形磁场线圈，且所述两个环形磁场线圈通过电路并联；进一步的，所述两个环形磁场线圈中间配备有测量夹具，所述测量夹具用于固定所述射频磁场线圈。

6.根据权利要求1所述射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述谐振电路外加调谐电容，用于完成所述射频磁场线圈的调谐。

7.根据权利要求1所述射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述谐振电路、匹配电路中用到的电阻、电容均为可调电阻、可调电容与固定电阻、固定电容的组合。

8.根据权利要求6所述射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述调谐电容与所述谐振电路中用到的可调电容并联。

9.根据权利要求1所述射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述匹配电路通过厚膜电阻及变压器实现电路的匹配并调节整个电路的品质因素。

10.根据权利要求1或5所述射频磁场线圈校准装置，其特征在于，所述谐振电路位于所述两个环形磁场线圈的顶端连接线的中心位置，用于实现所述两个环形磁场线圈的平均划分。

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