1、第3章 RFID中的天線技術(shù) 天線技術(shù)對RFID系統(tǒng)十分重要，是決定RFID性能的關(guān)鍵部件 低頻（LF），高頻（HF），超高頻（UHF）和微波天線； 每個頻段分為讀寫器和電子標簽天線； 低頻和高頻采用線圈天線； 微波采用對稱振子天線，微帶天線，陣列天線和寬帶天線； 工藝：線圈繞制法，蝕刻法和印刷法。3.1 天線概述 發(fā)射機接收機饋線饋線發(fā)射天線接收天線傳輸媒質(zhì)電磁波3.1.1天線的定義天線：凡是利用電磁波來傳遞信息和能量的，都依靠天線來進行工作，天線是用來發(fā)射或接收無線電波的裝置和部件。 天線可以視為傳輸線的終端器件。天線作為一個單端口元件，要求與相連接的饋線阻抗匹配。天線的饋線上要盡可能傳輸

2、行波，使從饋線入射到天線上的能量不被天線反射，盡可能多地輻射出去。天線與饋線、接收機、發(fā)射機的匹配或最佳貫通，是天線工程最關(guān)心的問題之一。 3.1.2天線的分類1按照波段分類 長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等。2按照結(jié)構(gòu)分類 線狀天線、面狀天線、縫隙天線和微帶天線等。3按照用途分類 廣播天線、通信天線、雷達天線、導(dǎo)航天線和RFID天線等 3.1.4 RFID天線的應(yīng)用及設(shè)計現(xiàn)狀1. RFID天線的應(yīng)用現(xiàn)狀 影響RFID天線應(yīng)用性能的參數(shù)主要有天線類型、尺寸結(jié)構(gòu)、材料特性、成本價格、工作頻率、頻帶寬度、極化方向、方向性、增益、波瓣寬度、阻抗問題和環(huán)境影響等，RFID天線的應(yīng)用

3、需要對上述參數(shù)加以權(quán)衡。1）RFID天線應(yīng)用的一般要求 電子標簽天線 閱讀器天線2）RFID天線的極化3）RFID天線的方向性4）RFID天線的阻抗問題5）RFID的環(huán)境影響2. RFID天線的設(shè)計現(xiàn)狀 1）RFID電子標簽天線的設(shè)計 2）RFID讀寫器天線的設(shè)計 3）RFID天線的設(shè)計步驟3.2低頻和高頻RFID天線技術(shù) 在低頻和高頻頻段，讀寫器與電子標簽基本都采用線圈天線，線圈之間存在互感，使一個線圈的能量可以耦合到另一個線圈，因此讀寫器天線與電子標簽天線之間采用電感耦合的方式工作。低頻和高頻RFID天線有如下特點。 （1）天線都采用線圈的形式。 （2）線圈的形式多樣，可以是圓形環(huán)，也可以

4、是矩形環(huán)。（3）天線的尺寸比芯片的尺寸大很多，電子標簽的尺寸主要是由天線決定的。 （4）有些天線的基板是柔軟的，適合粘帖在各種物體的表面。 （5）由天線和芯片構(gòu)成的電子標簽，可以比拇指還小。 （6）由天線和芯片構(gòu)成的電子標簽，可以在條帶上批量生產(chǎn)。3.3微波RFID天線技術(shù) 微波RFID技術(shù)是目前RFID技術(shù)最為活躍和發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域，微波RFID天線與低頻、高頻RFID天線相比有本質(zhì)上的不同。微波RFID天線采用電磁輻射的方式工作，讀寫器天線與電子標簽天線之間的距離較遠，一般超過1m，典型值為110m；微波RFID的電子標簽較小，使天線的小型化成為設(shè)計的重點；微波RFID天線形式多樣，可以

5、采用對稱振子天線、微帶天線、陣列天線和寬帶天線等；微波RFID天線要求低造價，因此出現(xiàn)了許多天線制作的新技術(shù)。 3.3.1 微波RFID天線的結(jié)構(gòu)、圖片和應(yīng)用方式 1微波RFID天線的結(jié)構(gòu)和圖片 微波RFID天線特點： （1）微波RFID天線的結(jié)構(gòu)多樣。 （2）很多電子標簽天線的基板是柔軟的，適合粘帖在各種物體的表面。 （3）天線的尺寸比芯片的尺寸大很多，電子標簽的尺寸主要是由天線決定的。 （4）由天線和芯片構(gòu)成的電子標簽，很多是在條帶上批量生產(chǎn)。 （5）由天線和芯片構(gòu)成的電子標簽尺寸很小。 （6）有些天線提供可擴充裝置，來提供短距離和長距離的RFID電子標簽。2微波RFID天線的應(yīng)用方式 微

6、波RFID天線的應(yīng)用方式很多，下面以倉庫流水線上紙箱跟蹤為例，給出微波RFID天線在跟蹤紙箱過程中的使用方法。 （1）紙箱放在流水線上，通過傳動皮帶送入倉庫。 （2）紙箱上貼有標簽，標簽有兩種形式，一種是電子標簽，一種是條碼標簽。為防止電子標簽損毀，紙箱上還貼有條碼標簽，以作備用。 （3）在倉庫門口，放置3個讀寫器天線，讀寫器天線用來識別紙箱上的電子標簽，從而完成物品識別與跟蹤的任務(wù)。3.3.2 微波RFID天線的設(shè)計微波RFID天線主要采用偶極子天線、微帶天線、非頻變天線和陣列天線等。1彎曲偶極子天線 偶極子天線即振子天線，是微波RFID常用的天線。為了縮短天線的尺寸，在微波RFID中偶極子

7、天線常采用彎曲結(jié)構(gòu)。彎曲偶極子天線縱向延伸方向至少折返一次，從而具有至少兩個導(dǎo)體段，每個導(dǎo)體段分別具有一個延伸軸，這些導(dǎo)體段借助于一個連接段相互平行且有間隔地排列，并且第一導(dǎo)體段向空間延伸，折返的第二導(dǎo)體段與第一導(dǎo)體段垂直，第一和第二導(dǎo)體段擴展成一個導(dǎo)體平面。2微帶天線 微波RFID常采用微帶天線。微帶天線是平面型天線，具有小型化、易集成、方向性好等優(yōu)點，可以做成共形天線，易于形成圓極化，制作成本低，易于大量生產(chǎn)。 微帶天線按結(jié)構(gòu)特征分類，可以分為微帶貼片天線和微帶縫隙天線兩大類； 微帶天線按形狀分類，可以分為矩形、圓形和環(huán)形微帶天線等； 微帶天線按工作原理分類，可以分成諧振型（駐波型）和非諧

8、振型（行波型）微帶天線。（1）微帶駐波貼片天線。 微帶貼片天線是由介質(zhì)基片、在基片一面上任意平面幾何形狀的導(dǎo)電貼片和基片另一面上的接地板所構(gòu)成。貼片形狀可以是多種多樣的。（2）微帶行波貼片天線。 微帶行波天線是由基片、在基片一面上的鏈形周期結(jié)構(gòu)或普通的長TEM波傳輸線和基片另一面上的接地板組成。TEM波傳輸線的末端接匹配負載，當天線上維持行波時，可從天線結(jié)構(gòu)設(shè)計上使主波束位于從邊射到端射的任意方向。（3）微帶縫隙天線。 微帶縫隙天線由微帶饋線和開在地板上的縫隙組成，微帶縫隙天線是把接地板刻出窗口即縫隙，而在介質(zhì)基片的另一面印刷出微帶線對縫隙饋電，縫隙可以是矩形（寬的或窄的）、圓形或環(huán)形。3陣列

9、天線 陣列天線是一類由不少于兩個天線單元規(guī)則或隨機排列，并通過適當激勵獲得預(yù)定輻射特性的天線。就發(fā)射天線來說，簡單的輻射源比如點源、對稱振子源是常見的，陣列天線是將它們按照直線或者更復(fù)雜的形式，排成某種陣列樣子，構(gòu)成陣列形式的輻射源，并通過調(diào)整陣列天線饋電電流、間距、電長度等不同參數(shù)，來獲取最好的輻射方向性。（1）微帶陣列天線。 微帶陣列天線一般應(yīng)用在幾百兆赫茲到幾十吉赫茲的頻率范圍，適合RFID系統(tǒng)使用。微帶陣列天線的優(yōu)點是饋電網(wǎng)絡(luò)可以與輻射元一起制作，并且可以將發(fā)送和接收電路集成在一起，是使用較為廣泛的陣列天線。（2 2）八木天線。八木天線。 八木天線是一種寄生天線陣，只有一個陣元是直接饋

10、電的，其他陣元都是非直接激勵，是采用近場耦合從有源陣元獲得激勵。八木天線有很好的方向性，較偶極子天線有較高的增益，實現(xiàn)了陣列天線提高增益的目的。（引向器，反射器，振子）4 4非頻變天線非頻變天線 一般來說，若天線的相對帶寬達到百分之幾十，這類天線稱為寬頻帶天線；若天線的頻帶寬度能夠達到10:1，這類天線稱為非頻變天線。非頻變天線能在一個很寬的頻率范圍內(nèi)，保持天線的阻抗特性和方向特性基本不變或稍有變化。非頻變天線有多種形式，主要包括平面等角螺旋天線圓錐等角螺旋天線對數(shù)周期天線3.4 RFID天線的制造工藝 RFID天線制作工藝主要有線圈繞制法、蝕刻法和印刷法。 低頻RFID電子標簽天線基本是采用

11、繞線方式制作而成； 高頻RFID電子標簽天線利用以上3種方式均可實現(xiàn)，但以蝕刻天線為主，其材料一般為鋁或銅；UHF RFID電子標簽天線則以印刷天線為主。3.4.1 線圈繞制法 利用線圈繞制法制作RFID天線時，要在一個繞制工具上繞制標簽線圈，并使用烤漆對其進行固定，此時天線線圈的匝數(shù)一般較多。將芯片焊接到天線上之后，需要對天線和芯片進行粘合，并加以固定。 線圈繞制法特點： 頻率范圍：125k-134kHz，線圈圈數(shù)多達幾百到上千； 成本高，速度慢； 需要將芯片和線圈焊接，易虛接。3.4.2蝕刻法 蝕刻法是在一個塑料薄膜上層壓一個平面銅箔片，然后在銅箔片上涂覆光敏膠，干燥后通過一個正片（具有所

12、需形狀的圖案）對其進行光照，然后放入化學顯影液中，此時感光膠的光照部分被洗掉，露出銅，最后放入蝕刻池，所有未被感光膠覆蓋部分的銅被蝕刻掉，從而得到所需形狀的天線。 蝕刻法特點： 精度高，性能穩(wěn)定； 成本高，制作繁瑣，產(chǎn)能低； 適用于HF RFID； 耐用幾十年。3.4.3 印刷法 印刷天線是直接用導(dǎo)電油墨在絕緣基板（薄膜）上印刷導(dǎo)電線路，形成天線和電路。目前印刷天線的主要印刷方法已從只用絲網(wǎng)印刷，擴展到膠印印刷、柔性版印刷和凹印印刷等，較為成熟的制作工藝為網(wǎng)印技術(shù)與凹印技術(shù)。1. 印刷法特點： （1）可更加精確地調(diào)整電性能參數(shù)。 （2）可滿足各種個性化要求。 （3）可使用各種不同基體材料。 （4）可使用各種不同廠家提供的晶片模塊 2導(dǎo)電油墨與RFID印刷天線技術(shù)導(dǎo)電油墨印刷天線技術(shù)的特點如下。 （1）成本低。 （2）導(dǎo)電性好。 （3）操作容易。 （4）無污染。 （5）使用時間短。 3RFID印刷天線的應(yīng)用價值 （1）促進各行業(yè)RFID應(yīng)用。 對于一般商品，RFID標簽的使用會導(dǎo)致產(chǎn)品成本的提高，從而阻礙了RFI