湖南現代物流職業(yè)技術學院RFID天線分類目錄1RFID技術原理2RFID天線類型3RFID射頻天線的設計RFID技術原理探秘RFID技術——認知RFID天線01通常情況下,RFID的應用系統(tǒng)主要由讀寫器和RFID卡兩部分組成的,如圖1所示.其中,讀寫器一般作為計算機終端,用來實現對RFID卡的數據讀寫和存儲,它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成.而RFID卡則是一種無源的應答器,主要是由一塊集成電路(IC)芯片及其外接天線組成,其中RFID芯片通常集成有射頻前端、邏輯控制、存儲器等電路,有的甚至將天線一起集成在同一芯片上。射頻識別系統(tǒng)原理圖01RFID技術原理RFID卡與讀寫器實現數據通訊過程中起關鍵的作用是天線。一方面，無源的RFID卡芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器天線產生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了RFID卡與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式。目前RFID已經得到了廣泛應用,且有國際標準：ISO10536、ISO14443、ISO15693、ISO18000等幾種。這些標準除規(guī)定了通訊數據幀協(xié)議外，還著重對工作距離、頻率、耦合方式等與天線物理特性相關的技術規(guī)格進行了規(guī)范。RFID應用系統(tǒng)的標準制定決定了RFID天線的選擇,下面將分別介紹已廣泛應用的各種類型的RFID天線及其性能。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02按工作頻段分類短波天線RFID天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用，對于眾多品種的天線，進行適當的分類是必要的：超短波天線微波天線全向天線定向天線面狀天線線狀天線線圈型微帶貼片型偶極子型按方向性分類按外形分類根據天線的設計工藝分類探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（1）線圈天線當RFID得線圈天線進入讀寫器產生的交變磁場中RFID天線與讀寫器天線之間的相互作用類似于變壓器兩者的線圈相當于變壓器的初級線圈和次級線圈。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（2）偶極子天線在遠距離耦合的RFID應用系統(tǒng)中,最常用的是偶極子天線(又稱對稱振子天線)。其中偶極子天線由兩段同樣粗細和等長的直導線排成一條直線構成,信號從中間的兩個端點饋入。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（2）偶極子天線在遠距離耦合的RFID應用系統(tǒng)中,最常用的是偶極子天線(又稱對稱振子天線)，偶極子天線及其演化形式如圖2-8所示,其中偶極子天線由兩段同樣粗細和等長的直導線排成一條直線構成,信號從中間的兩個端點饋入,在偶極子的兩臂上將產生一定的電流分布,這種電流分布就在天線周圍空間激發(fā)起電磁場，利用麥克斯韋方程就可以求出其輻射場方程:式中Iz為沿振子臂分布的電流,α為相位常數,r是振子中點到觀察點的距離,θ為振子軸到r的夾角,l為單個振子臂的長度，同樣,也可以得到天線的輸入阻抗、輸入回波損耗S11、阻抗帶寬和天線增益等等特性參數。

探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（2）偶極子天線當單個振子臂的長度l=λ/4時(半波振子),輸入阻抗的電抗分量為零,天線輸入阻抗可視為一個純電阻，在忽略天線粗細的橫向影響下,簡單的偶極子天線設計可以取振子的長度l為λ/4的整數倍,如工作頻率為2.45GHz的半波偶極子天線,其長度約為6cm，當要求偶極子天線有較大的輸入阻抗時,可采用折合振子。偶極子天線(a)偶極子天線；(b)折合振子天線；(c)變形偶極子天線探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線1）微帶天線的定義和結構微帶天線是在帶有導體接地板的介質基片上貼加導體薄片而形成的天線。它利用微帶線或同軸線等饋線饋電，在導體貼片與接地板之間激勵起射頻電磁場，并通過貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射。因此微帶天線也可看作為一種縫隙天線。通常介質基片的厚度與波長相比是很小的，因而它實現了一維小型化，屬于電小天線的一類。微帶天線形式探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線2）微帶天線的優(yōu)缺點與應用與普通微波天線相比，微帶天線有如下優(yōu)點:剖面薄，體積小，重量輕；具有平面結構，并可制成與導彈、衛(wèi)星等載體共形的結構；饋電網絡可與天線結構一起制成，并可采用印刷電路技術進行大批量生產；能與有源器件和電路集成為單一的模件；便于獲得圓極化，容易實現雙頻段、雙極化等多功能工作。微帶天線的主要缺點是:頻帶窄；有導體和介質損耗，并且會激勵表面波，導致輻射效率降低；功率容量較小，一般用于中、小功率場合;性能受基片材料影響大。不過，已發(fā)展了不少技術來克服或減小上述缺點。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線矩形微帶天線及其主面方向圖3）微帶天線工作原理微帶貼片天線是由貼在帶有金屬地板的介質基片上的輻射貼片導體所構成的,如圖所示，根據天線輻射特性的需要,可以設計貼片導體為各種形狀，通常貼片天線的輻射導體與金屬地板距離為幾十分之一波長，假設輻射電場沿導體的橫向與縱向兩個方向沒有變化,僅沿約為半波長(λg/2)的導體長度方向變化，則微帶貼片天線的輻射基本上是由貼片導體開路邊沿的邊緣場引起的,輻射方向基本確定探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線微帶天線一般適用于通訊方向變化不大的RFID，應用系統(tǒng)中，為了提高天線的性能并考慮其通訊方向性問題,人們還提出了各種不同的微帶縫隙天線,設計了一種工作在2.4GHz的單縫隙天線和5.9GHz的雙縫隙天線,其輻射波為線極化波；開發(fā)了一種圓極化縫隙耦合貼片天線,它是可以采用左旋圓極化和右旋圓極化來對二進制數據中的‘1’和‘0’進行編碼。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線4）圓極化微帶天線輻射或接收圓極化波的天線稱為圓極化天線。圓極化天線具有以下重要性質。圓極化波是一個等幅的瞬時旋轉場。即沿其傳播方向看去，波的瞬時電場矢量的端點軌跡是一個圓一個圓極化波可以分解為兩個在空間上和在時間上均正交的等幅線極化波任意極化波可分解為兩個旋轉方向相反的圓極化波天線若輻射左旋圓極化波，則只接收左旋圓極化波而不接收右旋圓極化波；反之，若天線輻射右旋圓極化波，則只接收右旋圓極化波。這稱為圓極化天線的旋向正交性。圓極化波入射到對稱目標(如平面、球面等)時，反射波變?yōu)榉葱虻模醋笮ㄗ冇倚?，右旋波變左旋探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線5）寬頻微帶天線隨著微帶天線的應用越來越廣，對于如何展寬微帶天線的帶寬，已經有了很多有效的方法。從目前的情況來看，主要有以下幾種方法(l)降低等效電路Q值:增大基片厚度h，降低相對介電常數盡及增大a、b(矩形貼片情況)等；(2)采用多層結構；(3)附加阻抗匹配網絡；(4)微帶天線貼片切槽；(5)采用縫隙耦合饋電等。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線6）電容藕合饋電微帶天線電容耦合饋電微帶天線示意圖探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線7）移動通信常用的基站天線、直放站天線與室內天線板狀天線的基本知識無論是GSM還是CDMA，板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優(yōu)點是：增益高、扇形區(qū)方向圖好、后瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封性能可靠以及使用壽命長。板狀天線也常常被用作為直放站的用戶天線，根據作用扇形區(qū)的范圍大小，應選擇相應的天線型號。板狀天線高增益的形成，采用多個半波振子排成一個垂直放置的直線陣。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線單個半波振子垂直面方向圖增益為G=2.15dB探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線在直線陣的一側加一塊反射板（以帶反射板的二半波振子垂直陣為例）探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線C.為提高板狀天線的增益，還可以進一步采用八個半波振子排陣探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線2）高增益柵狀拋物面天線從性能價格比出發(fā)，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由于拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強，直徑為1.5m的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達G=20dB。它特別適用于點對點的通信，例如它常常被選用為直放站的施主天線。拋物面采用柵狀結構，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風的阻力。拋物面天線一般都能給出不低于30dB的前后比，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對接收天線所提出的必須滿足的技術指標。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線3）八木定向天線八木定向天線，具有增益較高、結構輕巧、架設方便、價格便宜等優(yōu)點。因此，它特別適用于點對點的通信，例如它是室內分布系統(tǒng)的室外接收天線的首選天線類型。八木定向天線的單元數越多，其增益越高，通常采用6～12單元的八木定向天線，其增益可達10～15dB。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天線的類型02（3）微帶貼片天線4）室內吸頂天線室內吸頂天線必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優(yōu)點?，F今市場上見到的室內吸頂天線，外形花色很多，但其內芯的購造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內部結構，雖然尺寸很小，但由于是在天線寬帶理論的基礎上，借助計算機的輔助設計，以及使用網絡分析儀進行調試，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內的駐波比要求，按照國家標準，在很寬的頻帶內工作的天線其駐波比指標為VSWR≤2。當然，能達到VSWR≤1.5更好。順便指出，室內吸頂天線屬于低增益天線，一般為G=2dB。探秘RFID技術——認知RFID天線RFID天