物联网核心技术研究

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1、第6章 RFID中的天线技术天线技术对RFID系统十分重要，是决定RFID系统性能的关键部件。RFID天线可以分为低频、高频、超高频及微波天线，每一频段天线又分为电子标签天线和读写器天线，不同频段天线的结构、工作原理、设计方法和应用方式有很大差异，导致RFID天线种类繁多、应用各异。在低频和高频频段，读写器与电子标签基本都采用线圈天线。微波RFID天线形式多样，可以采用对称振子天线、微带天线、阵列天线和宽带天线等，同时微波RFID的电子标签较小，天线要求低造价、小型化，因此微波RFID出现了许多天线制作的

2、新技术。为适应世界范围电子标签的快速应用和不断发展，需要提高RFID天线的设计效率，降低RFID天线的制造成本，因此RFID天线大量使用仿真软件进行设计，并采用了多种制作工艺。天线仿真软件功能强大，已经成为天线技术的一个重要手段，天线仿真和测试相结合，可以基本满足RFID天线设计的需要。RFID天线制作工艺主要有线圈绕制法、蚀刻法和印刷法，这些工艺既有传统的制作方法，也有近年来发展起来的新技术，天线制作的新工艺可使RFID天线制作成本大大降低，走出应用成本瓶颈，并促进RFID技术进一步发展。6.1 RFI

3、D天线的应用及设计现状RFID在不同的应用环境中使用不同的工作频段，因此需要采用不同的天线通信技术，来实现数据的无线交换。按照现在RFID系统的工作频段，天线可以分为低频LF、高频HF、超高频UHF及微波天线，不同频段天线的工作原理不同，使得不同天线的设计方法也有本质的不同。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线，这两种天线按方向性可分为全向天线和定向天线等；按外形可分为线状天线和面状天线等；按结构和形式可分为环形天线、偶极天线、双偶极天线、阵列天线、八木天线、微带天线和螺旋天线等。在低频和高

4、频频段，RFID系统主要采用环形天线，用以完成能量和数据的电感耦合；在433MHz、800/900MHz、2.45GHz和5.8GHz的微波频段，RFID系统可以采用的天线形式多样，用以完成不同任务。6.1.1 RFID天线的应用现状影响RFID天线应用性能的参数主要有天线类型、尺寸结构、材料特性、成本价格、工作频率、频带宽度、极化方向、方向性、增益、波瓣宽度、阻抗问题和环境影响等，RFID天线的应用需要对上述参数加以权衡。1．RFID天线应用的一般要求（1）电子标签天线。一般来讲，RFID电子标签天线需

5、要满足如下条件。RFID天线必须足够小，以至于能够附着到需要的物品上。RFID天线必须与电子标签有机地结合成一体，或贴在表面，或嵌入到物体内部。RFID天线的读取距离依赖天线的方向性，一些应用需要标签具备特定的方向性，例如有全向或半球覆盖的方向性，以满足零售商品跟踪等的需要。RFID天线提供最大可能的信号给多种标签的芯片。无论物品在什么方向，RFID天线的极化都能与读写器的询问信号相匹配。RFID天线具有应用的灵活性。电子标签可能被用在高速的传输带上，此时有多普勒频移，天线的频率和带宽要不影响RFID工作

6、。电子标签在读写器读取区域的时间很少，要求有很高的读取速率，所以RFID系统必须保证标签识别的快速无误。RFID天线具有应用的可靠性。RFID标签必须可靠，并保证因温度、湿度、压力和在标签插入、印刷和层压处理中的存活率。RFID天线的频率和频带。频率和频带要满足技术标准，标签期望的工作频率带宽依赖于标签使用地的规定。RFID天线具有鲁棒性。RFID天线非常便宜。RFID标签天线必须是低成本，这约束了天线结构和根据结构使用的材料。标签天线多采用铜、铝或银油墨。（2）读写器天线。读写器天线即可以与读写器集成在

7、一起，也可以采用分离式。对于远距离系统，天线和读写器采取分离式结构，并通过阻抗匹配的同轴电缆连接到一起。读写器天线设计要求低剖面、小型化。读写器由于结构、安装和使用环境等变化多样，读写器产品朝着小型化甚至超小型化发展。读写器天线设计要求多频段覆盖。对于分离式读写器，还将涉及到天线阵的设计问题。目前国际上已经开始研究读写器应用的智能波束扫描天线阵。2．RFID天线的极化不同的RFID系统采用的天线极化方式不同。有些应用可以采用线极化，例如在流水线上，这时电子标签的位置基本上是固定不变的，电子标签的天线可以采

8、用线极化方式。但在大多数场合，由于电子标签的方位是不可知的，所以大部分RFID系统采用圆极化天线，以使RFID系统对电子标签的方位敏感性降低。3．RFID天线的方向性RFID系统的工作距离，主要与读写器给电子标签的供电有关。随着低功耗电子标签芯片技术的发展，电子标签的工作电压不断降低，所需功耗很小，这使得进一步增大系统工作距离的潜能转移到天线上，这就要求有方向性较强的天线。如果天线波瓣宽度越窄，天线的方向性越好，天线的增益越大