rfid原理及应用许毅(第3章)陈建军

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1、第3章RFID中的天线技术3.1天线概述由发射机产生的高频振荡能量，经过传输线（在天线领域，传输线也称为馈线）传送到发射天线，然后由发射天线变为电磁波能量，向预定方向辐射。电磁波通过传播媒质到达接收天线后，接收天线将接收到的电磁波能量转变为导行电磁波，然后通过馈线送到接收机，完成无线电波传输的过程。天线在上述无线电波传输的过程中，是无线通信系统的第一个和最后一个器件。3.1.1天线的定义凡是利用电磁波来传递信息和能量的，都依靠天线来进行工作，天线是用来发射或接收无线电波的装置和部件。天线可以视为传输线的终端器件。天线作为一个单端口元件，要求与相连接的

2、馈线阻抗匹配。天线的馈线上要尽可能传输行波，使从馈线入射到天线上的能量不被天线反射，尽可能多地辐射出去。天线与馈线、接收机、发射机的匹配或最佳贯通，是天线工程最关心的问题之一。3.1.2天线的分类1．按照波段分类长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等。2．按照结构分类线状天线、面状天线、缝隙天线和微带天线等。3．按照用途分类广播天线、通信天线、雷达天线、导航天线和RFID天线等3.1.3天线的研究方法电磁场随时间变化是产生辐射的原因。频率低时，辐射较微弱；频率越高，辐射就越强。天线的结构应该使电场和磁场分布在同一空间，这样可以使两者能量

3、直接转化，电磁能量可以向远处辐射。1．叠加原理天线的辐射符合叠加原理。（1）线天线。线天线首先求出元电流（或称为电基本振子）的辐射场，然后找出线天线上的电流分布，线天线的辐射是元电流辐射的线积分。（2）面天线。面天线将辐射问题分为内问题和外问题，由已知激励源求天线封闭面上的场为内问题，由封闭面上的场求外部空间辐射场为外问题。在求天线的外问题时，辐射场也要用到叠加原理。2．研究天线的3个方法研究天线辐射的常用方法有如下3种。解析解数值解仿真软件3.1.4RFID天线的应用及设计现状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、

4、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电子标签天线阅读器天线2）RFID天线的极化3）RFID天线的方向性4）RFID天线的阻抗问题5）RFID的环境影响2.RFID天线的设计现状RFID电子标签天线的设计RFID读写器天线的设计RFID天线的设计步骤3.2低频和高频RFID天线技术在低频和高频频段，读写器与电子标签基本都采用线圈天线，线圈之间存在互感，使一个线圈的能量可以耦合到另一个线圈，因此读写器天线与电子标

5、签天线之间采用电感耦合的方式工作。读写器天线与电子标签天线是近场耦合，电子标签处于读写器的近区，当超出上述范围时，近场耦合便失去作用，开始过渡到远距离的电磁场。当电子标签逐渐远离读写器，处于读写器的远区时，电磁场将摆脱天线，并作为电磁波进入空间。本节所讨论的低频和高频RFID天线，是基于近场耦合的概念进行设计。低频和高频RFID天线有如下特点。（1）天线都采用线圈的形式。（2）线圈的形式多样，可以是圆形环，也可以是矩形环。（3）天线的尺寸比芯片的尺寸大很多，电子标签的尺寸主要是由天线决定的。（4）有些天线的基板是柔软的，适合粘帖在各种物体的表面。（5

6、）由天线和芯片构成的电子标签，可以比拇指还小。（6）由天线和芯片构成的电子标签，可以在条带上批量生产。3.3微波RFID天线技术微波RFID技术是目前RFID技术最为活跃和发展最为迅速的领域，微波RFID天线与低频、高频RFID天线相比有本质上的不同。微波RFID天线采用电磁辐射的方式工作，读写器天线与电子标签天线之间的距离较远，一般超过1m，典型值为1～10m；微波RFID的电子标签较小，使天线的小型化成为设计的重点；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；微波RFID天线要求低造价，因此出现了许多天线制作的

7、新技术。3.3.1微波RFID天线的结构、图片和应用方式1．微波RFID天线的结构和图片2．微波RFID天线的应用方式微波RFID天线的应用方式很多，下面以仓库流水线上纸箱跟踪为例，给出微波RFID天线在跟踪纸箱过程中的使用方法。（1）纸箱放在流水线上，通过传动皮带送入仓库。（2）纸箱上贴有标签，标签有两种形式，一种是电子标签，一种是条码标签。为防止电子标签损毁，纸箱上还贴有条码标签，以作备用。（3）在仓库门口，放置3个读写器天线，读写器天线用来识别纸箱上的电子标签，从而完成物品识别与跟踪的任务。3.3.2微波RFID天线的设计微波RFID天线的设计

8、，需要考虑天线采用的材料、天线的尺寸、天线的作用距离，并需要考虑频带宽度、方向性和增益等电参数。微波RFID