射頻識別RFID天線介紹

發(fā)布時間: 2020-11-26 16:28:04 |

1.射頻識別天線類型

RFID天線是用電磁波接收或發(fā)射前端無線信號功率的設(shè)備，是電路和空間的接口設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)波和自由空間波能量轉(zhuǎn)化。在RFID射頻識別系統(tǒng)中，天線分為電子標(biāo)簽天線和閱讀器天線，分別起到接收能量和釋放能量的作用。目前的RFID射頻識別系統(tǒng)主要集中在低頻LF、高頻HF(13.56MHz)、超高頻UHF(860-960MHz)和微波波段，根據(jù)工作波段的不同，射頻識別系統(tǒng)天線的原理和設(shè)計有根本的不同。射頻識別天線的增益和阻抗特性影響RFID自動識別系統(tǒng)的工作距離等，RFID射頻識別系統(tǒng)的工作頻段對天線大小和輻射損失有要求。因此，RFID射頻識別天線設(shè)計的好壞關(guān)系到整個RFID自動識別系統(tǒng)的成功與否。

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1.1近場射頻識別RFID天線

對于LF和HF頻段，系統(tǒng)在天線的近場工作，RFID電子標(biāo)簽所需的能量全部通過電感耦合從閱讀器的耦合線圈輻射近場獲得，工作方式是電感耦合。電場強(qiáng)度根據(jù)距離的3次方衰減，磁場強(qiáng)度根據(jù)距離的2次方衰減，電磁場元件相位差為90，光子向量為虛數(shù)，能量不向外輻射，只在天線表面附近交換電能和磁能。近距離領(lǐng)域?qū)嶋H上沒有電磁波傳播的問題，所以天線設(shè)計比較簡單，一般采用工藝簡單、成本低廉的線圈天線。
線圈天線本質(zhì)上是諧振電路。在指定的工作頻率下，當(dāng)感應(yīng)阻抗等于電容器阻抗時，線圈天線會產(chǎn)生共振。諧振電路的諧振頻率為：(L是天線的線圈電感，C是天線的線圈電容)。HF段RFID無線電識別線圈天線諧振工作頻率通常為13.56MHz。RFID射頻識別應(yīng)用系統(tǒng)通過該頻率載體實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信。在某些應(yīng)用環(huán)境中，RFID射頻識別線圈天線形狀小，需要工作距離，因此線圈天線的相互電感只能減少。為了解決這個問題，我們通常在線圈內(nèi)部插入具有高電導(dǎo)率的鐵氧體材料，以增加互感，補(bǔ)償線圈橫截面減少的問題。近距離天線的工作方式與我們熟悉的變壓器原理完全相似，理論比較簡單。

1.2遠(yuǎn)距離天線

接下來，我將集中討論遠(yuǎn)距離天線的理論分析和結(jié)構(gòu)。對于超高頻和微波波段，閱讀器天線用于為RFID電子標(biāo)簽提供能量或喚醒活動RFID電子標(biāo)簽，它們相距很遠(yuǎn)，通常位于閱讀器天線的較遠(yuǎn)位置。電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度根據(jù)距離的一側(cè)衰減，電場和磁場方向相互垂直，與傳播方向垂直。博因汀矢量是實(shí)數(shù)，電磁場以電磁波的形式釋放能量。此時天線設(shè)計對系統(tǒng)性能有很大影響，常用偶極或微帶貼片天線。下面將分別詳細(xì)分析。

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1.2.1偶極天線
偶極天線，也稱為對稱擺天線，由兩條厚度相同、長度相同的直線導(dǎo)體排成一條直線。中間兩端提供信號，在偶極的雙臂上產(chǎn)生一定的電流分布。這種電流分布會在天線周圍的空間產(chǎn)生電磁場。一般用于RFID無線識別電子RFID電子標(biāo)簽的是曲折型偶極天線。
IZ是沿擺錘臂分布的電流，是相位常數(shù)，R是擺錘中點(diǎn)到觀察點(diǎn)的距離，是擺錘軸到R的角度，L是單擺臂的長度。通過ADS、HFSS等高頻軟件仿真，可以獲得天線的輸入阻抗、輸入回波損耗S11、阻抗帶寬和天線增益等特性參數(shù)。天線輸入阻抗可以被認(rèn)為是純電阻。例如，如果用N條導(dǎo)線折疊偶極，則假定所有導(dǎo)線的電路相同，供應(yīng)端阻抗為70N2。無視天線厚度橫向影響的簡單偶極天線設(shè)計可以將鐘擺長度L為/4的整數(shù)倍。偶極天線需要更大的輸入阻抗時，可以使用折疊偶極天線。
1.2.2微帶貼片天線
微帶貼片天線質(zhì)量輕，體積小，單面薄，饋線和匹配網(wǎng)絡(luò)可以與天線同時制作，與通信系統(tǒng)的印刷電路集成，貼片可以使用光刻工藝制造，成本低，便于批量生產(chǎn)。微帶貼片天線由于供應(yīng)方式和極化方式的多樣化和饋電網(wǎng)絡(luò)、有源電路集成等特點(diǎn)，成為印刷天線類的主角。

一般來說，微帶貼片天線的輻射導(dǎo)體和金屬地面距離為數(shù)十分之一波長。假設(shè)輻射電場不沿著導(dǎo)體的側(cè)面和縱向變化，而只沿著約半波長的導(dǎo)體長度方向變化。微帶貼片天線的輻射基本上是由貼片導(dǎo)體開放邊緣的邊緣場產(chǎn)生的，方向基本上是確定的。因此，微帶貼片天線適用于通信方向變化不大的RFID射頻識別應(yīng)用系統(tǒng)。

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2.RFID射頻識別天線設(shè)計要點(diǎn)

RFID射頻識別天線結(jié)構(gòu)及環(huán)境因素對天線性能有很大影響。天線的結(jié)構(gòu)決定天線模式、阻抗特性、駐波比、天線增益、極化方向和工作頻段等特性。天線特性也受所附加物體的形狀和物理特性的影響。例如，磁場不能穿透金屬等導(dǎo)磁性材料，金屬物附近的磁力線形狀可能會發(fā)生變化，也是因為磁場會在金屬表面引起漩渦。根據(jù)倫茨定律，漩渦會產(chǎn)生抵抗激勵的磁通量，大大降低金屬表面的磁通量。超高頻閱讀器天線產(chǎn)生的能量被金屬吸收，讀寫距離大大減少。另外，液體對電磁信號有吸收作用，彈性基層產(chǎn)生RFID電子標(biāo)簽和天線變形，寬帶信號源(例如發(fā)動機(jī)、泵、發(fā)電機(jī))產(chǎn)生電磁干擾等。這是我們設(shè)計天線時要仔細(xì)考慮的部分。目前，研究領(lǐng)域根據(jù)天線的上述特性提出了多種解決方案。例如，用曲折天線解決大小限制，用反向F型天線解決金屬表面的反射問題等。
天線的目標(biāo)是將最大能量傳輸?shù)诫娐穬?nèi)外。這就需要仔細(xì)設(shè)計天線與自由空間和電路的匹配，天線匹配程度越高，天線的輻射性能就越高。當(dāng)工作頻率增加到UHF區(qū)域時，天線和RFID電子標(biāo)簽芯片之間的匹配問題變得更加嚴(yán)重。在傳統(tǒng)的天線設(shè)計中，可以控制天線大小和結(jié)構(gòu)，使用阻抗匹配轉(zhuǎn)換器將輸入阻抗與饋線匹配。一般天線開發(fā)基于50或75ohm阻抗，RFID射頻識別系統(tǒng)中芯片的輸入阻抗可以是任意值，在工作狀態(tài)下很難準(zhǔn)確測試，天線設(shè)計也很難優(yōu)化。

對于近距離RFID射頻識別應(yīng)用，天線通常與讀者集成。比較一般的東西，如UR5002閱讀器，對于遠(yuǎn)距離RFID射頻識別系統(tǒng)，閱讀器天線和閱讀器通常使用單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。比較一般的東西，如UR6258閱讀器，阻抗通過匹配的同軸電纜連接。一般來說，定向天線的回聲損失較小，因此更適合RFID電子標(biāo)簽應(yīng)用。由于無法控制RFID電子標(biāo)簽放置方向，閱讀器天線通常采用圓形極化方式。RFID閱讀器天線需要低截面、小型化和多頻帶覆蓋。對于分離式閱讀器，還包括天線陣列的設(shè)計問題。國外已經(jīng)開始研究將智能波束掃描天線陣列應(yīng)用于閱讀器，讀者可以按照一定的處理順序打開“智能”，關(guān)閉其他天線，使系統(tǒng)能夠檢測到其他天線應(yīng)用區(qū)域的RFID電子標(biāo)簽，從而擴(kuò)大系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

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3 .射頻識別RFID天線結(jié)論

目前，RFID射頻識別射頻識別技術(shù)已發(fā)展成為一個獨(dú)立的跨學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域，融合了天線技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、高頻技術(shù)、電磁兼容性、數(shù)據(jù)保護(hù)和加密、無線通信技術(shù)、封裝制造技術(shù)等多種專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)。RFID自動識別射頻識別技術(shù)可大大降低人工成本，提高工作準(zhǔn)確性，加快數(shù)據(jù)處理速度，有效跟蹤物流動態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。RFID射頻識別天線設(shè)計技術(shù)是整個RFID自動識別系統(tǒng)設(shè)計中相當(dāng)重要的攻擊技術(shù)，需要更細(xì)致地考慮RFID射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境、工作頻率、阻抗匹配等影響。為RFID自動識別系統(tǒng)的理想操作提供保證。

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: 采用無源射頻識別技術(shù)的會展簽到以及參展人員信息收集方案; 成功的展覽應(yīng)該使展示企業(yè)能夠準(zhǔn)確地了解展會現(xiàn)場更詳細(xì)信息，特別是在自己的展示臺前，甚至是某些展示品前參展者的行為，從而合理推測那些觀眾的心理和展示后可能留在觀眾心中的觀看印象。為了使企業(yè)能夠判斷參加此次展覽的方法效果和針對特定參展者的營銷活動，下次參加展覽應(yīng)該加強(qiáng)什么，避免什么，減少不必要的現(xiàn)場活動，節(jié)省參展成本，增加; 詳情>>

: 采用超高頻遠(yuǎn)距離讀卡器的智能車輛稱重管理方案; 現(xiàn)在一般需要稱重的車輛，如礦石、煤炭、垃圾、燃料運(yùn)輸車輛等，需要稱重時，將停車、登記、稱重、手動輸入數(shù)據(jù)輸入電腦，失誤大，有可能內(nèi)外勾結(jié)損害公司利益，效率低下。利用RFID遠(yuǎn)距離射頻識別技術(shù)測量車輛智能重量可以解決這些問題。原理是，利用RFID電子標(biāo)簽具有世界唯一號碼，將UR5206遠(yuǎn)距離讀卡器與電子地磅相結(jié)合，構(gòu)成智能稱重系統(tǒng)，在; 詳情>>

: 服裝門店中的試衣魔鏡,智能收銀,快速盤點(diǎn),智慧試衣間,顧客行為收集應(yīng)用RFID技術(shù)介紹; 服裝賣場作為服裝企業(yè)銷售一線陣地，能否發(fā)揮最大效用決定企業(yè)的成敗。隨著射頻識別技術(shù)引入服裝賣場的管理，賣場最重要的兩個因素——顧客和服裝可以更智能地管理，服裝賣場原本的會員管理、服裝庫存盤點(diǎn)、收發(fā)貨、商品查找、配貨、防盜等可以更有效地管理。而且，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)，對RFID在服裝賣場收集的顧客行為數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，可以; 詳情>>

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: 自動識別技術(shù)在醫(yī)療藥品耗材管理應(yīng)用解決方案; RFID醫(yī)療耗材管理利用射頻識別技術(shù)建立完善的高附加值醫(yī)療耗材跟蹤和回溯系統(tǒng)，是解決從醫(yī)療耗材購買項目和數(shù)量確定到耗材自動存儲、出庫、患者手術(shù)中自動使用精準(zhǔn)等高附加值耗材管理現(xiàn)狀的解決方案。各醫(yī)療消耗品可以追溯到供應(yīng)商、制造商、使用者，同時可以隨時動態(tài)查詢高附加值消耗品的實(shí)時庫存、會計和支付狀態(tài)，為今后的統(tǒng)計分析提供詳細(xì)的; 詳情>>

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