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射頻識(shí)別RFID天線介紹

發(fā)布時(shí)間: 2020-11-26 16:28:04 |

1.射頻識(shí)別天線類型

RFID天線是用電磁波接收或發(fā)射前端無(wú)線信號(hào)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(shí)別系統(tǒng)中，天線分為電子標(biāo)簽天線和讀寫器天線，分別起到接收能量和釋放能量的作用。目前的RFID射頻識(shí)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(shí)別系統(tǒng)天線的原理和設(shè)計(jì)有根本的不同。射頻識(shí)別天線的增益和阻抗特性影響RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的工作距離等，RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻段對(duì)天線大小和輻射損失有要求。因此，RFID射頻識(shí)別天線設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到整個(gè)RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的成功與否。

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1.1近場(chǎng)射頻識(shí)別RFID天線

對(duì)于LF和HF頻段，系統(tǒng)在天線的近場(chǎng)工作，RFID電子標(biāo)簽所需的能量全部通過(guò)電感耦合從讀寫器的耦合線圈輻射近場(chǎng)獲得，工作方式是電感耦合。電場(chǎng)強(qiáng)度根據(jù)距離的3次方衰減，磁場(chǎng)強(qiáng)度根據(jù)距離的2次方衰減，電磁場(chǎng)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(méi)有電磁波傳播的問(wèn)題，所以天線設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一般采用工藝簡(jiǎn)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(shí)，線圈天線會(huì)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(wú)線電識(shí)別線圈天線諧振工作頻率通常為13.56MHz。RFID射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)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(shí)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(gè)問(wèn)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(wèn)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(jiǎn)單。

1.2遠(yuǎn)距離天線

接下來(lái)，我將集中討論遠(yuǎn)距離天線的理論分析和結(jié)構(gòu)。對(duì)于超高頻和微波波段，讀寫器天線用于為RFID電子標(biāo)簽提供能量或喚醒活動(dòng)RFID電子標(biāo)簽，它們相距很遠(yuǎn)，通常位于讀寫器天線的較遠(yuǎn)位置。電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度根據(jù)距離的一側(cè)衰減，電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(chǎng)以電磁波的形式釋放能量。此時(shí)天線設(shè)計(jì)對(duì)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(duì)稱擺天線，由兩條厚度相同、長(zhǎng)度相同的直線導(dǎo)體排成一條直線。中間兩端提供信號(hào)，在偶極的雙臂上產(chǎn)生一定的電流分布。這種電流分布會(huì)在天線周圍的空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)。一般用于RFID無(wú)線識(shí)別電子RFID電子標(biāo)簽的是曲折型偶極天線。
IZ是沿?cái)[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(zhǎng)度。通過(guò)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(wú)視天線厚度橫向影響的簡(jiǎn)單偶極天線設(shè)計(jì)可以將鐘擺長(zhǎng)度L為/4的整數(shù)倍。偶極天線需要更大的輸入阻抗時(shí)，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(shí)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(lái)說(shuō)，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(zhǎng)。假設(shè)輻射電場(chǎng)不沿著導(dǎo)體的側(cè)面和縱向變化，而只沿著約半波長(zhǎng)的導(dǎo)體長(zhǎng)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(kāi)放邊緣的邊緣場(chǎng)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(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)。

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2.RFID射頻識(shí)別天線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

RFID射頻識(shí)別天線結(jié)構(gòu)及環(huán)境因素對(duì)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(chǎng)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(huì)發(fā)生變化，也是因?yàn)榇艌?chǎng)會(huì)在金屬表面引起漩渦。根據(jù)倫茨定律，漩渦會(huì)產(chǎn)生抵抗激勵(lì)的磁通量，大大降低金屬表面的磁通量。超高頻讀寫器天線產(chǎn)生的能量被金屬吸收，讀寫距離大大減少。另外，液體對(duì)電磁信號(hào)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(hào)源(例如發(fā)動(dòng)機(jī)、泵、發(fā)電機(jī))產(chǎn)生電磁干擾等。這是我們?cè)O(shè)計(jì)天線時(shí)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(wèn)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(jì)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(shí)，天線和RFID電子標(biāo)簽芯片之間的匹配問(wèn)題變得更加嚴(yán)重。在傳統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)基于50或75ohm阻抗，RFID射頻識(shí)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(cè)試，天線設(shè)計(jì)也很難優(yōu)化。

對(duì)于近距離RFID射頻識(shí)別應(yīng)用，天線通常與讀者集成。比較一般的東西，如UR5002讀寫器，對(duì)于遠(yuǎn)距離RFID射頻識(shí)別系統(tǒng)，讀寫器天線和讀寫器通常使用單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。比較一般的東西，如UR6258讀寫器，阻抗通過(guò)匹配的同軸電纜連接。一般來(lái)說(shuō)，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(wú)法控制RFID電子標(biāo)簽放置方向，讀寫器天線通常采用圓形極化方式。RFID設(shè)備天線需要低截面、小型化和多頻帶覆蓋。對(duì)于分離式讀寫器，還包括天線陣列的設(shè)計(jì)問(wèn)題。國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始研究將智能波束掃描天線陣列應(yīng)用于讀寫器，讀者可以按照一定的處理順序打開(kāi)“智能”，關(guān)閉其他天線，使系統(tǒng)能夠檢測(cè)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(shí)別RFID天線結(jié)論

目前，RFID射頻識(shí)別射頻識(shí)別技術(shù)已發(fā)展成為一個(gè)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(wú)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(dòng)識(shí)別射頻識(shí)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(dòng)態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。RFID射頻識(shí)別天線設(shè)計(jì)技術(shù)是整個(gè)RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的理想操作提供保證。

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: 采用無(wú)源射頻識(shí)別技術(shù)的會(huì)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(huì)現(xiàn)場(chǎng)更詳細(xì)信息，特別是在自己的展示臺(tái)前，甚至是某些展示品前參展者的行為，從而合理推測(cè)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(duì)特定參展者的營(yíng)銷活動(dòng)，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(chǎng)活動(dòng)，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(shí)，將停車、登記、稱重、手動(dòng)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(shí)別技術(shù)測(cè)量車輛智能重量可以解決這些問(wèn)題。原理是，利用RFID電子標(biāo)簽具有世界唯一號(hào)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(chǎng)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(shí)別技術(shù)引入服裝賣場(chǎng)的管理，賣場(chǎng)最重要的兩個(gè)因素——顧客和服裝可以更智能地管理，服裝賣場(chǎng)原本的會(huì)員管理、服裝庫(kù)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(duì)RFID在服裝賣場(chǎng)收集的顧客行為數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，可以; 詳情>>

: 射頻識(shí)別技術(shù)在血液血袋冷鏈管理中的應(yīng)用介紹; 血液作為特殊的醫(yī)療重要材料，可以解決醫(yī)療，特別是外科的很多問(wèn)題，但血液的流通又是多種疾病的傳播途徑，為了保障血液的安全，必須低溫保存。如何保證各袋血液的安全準(zhǔn)確管理，特別是各袋血液的流動(dòng)過(guò)程全程追溯，是血液血袋管理的首要任務(wù)。RFID具有射頻多標(biāo)簽識(shí)別功能，具有世界唯一ID號(hào)，高頻HR7748讀取器使用13.56MHz頻率，不受液體干擾，; 詳情>>

: 射頻識(shí)別技術(shù)在生物血樣卡/DNA信息卡管理應(yīng)用解決方案; 生物采血卡是公安政法系統(tǒng)的重要物證，包含了采血卡所代表人的所有DNA信息，是打擊犯罪、人員管理、病理調(diào)查等重要信息資料。血液樣卡管理因其數(shù)量多、體積小、保存時(shí)間長(zhǎng)而成為管理的大難題?；赗FID標(biāo)簽的公安生物采血卡管理系統(tǒng)擁有唯一的“身份證”，可以在采血卡中放入射頻識(shí)別芯片，讓采血卡從頭開(kāi)始使用。從血液收集卡的血液收集卡中提; 詳情>>

: 自動(dòng)識(shí)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(shí)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(gòu)買項(xiàng)目和數(shù)量確定到耗材自動(dòng)存儲(chǔ)、出庫(kù)、患者手術(shù)中自動(dòng)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(shí)可以隨時(shí)動(dòng)態(tài)查詢高附加值消耗品的實(shí)時(shí)庫(kù)存、會(huì)計(jì)和支付狀態(tài)，為今后的統(tǒng)計(jì)分析提供詳細(xì)的; 詳情>>

: 基于射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的醫(yī)院制服床單布草管理方案; 基于射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的醫(yī)院制服床單布草管理是將醫(yī)院的醫(yī)生護(hù)士制服、患者制服、床上用品、床單(統(tǒng)稱為被服)上縫制UT4755標(biāo)簽，利用RFID設(shè)備、手持設(shè)備、固定讀寫器等自動(dòng)識(shí)別被服的注冊(cè)、清點(diǎn)、領(lǐng)用、分發(fā)、回收、追蹤、分揀等各個(gè)管理環(huán)節(jié)的智能管理方式，減輕醫(yī)院被服管理方面的工作負(fù)擔(dān)，提高醫(yī)院智能化水平，提高管理效率。; 詳情>>

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