RFID基礎(chǔ)知識(shí)二

1、RFID基礎(chǔ)知識(shí)二頻段分布RFID工作頻率的選擇，要顧及其他無(wú)線電服務(wù)，不能對(duì)其他服務(wù)造成干擾和影響，因而RFID系統(tǒng)通常只能使用特別為工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用而保留的ISM頻率。ISM頻段的主要頻率范圍如下。1頻率6.78MHz這個(gè)頻率范圍為6.7656.795MHz，屬于短波頻率，這個(gè)頻率范圍在國(guó)際上已由國(guó)際電信聯(lián)盟指派作為ISM頻段使用，并將越來(lái)越多地被RFID系統(tǒng)使用。這個(gè)頻段起初是為短波通信設(shè)置的，根據(jù)這個(gè)頻段電磁波的傳播特性，短波通信白天只能達(dá)到很小的作用距離，最多幾百公里，夜間可以橫貫大陸傳播。這個(gè)頻率范圍的使用者是不同類別的無(wú)線電服務(wù)，如無(wú)線電廣播服務(wù)、無(wú)線電氣象服務(wù)和無(wú)線電航空服

2、務(wù)等。2頻率13.56MHz這個(gè)頻率范圍為13.55313.567MHz，處于短波頻段，也是ISM頻段。在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，除了電感耦合RFID系統(tǒng)外，還有其他的ISM應(yīng)用，如遙控系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離控制模型系統(tǒng)、演示無(wú)線電系統(tǒng)和傳呼機(jī)等。這個(gè)頻段起初也是為短波通信設(shè)置的，根據(jù)這個(gè)頻段電磁波的傳播特性，無(wú)線信號(hào)允許晝夜橫貫大陸聯(lián)系。這個(gè)頻率范圍的使用者是不同類別的無(wú)線電服務(wù)機(jī)構(gòu)，例如新聞機(jī)構(gòu)和電信機(jī)構(gòu)等。3頻率27.125MHz這個(gè)頻率范圍為26.95727.283MHz，除了電感耦合RFID系統(tǒng)外，這個(gè)頻率范圍的ISM應(yīng)用還有醫(yī)療用電熱治療儀、工業(yè)用高頻焊接裝置和傳呼機(jī)等。在安裝工業(yè)用27MHz的RF

3、ID系統(tǒng)時(shí)，要特別注意附近可能存在的任何高頻焊接裝置，高頻焊接裝置產(chǎn)生很高的場(chǎng)強(qiáng)，將嚴(yán)重干擾工作在同一頻率的RFID系統(tǒng)。另外，在規(guī)劃醫(yī)院27MHz的RFID系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)特別注意可能存在的電熱治療儀干擾。4頻率40.680MHz這個(gè)頻率范圍為40.66040.700MHz，處于VHF頻帶的低端，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，ISM的主要應(yīng)用是遙測(cè)和遙控。在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，電感耦合射頻識(shí)別的作用距離較小，而這個(gè)頻率7.5m的波長(zhǎng)也不適合構(gòu)建較小的和價(jià)格便宜的反向散射電子標(biāo)簽，因此該頻段目前沒(méi)有射頻識(shí)別系統(tǒng)工作，屬于對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)不太適用的頻帶。5頻率433.920MHz這個(gè)頻率范圍為430.050434.79

4、0MHz，在世界范圍內(nèi)分配給業(yè)余無(wú)線電服務(wù)使用，該頻段大致位于業(yè)余無(wú)線電頻帶的中間，目前已經(jīng)被各種ISM應(yīng)用占用。這個(gè)頻率范圍屬于UHF頻段，電磁波遇到建筑物或其他障礙物時(shí)，將出現(xiàn)明顯的衰減和反射。該頻段可用于反向散射RFID系統(tǒng)，除此之外，還可用于小型電話機(jī)、遙測(cè)發(fā)射器、無(wú)線耳機(jī)、近距離小功率無(wú)線對(duì)講機(jī)、汽車無(wú)線中央閉鎖裝置等。但是，在這個(gè)頻帶中，由于應(yīng)用眾多，ISM的相互干擾比較大。6頻率869.0MHz這個(gè)頻率范圍為868870MHz，處于UHF頻段。自1997年以來(lái)，該頻段在歐洲允許短距離設(shè)備使用，因而也可以作為RFID頻率使用。一些遠(yuǎn)東國(guó)家也在考慮對(duì)短距離設(shè)備允許使用這個(gè)頻率范圍。7

5、頻率915.0MHz在美國(guó)和澳大利亞，頻率范圍888889MHz和902928MHz已可使用，并被反向散射RFID系統(tǒng)使用。這個(gè)頻率范圍在歐洲還沒(méi)有提供ISM應(yīng)用。與此鄰近的頻率范圍被按CT1和CT2標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的無(wú)繩電話占用。8頻率2.45GHz這個(gè)ISM頻率的范圍為2.4002.483 5GHz，屬于微波波段，也處于UHF頻段，與業(yè)余無(wú)線電愛好者和無(wú)線電定位服務(wù)使用的頻率范圍部分重疊。該頻段電磁波是準(zhǔn)光線傳播，建筑物和障礙物都是很好的反射面，電磁波在傳輸過(guò)程中衰減很大。這個(gè)頻率范圍適合反向散射 RFID 系統(tǒng)，除此之外，該頻段典型 ISM 應(yīng)用還有藍(lán)牙和802.11協(xié)議無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等。9頻率5.8

6、GHz這個(gè)ISM頻率的范圍為5.7255.875GHz，屬于微波波段，與業(yè)余無(wú)線電愛好者和無(wú)線電定位服務(wù)使用的頻率范圍部分重疊。這個(gè)頻率范圍內(nèi)的典型ISM應(yīng)用是反向散射RFID系統(tǒng)，可以用于高速公路RFID系統(tǒng)，還可用于大門啟閉（在商店或百貨公司）系統(tǒng)。10頻率24.125GHz這個(gè)ISM頻率的范圍為24.0024.25GHz，屬于微波波段，與業(yè)余無(wú)線電愛好者、無(wú)線電定位服務(wù)以及地球資源衛(wèi)星服務(wù)使用的頻率范圍部分重疊。在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，目前尚沒(méi)有射頻識(shí)別系統(tǒng)工作，此波段主要用于移動(dòng)信號(hào)傳感器，也用于傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)線電定向系統(tǒng)。11其他頻率的應(yīng)用135kHz以下的頻率范圍沒(méi)有作為工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（

7、ISM）頻率保留，這個(gè)頻段被各種無(wú)線電服務(wù)大量使用。除了ISM頻率外，135kHz以下的整個(gè)頻率范圍RFID也是可用的，因?yàn)檫@個(gè)頻段可以用較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度工作，特別適用于電感耦合的RFID系統(tǒng)。根據(jù)這個(gè)頻段電磁波的傳播特性，占用這個(gè)頻率范圍的無(wú)線電服務(wù)可以達(dá)到半徑1 000km公里以上。在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，典型的無(wú)線電服務(wù)是航空導(dǎo)航無(wú)線電服務(wù)、航海導(dǎo)航無(wú)線電服務(wù)、定時(shí)信號(hào)服務(wù)、頻率標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)以及軍事無(wú)線電服務(wù)。一個(gè)用這種頻率工作的射頻識(shí)別系統(tǒng)，將使讀寫器周圍幾百米內(nèi)的無(wú)線電鐘失效，為了防止這類沖突，未來(lái)可能在70119kHz之間規(guī)定一個(gè)保護(hù)區(qū)，不允許RFID系統(tǒng)占用。 RFID使用的頻段（1）射頻識(shí)

8、別RFID產(chǎn)生并輻射電磁波，但是RFID系統(tǒng)要顧及其他無(wú)線電服務(wù)，不能對(duì)其他無(wú)線電服務(wù)造成干擾，因此RFID系統(tǒng)通常使用為工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療特別保留的ISM頻段。ISM頻段為6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、40.68MHz、433.92MHz、869.0MHz、915.0MHz、2.45GMHz、5.8GHz以及24.125GHz等，RFID常采用上述某些ISM頻段，除此之外，RFID也采用0135kHz之間的頻率。RFID系統(tǒng)在讀寫器和電子標(biāo)簽之間通過(guò)射頻無(wú)線信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。讀寫器和電子標(biāo)簽之間射頻信號(hào)的傳輸主要有兩種方式，一種是電感耦合方式，一種是

9、電磁反向散射方式，這兩種方式采用的頻率不同，工作原理也不同。1RFID電感耦合方式使用的頻率電感耦合方式的RFID系統(tǒng)，電子標(biāo)簽一般為無(wú)源標(biāo)簽，其工作能量通過(guò)電感耦合方式從讀寫器天線的近場(chǎng)中獲得。電子標(biāo)簽與讀寫器之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，電子標(biāo)簽需要位于讀寫器附近，通信和能量傳輸由讀寫器和電子標(biāo)簽諧振電路的電感耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種方式中，讀寫器和電子標(biāo)簽的天線是線圈，讀寫器的線圈在它周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)電子標(biāo)簽通過(guò)時(shí)，電子標(biāo)簽線圈上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，整流后可為電子標(biāo)簽上的微型芯片供電，使電子標(biāo)簽開始工作。RFID 電感耦合方式中，讀寫器線圈和電子標(biāo)簽線圈的電感耦合如圖 4.1所示。計(jì)算表明，在與線圈天線的距離增

10、大時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的下降起初為60dB/10倍頻程，當(dāng)過(guò)渡到距離天線 /2 之后，磁場(chǎng)強(qiáng)度的下降為20dB/10倍頻程。另外，工作頻率越低，工作波長(zhǎng)越長(zhǎng)，例如，6.78MHz、13.56MHz和27.125MHz的工作波長(zhǎng)分別為44m、22m和11m?？梢钥闯?，在讀寫器的工作范圍內(nèi)（例如0-10cm），使用頻率較低的工作頻率有利于讀寫器線圈和電子標(biāo)簽線圈的電感耦合?，F(xiàn)在電感耦合方式的RFID系統(tǒng)，一般采用低頻和高頻頻率，典型的頻率為125kHz、135kHz、6.78MHz、13.56MHz和27.125MHz。（1）小于135kHz的RFID系統(tǒng)。該頻段電子標(biāo)簽工作在低頻，最常用的工作頻率為12

11、5kHz。該頻段RFID系統(tǒng)的工作特性和應(yīng)用如下。工作頻率不受無(wú)線電頻率管制約束。閱讀距離一般情況下小于1m。有較高的電感耦合功率可供電子標(biāo)簽使用。無(wú)線信號(hào)可以穿透水、有機(jī)組織和木材等。典型應(yīng)用為動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、工具識(shí)別、電子閉鎖防盜等。與低頻電子標(biāo)簽相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有用于動(dòng)物識(shí)別的ISO11784/11785和空中接口協(xié)議ISO18000-2（125135kHz）等。非常適合近距離、低速度、數(shù)據(jù)量要求較少的識(shí)別應(yīng)用。（2）6.78MHz的RFID系統(tǒng)。該頻段電子標(biāo)簽工作在高頻，RFID系統(tǒng)的工作特性和應(yīng)用如下。與13.56MHz相比，電子標(biāo)簽可供使用的功率大一些。與13.56MHz相比，時(shí)

12、鐘頻率降低一半。有一些國(guó)家沒(méi)有使用該頻段。（3）13.56MHz的RFID系統(tǒng)。該頻段電子標(biāo)簽工作在高頻，RFID系統(tǒng)的工作特性和應(yīng)用如下。這是最典型的RFID高頻工作頻率。該頻段的電子標(biāo)簽是實(shí)際應(yīng)用中使用量最大的電子標(biāo)簽之一。該頻段在世界范圍內(nèi)用作ISM頻段使用。我國(guó)第二代身份證采用該頻段。數(shù)據(jù)傳輸快，典型值為106kbit/s。高時(shí)鐘頻率，可實(shí)現(xiàn)密碼功能或使用微處理器。典型應(yīng)用包括電子車票、電子身份證、電子遙控門鎖控制器等。相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有ISO14443、ISO15693和ISO18000-3等。電子標(biāo)簽一般制成標(biāo)準(zhǔn)卡片形狀。（4）27.125MHz的RFID系統(tǒng)。不是世界范圍的ISM頻

13、段。數(shù)據(jù)傳輸較快，典型值為424kbit/s。高時(shí)鐘頻率，可實(shí)現(xiàn)密碼功能或使用微處理器。與13.56MHz相比，電子標(biāo)簽可供使用的功率小一些。2RFID電磁反向散射方式使用的頻率電磁反向散射的RFID系統(tǒng)，采用雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)的信息。該方式一般適合于微波頻段，典型的工作頻率有433MHz、800/900MHz、2.45GHz和5.8GHz，屬于遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)。微波電子標(biāo)簽分為有源標(biāo)簽與無(wú)源標(biāo)簽兩類，電子標(biāo)簽工作時(shí)位于讀寫器的遠(yuǎn)區(qū)，電子標(biāo)簽接收讀寫器天線的輻射場(chǎng)，讀寫器天線的輻射場(chǎng)為無(wú)源電子標(biāo)簽提供射頻能量，將有源電子標(biāo)簽喚醒。該方式RFID系統(tǒng)的

14、閱讀距離一般大于1m，典型情況為47m，最大可達(dá)10m以上。讀寫器天線一般為定向天線，只有在讀寫器天線定向波束范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽可以被讀寫。該方式讀寫器天線和電子標(biāo)簽天線的電磁輻射如圖4.2所示。（1）800/900MHz的RFID系統(tǒng)。該頻段是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的主要頻段。860960MHz是EPC Gen2標(biāo)準(zhǔn)描述的第二代EPC標(biāo)簽與讀寫器之間的通信頻率。EPC Gen2標(biāo)準(zhǔn)是EPC Global最主要的RFID標(biāo)準(zhǔn)，Gen2標(biāo)簽?zāi)軌蚬ぷ髟?60960MHz頻段，世界不同地區(qū)分配了不同電磁頻譜用于UHF RFID，Gen2標(biāo)準(zhǔn)的讀寫器能適用不同區(qū)域的要求。我國(guó)根據(jù)頻率使用的實(shí)際狀況及相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果，

15、結(jié)合我國(guó)相關(guān)部門的意見，并經(jīng)過(guò)頻率規(guī)劃專家咨詢委員會(huì)的審議，規(guī)劃840845MHz及920925MHz頻段用于RFID技術(shù)。以目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，無(wú)源微波標(biāo)簽比較成功的產(chǎn)品相對(duì)集中在800/900MHz頻段，特別是902928MHz工作頻段上。800/900MHz的設(shè)備造價(jià)較低。（2）2.45GHz的RFID系統(tǒng)。該頻段是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的主要頻段。日本泛在識(shí)別UID（Ubiquitous ID）標(biāo)準(zhǔn)體系是射頻識(shí)別三大標(biāo)準(zhǔn)體系之一，UID使用2.45GHz的RFID系統(tǒng)。（3）5.8GHz的RFID系統(tǒng)。該頻段的使用比800/900MHz及2.45GHz頻段少。國(guó)內(nèi)外在道路交通方面使用的典型頻率為5.

16、8GHz。5.8GHz多為有源電子標(biāo)簽。5.8GHz比800/900MHz的方向性更強(qiáng)。5.8GHz的數(shù)據(jù)傳輸速度比800/900MHz更快。5.8GHz相關(guān)設(shè)備的造價(jià)較800/900MHz更高。4.4 低頻和高頻RFID電磁場(chǎng)的特性低頻和高頻RFID系統(tǒng)基本上都采用電感耦合識(shí)別方式，電感耦合方式的電子標(biāo)簽幾乎都是無(wú)源的，這意味著電子標(biāo)簽工作的全部能量都要由讀寫器獲得。由于低頻和高頻RFID的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，電子標(biāo)簽基本都處于讀寫器天線的近區(qū)，電子標(biāo)簽通過(guò)感應(yīng)而不是通過(guò)輻射獲得信號(hào)和能量，因此電子標(biāo)簽與讀寫器的距離很近，這樣電子標(biāo)簽可以獲得較大的能量。低頻和高頻RFID電子標(biāo)簽與讀寫器的天線基本上都

17、是線圈的形式，兩個(gè)線圈之間的作用可以理解為變壓器的耦合，兩個(gè)線圈之間的耦合功率傳輸效率與工作頻率、線圈匝數(shù)、線圈面積、線圈間的距離和線圈的相對(duì)角度等多種因素相關(guān)。低頻和高頻RFID系統(tǒng)起步較早，已經(jīng)有幾十年的應(yīng)用歷史?，F(xiàn)在低頻和高頻RFID系統(tǒng)比較成熟，國(guó)內(nèi)技術(shù)與國(guó)際技術(shù)沒(méi)有太大差別，國(guó)內(nèi)第二代身份證、城市一卡通和門禁卡等都采用這些頻段，是目前應(yīng)用范圍較廣的RFID頻段。3RFID電磁波的傳播機(jī)制當(dāng)有障礙物（包括地面）時(shí)，電磁波存在直射、反射、繞射和散射等多種情況，這幾種情況是在不同傳播環(huán)境下產(chǎn)生的。（1）直射、反射、繞射和散射。直射：是指電磁波在自由空間傳播，沒(méi)有任何障礙物。反射：是由障礙物

18、產(chǎn)生的，當(dāng)障礙物的幾何尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)時(shí)，電磁波不能繞過(guò)該物體，在該物體表面發(fā)生反射。當(dāng)反射發(fā)生時(shí)，一部分能量被反射回來(lái)，另一部分能量透射到障礙物內(nèi)，反射系數(shù)與障礙物的電特性和物理結(jié)構(gòu)有關(guān)。繞射：也是由障礙物產(chǎn)生的，電波繞過(guò)傳播路徑上障礙物的現(xiàn)象稱為繞射。當(dāng)障礙物的尺寸與波長(zhǎng)相近，且障礙物有光滑邊緣時(shí)，電磁波可以從該物體的邊緣繞射過(guò)去。電磁波的繞射能力與電波相對(duì)于障礙物的尺寸相關(guān)，波長(zhǎng)越大于障礙物尺寸，繞射能力越強(qiáng)。散射：也與障礙物相關(guān)，當(dāng)障礙物的尺寸或障礙物的起伏小于波長(zhǎng)，電波傳播的過(guò)程中遇到數(shù)量較大的障礙物時(shí)，電磁波發(fā)生散射。散射經(jīng)常發(fā)生在粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體的表面。（2）RFI

19、D電磁波的傳播。總的來(lái)說(shuō)，微波RFID希望收發(fā)天線之間沒(méi)有障礙物，提供電磁波直射的環(huán)境。微波RFID的頻率主要包括433MHz、800/900MHz、2.45GHz或5.8GHz，其中433MHz和800/900MHz頻段電波的繞射能力較強(qiáng)，障礙物對(duì)電波傳播的影響較??；2.45GHz和5.8GHz電磁波的波長(zhǎng)較短，收發(fā)天線直線之間最好沒(méi)有障礙物。當(dāng)頻率達(dá)到GHz時(shí)，不僅障礙物對(duì)電波傳播有影響，云雨霧也對(duì)電波傳播有影響，而且頻率越高、波長(zhǎng)越短時(shí)，云雨霧的影響越大。4衰減與衰落讀寫器和電子標(biāo)簽所處的環(huán)境比較復(fù)雜，電波在空間傳播時(shí)會(huì)發(fā)生衰減和衰落。衰減和衰落是不同的概念，衰減指發(fā)射天線的信號(hào)到達(dá)接收

20、天線時(shí)信號(hào)的振幅減小，衰落指接收點(diǎn)的信號(hào)隨時(shí)間隨機(jī)的起伏。（1）衰減。電波由發(fā)射天線到接收天線的過(guò)程中，產(chǎn)生衰減的因素很多，主要包括自由空間的傳輸損耗、障礙物的分隔和阻擋等。自由空間的傳輸損耗自由空間的傳輸損耗與工作頻率、讀寫器與電子標(biāo)簽的距離有關(guān)。當(dāng)工作頻率分別為900MHz、2.4GHz和5.8GHz，讀寫器與電子標(biāo)簽的距離為1m10m時(shí)，自由空間的傳輸損耗如表4.3所示。表4.3自由空間的傳輸損耗讀寫器與電子標(biāo)簽的距離衰減（900MHz）衰減（2.4GHz）衰減（5.8GHz）1m31.5dB40.0dB47.7dB2m37.6dB46.1dB53.7dB3m41.1dB49.6dB57

21、.3dB4m43.6dB52.1dB59.8dB續(xù)表讀寫器與電子標(biāo)簽的距離衰減（900MHz）衰減（2.4GHz）衰減（5.8GHz）5m45.5dB54.0dB61.7dB6m47.1dB55.6dB63.3dB7m48.4dB57.0dB64.6dB8m49.6dB58.1dB65.8dB9m50.6dB59.1dB66.8dB10m51.5dB60.1dB67.7dB障礙物分隔和阻擋的損耗障礙物的分隔和阻擋也能造成信號(hào)衰減，表4.4給出了室內(nèi)環(huán)境下不同頻率、不同障礙物造成的平均信號(hào)衰減。表4.4室內(nèi)障礙物分隔和阻擋造成的信號(hào)衰減材 料 類 型工 作 頻 率信 號(hào) 衰 減參 考各種金屬81

22、5MHz26dB【Cox83b】鋁框815MHz20.4dB【Cox83b】混凝土墻1300MHz8-15dB【Rap91c】混凝土地板1300MHz10dB【Rap91c】混凝土墻815MHz3.9dB【Cox83b】金屬樓梯1300MHz5dB【Rap91c】輕質(zhì)織物1300MHz3-5dB【Rap91c】一層樓的損耗1300MHz20-30dB【Rap91c】2有耗媒質(zhì)中RFID電波衰減在RFID環(huán)境中，有時(shí)會(huì)存在有耗媒質(zhì)，使電波出現(xiàn)衰減。媒質(zhì)的電導(dǎo)率越大，RFID的工作頻率越高，電波衰減越大。當(dāng)電波傳播遇到潮濕媒質(zhì)時(shí)，如潮濕木材時(shí)，電波將出現(xiàn)損耗。當(dāng)電波傳播遇到水時(shí)，如水產(chǎn)品時(shí)，電波將

23、出現(xiàn)損耗。當(dāng)電波傳播遇到有機(jī)物質(zhì)時(shí)，如各種動(dòng)物時(shí)，電波將出現(xiàn)損耗。當(dāng)電波傳播遇到金屬時(shí)，如銅、鋁、鐵時(shí)，電波將出現(xiàn)非常大的損耗。第6章 RFID中的天線技術(shù)天線技術(shù)對(duì)RFID系統(tǒng)十分重要，是決定RFID系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部件。RFID天線可以分為低頻、高頻、超高頻及微波天線，每一頻段天線又分為電子標(biāo)簽天線和讀寫器天線，不同頻段天線的結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用方式有很大差異，導(dǎo)致RFID天線種類繁多、應(yīng)用各異。在低頻和高頻頻段，讀寫器與電子標(biāo)簽基本都采用線圈天線。微波RFID天線形式多樣，可以采用對(duì)稱振子天線、微帶天線、陣列天線和寬帶天線等，同時(shí)微波RFID的電子標(biāo)簽較小，天線要求低造價(jià)、小型化

24、，因此微波RFID出現(xiàn)了許多天線制作的新技術(shù)。為適應(yīng)世界范圍電子標(biāo)簽的快速應(yīng)用和不斷發(fā)展，需要提高RFID天線的設(shè)計(jì)效率，降低RFID天線的制造成本，因此RFID天線大量使用仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用了多種制作工藝。天線仿真軟件功能強(qiáng)大，已經(jīng)成為天線技術(shù)的一個(gè)重要手段，天線仿真和測(cè)試相結(jié)合，可以基本滿足RFID天線設(shè)計(jì)的需要。RFID天線制作工藝主要有線圈繞制法、蝕刻法和印刷法，這些工藝既有傳統(tǒng)的制作方法，也有近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，天線制作的新工藝可使RFID天線制作成本大大降低，走出應(yīng)用成本瓶頸，并促進(jìn)RFID技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。6.1 RFID天線的應(yīng)用及設(shè)計(jì)現(xiàn)狀RFID在不同的應(yīng)用環(huán)境中使用

25、不同的工作頻段，因此需要采用不同的天線通信技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線交換。按照現(xiàn)在RFID系統(tǒng)的工作頻段，天線可以分為低頻LF、高頻HF、超高頻UHF及微波天線，不同頻段天線的工作原理不同，使得不同天線的設(shè)計(jì)方法也有本質(zhì)的不同。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標(biāo)簽天線和讀寫器天線，這兩種天線按方向性可分為全向天線和定向天線等；按外形可分為線狀天線和面狀天線等；按結(jié)構(gòu)和形式可分為環(huán)形天線、偶極天線、雙偶極天線、陣列天線、八木天線、微帶天線和螺旋天線等。在低頻和高頻頻段，RFID系統(tǒng)主要采用環(huán)形天線，用以完成能量和數(shù)據(jù)的電感耦合；在433MHz、800/900MHz、2.45GHz和5.8GHz的微波頻

26、段，RFID系統(tǒng)可以采用的天線形式多樣，用以完成不同任務(wù)。 RFID天線的應(yīng)用現(xiàn)狀影響RFID天線應(yīng)用性能的參數(shù)主要有天線類型、尺寸結(jié)構(gòu)、材料特性、成本價(jià)格、工作頻率、頻帶寬度、極化方向、方向性、增益、波瓣寬度、阻抗問(wèn)題和環(huán)境影響等，RFID天線的應(yīng)用需要對(duì)上述參數(shù)加以權(quán)衡。1RFID天線應(yīng)用的一般要求（1）電子標(biāo)簽天線。一般來(lái)講，RFID電子標(biāo)簽天線需要滿足如下條件。RFID天線必須足夠小，以至于能夠附著到需要的物品上。RFID天線必須與電子標(biāo)簽有機(jī)地結(jié)合成一體，或貼在表面，或嵌入到物體內(nèi)部。RFID天線的讀取距離依賴天線的方向性，一些應(yīng)用需要標(biāo)簽具備特定的方向性，例如有全向或半球覆蓋的方向

27、性，以滿足零售商品跟蹤等的需要。RFID天線提供最大可能的信號(hào)給多種標(biāo)簽的芯片。無(wú)論物品在什么方向，RFID天線的極化都能與讀寫器的詢問(wèn)信號(hào)相匹配。RFID天線具有應(yīng)用的靈活性。電子標(biāo)簽可能被用在高速的傳輸帶上，此時(shí)有多普勒頻移，天線的頻率和帶寬要不影響RFID工作。電子標(biāo)簽在讀寫器讀取區(qū)域的時(shí)間很少，要求有很高的讀取速率，所以RFID系統(tǒng)必須保證標(biāo)簽識(shí)別的快速無(wú)誤。RFID天線具有應(yīng)用的可靠性。RFID標(biāo)簽必須可靠，并保證因溫度、濕度、壓力和在標(biāo)簽插入、印刷和層壓處理中的存活率。RFID天線的頻率和頻帶。頻率和頻帶要滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)簽期望的工作頻率帶寬依賴于標(biāo)簽使用地的規(guī)定。RFID天線具有

28、魯棒性。RFID天線非常便宜。RFID標(biāo)簽天線必須是低成本，這約束了天線結(jié)構(gòu)和根據(jù)結(jié)構(gòu)使用的材料。標(biāo)簽天線多采用銅、鋁或銀油墨。（2）讀寫器天線。讀寫器天線即可以與讀寫器集成在一起，也可以采用分離式。對(duì)于遠(yuǎn)距離系統(tǒng)，天線和讀寫器采取分離式結(jié)構(gòu)，并通過(guò)阻抗匹配的同軸電纜連接到一起。讀寫器天線設(shè)計(jì)要求低剖面、小型化。讀寫器由于結(jié)構(gòu)、安裝和使用環(huán)境等變化多樣，讀寫器產(chǎn)品朝著小型化甚至超小型化發(fā)展。讀寫器天線設(shè)計(jì)要求多頻段覆蓋。對(duì)于分離式讀寫器，還將涉及到天線陣的設(shè)計(jì)問(wèn)題。目前國(guó)際上已經(jīng)開始研究讀寫器應(yīng)用的智能波束掃描天線陣。2RFID天線的極化不同的RFID系統(tǒng)采用的天線極化方式不同。有些應(yīng)用可以采

29、用線極化，例如在流水線上，這時(shí)電子標(biāo)簽的位置基本上是固定不變的，電子標(biāo)簽的天線可以采用線極化方式。但在大多數(shù)場(chǎng)合，由于電子標(biāo)簽的方位是不可知的，所以大部分RFID系統(tǒng)采用圓極化天線，以使RFID系統(tǒng)對(duì)電子標(biāo)簽的方位敏感性降低。3RFID天線的方向性RFID系統(tǒng)的工作距離，主要與讀寫器給電子標(biāo)簽的供電有關(guān)。隨著低功耗電子標(biāo)簽芯片技術(shù)的發(fā)展，電子標(biāo)簽的工作電壓不斷降低，所需功耗很小，這使得進(jìn)一步增大系統(tǒng)工作距離的潛能轉(zhuǎn)移到天線上，這就要求有方向性較強(qiáng)的天線。如果天線波瓣寬度越窄，天線的方向性越好，天線的增益越大，天線作用的距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)，但同時(shí)天線的覆蓋范圍也就越小。4RFID天線的阻抗

30、問(wèn)題為了以最大功率傳輸，芯片的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗匹配。幾十年來(lái)，天線設(shè)計(jì)多采用50 或75 的阻抗匹配，但是可能還有其他情況。例如，一個(gè)縫隙天線可以設(shè)計(jì)幾百歐姆的阻抗；一個(gè)折疊偶極子的阻抗可以是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)半波偶極子阻抗的幾倍；印刷貼片天線的引出點(diǎn)能夠提供一個(gè)40100 的阻抗范圍。5RFID的環(huán)境影響電子標(biāo)簽天線的特性，受所標(biāo)識(shí)物體的形狀和電參數(shù)影響。例如，金屬對(duì)電磁波有衰減作用，金屬表面對(duì)電磁波有反射作用，彈性襯底會(huì)造成天線變形等，這些影響在天線設(shè)計(jì)與應(yīng)用中必須加以解決。以在金屬物體表面使用天線為例，目前有價(jià)值的解決方案有兩個(gè)，一個(gè)是從天線的形式出發(fā)，采用微帶貼片天線或倒F天線等，另

31、一個(gè)是采用雙層介質(zhì)、介質(zhì)覆蓋或電磁帶隙等 RFID天線的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標(biāo)簽天線和讀寫器天線，這兩種天線的設(shè)計(jì)要求和面臨的技術(shù)問(wèn)題是不同的。1RFID電子標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)目標(biāo)是傳輸最大的能量進(jìn)出標(biāo)簽芯片，這需要仔細(xì)設(shè)計(jì)天線和自由空間的匹配，以及天線與標(biāo)簽芯片的匹配。當(dāng)工作頻率增加到微波波段，天線與電子標(biāo)簽芯片之間的匹配問(wèn)題變得更加嚴(yán)峻。一直以來(lái)，電子標(biāo)簽天線的開發(fā)是基于50 或者75 輸入阻抗，而在RFID應(yīng)用中，芯片的輸入阻抗可能是任意值，并且很難在工作狀態(tài)下準(zhǔn)確測(cè)試，缺少準(zhǔn)確的參數(shù)，天線的設(shè)計(jì)難以達(dá)到最佳。電子標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)還面臨許多其他難題，如相應(yīng)的

32、小尺寸要求，低成本要求，所標(biāo)識(shí)物體的形狀及物理特性要求，電子標(biāo)簽到貼標(biāo)簽物體的距離要求，貼標(biāo)簽物體的介電常數(shù)要求，金屬表面的反射要求，局部結(jié)構(gòu)對(duì)輻射模式的影響要求等，這些都將影響電子標(biāo)簽天線的特性，都是電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題。2RFID讀寫器天線的設(shè)計(jì)對(duì)于近距離RFID系統(tǒng)（如13.56MHz小于10cm的識(shí)別系統(tǒng)），天線一般和讀寫器集成在一起；對(duì)于遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)（如UHF頻段大于3m的識(shí)別系統(tǒng)），天線和讀寫器常采取分離式結(jié)構(gòu)，并通過(guò)阻抗匹配的同軸電纜將讀寫器和天線連接到一起。讀寫器由于結(jié)構(gòu)、安裝和使用環(huán)境等變化多樣，并且讀寫器產(chǎn)品朝著小型化甚至超小型化發(fā)展，使得讀寫器天線的設(shè)計(jì)面臨新的挑

33、戰(zhàn)。讀寫器天線設(shè)計(jì)要求低剖面、小型化以及多頻段覆蓋。對(duì)于分離式讀寫器，還將涉及天線陣的設(shè)計(jì)問(wèn)題，小型化帶來(lái)的低效率、低增益問(wèn)題等，這些目前是國(guó)內(nèi)外共同關(guān)注的研究課題。目前已經(jīng)開始研究讀寫器應(yīng)用的智能波束掃描天線陣，讀寫器可以按照一定的處理順序，通過(guò)智能天線使系統(tǒng)能夠感知天線覆蓋區(qū)域的電子標(biāo)簽，增大系統(tǒng)覆蓋范圍，使讀寫器能夠判定目標(biāo)的方位、速度和方向信息，具有空間感應(yīng)能力。3RFID天線的設(shè)計(jì)步驟RFID電子標(biāo)簽天線的性能，很大程度依賴于芯片的復(fù)數(shù)阻抗，復(fù)數(shù)阻抗是隨頻率變換的，因此天線尺寸和工作頻率限制了最大可達(dá)到的增益和帶寬，為獲得最佳的標(biāo)簽性能，需要在設(shè)計(jì)時(shí)做折衷，以滿足設(shè)計(jì)要求。在天線的設(shè)

34、計(jì)步驟中，電子標(biāo)簽的讀取范圍必須嚴(yán)密監(jiān)控，在標(biāo)簽構(gòu)成發(fā)生變更或不同材料不同頻率的天線進(jìn)行性能優(yōu)化時(shí)，通常采用可調(diào)天線設(shè)計(jì)，以滿足設(shè)計(jì)允許的偏差。設(shè)計(jì)RFID天線時(shí)，首先選定應(yīng)用的種類，確定電子標(biāo)簽天線的需求參數(shù)；然后根據(jù)電子標(biāo)簽天線的參數(shù)，確定天線采用的材料，并確定了電子標(biāo)簽天線的結(jié)構(gòu)和ASIC封裝后的阻抗；最后采用優(yōu)化的方式，使ASIC封裝后的阻抗與天線匹配，綜合仿真天線的其他參數(shù)，讓天線滿足技術(shù)指標(biāo)，并用網(wǎng)絡(luò)分析儀檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。RFID電子標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)步驟如圖6.1所示。很多天線因?yàn)槭褂铆h(huán)境復(fù)雜，使得RFID天線的解析方法也很復(fù)雜，天線通常采用電磁模型和仿真工具來(lái)分析。天線典型的電磁模型

35、分析方法為有限元法FEM、矩量法MOM和時(shí)域有限差分法FDTD等。仿真工具對(duì)天線的設(shè)計(jì)非常重要，是一種快速有效的天線設(shè)計(jì)工具，目前在天線技術(shù)中使用越來(lái)越多。典型的天線設(shè)計(jì)方法，首先是將天線模型化，然后將模型仿真，在仿真中監(jiān)測(cè)天線射程、天線增益和天線阻抗等，并采用優(yōu)化的方法進(jìn)一步調(diào)整設(shè)計(jì)，最后對(duì)天線加工并測(cè)量，直到滿足要求。6.2 低頻和高頻RFID天線技術(shù)在低頻和高頻頻段，讀寫器與電子標(biāo)簽基本都采用線圈天線，線圈之間存在互感，使一個(gè)線圈的能量可以耦合到另一個(gè)線圈，因此讀寫器天線與電子標(biāo)簽天線之間采用電感耦合的方式工作。讀寫器天線與電子標(biāo)簽天線是近場(chǎng)耦合，電子標(biāo)簽處于讀寫器的近區(qū)，當(dāng)超出上述范圍

36、時(shí)，近場(chǎng)耦合便失去作用，開始過(guò)渡到遠(yuǎn)距離的電磁場(chǎng)。當(dāng)電子標(biāo)簽逐漸遠(yuǎn)離讀寫器，處于讀寫器的遠(yuǎn)區(qū)時(shí)，電磁場(chǎng)將擺脫天線，并作為電磁波進(jìn)入空間。本節(jié)所討論的低頻和高頻RFID天線，是基于近場(chǎng)耦合的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)。 低頻和高頻RFID天線的結(jié)構(gòu)和圖片低頻和高頻RFID天線可以有不同的構(gòu)成方式，并可以采用不同的材料。圖6.2所示為幾種實(shí)際RFID低頻和高頻天線的圖片，由這些圖片可以看出各種RFID天線的結(jié)構(gòu)，同時(shí)這些圖片還給出了與天線相連的芯片。由圖6.2可以看出，低頻和高頻RFID天線有如下特點(diǎn)。（1）天線都采用線圈的形式。（2）線圈的形式多樣，可以是圓形環(huán)，也可以是矩形環(huán)。（3）天線的尺寸比芯片的尺寸大

37、很多，電子標(biāo)簽的尺寸主要是由天線決定的。（4）有些天線的基板是柔軟的，適合粘帖在各種物體的表面。（5）由天線和芯片構(gòu)成的電子標(biāo)簽，可以比拇指還小。（6）由天線和芯片構(gòu)成的電子標(biāo)簽，可以在條帶上批量生產(chǎn)。 低頻和高頻RFID天線的磁場(chǎng)安培從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出，電流在周圍產(chǎn)生了磁場(chǎng)。電流周圍磁場(chǎng)的存在方式，與電流的分布有關(guān)，不同的電流分布，在周圍會(huì)產(chǎn)生不同的磁感應(yīng)強(qiáng)度。1直線周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)根據(jù)安培定律，長(zhǎng)直電流周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁場(chǎng)強(qiáng)度為：磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系為：式（6.2）中， （亨/米），稱為真空中的磁導(dǎo)率； 稱為相對(duì)磁導(dǎo)率，用來(lái)描述媒質(zhì)的參數(shù)。長(zhǎng)直電流周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)如圖6.3所示。2圓形線

38、圈周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)很多低頻和高頻RFID天線是圓環(huán)結(jié)構(gòu)，采用了短圓柱形線圈，短圓柱形線圈在周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)為：式（6.3）中，R為線圈的半徑，Z為在線圈中心軸線上距線圈圓心的距離，I為圓形線圈上的電流，N為圓形線圈的圈數(shù)。短圓柱形線圈的結(jié)構(gòu)和在周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)如圖 6.4所示。短圓柱形線圈周圍的磁場(chǎng)有如下特點(diǎn)。（1）磁場(chǎng)與線圈的圈數(shù) 有關(guān)，線圈的圈數(shù)越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)。一般低頻線圈的圈數(shù)較多，有幾百至上千圈；高頻線圈的圈數(shù)較少，有幾至幾十圈。（2）當(dāng)被測(cè)點(diǎn)沿線圈軸 離開線圈時(shí)，如果 ，磁場(chǎng)的強(qiáng)度幾乎不變。當(dāng)Z=0時(shí)，磁場(chǎng)的公式簡(jiǎn)化為：（3）當(dāng)被測(cè)點(diǎn)沿線圈軸 離開線圈較大時(shí)，即 時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的衰減與Z的三

39、次方成比例，衰減比較急劇，衰減約為60dB/10倍距離。這時(shí)磁場(chǎng)的公式簡(jiǎn)化為3矩形線圈周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)有些低頻和高頻RFID天線是矩形線圈結(jié)構(gòu)，當(dāng)被測(cè)點(diǎn)沿線圈軸離開線圈Z時(shí)，矩形線圈結(jié)構(gòu)在軸線產(chǎn)生的磁場(chǎng)為3矩形線圈周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)有些低頻和高頻RFID天線是矩形線圈結(jié)構(gòu)，當(dāng)被測(cè)點(diǎn)沿線圈軸離開線圈Z時(shí)，矩形線圈結(jié)構(gòu)在軸線產(chǎn)生的磁場(chǎng)為式（6.6）中，a和b為矩形線圈的兩個(gè)邊長(zhǎng)，Z為在線圈中心軸線上距線圈中心的距離，i為矩形上線圈的電流，N為矩形線圈的圈數(shù)。計(jì)算結(jié)果證實(shí)，當(dāng)被測(cè)點(diǎn)沿線圈軸Z離開線圈時(shí)，如果 及 ，即在與線圈的距離較近時(shí)，磁場(chǎng)的強(qiáng)度幾乎不變。當(dāng)被測(cè)點(diǎn)沿線圈軸 離開線圈較大時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的衰減

40、比較急劇。 低頻和高頻RFID天線的最佳尺寸線圈天線的最佳尺寸，是指線圈上的電流I為常數(shù)，且與天線的距離Z為常數(shù)時(shí)，線圈的尺寸與磁場(chǎng)的關(guān)系。下面以圓環(huán)形線圈為例，討論線圈的最佳尺寸。為從數(shù)學(xué)上討論最大磁場(chǎng)與線圈尺寸的關(guān)系，需要對(duì)式（6.3）中的磁場(chǎng)求導(dǎo)，計(jì)算出磁場(chǎng)的拐點(diǎn)。計(jì)算的結(jié)果表明，最大磁場(chǎng)與線圈尺寸的關(guān)系為：式（6.7）表明，當(dāng)距離Z為常數(shù)時(shí)，如果線圈的半徑為 ，可以獲得最大磁場(chǎng)。也就是說(shuō)，當(dāng)線圈的半徑R為常數(shù)時(shí)，如果距離為 ，可以獲得最大磁場(chǎng)。雖然增大線圈的半徑R，會(huì)在線圈的較遠(yuǎn)處Z獲得最大的磁場(chǎng)，但由式（6.3）可以看出，隨著距離Z的增大，會(huì)使磁場(chǎng)值減小，影響電子標(biāo)簽與讀寫器線圈之間

41、的耦合強(qiáng)度，導(dǎo)致對(duì)電子標(biāo)簽?zāi)芰康墓┙o降低。6.3 微波RFID天線技術(shù)微波RFID技術(shù)是目前RFID技術(shù)最為活躍和發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域，微波RFID天線與低頻、高頻RFID天線相比有本質(zhì)上的不同。微波RFID天線采用電磁輻射的方式工作，讀寫器天線與電子標(biāo)簽天線之間的距離較遠(yuǎn)，一般超過(guò)1m，典型值為110m；微波RFID的電子標(biāo)簽較小，使天線的小型化成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)；微波RFID天線形式多樣，可以采用對(duì)稱振子天線、微帶天線、陣列天線和寬帶天線等；微波RFID天線要求低造價(jià)，因此出現(xiàn)了許多天線制作的新技術(shù)。 微波RFID天線的結(jié)構(gòu)、圖片和應(yīng)用方式微波RFID天線結(jié)構(gòu)多樣，是物聯(lián)網(wǎng)天線的主要形式，可以應(yīng)

42、用在制造、物流、防偽和交通等多種領(lǐng)域，是現(xiàn)在RFID天線的主要形式。1微波RFID天線的結(jié)構(gòu)和圖片圖6.5給出了幾種實(shí)際RFID微波天線的圖片，由這些圖片可以看出各種微波RFID天線的結(jié)構(gòu)以及與天線相連的芯片。由圖6.5可以看出，微波RFID天線有如下特點(diǎn)。（1）微波RFID天線的結(jié)構(gòu)多樣。（2）很多電子標(biāo)簽天線的基板是柔軟的，適合粘帖在各種物體的表面。（3）天線的尺寸比芯片的尺寸大很多，電子標(biāo)簽的尺寸主要是由天線決定的。（4）由天線和芯片構(gòu)成的電子標(biāo)簽，很多是在條帶上批量生產(chǎn)。（5）由天線和芯片構(gòu)成的電子標(biāo)簽尺寸很小。（6）有些天線提供可擴(kuò)充裝置，來(lái)提供短距離和長(zhǎng)距離的RFID電子標(biāo)簽。2微

43、波RFID天線的應(yīng)用方式微波RFID天線的應(yīng)用方式很多，下面以倉(cāng)庫(kù)流水線上紙箱跟蹤為例，給出微波RFID天線在跟蹤紙箱過(guò)程中的使用方法。（1）紙箱放在流水線上，通過(guò)傳動(dòng)皮帶送入倉(cāng)庫(kù)。（2）紙箱上貼有標(biāo)簽，標(biāo)簽有兩種形式，一種是電子標(biāo)簽，一種是條碼標(biāo)簽。為防止電子標(biāo)簽損毀，紙箱上還貼有條碼標(biāo)簽，以作備用。（3）在倉(cāng)庫(kù)門口，放置3個(gè)讀寫器天線，讀寫器天線用來(lái)識(shí)別紙箱上的電子標(biāo)簽，從而完成物品識(shí)別與跟蹤的任務(wù)。微波RFID天線在紙箱跟蹤中的應(yīng)用如圖6.6所示。 微波RFID天線的設(shè)計(jì)（1）微波RFID天線的設(shè)計(jì)，需要考慮天線采用的材料、天線的尺寸、天線的作用距離，并需要考慮頻帶寬度、方向性和增益等電

44、參數(shù)。微波RFID天線主要采用偶極子天線、微帶天線、非頻變天線和陣列天線等，下面對(duì)這些天線加以討論。1彎曲偶極子天線偶極子天線即振子天線，是微波RFID常用的天線。為了縮短天線的尺寸，在微波RFID中偶極子天線常采用彎曲結(jié)構(gòu)。彎曲偶極子天線縱向延伸方向至少折返一次，從而具有至少兩個(gè)導(dǎo)體段，每個(gè)導(dǎo)體段分別具有一個(gè)延伸軸，這些導(dǎo)體段借助于一個(gè)連接段相互平行且有間隔地排列，并且第一導(dǎo)體段向空間延伸，折返的第二導(dǎo)體段與第一導(dǎo)體段垂直，第一和第二導(dǎo)體段擴(kuò)展成一個(gè)導(dǎo)體平面。彎曲偶極子天線如圖6.7所示。因?yàn)槌叽绾驼{(diào)諧的要求，偶極子天線采用彎曲結(jié)構(gòu)是一個(gè)自然的選擇。彎曲允許天線緊湊，并提供了與彎曲軸垂直平面

45、上的全向性能。為更好控制天線電阻，增加了一個(gè)同等寬度的載荷棒作為彎曲輪廓；為供給芯片一個(gè)好的電容性阻抗，需進(jìn)一步彎曲截面；彎曲輪廓的長(zhǎng)度和載荷棒可以變更，以獲得適宜的阻抗匹配。彎曲天線有幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，如載荷棒寬度、距離、間距、彎曲步幅寬度和彎曲步幅高度等，如圖6.7所示。通過(guò)調(diào)整上述參數(shù)，可以改變天線的增益和阻抗，并改變電子標(biāo)簽的諧振、最高射程和帶寬。圖6.8給出了一種最高射程與頻率的曲線關(guān)系。2微帶天線微波RFID常采用微帶天線。微帶天線是平面型天線，具有小型化、易集成、方向性好等優(yōu)點(diǎn)，可以做成共形天線，易于形成圓極化，制作成本低，易于大量生產(chǎn)。微帶天線按結(jié)構(gòu)特征分類，可以分為微帶貼片天線

46、和微帶縫隙天線兩大類；微帶天線按形狀分類，可以分為矩形、圓形和環(huán)形微帶天線等；微帶天線按工作原理分類，可以分成諧振型（駐波型）和非揩振型（行波型）微帶天線。下面將微帶天線分為3種基本類型進(jìn)行討論，這3種類型分別是微帶駐波貼片天線、微帶行波貼片天線和微帶縫隙天線。（1）微帶駐波貼片天線。微帶貼片天線（MPA）是由介質(zhì)基片、在基片一面上任意平面幾何形狀的導(dǎo)電貼片和基片另一面上的地板所構(gòu)成。貼片形狀可以是多種多樣的，實(shí)際應(yīng)用中由于某些特殊的性能要求和安裝條件的限制，必須用到某種形狀的微帶貼片天線，為使微帶天線適用于各種特殊用途，對(duì)各種幾何形狀的微帶貼片天線進(jìn)行分析就具有相當(dāng)?shù)闹匾?。各種微帶貼片天線

47、的貼片形狀如圖6.9所示。（2）微帶行波貼片天線。微帶行波天線（MTA）是由基片、在基片一面上的鏈形周期結(jié)構(gòu)或普通的長(zhǎng)TEM波傳輸線和基片另一面上的地板組成。TEM波傳輸線的末端接匹配負(fù)載，當(dāng)天線上維持行波時(shí)，可從天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上使主波束位于從邊射到端射的任意方向。各種微帶行波天線的形狀如圖6.10所示。（3）微帶縫隙天線。微帶縫隙天線由微帶饋線和開在地板上的縫隙組成，微帶縫隙天線是把接地板刻出窗口即縫隙，而在介質(zhì)基片的另一面印刷出微帶線對(duì)縫隙饋電，縫隙可以是矩形（寬的或窄的）、圓形或環(huán)形。各種微帶縫隙天線的形狀如圖6.11所示。圖6.11 各種微帶縫隙天線的形狀6.5 RFID天線的制造工藝為

48、適應(yīng)世界范圍電子標(biāo)簽的快速應(yīng)用和發(fā)展，RFID天線采用了多種制作工藝，這些工藝既有傳統(tǒng)的制作方法，也有近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。RFID標(biāo)簽天線應(yīng)該具有低成本、高效率和低污染的特性，并應(yīng)考慮各種工藝對(duì)參數(shù)的影響，通過(guò)導(dǎo)電材料選取、網(wǎng)版選用和基材選擇等，結(jié)合實(shí)際工藝方法和工藝實(shí)驗(yàn)，制作出天線實(shí)物。RFID天線制作工藝主要有線圈繞制法、蝕刻法和印刷法。低頻RFID電子標(biāo)簽天線基本是采用繞線方式制作而成；高頻RFID電子標(biāo)簽天線利用以上3種方式均可實(shí)現(xiàn)，但以蝕刻天線為主，其材料一般為鋁或銅；UHF RFID電子標(biāo)簽天線則以印刷天線為主。各種標(biāo)簽天線制作工藝都有優(yōu)缺點(diǎn)，下面將對(duì)各種工藝加以介紹。 線圈繞

49、制法利用線圈繞制法制作RFID天線時(shí)，要在一個(gè)繞制工具上繞制標(biāo)簽線圈，并使用烤漆對(duì)其進(jìn)行固定，此時(shí)天線線圈的匝數(shù)一般較多。將芯片焊接到天線上之后，需要對(duì)天線和芯片進(jìn)行粘合，并加以固定。線圈繞制法制作的RFID天線如圖6.19所示。線圈繞制法的特點(diǎn)如下。（1）頻率范圍為125134kHz的RFID電子標(biāo)簽，只能采用這種工藝，線圈的圈數(shù)一般為幾百到上千。（2）這種方法的缺點(diǎn)是成本高，生產(chǎn)速度慢。（3）高頻RFID天線也可以采用這種工藝，線圈的圈數(shù)一般為幾到幾十。（4）UHF天線很少采用這種工藝。（5）這種方法天線通常采用焊接的方式與芯片連接，此種技術(shù)只有在保證焊接牢靠、天線硬實(shí)、模塊位置十分準(zhǔn)確以

50、及焊接電流控制較好的情況下，才能保證較好的連接。由于受控的因素較多，這種方法容易出現(xiàn)虛焊、假焊和偏焊等缺陷。 蝕刻法蝕刻法是在一個(gè)塑料薄膜上層壓一個(gè)平面銅箔片，然后在銅箔片上涂覆光敏膠，干燥后通過(guò)一個(gè)正片（具有所需形狀的圖案）對(duì)其進(jìn)行光照，然后放入化學(xué)顯影液中，此時(shí)感光膠的光照部分被洗掉，露出銅，最后放入蝕刻池，所有未被感光膠覆蓋部分的銅被蝕刻掉，從而得到所需形狀的天線。蝕刻法制作的RFID天線如圖6.20所示。蝕刻法的特點(diǎn)如下。（1）蝕刻天線精度高，能夠與讀寫機(jī)的詢問(wèn)信號(hào)相匹配，天線的阻抗、方向性等性能等都很好，天線性能優(yōu)異且穩(wěn)定。（2）這種方法的缺點(diǎn)就是成本太高，制做程序繁瑣，產(chǎn)能低下。（

51、3）高頻RFID標(biāo)簽常采用這種工藝。（4）蝕刻的RFID標(biāo)簽?zāi)陀媚晗逓槭暌陨稀?印刷法印刷天線是直接用導(dǎo)電油墨在絕緣基板（薄膜）上印刷導(dǎo)電線路，形成天線和電路。目前印刷天線的主要印刷方法已從只用絲網(wǎng)印刷，擴(kuò)展到膠印印刷、柔性版印刷和凹印印刷等，較為成熟的制作工藝為網(wǎng)印技術(shù)與凹印技術(shù)。印刷天線技術(shù)的進(jìn)步，使RFID標(biāo)簽的生產(chǎn)成本降低，從而促進(jìn)了RFID電子標(biāo)簽的應(yīng)用。印刷天線技術(shù)可以用于大量制造13.56MHz和UHF頻段的RFID電子標(biāo)簽。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)出最大，成本最低；但是這種方法的缺點(diǎn)是電阻大，附著力低，耐用年限較短。印刷法制作的RFID天線如圖6.21所示。1印刷天線的特點(diǎn)印刷天線與蝕刻天線、繞制天線相比，具有以下獨(dú)特之處。（1）可更加精確地調(diào)整電性能參數(shù)。RFID標(biāo)簽的主要技術(shù)參數(shù)有諧振頻率、Q值和阻抗等。為了達(dá)到天線的最優(yōu)性能，印刷RFID標(biāo)簽可以采用改變天線匝數(shù)、改變天線尺寸和改變線徑粗細(xì)的方法，將電性能參數(shù)精確調(diào)整到所需的目標(biāo)值。（2）可滿足各種個(gè)性化要求。印刷天線技術(shù)可以通過(guò)局部改變線的寬度、改變晶片層的厚度、改變物體表面的曲率和角度等，來(lái)完成RFID多種使用用途，以滿足客戶各種個(gè)性化的要求，而不降低任何使用性能。（3）可使用各種不同基體材料。印刷天線可按用戶要求使用不同基體材料，