物聯(lián)網射頻識別(RFID)技術與應用 - 第3章

物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用第3章RFID天線技術點擊此處結束放映

天線概述3.1各類天線簡要介紹3.2RFID中的天線技術3.3RFID天線的制造工藝3.4物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用

天線概述3.1點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.1.1天線定義

凡是利用電磁波來傳遞信息和能量的，都依靠天線來進行工作，天線是用來發(fā)射或接收無線電波的裝置和部件。 天線是無線通信系統(tǒng)的第一個器件和最后一個器件。點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用圖3.1無線通信中的天線點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.1.2天線分類

天線按照結構分類如下。

（1）線狀天線 （2）面狀天線 （3）縫隙天線 （4）微帶天線

點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.1.3天線的電參數(shù)1.天線的效率

天線在工作時，并不能將輸入天線的能量全部輻射出去。天線的效率定義為天線的輻射功率與輸入功率的比值，即：（3.1）點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用2.輸入阻抗

天線的輸入阻抗定義為天線輸入端電壓與電流的比值，即：（3.2）天線的輸入端是指天線與饋線的連接處。點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.方向性函數(shù)

天線的方向性函數(shù)是指以天線為中心，天線輻射場與空間方向的關系。 例如，電基本振子的電場為方向性函數(shù)為點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用4.方向圖（1）E面方向圖（2）H面方向圖（3）立體方向圖

電基本振子的方向圖E面：指通過天線最大輻射方向并平行于電場矢量的平面。H面：指通過天線最大輻射方向并平行于磁場矢量的平面。點擊此處結束放映水平面波束寬度=360o

垂直面波束寬度=78o水平面H面垂直面E面立體圖方向圖象一個“汽車輪胎”將“輪胎”壓扁，信號就越集中，實際使用的天線就是采用一個或者多個輻射單元來實現(xiàn)的。

物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用（4）主瓣寬度：分為半功率波瓣寬度和零功率波瓣寬度，電基本振子半功率波瓣寬度為900（5）旁瓣電平：旁瓣電場最大值與主瓣最大值之比。（6）前后比：天線最大輻射方向（前向）電平與其相反方向（后向）電平之比。

點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用5.方向性系數(shù) 在離開天線某一距離處，天線在最大輻射方向上產生的功率密度，與天線輻射出去的能量被均勻分到空間各個方向（即理想無方向性天線）時的功率密度之比，稱為天線的方向性系數(shù)。

電基本振子的方向性系數(shù)為1.5。

點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用6.增益 增益定義為當天線與理想無方向性天線的輸入功率相同時，兩種天線在最大輻射方向上輻射功率密度之比。增益同時考慮了天線的方向性系數(shù)和效率。dBi和dBd是功率增益的單位，兩者都是相對值。dBi的參考基準為全方向性天線；dBd的參考基準為偶極子。一般認為dBi和dBd表示同一個增益，用dBi表示的值比dBd用表示的值要大2.15，（即dBi=dBd+2.15）。G(dBi)=10lgGiG(dBd)=10lgGdGSM900天線增益可以為13dBd（15dBi），GSM1800天線增益可以為15dBd（17dBi）。

點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用7.有效長度 很多天線上的電流分布是不均勻的。天線有效長度的定義是，在保持實際天線最大輻射方向上場強不變的前提下，假設天線上的電流為均勻分布，電流的大小等于輸入端的電流，此假想天線的長度為有效長度。

點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用8.極化

天線的極化是指在天線最大輻射方向上，電場矢量的方向隨時間變化的規(guī)律。極化分為線極化、圓極化和橢圓極化。

天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化是最常用的；水平極化也是要被用到的

點擊此處結束放映9.頻帶寬度

天線的所有電參數(shù)都與頻率有關。將天線的電參數(shù)保持在規(guī)定技術指標要求之內的頻率范圍，稱為天線的工作頻帶寬度，簡稱為天線的帶寬。物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用

各類天線簡要介紹3.2點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.2.1對稱振子天線

對稱振子天線是一種應用廣泛的基本線形天線，由兩個臂長為l,半徑為a的直導線構成，兩個內端點為饋電點。它既可以單獨使用，又可以作為天線陣的單元。點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用1.對稱振子天線的輻射場

對稱振子天線的輻射電場為（3.8）點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用2.對稱振子天線的方向圖

點擊此處結束放映（a）稱為半波對稱振子（b）稱為全波對稱振子（c）主輻射方向發(fā)生改變，不能使用（d）主輻射方向發(fā)生改變，不能使用物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.2.2引向天線

引向天線又稱為八木天線，是一種廣泛應用于米波和分米波的天線。引向天線是一個緊耦合寄生振子端射陣，它由一個有源振子、一個反射振子（稍長于有源振子）和若干個引向振子（稍短于有源振子）構成，除有源振子通過饋線與信號源或接收機連接外，其余振子均為無源振子。

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有源振子為半波長，主要作用是提供輻射能量；無源振子由反射振子和引向振子構成，主要作用是是輻射能量集中到天線的端向。引向天線的主輻射方向為“由反射振子只想引向振子”的方向。以下為八個振子稱為八元引向天線，振子數(shù)目越多，增益越大，但當振子數(shù)目達到8個以上時，增益增加的就有限了。圖3.9引向天線 點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.2.3螺旋天線（a）D/λ<0.18（b）0.25<D/λ<0.46（c）0.25<D/λ>0.46圖3.10螺旋天線及其方向圖

點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.2.4微帶天線微帶天線是由導體薄片粘貼在背面有導體接地板的介質基片上形成的天線，矩形微帶貼片天線尺寸為dxL，基片厚度為h??0,?0為自由空間波長。該貼片可看作為長為d，寬為L的一段微帶傳輸線，沿d邊終端處呈現(xiàn)開路，因而將形成電壓波腹與寬度為W的導帶饋線相連，一般取d=?g/2，?g為微帶天線上波長，于是d邊另一端也呈電壓波腹，天線的輻射主要就由貼片與接地板之間沿著兩端的L邊隙縫形成，于是矩形貼片可表示為相距d的兩條具有復導納的隙縫。通常利用微帶傳輸線或同軸探針來饋電，在導體貼片與接地板之間激勵器高頻電磁場，通過貼片四周與接地板之間的縫隙向外輻射。

圖3.11微帶天線點擊此處結束放映

由于微帶天線具有一系列突出優(yōu)點，因此在很多領域內獲得了廣泛的應用，如：衛(wèi)星通信，多普勒及其他雷達，射頻測量計，指揮和控制系統(tǒng)，導彈遙測，武器引信，環(huán)境檢測儀表和遙感，衛(wèi)星導航接收，生物醫(yī)學輻射器等等。在某些領域內還可望取代常規(guī)的微波天線。

RFID中的天線技術3.3物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.3.1RFID天線的應用現(xiàn)狀1.RFID天線應用的一般要求（1）電子標簽天線 RFID天線必須足夠??；RFID天線提供最大可能的信號和能量給標簽的芯片；RFID天線具有魯棒性；RFID天線非常便宜。點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用（2）讀寫器天線 讀寫器天線既可以與讀寫器集成在一起，也可以采用分離式；讀寫器天線設計要求多頻段覆蓋；應用智能波束掃描天線陣。點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用2.RFID天線的極化 有些應用可以采用線極化，例如在流水線上，這時電子標簽的位置基本上是固定不變的，電子標簽的天線可以采用線極化方式。但在大多數(shù)場合，由于電子標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。點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.RFID天線的方向性 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，抗干擾能力越強，但同時天線的覆蓋范圍也就越小。4.RFID天線的阻抗問題 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。點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用5.RFID的環(huán)境問題 電子標簽天線的特性，受所標識物體的形狀和電參數(shù)影響。例如，金屬對電磁波有衰減作用，金屬表面對電磁波有反射作用，彈性襯底會造成天線變形等，這些影響在天線設計與應用中必須加以解決。點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與應用3.3.2RFID天線的設計現(xiàn)狀 1.RFID電子標簽天線的設計

小尺寸要求，低成本要求，所標識物體的形狀及物理特性要求，電子標簽到貼標簽物體的距離要求，金屬表面的反射要求等。 點擊此處結束放映物聯(lián)網射頻識別（RFID）技術與