RFID論文.docx

目錄【摘要】21. RFID天線概述22. RFID技術原理33. RFID天線類型43.1線圈天線43.2 微帶貼片天線53.3 偶極子天線53.4 低頻和高頻RFID天線技術53.5 微波RFID天線技術64. 結束語6參考文獻：7【摘要】首先簡要介紹RFID技術的基本工作原理，說明射頻天線是RFID系統(tǒng)設計的技術關鍵，然后介紹幾種基本的RFID射頻天線及其工作原理，并針對普通使用的偶極子天線在RFID系統(tǒng)中方向性的不足提出改進，最后，給出一個具有全向收發(fā)功能的RFID天線設計。通過設計仿真工具模擬仿真，并進行實際樣品測試，獲得較為滿意的設計結果。關鍵字：RFID；射頻天線；電子標簽1. RFID天線概述在無線通信領域，天線是不可缺少的組成部分。RFID是利用無線電波來傳遞信息的，當信息通過空間傳播時，無線電波的產生和接收要通過天線來完成。此外，在用無線電波傳送能量方面，非信號的能量傳送也需要通過天線來完成。天線對RFID系統(tǒng)十分重要，是決定RFID系統(tǒng)性能的關鍵部件。RFID天線可以分為低頻、高頻及微波天線；在每一頻段，天線又分為讀寫器天線和電子標簽天線。在低頻和高頻頻段，讀寫器和電子標簽基本都采用線圈天線；微波RFID天線形式多樣，可以采用對稱的振子天線、微帶天線、陣列天線、寬頻帶天線等。RFID天線制作工藝主要有線圈繞執(zhí)法、蝕刻法、印刷法等，這些工藝既有傳統(tǒng)的制作方法，也有近年來發(fā)展起來的新技術。在無線通信中，由發(fā)射機產生的高頻振蕩能量，經(jīng)過饋線（在天線領域，傳輸線也稱為饋線）傳送到發(fā)射天線，然后由發(fā)射天線變成為電磁波能量，向預定方向輻射。電磁波通過傳播介質到達接收天線后，接收天線將接收到的電磁波能量轉變?yōu)閷须姶挪?，然后通過饋線傳送到接收機，完成無線電波傳輸?shù)倪^程。天線在上述無線電波傳輸?shù)倪^程中是無線通信系統(tǒng)的第一個和最后一個器件，如圖1-1所示。發(fā)射機接收機傳播媒介發(fā)射天線接收天線電磁波圖1-1無線通信中的天線2. RFID技術原理通常情況下，RFID的應用系統(tǒng)主要由讀寫器和RFID卡兩部分組成。其中，讀寫器一般作為計算機終端，用來實現(xiàn)對RFID卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成。而RFID卡則是一種無源的應答器，主要是由一塊集成電路芯片及其外接天線組成，其中RFID芯片通常集成有射頻前端、邏輯控制、存儲器等電路，有的甚至將天線一起集成到同一芯片上。RFID應用系統(tǒng)的基本工作原理是RFID卡進入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應電流經(jīng)升壓電路作為芯片電源，同時將帶信息的感應電流通過射頻前端電路檢的數(shù)字信號送入邏輯控制電路進行信號處理；所需回復的信息則從存儲器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回給讀寫器?？梢?，RFID卡與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中其關鍵的作用是天線。一方面，無源的RFID卡芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器無線產生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了RFID卡與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式。目前RFID已經(jīng)得到了廣泛應用，且有國際標準:ISO10536,ISO14443,ISO15693，ISO18000等幾種。這些標準除規(guī)定了通訊數(shù)據(jù)幀協(xié)議外，還著重對工作距離、頻率、耦合方式等與天線物理特性相關的技術規(guī)格進行了規(guī)范。RFID應用系統(tǒng)的標準制定決定了RFID天線的選擇，下面將分別介紹已廣泛應用的各種類型的RFID天線及其性能。3. RFID天線類型RFID主要有線圈型、微帶貼片型、偶極子型3種基本形式的天線。其中，小于1m的近距離應用系統(tǒng)的RFID天線一般采用工藝簡單、成本低的線圈型天線，他們主要工作在中低頻段。而1m以上的遠距離的應用系統(tǒng)需要采用未帶貼片型或偶極子型的RFID天線，它們工作在高頻及微波頻段。這幾種類型天線的工作原理是不同的。3.1線圈天線當RFID的線圈天線進入讀寫器產生的交變磁場中，RFID天線與讀寫器天線之間的相互作用就類似于變壓器，兩者的線圈相當于變壓器的初級線圈和次級線圈。由RFID的線圈天線電感L、寄生電容和并聯(lián)電容，其諧振頻率為：，（式中C為和的并聯(lián)等效電容）。RFID應用系統(tǒng)就是通過這一頻率載波實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊的。常用的ID-1型非接觸式IC卡的外觀為以小型的塑料卡，天線線圈諧振工作頻率通常為13.56MHz。目前已研發(fā)出面積最小為0.4mm*0.4mm線圈天線的短距離RFID應用系統(tǒng)。某些應用要求RFID天線線圈外形很小，且需一定的工作距離，如用于動物是別的RFID。線圈外形即面積小的話，RFID與讀寫器之間的天線線圈互感量M就明顯不能滿足實際使用。通常的RFID的天線線圈內部插入具有高導磁率的鐵氧體材料，以增大互感量，從而補償線圈橫截面減小的問題。3.2 微帶貼片天線在RFID標簽天線的設計中，小型化問題始終倍受關注。為擴展應用范圍，小型化后的天線帶寬和增益特性及交叉極化特性也是重要的研究方向。目前的RFID標簽仍然使用片外獨立天線，其優(yōu)點是天線Q值較高、易于制造、成本適中，但是體積較大、易折斷，不能勝任防偽或以生物標簽形式植入動物體內等任務。若能將天線集成在標簽芯片上，無需任何外部器件即可進行工作，可使整個標簽體積減小，而且簡化了標簽制作流程，降低了成本，這就引發(fā)了片上天線技術的研究。另外，目前標簽天線研究的重點還包括，天線匹配技術、結構優(yōu)化技術、覆蓋多種頻段的寬帶天線設計、多標簽天線優(yōu)化分布技術、抗金屬設計技術、一致性與抗干擾技術等。微帶貼片天線是由貼有金屬地板的介質基片上的輻射貼片導體所構成的。根據(jù)天線輻射特性的需要。可以設計貼片導體為各種形狀。通常貼片天線的輻射導體與金屬地板距離為幾十分之一波長，假設輻射電場沿導體的橫向與縱向兩方面沒有變化，僅沿約為半波長的導體長度方向變化。則微帶貼片天線的輻射基本上是由貼片導體開路邊沿的邊緣場引起的，輻射方向基本確定，因此，一般適用于通訊方向變化不大的RFID應用系統(tǒng)中。為了提高天線的性能并考慮其通訊方向性問題，人們還提出了各種不同的微帶縫隙天線。3.3 偶極子天線在遠距離耦合的RFID應用系統(tǒng)中，最常用的是偶極子天線。偶極子天線及其演化，其中偶極子天線有兩段同樣粗細的等長的直導線排成一直線構成，信號從中間兩個端點饋入，在偶極子的兩臂上將產生一定的電流分布，這些電流分布就在天線周圍空間激發(fā)起電磁波，從而達到傳輸信號的目的。3.4 低頻和高頻RFID天線技術在低頻和高頻頻段，讀寫器與電子標簽基本上都采用線圈天線，線圈之間存在互感，使一個線圈的能量耦合到另一個線圈，因此，讀寫器天線與電子標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簽天線是近場耦合，電子標簽處于讀寫器的近區(qū)，當超出上述范圍時，近場耦合便失去作用。當電子標簽逐漸遠離讀寫器，出于讀寫器的遠區(qū)時，電磁場將擺脫天線，并作為電磁波進入空間。3.5 微波RFID天線技術微波RFID技術是目前RFID技術最為活躍和發(fā)展最為迅速的領域，微波RFID天線與低頻、高頻RFID天線相比工作原理不同。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簽天線之間的距離較遠，一般超過1m，典型值為1m10m；微波RFID的電子標簽較小，使得天線的小型化成為設計重點；微波RFID天線形式多樣，可以采用對稱振子天線、微帶天線、陣列天線寬帶天線等；微波RFID天線要求造價低，因此出現(xiàn)了許多天線制造新技術。4. 結束語總之，RFID的實際應用關鍵在于天線設計上，特別是對于具有非常大市場容量的商品標簽來說，要求RFID能夠實現(xiàn)全方向的無線數(shù)據(jù)通訊，且還要價格低廉、體積小。因此，我們所設計的標簽天線應該滿足廉價，體積小，而且效能高的要求。作為當下無知的本科生，感覺硬件開發(fā)深似海，然而它才是最實用，最貼切實際的應用技術，只有經(jīng)過長年累月的不斷學習和積累，才能從中探究到其中的奧妙。RFID技術是當下應用廣泛的一種技術，