RFID天線安裝與調(diào)試實訓(xùn)報告

1、實訓(xùn)報告姓名 學(xué)號 系部 專業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù) 班級 _指導(dǎo)教師 實訓(xùn)名稱 天線安裝與調(diào)試 完成時間： 2013年 月 日 目錄1 物聯(lián)網(wǎng)常用天線簡介32 物聯(lián)網(wǎng)天線常見參數(shù)33 物聯(lián)網(wǎng)常用器件安裝測量記錄及分析44 標簽天線制作及測量分析13參考文獻151物聯(lián)網(wǎng)常用天線簡介 物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）的定義：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。天線的基本功能:將由發(fā)射機（或傳輸線

2、）送來的高頻電流（或?qū)Рǎ┠芰哭D(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波并傳送到空間；在接收端，則將空間傳來的無線電波能量轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚪邮諜C傳送的高頻電流能量，因此，天線可認為是導(dǎo)波和輻射波的變換裝置，是一個能量轉(zhuǎn)換器。 天線種類 ：首先按天線用途分 ：可分為基地臺天線和移動臺天線 (1) 按天線的輻射方向可劃分 ：可為全向天線和定向天線 (2) 按工作性質(zhì)劃分：可分為接收天線和發(fā)射天線 (3) 按天線的極化方向分還分為水平極化天線及垂直極化天線 (4) 按頻率分類：長波天線，中波天線，短波天線，超短波天線，微波天線 2 物聯(lián)網(wǎng)天線常見參數(shù)(1)天線的增益:天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站 天

3、線最重要的參數(shù)之一。(2)帶寬:這也是一個重要但容易被忽略的問題。天線是有一定帶寬的，這意味著雖然諧振頻率是一個頻率點，但是在這個頻率點附近一定范圍內(nèi)，這付天線的性能都是差不多好的。這個范圍就是帶寬。(3)輸入阻抗：天線輸入端信號電壓與信號電流之比，稱為天線的輸入阻抗。(4)反射系數(shù)(): 反射電壓/入射電壓,為標量。(5) 電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ration): 波腹電壓/波節(jié)電壓(6) (Return Loss):入射功率/反射功率,為dB數(shù)值(7) 波瓣寬度：主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低3dB的兩點之間的夾角定義為主瓣寬度。主瓣寬度描述了天線輻射能

4、量在主瓣方向的集中程度。主瓣寬度越窄，天線的方向性越好，作用距離越遠，抗干擾能力越強。 (8) 前后比：主瓣與后瓣最大輻射強度之比。典型值為2030dB。 (9) 極化特征：電磁波的極化形式分為線極化、圓極化和橢圓極化。線極化又分為垂直極化和水平極化。移動通信中常用垂直極化天線。3物聯(lián)網(wǎng)常用器件安裝測量記錄及分析3.1 實驗?zāi)康牧私馕锫?lián)網(wǎng)常用射頻同軸電纜的常規(guī)性能與測試方法。3.2 實驗儀器和設(shè)備 (1) 任一款網(wǎng)絡(luò)分析儀 1臺； (2) 射頻測試附件 1套； (3) 匹配負載 1只； (4) 待測電纜 1根 。3.3 實驗原理當(dāng)電纜的末端接上匹配負載時,其輸入端的駐波比即是電纜的駐波比。儀器

5、接入電纜與不接入電纜時,信號的減少即插損。3.4 實驗步驟1. 接通網(wǎng)絡(luò)分析儀的電源，按下電源開關(guān)，等待屏幕上顯示測量界面。2. 根據(jù)器件的工作頻率，設(shè)置儀表的測量頻率，儀表的測量頻率寬度一般大于器件的工作頻率寬度。設(shè)置儀表的起始頻率為10MHz，截止頻率為1300MHz。按鍵，進入如圖頻率設(shè)置界面。在此界面下可以有以下軟鍵可以通過側(cè)面按鍵選中設(shè)置例：設(shè)置起始頻率為1MHz，截止頻率為1300MHz步驟如下：3. 調(diào)節(jié)掃頻信號源輸出電平的大小。按信號源輸出設(shè)置鍵，進入如圖電平設(shè)置界面，設(shè)置幅度為0dBm，步驟如下：4. 設(shè)置參考電平按鍵進入?yún)⒖茧娖皆O(shè)置，測量時按各項菜單對應(yīng)軟鍵可進行相關(guān)通道參

6、考電平以及參考電平位置的設(shè)置。例：設(shè)置A通道參考電平為-40dB，步驟如下：5. 設(shè)置柵格幅度按此對應(yīng)軟鍵可以進行相應(yīng)通道柵格對應(yīng)幅值設(shè)置，范圍在1-10dB。例：設(shè)置A通道柵格幅度為8dB，步驟如下：6. 通道校準按儀器校準設(shè)置鍵，進入校準界面。在此鍵狀態(tài)下可選擇“通道路徑校準”、 “電橋校準”、更加確保測量的準確性。通道校準，主要是對用戶的線纜進行校準。通道校準時連接如下圖，操作按鍵順序 。例：7傳輸參數(shù)（即，衰減或損耗）的測量。通道校準后，用待測元件替換雙陰接頭（如下圖），此時顯示器上有一定的衰減數(shù)據(jù)。打開頻標的開關(guān)并設(shè)置需要觀察的頻率點。通過頻標的指示，可以讀出器件各個工作頻率值及相應(yīng)

7、的衰減或損耗數(shù)據(jù)，填入表1中的插損1。 表1頻率MHz20100200300400500600700800900插損1dB0-0.12-0.17-0.24-0.32-0.33-0.38-0.36-0.41-0.40插損2dB0.02-0.10-0.15-0.22-0.27-0.30-0.35-0.34-0.37-0.398. 將器件反向接入該連接線路中，重復(fù)以上步驟，記錄觀察的頻率點相應(yīng)數(shù)據(jù)。填入表1中的插損2中。9. 電橋校準電橋校準，主要是對駐波電橋及線纜等進行校準。校準時，檢波器電纜線接射頻輸出端，通過駐波電橋，彼此連接。校準操作按鍵順序 ，根據(jù)界面提示進行操作，依次進行開路校準。10.

8、 駐波比（或反射系數(shù)或回波損耗）的測量。根據(jù)反射系數(shù)，可以換算出輸入、輸出端的電壓駐波比，也可以換算為回波損耗。如果反射系數(shù)過大，就會導(dǎo)致反射損耗增大，并且影響系統(tǒng)的前后級匹配，使系統(tǒng)性能下降。電橋校準后，將被測器件的一端接在電橋的輸出端，另一端用同軸匹配負載連接，如下圖：改變頻標的頻率值，讀出各個頻率值及相應(yīng)數(shù)值，填入表2中的駐波比。 表2頻率MHz20100200300400500600700800900駐波比1.0451.0471.0431.0441.0461.0441.0451.0481.0451.061回波損耗dB27.1027.9027.7727.8127.2428.3827.89

9、28.2627.3627.37重復(fù)以上步驟10，只是改測回波損耗，記錄觀察的頻率點相應(yīng)數(shù)據(jù)。填入表2中回波損耗。3.5 測試分析1. 描繪出傳輸線插入損耗的頻率特性圖。2 描繪出傳輸線回波損耗的頻率特性圖。2. 計算當(dāng)反射系數(shù)為0.2時，對應(yīng)駐波比和回波損耗。 實驗二 物聯(lián)網(wǎng)常用天線回波損耗的測量一 實驗?zāi)康牧私馕锫?lián)網(wǎng)常用微帶天線的常規(guī)性能與測試方法。二 實驗儀器和設(shè)備 (1) 任一款網(wǎng)絡(luò)分析儀 1臺； (2) 射頻測試附件 1套； (3) 轉(zhuǎn)接頭 1只； (4) 待測微帶天線 1個 。三 實驗原理微帶天線是一塊厚度遠小于波長的介質(zhì)板（稱為介質(zhì)基片）和覆蓋在他的兩面上的金屬片構(gòu)成，其中完全覆蓋

10、在介質(zhì)板的一面稱為接地板，而尺寸可以和波長相比擬的那一面稱為輻射元。微帶天線以其重量輕、剖面低、平面結(jié)構(gòu)且易于其它電路集成等優(yōu)點，可廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。本次實驗主要是通過標量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量天線的反射特性。四 實驗步驟1. 接通網(wǎng)絡(luò)分析儀的電源，按下電源開關(guān)，等待屏幕上顯示測量界面。2. 按下RF ON，使屏幕右上方的變?yōu)镽F ON。3. 關(guān)閉A通道，打開B通道。如圖：4. 根據(jù)器件的工作頻率，設(shè)置儀表的測量頻率，儀表的測量頻率寬度一般大于器件的工作頻率寬度。如果這里被測器件的工作頻率為1.1MHz至1299MHz，可設(shè)置儀表的起始頻率為1MHz，截止頻率為1300MHz。這里，設(shè)置儀表的起始頻

11、率為10MHz，截止頻率為1300MHz。按鍵，進入如圖頻率設(shè)置界面。在此界面下可以有以下軟鍵可以通過側(cè)面按鍵選中設(shè)置例：設(shè)置起始頻率為1MHz，截止頻率為1300MHz步驟如下：5. 調(diào)節(jié)掃頻信號源輸出電平的大小。按信號源輸出設(shè)置鍵，進入如圖電平設(shè)置界面，設(shè)置幅度為0dBm，步驟如下：6. 設(shè)置參考電平按鍵進入?yún)⒖茧娖皆O(shè)置，測量時按各項菜單對應(yīng)軟鍵可進行相關(guān)通道參考電平以及參考電平位置的設(shè)置。這里是設(shè)置B通道參考電平。例：設(shè)置A通道參考電平為-40dB，步驟如下：7. 設(shè)置柵格幅度按此對應(yīng)軟鍵可以進行相應(yīng)通道柵格對應(yīng)幅值設(shè)置，范圍在1-10dB。這里設(shè)置B通道柵格幅度為10dB。例：設(shè)置A通

12、道柵格幅度為8dB，步驟如下：8. 電橋校準電橋校準，主要是對駐波電橋及線纜等進行校準。校準時，檢波器電纜線接射頻輸出端，通過駐波電橋，彼此連接，如圖。校準操作按鍵順序 ，根據(jù)界面提示進行操作，依次進行開路校準。圖 校準連接圖9. 回波損耗的測量。電橋校準后，將被測器件的一端接在電橋的輸出端，測試連接示意圖如下： 10. 接上天線后得到天線的測試曲線，改變頻標的頻率值，讀出各個頻率值及相應(yīng)數(shù)值，填入表中的回波損耗。 表1頻率MHz20100200300400500600700800900回波損耗dB-0.21-1.23-1.33-0.420.731.6216.473.603.245.68五 測

13、試分析1. 描繪出微帶天線回波損耗的頻率特性圖。2.當(dāng)回波損耗為20dB，換算出對應(yīng)的電壓駐波比和反射系數(shù)。4標簽天線制作及測量分析4.1 制作及測試概要 根據(jù)文獻選一個天線結(jié)構(gòu)，再用銅皮按照文獻天線尺寸剪出來，貼在基板材料（可選用紙或塑料等）上，再用導(dǎo)電銀膠和膠帶等把芯片粘上，最后用讀寫器測試是否能讀到。通過對標簽天線進行測試，測試其功能是否達到設(shè)計要求。若不能讀到，可用刻刀和尺子對銅皮進行刻切調(diào)試。一種小型化頻段彎折標簽天線本研究首先對折合振子標簽天線進行設(shè)計為了標簽天線小型化和提高標簽天線輸入口的電壓，提出將折合振子天線進行彎折變形，通過改變天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)來實現(xiàn)和芯片的共軛匹配，標簽芯片

14、選用公司提供的專用標簽芯片，在輸入阻抗為，品質(zhì)因數(shù)可達到，提高了芯片輸入口的電壓，增加系統(tǒng)的識別距離天線結(jié)構(gòu)出處：電子資源數(shù)據(jù)庫天線結(jié)構(gòu)：UHF線極化12dbi天線天線特點：天線應(yīng)用常見的材料，且饋電方式簡單，具有成本低、易加工等特點；此種天線的引入，極大地提高天線的軸比和阻抗帶寬。其讀寫距離遠，而且數(shù)據(jù)處理速率很高，效率相對頻段要高性能參數(shù)：天線結(jié)構(gòu)示意圖如下： 4.2 測試步驟 測試的設(shè)備由于儀器、場地等各方面條件限制，不能測標簽天線的具體技術(shù)指標，主要通過閱讀器、閱讀器天線輔助測量能識別的最大距離。需要的設(shè)備有標簽閱讀器、閱讀器天線、電腦等，測試步驟如下：1) 把讀寫器通過RS232口與

15、PC機連接2) 選用高頻電纜連接讀寫器和天線。3) 使用配套的電源變換器給讀寫器供電（+9V）。4) 在PC機上運行讀寫器配套軟件，對讀寫器進行工作參數(shù)設(shè)置和讀寫測試。5) 先將電子標簽放在紙板上，考察閱讀器天線及標簽天線擺放位置對讀取距離的影響：將標簽天線先放在離閱讀器很近的地方測試，發(fā)現(xiàn)閱讀器能正常識別；慢慢增加標簽天線與閱讀器的距離，測試閱讀器能識別其最大距離4.3 測試分析1、 填寫測試數(shù)據(jù)閱讀器天線擺放位置標簽天線擺放位置讀取距離單位：米備注平放桌面水平0.4讀取時間為2s平放桌面垂直0.4讀取時間為3s平放桌面左旋轉(zhuǎn)45度0.45讀取時間為2s平放桌面右旋轉(zhuǎn)45度0.45讀取時間為2s2.若不能讀到，分析原因。（1） 由于介電常數(shù)不一樣導(dǎo)致的。（2） 天線的位置擺放不正確。2. 若能讀到，根據(jù)測試結(jié)果分析所測試標簽天線在何種情況讀取距離最大，給出分析結(jié)論，并分析原因。換句話說，即天線在有的方向輻射或接收較強， 在有的方向則輻射或接收較弱，甚至為零。 收、發(fā)天線具有互易性。也就是說， 對發(fā)射天線的分析，同樣適合于接收天線。但從接收的角度講， 要保證正常接收，必須使信號功率與噪聲功率的比值達到一定的數(shù)值。為此，對接收天線的方向性有以下要求：