第2章-24-RFID天線技術

第2章-24-RFID天線技術第一頁，共53頁。

天線概述2.4.1各類天線簡要介紹2.4.2RFID中的天線技術2.4.3RFID天線的制造工藝2.4.4物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用點擊此處結束放映第二頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用

天線概述2.4.1點擊此處結束放映第三頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.1.1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。點擊此處結束放映第四頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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第五頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.1.2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

點擊此處結束放映第六頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.1.3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）點擊此處結束放映第七頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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。點擊此處結束放映第八頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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

。點擊此處結束放映第九頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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點擊此處結束放映第十頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用

（4）主瓣寬度（5）旁瓣電平（6）前后比

點擊此處結束放映第十一頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)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。

點擊此處結束放映第十二頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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。

點擊此處結束放映第十三頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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。

點擊此處結束放映第十四頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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。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。

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各類天線簡要介紹2.4.2點擊此處結束放映第十六頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.2.1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，它既可以單獨使用，又可以作為天線陣的單元。點擊此處結束放映第十七頁，共53頁。第十八頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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）點擊此處結束放映第十九頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.對稱振子天線的方向圖

點擊此處結束放映第二十頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.2.2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。

點擊此處結束放映第二十一頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用

圖3.9引向天線

點擊此處結束放映第二十二頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.2.3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

點擊此處結束放映第二十三頁，共53頁。第二十四頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.2.4微帶天線圖3.11微帶天線點擊此處結束放映第二十五頁，共53頁。

RFID中的天線技術2.4.3物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用點擊此處結束放映第二十六頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.3.1RFID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。點擊此處結束放映第二十七頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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。點擊此處結束放映第二十八頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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。點擊此處結束放映第二十九頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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。點擊此處結束放映第三十頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)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。點擊此處結束放映第三十一頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.3.2RFID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。

點擊此處結束放映第三十二頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.RFID讀寫器天線的設計

要求低剖面、小型化以及多頻段覆蓋。還將涉及到天線陣的設計問題，小型化帶來的低效率、低增益問題等。點擊此處結束放映第三十三頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用3.RFID天線的設計步驟

點擊此處結束放映第三十四頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.3.3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都采用線圈天線。線圈之間存在互感，使一個線圈的能量可以耦合到另一個線圈，因此讀寫器天線與電子標簽天線之間是采用電感耦合的方式工作。

點擊此處結束放映第三十五頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用1.低頻和高頻RFID天線的結構和圖片

點擊此處結束放映第三十六頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用

低頻和高頻RFID天線有如下特點。

天線都采用線圈的形式；

線圈可以是圓形環(huán)，也可以是矩形環(huán)；

天線的尺寸比芯片的尺寸大很多，電子標簽的尺寸主要是由天線決定的。

點擊此處結束放映第三十七頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.低頻和高頻RFID天線的磁場

“短圓柱形線圈”在周圍產(chǎn)生的磁場為(3.11)點擊此處結束放映第三十八頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用3.低頻和高頻RFID天線的最佳尺寸

線圈天線的最佳尺寸，是指線圈上的電流為常數(shù)，且與天線的距離為常數(shù)時，線圈的尺寸與產(chǎn)生磁場的關系。(3.15)點擊此處結束放映第三十九頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.3.4微波RFID天線技術1.微波RFID天線的結構和圖片

點擊此處結束放映第四十頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用微波RFID天線有如下特點。

微波RFID天線的結構多樣；

適合粘帖在各種物體的表面；

很多是在條帶上批量生產(chǎn)；

電子標簽的尺寸主要是由天線決定的。點擊此處結束放映第四十一頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.微波RFID天線的應用方式

點擊此處結束放映第四十二頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用3.RFID天線的設計（1）彎曲偶極子天線（2）微帶天線點擊此處結束放映第四十三頁，共53頁。

RFID天線的制造工藝2.4.4物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用點擊此處結束放映第四十四頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用 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電子標簽天線基本是采用繞線方式制作而成；高頻RFID電子標簽天線利用以上三種方式均可實現(xiàn)，但以蝕刻天線為主，其材料一般為鋁或銅；UHFRFID電子標簽天線則以印刷天線為主。點擊此處結束放映第四十五頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.4.1線圈繞制法

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線圈繞制法的特點如下。

頻率范圍在125-134KHz的電子標簽只能采用這種工藝；

成本高，生產(chǎn)速度慢； UHF天線很少采用這種工藝。點擊此處結束放映第四十七頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.4.2蝕刻法

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蝕刻法的特點如下。

蝕刻天線精度高，天線性能優(yōu)異且穩(wěn)定；

缺點就是成本太高；

高頻電子標簽常采用這種工藝。點擊此處結束放映第四十九頁，共53頁。物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFID）技術與應用2.4.4.3印刷法