第2章-24-RFID天線技術

1、物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4 RFID天線技術天線技術點擊此處結束放映點擊此處結束放映 天線概述天線概述2.4.1各類天線簡要介紹各類天線簡要介紹2.4.2RFID中的天線技術中的天線技術2.4.3RFID天線的制造工藝天線的制造工藝2.4.4物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用 天線概述天線概述2.4.1點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應

2、用2.4.1.1 天線定義天線定義凡是利用電磁波來傳遞信息和能量的，都依靠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。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天線是無線通信系統(tǒng)的第一個器件和最后一個器件器件。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用圖圖3.1 無線通信中的天線無線通信中的天線點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.1.2 天線分類天線

3、分類天線按照結構分類天線按照結構分類如下。如下。（1）線狀天線）線狀天線（2）面狀天線）面狀天線（3）縫隙天線）縫隙天線（4）微帶天線）微帶天線點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.1.3 天線的電參數(shù)天線的電參數(shù)1.天線的效率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射出去。天線的效率定義為天線的輻射功率 與輸入與輸入功率功率 的比值，即的比值，即：（3.1）inAPPPinP點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)

4、射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.輸入阻抗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天線的輸入阻抗定義為天線輸入端電壓與電流的比值，即比值，即：（3.2）天線的輸入端是指天線與饋線的連接處。天線的輸入端是指天線與饋線的連接處。inininininjXRIUZ點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用3.方向性函數(shù)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場與空間方向的關系。例如，電基本振子的電場為例如，電基本振子的電場為方向性函數(shù)為方向

5、性函數(shù)為 。jkrerIljEsin20sin,f點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用4.方向圖方向圖（1） E面方向圖（面方向圖（2） H面方向圖（面方向圖（3）立體方向圖）立體方向圖 電基本振子電基本振子的方向圖的方向圖點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用（4）主瓣寬度）主瓣寬度（5）旁瓣電平（）旁瓣電平（6）前后比）前后比點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用5.方向性系數(shù)方向性系數(shù)在離開

6、天線某一距離處，天線在最大輻射方向上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，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)。稱為天線的方向性系數(shù)。電基本振子的方向性系數(shù)電基本振子的方向性系數(shù)為為1.5。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用6.增益增益增益定義為當天線與理想無方向性天線的輸入功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

7、射方向上輻射功率密度之率相同時，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。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用7.有效長度有效長度很多天線上的電流分布是不均勻的。天線有效長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。等于輸入端的

8、電流，此假想天線的長度。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用8.極化極化天線的極化是指在天線最大輻射方向上，電場矢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。和橢圓極化。 9.頻帶寬度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。的工作頻帶寬度，簡稱

9、為天線的帶寬。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用 各類天線簡要介紹各類天線簡要介紹2.4.2點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.2.1 對稱振子天線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，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。它既可以單獨使用，又可以作為天線陣的單元。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用1.對稱振子天線的輻射

10、場對稱振子天線的輻射場對稱振子天線的輻射電場為（3.8） jkrmeklklrIjEsincoscoscos60點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.對稱振子天線的方向圖對稱振子天線的方向圖點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.2.2 引向天線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，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

11、振子、一個反射振子（稍長于有源振子）和它由一個有源振子、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。過饋線與信號源或接收機連接外，其余振子均為無源振子。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用 圖圖3.9 引向天線引向天線點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.2.3 螺旋天線螺旋天線（a）D/0.18 （b）0.25D/

12、0.46 （c）0.250.46 圖圖3.10 螺旋天線及其方向圖螺旋天線及其方向圖點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.2.4 微帶天線微帶天線圖圖3.11 微帶天線微帶天線點擊此處結束放映點擊此處結束放映 RFID中的天線技術中的天線技術2.4.3物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.3.1 RFID天線的應用現(xiàn)狀天線的應用現(xiàn)狀1. RFID天線應用的一般要求天線應用的一般

13、要求（1）電子標簽天線）電子標簽天線 RFID天線必須足夠小天線必須足夠小； RFID天線提供最大可天線提供最大可能的信號和能量給標簽的芯片能的信號和能量給標簽的芯片； RFID天線具有魯棒性天線具有魯棒性； RFID天線非常便宜天線非常便宜。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用（2）讀寫器讀寫器天線天線讀寫器天線既可以與讀寫器集成在一起，也可讀寫器天線既可以與讀寫器集成在一起，也可以采用分離式以采用分離式；讀寫器天線設計要求多頻段覆蓋讀寫器天線設計要求多頻段覆蓋；應應用智能波束掃描天線陣用智能波束掃描天線陣。點擊此處結束放映

14、點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2. RFID天線的天線的極化極化有些應用可以采用線極化，例如在流水線上，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，所以大部分電子標簽的方位是不可知的，所以大部分RFID系統(tǒng)采系統(tǒng)采用圓極化天線用圓極化天線。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技

15、術與應用3. RFID天線的天線的方向性方向性如果天線波瓣寬度越窄，天線的方向性越好，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。越強，但同時天線的覆蓋范圍也就越小。4. RFID天線的天線的阻抗問題阻抗問題為了以最大功率傳輸，芯片的輸入阻抗必須和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。天線的輸出阻抗匹配。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用5. RFID的的環(huán)境問題環(huán)境問題電子標簽天

16、線的特性，受所標識物體的形狀和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。等，這些影響在天線設計與應用中必須加以解決。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.3.2 RFID天線的設計現(xiàn)狀天線的設計現(xiàn)狀1. RFID電子標簽天線的設計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小尺寸要求

17、，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物理特性要求，電子標簽到貼標簽物體的距離要求，金金屬表面的反射要求等。屬表面的反射要求等。 點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2. RFID讀寫器天線的設計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、低增益問到天線陣的設計問題，小型化帶來的低效率、低增益問題等題等。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用

18、）技術與應用3. RFID天線的設計步驟天線的設計步驟點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.3.3 低頻和高頻低頻和高頻RFID天線天線技術技術 在低頻和高頻頻段，讀寫器與電子標簽基本都采用在低頻和高頻頻段，讀寫器與電子標簽基本都采用線圈天線線圈天線。線圈之間存在互感，使一個線圈的能量可以線圈之間存在互感，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。間是采用電感耦合的方式工作。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別

19、（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用1.低頻和高頻低頻和高頻RFID天線的結構和圖片天線的結構和圖片點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用低頻和高頻低頻和高頻RFID天線有如下特點。天線有如下特點。 天線都采用線圈的形式；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)；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寸主要是由天線決定的。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFI

20、DRFID）技術與應用）技術與應用2.低頻和高頻低頻和高頻RFID天線的磁場天線的磁場“短圓柱形線圈短圓柱形線圈”在周圍產(chǎn)生的磁場為在周圍產(chǎn)生的磁場為(3.11)(3.11)2/32222zRINRHz點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用3.低頻和高頻低頻和高頻RFID天線的最佳尺寸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)，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。系。(3.15)(3.15)zR2點擊此處結束

21、放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.3.4 微波微波RFID天線天線技術技術1.微波微波RFID天線的結構和圖片天線的結構和圖片點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用微波微波RFID天線有如下特點。天線有如下特點。 微波微波RFID天線的結構多樣；天線的結構多樣；適合粘帖在各種物體的表面；適合粘帖在各種物體的表面；很多是在條帶上批量生產(chǎn)；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。電子標簽的尺寸主要是由天線決定的。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)

22、射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.微波微波RFID天線的應用方式天線的應用方式點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用3.RFID天線天線的設計的設計（1）彎曲偶極子天線彎曲偶極子天線（2）微帶天線）微帶天線點擊此處結束放映點擊此處結束放映 RFID天線的制造工藝天線的制造工藝2.4.4物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用RFID天線制作工藝主要有線圈繞制法、蝕刻法和天線制作工藝主要有線圈繞制法、蝕刻法和印刷法。低頻印刷法。低頻RFID電子標簽天線基本是采用繞線方式制電子標簽天線基本是采用繞線方式制作而成；高頻作而成；高頻RFID電子標簽天線利用以上三種方式均可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；實現(xiàn)，但以蝕刻天線為主，其材料一般為鋁或銅；UHF RFID電子標簽天線則以印刷天線為主。電子標簽天線則以印刷天線為主。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2.4.4.1 線圈繞制法