科普篇 | RFID天線的定義及常見分類解析

在無線通信技術(shù)中，只有RFID系統(tǒng)的無線收發(fā)裝置和天線的關(guān)系最為特殊。在RFID的家族中，天線和RFID是同樣重要的成員，RFID和天線相互依存，不可分割。無論是RFID讀寫器還是RFID電子標簽，無論是高頻RFID技術(shù)還是超高頻RFID技術(shù)，都離不開天線。

RFID天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導行波，變換成在無界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進行相反的變換。天線是無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接收（僅僅接收很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機，如下圖所示。

RFID天線的輻射電磁波原理

導線載有交變電流時，就會輻射電磁波，其輻射能力與導線的長短和形狀有關(guān)。若兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；將兩導線張開，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。當導線的長度遠小于輻射電磁波的波長 ，輻射很微弱；當導線的長度可與輻射的電磁波波長相比擬時，導線上的電流就大大增加，形成較強的輻射。通常將上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導線稱為振子，振子就是一個簡單的天線。

電磁波波長越長，天線的尺寸越大。需要輻射的功率越強，天線的尺寸越大。

RFID天線的方向性

天線輻射電磁波是有方向性的，在天線的發(fā)送端，方向性指天線向一定方向輻射電磁波的能力，對于接收端而言，則表示天線對來自不同方向的電磁波的接收能力。天線輻射特性與空間坐標之間的函數(shù)圖形就是天線方向圖，分析天線的方向圖就可分析天線的輻射特性，即天線在空間各個方向上所具有的發(fā)射(或接收)電磁波的能力。通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向輻射（或接收）電磁波功率大小的曲線就是天線的方向性。

通過對天線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做相應的改動，可以改變天線的方向性，并由此形成不同種類及特性各異的天線。

RFID天線的增益

天線增益定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度，從方向圖上來看，主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。在工程上，天線增益用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，增加增益就可以在一確定方向上增大網(wǎng)絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內(nèi)增大增益余量。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。

RFID天線的分類

偶極子天線：也稱為對稱振子天線，由兩段同樣粗細和等長的直導線排成一條直線構(gòu)成。信號從中間的兩個端點饋入，在偶極子的兩臂上將產(chǎn)生一定的電流分布，這種電流分布就會在天線周圍空間激發(fā)起電磁場。

線圈天線：是RFID系統(tǒng)中使用最廣泛的天線之一。它們通常由導線繞成圓形或矩形結(jié)構(gòu)，以便能夠接收和發(fā)送電磁信號。

電感耦合射頻天線：電感耦合射頻天線通常用于RFID讀寫器和RFID電子標簽之間的通信，它們通過共享磁場進行耦合。這些天線通常呈螺旋形狀，以便在RFID讀寫器和RFID電子標簽之間創(chuàng)建共享磁場。

微帶貼片天線：通常是由金屬貼片貼在接地平面上的一片薄層，微帶貼片天線質(zhì)量輕、體積小、剖面薄，饋線和匹配網(wǎng)絡可以和天線同時制作，與通信系統(tǒng)的印制電路集成在一起，貼片又可采用光刻工藝制造，成本低、易于大量生產(chǎn)。

八木天線：是一種定向天線，由兩個或更多的半波偶極子組成。它們通常用于增強信號強度或進行定向無線通信。

背腔式天線：是一種將天線和饋線置于同一背腔內(nèi)的天線。它們通常用于高頻率RFID系統(tǒng)中，可以提供良好的信號質(zhì)量和穩(wěn)定性。

微帶線型天線：是一種小型化、薄型化的天線，通常用于移動設(shè)備和RFID標簽等小型設(shè)備中。它們由微帶線構(gòu)成，可以以較小的尺寸提供良好的性能。

螺旋天線：是一種能夠接收和發(fā)送圓形極化電磁波的天線。它們通常由金屬線或金屬片制成，并具有一個或多個螺旋形狀的結(jié)構(gòu)。

天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。每種類型的天線都有其獨特的特點和適用場景，在選擇合適的RFID天線時，需要根據(jù)實際的應用需求和環(huán)境條件進行選擇。

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