如何設(shè)計(jì)RFID的電子標(biāo)簽天線指南詳細(xì)說明

　　1 引言

　　射頻識(shí)別是一種使用射頻技術(shù)的非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有傳輸速率快、防沖撞、大批量讀取、運(yùn)動(dòng)過程讀取等優(yōu)勢(shì)，因此，RFID技術(shù)在物流與供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)管理與控制、防偽與安全控制、交通管理與控制等各領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用潛力。目前，射頻識(shí)別技術(shù)的工作頻段包括低頻、高頻、超高頻及微波段，其中以高頻和超高頻的應(yīng)用最為廣泛。

　　2 RFID技術(shù)原理

　　RFID系統(tǒng)主要由讀寫器（target）、應(yīng)答器（RFID標(biāo)簽）和后臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，其中，讀寫器實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)讀寫和存儲(chǔ)，由控制單元、高頻通信模塊和天線組成，標(biāo)簽主要由一塊集成電路芯片及外接天線組成，其中電路芯片通常包含射頻前端、邏輯控制、存儲(chǔ)器等電路。標(biāo)簽按照供電原理可分為有源（active）標(biāo)簽、半有源（semiactive）標(biāo)簽和無源（passive）標(biāo)簽，無源標(biāo)簽因?yàn)槌杀镜?、體積小而備受青睞。 RFID系統(tǒng)的基本工作原理是：標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器發(fā)射射頻場后，將天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路后作為芯片的電源，同時(shí)將帶信息的感應(yīng)電流通過射頻前端電路變?yōu)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>數(shù)字信號(hào)送入邏輯控制電路進(jìn)行處理，需要回復(fù)的信息則從標(biāo)簽存儲(chǔ)器發(fā)出，經(jīng)邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回讀寫器。

　　3 RFID系統(tǒng)中的天線

　　從RFID技術(shù)原理上看，RFID標(biāo)簽性能的關(guān)鍵在于RFID標(biāo)簽天線的特點(diǎn)和性能。在標(biāo)簽與讀寫器數(shù)據(jù)通信過程中起關(guān)鍵作用是天線，一方面，標(biāo)簽的芯片啟動(dòng)電路開始工作，需要通過天線在讀寫器產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了標(biāo)簽與讀寫器之間的通信信道和通信方式。因此，天線尤其是標(biāo)簽內(nèi)部天線的研究就成為了重點(diǎn)。

　　3.1 RFID系統(tǒng)天線的類別

　　按RFID標(biāo)簽芯片的供電方式來分，RFID標(biāo)簽天線可以分為有源天線和無源天線兩類。有源天線的性能要求較無源天線要低一些，但是其性能受電池壽命的影響很大：無源天線能夠克服有源天線受電池限制的不足，但是對(duì)天線的性能要求很高。目前，RFID天線的研究重點(diǎn)是無源天線。從RFID系統(tǒng)工作頻段來分，在LF、HF段f如6．78MHz、13．56MHz）I作的RFID系統(tǒng)，電磁能量的傳送是在感應(yīng)場區(qū)域（似穩(wěn)場）中完成，也稱為感應(yīng)耦合系統(tǒng)；在UHF段（如915MHz、2400Mttz）Z作的系統(tǒng)，電磁能量的傳送是在遠(yuǎn)場區(qū)域（輻射場）中完成，也稱為微波輻射系統(tǒng)。由于兩種系統(tǒng)的能量產(chǎn)生和傳送方式不同，對(duì)應(yīng)的RFID標(biāo)簽天線及前端部分存在各自特殊性，因此標(biāo)簽天線分為近場感應(yīng)線圈天線和遠(yuǎn)場輻射天線。感應(yīng)耦合系統(tǒng)使用的是近場感應(yīng)線圈天線，由多匝電感線圈組成，電感線圈和與其相并聯(lián)的電容構(gòu)成并聯(lián)諧振回路以耦合最大的射頻能量；微波輻射系統(tǒng)使用的遠(yuǎn)場輻射天線的種類主要是偶極子天線和縫隙天線，遠(yuǎn)場輻射天線通常是諧振式的，一般取半波長。天線的形狀和尺寸決定它能捕捉的頻率范圍等性能，頻率越高，天線越靈敏，占用的面積也越少。較高的工作頻率可以有較小的標(biāo)簽尺寸，與近場感應(yīng)天線相比，遠(yuǎn)場輻射天線的輻射效率較高。

　　3.2 RFID標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)要求

　　RFID標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)要求主要包括：天線的物理尺寸足夠小，能滿足標(biāo)簽小型化的需求；具有全向或半球覆蓋的方向性；具有高增益，能提供最大的信號(hào)給標(biāo)簽的芯片；阻抗匹配好，無論標(biāo)簽在什么方向，標(biāo)簽天線的極化都能與讀寫器的信號(hào)相匹配；具有頑健性及低成本。在選擇天線時(shí)主要考慮：天線的類型，天線的阻抗，應(yīng)用到物品上的RF性能，當(dāng)有其他物品圍繞標(biāo)簽物品時(shí)的RF性能。