RFID技術(shù)原理的介紹和射頻天線設(shè)計(jì)的資料說明

　　近年來人們開始開發(fā)應(yīng)用非接觸式IC 卡來逐步替代接觸式IC 卡，其中射頻識(shí)別（ RFID ， radio frequency identification） 卡就是一種典型的非接觸式IC卡，然而，RFID 在不同的應(yīng)用環(huán)境中需要采用不同天線通訊技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的。 自1970 年第一張IC 卡問世起， IC 卡成為當(dāng)時(shí)微電子技術(shù)市場增長最快的產(chǎn)品之一，到1996 年全世界發(fā)售IC 卡就有7 億多張。 但是，這種以接觸式使用的IC 卡有其自身不可避免的缺點(diǎn)，即接觸點(diǎn)對(duì)腐蝕和污染缺乏抵抗能力，大大降低了IC 卡的使用壽命和使用范圍。 近年來人們開始開發(fā)應(yīng)用非接觸式IC 卡來逐步替代接觸式IC 卡，其中射頻識(shí)別（RFID ， radio frequency identification） 卡就是一種典型的非接觸式IC卡，它是利用無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與IC 卡之間數(shù)據(jù)交換的，顯示出比一般接觸式IC 卡使用更便利的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于制作電子標(biāo)簽或身份識(shí)別卡。 然而，RFID 在不同的應(yīng)用環(huán)境中需要采用不同天線通訊技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的。 這里我們將首先通過介紹RFID 應(yīng)用系統(tǒng)的基本工作原理來具體說明射頻天線的設(shè)計(jì)是RFID 不同應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵，然后分別介紹幾種典型的RFID 天線及其設(shè)計(jì)原理，最后介紹利用Ansoft HFSS 工具來設(shè)計(jì)了一種全向的RFID天線.

　　1 RFID 技術(shù)原理

　　通常情況下， RFID 的應(yīng)用系統(tǒng)主要由讀寫器和RFID 卡兩部分組成的，如圖1 所示。 其中，讀寫器一般作為計(jì)算機(jī)終端，用來實(shí)現(xiàn)對(duì) RFID 卡的數(shù)據(jù)讀寫和存儲(chǔ)，它是由控制單元、高頻通訊模塊和天線組成。而RFID 卡則是一種無源的應(yīng)答器，主要是由一塊集成電路（ IC） 芯片及其外接天線組成，其中RFID 芯片通常集成有射頻前端、邏輯控制、存儲(chǔ)器等電路，有的甚至將天線一起集成在同一芯片上.

　　RFID 應(yīng)用系統(tǒng)的基本工作原理是RFID 卡進(jìn)入讀寫器的射頻場后，由其天線獲得的感應(yīng)電流經(jīng)升壓電路作為芯片的電源，同時(shí)將帶信息的感應(yīng)電流通過射頻前端電路檢得數(shù)字信號(hào)送入邏輯控制電路進(jìn)行信息處理;所需回復(fù)的信息則從存儲(chǔ)器中獲取經(jīng)由邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回給讀寫器。 可見，RFID 卡與讀寫器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起關(guān)鍵的作用是天線。 一方面，無源的RFID 卡芯片要啟動(dòng)電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量;另一方面，天線決定了 RFID 卡與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式。 目前RFID 已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，且有國際標(biāo)準(zhǔn)：ISO10536 ，ISO14443 ， ISO15693 ， ISO18000 等幾種。 這些標(biāo)準(zhǔn)除規(guī)定了通訊數(shù)據(jù)幀協(xié)議外，還著重對(duì)工作距離、頻率、耦合方式等與天線物理特性相關(guān)的技術(shù)規(guī)格進(jìn)行了規(guī)范。 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定決定了RFID天線的選擇，下面將分別介紹已廣泛應(yīng)用的各種類型的RFID 天線及其性能。