RFID技术及RFID天线分析

的领域。 
  
    4 RFID天线类型 
  
    天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的装置，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。当前的RFID系统主要集中在LF、HF (13.56MHz)、UHF（860-960MHz）和微波频段，不同工作频段的RFID系统天线的原理和设计有着根本上的不同。RFID天线的增益和阻抗特性会对RFID系统的作用距离等产生影响，RFID系统的工作频段反过来对天线尺寸以及辐射损耗有一定要求。所以RFID天线设计的好坏关系到整个RFID系统的成功与否。 
  
    4.1  近场天线 
  
    对于LF和HF频段，系统工作在天线的近场，标签所需的能量都是通过电感耦合方式由读写器的耦合线圈辐射近场获得，工作方式为电感耦合。近场天线的公式是：
 
    由上式可知，电场强度随距离的三次方衰减，磁场强度随距离的二次方衰减，且电磁场分量相位差为90○，波印廷矢量 为虚数，能量不向外辐射，只在天线表面附近进行电能和磁能的交换。因为在近场实际上不涉及电磁波传播的问题，天线设计比较简单，一般采用工艺简单、成本低廉的线圈型天线。
 
    线圈型天线实质上就是一个谐振电路。在指定的工作频率    上，当感应阻抗等于电容阻抗的时候，线圈天线就会产生谐振。谐振回路的谐振频率为: （L是天线的线圈电感、C是天线的线圈电容）.HF段RFID的线圈天线谐振工作频率通常为13.56MHz.，RFID应用系统就是通过这一频率载波实现双向数据通讯的。某些应用环境要求RFID线圈天线外形很小,且需一定的工作距离,这样必然会使线圈天线的互感量减小。为了解决这个问题，我们通常在线圈内部插入具有高导磁率μ的铁氧体材料,以增大互感量,从而补偿线圈横截面减小的问题.很明显，近场天线的工作原理完全类似我们熟知的变压器原理，理论相对比较简单。 
  
    4.2  远场天线 
  
    下面，我们着重讨论远场天线的理论分析和结构。对于超高频和微波频段，读写器天线要为标签提供能量或唤醒有源标签，工作距离较远，一般位于读写器天线的远场。远场天线的公式为：
 
    由上式可得，电场强度和磁场强度随距离的一次方衰减，电场和磁场方向相互垂直，且都垂直于传播方向。波印廷矢量为实数，电磁场以电磁波形式向外辐射能量。此时，天线设计对系统性能影响较大，多采用偶极子型或微带贴片天线。下面分别予以详细分析。 
  
    4.2.1  偶极子天线 
  
    偶极子天线，也称为对称振子天线，由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成。信号从中间的两个端点馈入,在偶极子的两臂上将产生一定的电流分布,这种电流分布就会在天线周围空间激发起电磁场.一般在RFID电子标签中使用的是曲折型的折合偶极子天线。如图4所示：
 
    利用麦克斯韦方程就可以求出偶极子天线的辐射场方程:
 
    式中IZ为沿振子臂分布的电流,α为相位常数, r是振子中点到观察点的距离,θ为振子轴到r 的夹角,l为单个振子臂的长度.通过高频软件仿真，如ADS，HFSS,可以得到天线的输入阻抗、输入回波损耗S11、阻抗带宽和天线增益等特性参数.当单个振子臂的长度l = π/4时(半波振子) ,输入阻抗的电抗分量为零,天线输入阻抗可视为一个纯电阻.例如，由N根导线折合&nbs

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