RFID天线常见问题详解

RFID 天线 问题１

　　射频 天线 类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。方向性 天线 具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。门禁系统可以使用短作用距离的无源标签。 

　　引 言

　　在RF装置中，工作频率增加到微波区域的时候， 天线 与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。 天线 的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计 天线 和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。本文考虑的频带是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。 

　　 天线 必须： 

　　ａ足够的小以至于能够贴到需要的物品上； 

　　ｂ有全向或半球覆盖的方向性； 

　　ｃ提供最大可能的信号给标签的芯片； 

　　ｄ无论物品什么方向， 天线 的极化都能与读卡机的询问信号相匹配； 

　　ｅ具有鲁棒性；非常便宜。 

　　在选择 天线 的时候的主要考虑是： 

　　ａ 天线 的类型； 

　　ｂ 天线 的阻抗： 

　　在应用到物品上的RF的性能； 

　　在有其他的物品围绕贴标签物品时的RF性能。 

RFID 天线 问题2

　　可能的选择 

　　这里有两种使用方式：

　　一）贴标签的物品被放在仓库中，有一个便携装置，可能是手持式，询问所有的物品，并且需要它们给予信息反馈信息；

　　二）在仓库的门口安装读卡设配，询问并记录进出物品。还有一个主要的选择是有源标签还是无源标签[1],[2]。 

　　可选的 天线  

　　在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz频率是用的RFID系统中，可选的 天线 有几种，见下表，它们重点考虑了 天线 的尺寸。这样的小 天线 的增益是有限的，增益的大小取决于辐射模式的类型，全向的 天线 具有峰值增益0到2dBi；方向性的 天线 的增益可以达到6dBi。增益大小影响 天线 的作用距离。下表中的前三个种类的 天线 是线极化的，但是微带面 天线 可以使圆极化的，对数螺旋 天线 仅仅是圆极化的。由于RFID标签的方向性是不可控的，所以读卡机必须是圆极化的。一个圆极化的标签 天线 可以产生3dB 以强的信号。 

RFID 天线 问题３

　　阻抗问题 

　　为了最大功率传输， 天线 后的芯片的输入阻抗必须和 天线 的输出阻抗匹配。几十年来，设计 天线 与50 或70欧姆的阻抗匹配，但是可能设计 天线 具有其他的特性阻抗。例如，一个缝隙 天线 可以设计具有几百欧姆的阻抗。一个折叠偶极子的阻抗可以是一做个标准半波偶极子阻抗的20倍。印刷贴片 天线 的引出点能够提供一个很宽范围的阻抗(通常是40 到100欧姆)。选择 天线 的类型，以至于它的阻抗能够和标签芯片的输入阻抗匹配是十分关键的。另一个问题是其他的与 天线 接近的物体可以降低 天线 的返回损耗。对于全向 天线 ，例如双偶极子 天线 ，这个影响是显著的。改变双偶极子 天线 和一听番茄酱的间距做了一些实际测量，显示了一些变化，见图4和图5。其他的物体也有相似的影响。此外是物体的介电常数，而不是金属，改变了谐振频率。一塑料瓶子水降低了最小返回损耗频率16%。当物体与 天线 的距离小于62.5mm的时候，返回损耗将导致一个3.0 dB的插入损耗，而 天线 的自由空间插入损耗才0.2dB。可以设计 天线 使它与接近物体的情况相匹配，但是 天线 的行为对于不同的物体和不同的物体距离而不同。对于全向 天线 是不可行的，所以设计方向性强的 天线 ，它们不受这个问题的影响。 

RFID 天线 问题４ 

　　辐射模式 

　　在一个无反射的环境中测试了 天线 的模式，包括了各种需要贴标签的物体，在使用全向 天线 的时候性能严重下降。圆柱金属听引起的性能下降是最严重的，在它与 天线 距离50mm的时候，反回的信号下降大于20dB (见图6)。 天线 与物体的中心距离分开到100—150mm的时候，反回信号下降约10 到12dB。在与 天线 距离100mm的时候，测量了几瓶水（塑料和玻璃），见图7，反回信号降低大于10dB。 在蜡纸盒的液体，甚至苹果上做试验得到了类似的结果。 

　　局部结构的影响 

　　在使用手持的仪器的时候，大量的其他临近物体的使读卡机 天线 和标签 天线 的辐射模式严重失真。这可以对于2.45GHz的工作频率计算，假设一个代表性的几何形状，见图8,9,10，和自由空间相比，显示返回信号降低了10dB，在双 天线 同时使用的时候，比预料的模式下降的更多。图11和图12是在一个 天线 前的一个横截平面的接收信号等高线图，显示了严重的失真。在仓库的使用环境下，一个物品盒子具有一个标签会有问题，几个标签贴在一个盒子上以确保所有时候都有一个标签是可以看见的。便携系统的使用有几个 天线 的问题。每个盒子两个 天线 足够适合门禁装置探测，这样局部结构的影响变得不再重要，因为门禁装置的读卡机 天线 被固定在仓库的出入，并且直接指向贴标签的物体。 

RFID 天线 问题５ 

　　距 离 

　　RFID 天线 的增益和是否使用有源的标签芯片将影响系统的使用距离。乐观的考虑，在电磁场的辐射强度符合UK的相关标准时，2.45GHz 的无源情况下，全波整流，驱动电压不大于3伏，优化的RFID 天线 阻抗环境(阻抗 200 或300欧姆)，使用距离大约是1米[3]。如果使用WHO限制[4]则更适合于全球范围的使用，但是作用距离下降了一半。这些限制了读卡机到标签的电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片作用距离可以达到5到10米。 

RFID 天线 问题６ 

　　总 结 

　　全向 天线 应该避免在标签中使用，然而是可以使用方向性 天线 ，它具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。 天线 类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。在一个仓库中使用 天线 好像是不可行的，除非使用有源标签，但是在任何情况下，仓库内的 天线 辐射模式将严重失真。一个门禁系统的使用将是好的选择，可以使用短作用距离的无源标签。当然门禁系统比手持的仪器昂贵，但是手持仪器工作人员需要使用它到仓库搜寻物品，人员费用同样昂贵。在门禁系统中，每一个物品盒子，仅需要2个而不是4个或6个RFID标签。