第2章RFID系统的构成及工作原理 (5)

1、RFID RFID 技术基础技术基础 教学设计教学设计 一一、案例识读与分析案例识读与分析 二二、RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 三三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 主要内容主要内容 四四、实训与实践实训与实践 v 无形的战略资源无形的战略资源无线电频谱资源的战略意义无线电频谱资源的战略意义 一、案例识读与分析一、案例识读与分析 案例分析与讨论：案例分析与讨论： 无线电频谱资源无线电频谱资源 （1）列举我们日常生活中的无线电主要应用？）列举我们日常生活中的无线电主要应用？ （2）无线电频率作为无形的战略资源，对国民经）无线电频率作为无

2、形的战略资源，对国民经 济的发展起到怎么的作用？济的发展起到怎么的作用？ 1.无线电信号的特性无线电信号的特性 在高频电路中，我们要处理的无线电信号主要有三种在高频电路中，我们要处理的无线电信号主要有三种: :基带（消息）基带（消息） 信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号，就是没有进行调制信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号，就是没有进行调制 之前的原始信号，也称调制信号。之前的原始信号，也称调制信号。 1）时间特性）时间特性 2）频谱特性）频谱特性 3）传播特性）传播特性 4）调制特性）调制特性 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 图图2-3 无线电波

3、的主要传播方式无线电波的主要传播方式 （a）直射传播）直射传播(视距视距)（b）地波传）地波传 播（绕射）（播（绕射）（c）天波传播（折射）天波传播（折射 和反射）（和反射）（d）散射传播）散射传播 2.电磁波谱电磁波谱 波长电磁波的产生机理和应用领域常常有很大区别。因此人们常波长电磁波的产生机理和应用领域常常有很大区别。因此人们常 把各类电磁波按波长大小依次排成一列把各类电磁波按波长大小依次排成一列, ,称为电磁波谱。若按其波长称为电磁波谱。若按其波长 从大到小依次排列从大到小依次排列, ,有有: r: r射线、射线、X X射线、紫外线、可见光射线、紫外线、可见光( (紫、青、蓝、紫、青、蓝

4、、 绿、黄、橙、红绿、黄、橙、红) )、红外线、无线电波、红外线、无线电波( (微波、超短波、短波、长波微波、超短波、短波、长波) ) 等。由于它们的性质各不相同等。由于它们的性质各不相同, ,因而也有许多不同的用途。因而也有许多不同的用途。 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 图图2-42-4各种通信各种通信 介质使用的电介质使用的电 磁波谱范围磁波谱范围 3.电磁波的频谱的划分与分配电磁波的频谱的划分与分配 图图2-52-5为为19591959年日内瓦会议制定的将世界划分为三个频率分区年日内瓦会议制定的将世界划分为三个频率分区 示意图。示意图。1 1区为欧洲和非

5、洲；区为欧洲和非洲；2 2区为北美洲和南美洲；区为北美洲和南美洲；3 3区为亚洲和澳区为亚洲和澳 洲，国际电信联盟的总部设在瑞士的日内瓦。洲，国际电信联盟的总部设在瑞士的日内瓦。 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 图图2-5 ITU世界世界 频率分区频率分区 4. RFID工作频率的分类工作频率的分类 射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率， 射频标签的工作频率不仅射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电决定着射频识别系统工作原理（电 感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读感耦合还是

6、电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读 写器实现的难易程度和设备的成本写器实现的难易程度和设备的成本。 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 1 1）低频）低频 (Low Frequency)(Low Frequency) 使用的频段在使用的频段在100500KHz100500KHz之间，以之间，以125KHz125KHz、135KHz135KHz最为常见最为常见 优点：优点： 不易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够有效不易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够有效 的发射讯号的发射讯号 缺点：缺点： 读取距离短、无法同时辨识多个标签，主要用于

7、门禁系统、动读取距离短、无法同时辨识多个标签，主要用于门禁系统、动 物芯片、汽车防盗器物芯片、汽车防盗器 4. RFID工作频率的分类工作频率的分类 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 2 2）高频）高频 (High Frequency)(High Frequency) 使用频段在1015MHz之间，以13.56MHz最为常见 优点：优点： 感应距离较长、读取速度较快，而且可以同时间辨识多个标感应距离较长、读取速度较快，而且可以同时间辨识多个标 签，主要应用于图书馆管理、产品管理、智能卡等。签，主要应用于图书馆管理、产品管理、智能卡等。 缺点：缺点： 易受干扰，当标

8、签靠近金属或是液体的物品时，能够发射有易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，能够发射有 效发射讯号。效发射讯号。 4. RFID工作频率的分类工作频率的分类 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 3 3）超高频）超高频 (Ultra High Frequency)(Ultra High Frequency) 使用频段在433950MHz之间，以433MHz、868950MHz最为常见 优点：优点： 读取距离较远、传输速率较快、可同时读取辨识大量卷标、 天线可用蚀刻或印刷方式制造。 缺点：缺点： 在金属和液体的物品上读取率不佳，主要用于铁路车厢监 控、仓存管理。 4

9、. RFID工作频率的分类工作频率的分类 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 4 4）微波）微波 (Microwave)(Microwave) 使用频段在使用频段在1GHz1GHz以上，其中以以上，其中以2.45GHz2.45GHz及及5.8GHz5.8GHz最为常见最为常见 特性与超高频类似，对于环境的敏感性较高；特性与超高频类似，对于环境的敏感性较高； 主要用于行李追踪、物品管理、供应链管理等主要用于行李追踪、物品管理、供应链管理等 微波射频标签的典型应用包括微波射频标签的典型应用包括：移动车辆识别、电子身份证、：移动车辆识别、电子身份证、 仓储物流应用、电子闭

10、锁防盗（电子遥控门锁控制器）等仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。 相关的国际标准有：相关的国际标准有：ISO10374ISO10374，ISO18000-4ISO18000-4（2.45GHz2.45GHz）、）、 ISO18000-5ISO18000-5（5.8GHz5.8GHz）、）、ISO18000-6ISO18000-6（860-930MHz860-930MHz）、）、 ISO18000-7ISO18000-7（433.92MHz433.92MHz），），ANSI NCITS256-1999ANSI NCITS256-1999等。等。 卷标比较表卷标比较表- -使用频

11、率使用频率 低频低频(LF)高频高频(HF)超高频超高频(UHF) 微波微波 (Microwave) 频率 100500K Hz 1015MHz 433950MH z 1GHz以上 常见频段 125KHz 135KHz 13.56MHz 433MHz 868950MH z 2.45GHz 5.8GHz 系统型态被动式被动/主动式被动/主动式被动/主动式 全球接受 频率 是是部分部分 通讯距离50cm以内1.5m以内310m310m 传输功率72dBA/m42dBA/m10mW4W4W 成熟度成熟成熟新技术开发中 读取方式电磁感应电磁感应微波共振微波共振 23 二、二、 RFIDRFID技术之频

12、谱基础知识技术之频谱基础知识 卷标比较表卷标比较表- -使用频率（续）使用频率（续） 低频低频(LF)高频高频(HF)超高频超高频(UHF) 微波微波 (Microwave) 价格低中高高 环境影响X金属潮湿潮湿 数据传输率低高较高最高 内存(Bytes)641K256512K645121664 ISO对应标准 ISO18000-2 Two Type 被动式 ISO18000-3 Two Mode 被动式 ISO18000-6 Two Type 被动/半主动式 ISO18000-4 Two Mode 被动式/半主动式 应用 门禁系统 动物识别 存货控制 芯片防盗锁 智慧卡 图书馆管理 商品管理

13、 铁路车厢监控 仓存管理 道路收费系统 24 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 射频识别系统工作频段射频识别系统工作频段 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 射频识别系统工作频段如表射频识别系统工作频段如表2-1所示。并非表所示。并非表2-1中的所有频率在射频识中的所有频率在射频识 别中都得到了广泛应用，主要采用的别中都得到了广泛应用，主要采用的RFID频率为有以下四个：频率为有以下四个： 13.56007MHz，91513MHz，245050MHz，580075MHz。

14、二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 5.国际国际RFID技术特点及相关管理规则技术特点及相关管理规则 从应用的趋势来看，现代物流业、商品零售业会广泛应用从应用的趋势来看，现代物流业、商品零售业会广泛应用RFIDRFID技术，技术， 为什么为什么UHFUHF频段的频段的RFIDRFID技术会成为全球热点技术会成为全球热点? ?主要有以下几个需考虑的因主要有以下几个需考虑的因 素素( (见表见表2-22-2所示所示) )。 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 6.国际国际RFID技术特点及相关管理规则技术特点及相关管理规则 基于基于RFID的

15、技术特点和潜在的应用空间，国际相关无线电管理机构已的技术特点和潜在的应用空间，国际相关无线电管理机构已 经开始进行频率规划工作，并制定了相应的管理政策，具体情况如表经开始进行频率规划工作，并制定了相应的管理政策，具体情况如表2-3 所示。所示。 二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 7.我国我国860960MHz频段频率规划和指配情况频段频率规划和指配情况 我国的无线电管理机构正积极开展我国的无线电管理机构正积极开展RFID的频率规划和指配工作，并启的频率规划和指配工作，并启 动了相关技术研究工作。我国所从事的频率规划工作的指导原则应是：动了相关技术研究工作。我国所从

16、事的频率规划工作的指导原则应是： (1)必须确保现有业务的正常运行，必须确保现有业务的正常运行，在专用频段、公众移动通信、集群通信频在专用频段、公众移动通信、集群通信频 段不能安排此项业务；段不能安排此项业务； (2) 在电磁兼容分析和实验的基础上制订出在电磁兼容分析和实验的基础上制订出RFID工作频带、发射功率、带外工作频带、发射功率、带外 发射、杂散发射等指标，必要时要制订配套的相关台站管理规定发射、杂散发射等指标，必要时要制订配套的相关台站管理规定； (3)制订设备的无线技术指标时，要考虑满足制订设备的无线技术指标时，要考虑满足RFID业务在中国的大规模有效使业务在中国的大规模有效使 用

17、的频带、信道带宽、带外杂散、发射功率的相关要求。表用的频带、信道带宽、带外杂散、发射功率的相关要求。表2-4是我国在是我国在 860960MHz频段的频率规划和指配情况。频段的频率规划和指配情况。 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 1. RFID天线概述天线概述 电子标签和读写器通过各自的电子标签和读写器通过各自的天线构建起二者之间非接触信息传输通道天线构建起二者之间非接触信息传输通道，如，如 图图2-72-7所示。无论是射频标签还是读写器的正常工作，都离不开天线或藕合线圈：所示。无论是射频标签还是读写器的正常工作，都离不开天线或藕合线圈： 一方面，无

18、源的射频标签芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的一方面，无源的射频标签芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的 电磁场中获得足够的能量；一方面，天线决定了射频标签与读写器之间的通讯信电磁场中获得足够的能量；一方面，天线决定了射频标签与读写器之间的通讯信 道和通讯方式，道和通讯方式，天线在射频标签与读写器实现数据通讯过程中起到了关键的作用！天线在射频标签与读写器实现数据通讯过程中起到了关键的作用！ 图图2-7 RFID2-7 RFID读写器、标签天线读写器、标签天线 1. RFID天线概述天线概述 （1）天线的作用与地位天线的作用与地位 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈

19、线（电缆）输送到天无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天 线，由天线以电磁波形式辐射出去线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接。电磁波到达接收地点后，由天线接 下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。 可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也没有天线也 就没有无线电通信。就没有无线电通信。 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 按用途分类，按用途分类，可分

20、为通信天线、电视天线、雷达天线等；可分为通信天线、电视天线、雷达天线等； 按工作频段分类，按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；可分为短波天线、超短波天线、微波天线等； 按方向性分类，按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；可分为全向天线、定向天线等； 按外形分类，按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；可分为线状天线、面状天线等； （2 2）天线的分类天线的分类 （1） 电磁波的辐射电磁波的辐射 导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与 导线的长度和形状有关。如导线的长度和形状有关。如 图图1

21、.1 a 所示，若两导线的距离很近，电场被所示，若两导线的距离很近，电场被 束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如 图图1.1 b 所示，所示， 电场就散播在周围空间，因而辐射增强。电场就散播在周围空间，因而辐射增强。 必须指出，当导线的长度必须指出，当导线的长度 L 远小于波长远小于波长 时，辐射很微弱；导线的长时，辐射很微弱；导线的长 度度 L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成 较强的辐射。较强的辐射。 图1.1 a 图1.1 b 三、三、

22、RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 2. RFID2. RFID天线基础知识天线基础知识 （2） 对称振子对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振 子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对 称振子组成天线阵。称振子组成天线阵。 两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为 二分之一波长的振子，称半波对称

23、振子二分之一波长的振子，称半波对称振子, 见见 图图1.2 a 。 另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一 个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称 为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合 振子振子, 见见 图图1.2 b 。 1/4波长波长 对称振子对称振子 1/4波长波长 1/2波长波长 图1.2 a 图1.2 b 三、三

24、、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 2. RFID2. RFID天线基础知识天线基础知识 （3） 天线方向性的讨论 型型 发射发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围 空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向 辐射。辐射。 垂直放置的半波对称振子具有平放的垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈面包圈” 形形 的立体方向图（图的立体方向图（图1.3.1 a）。）。 立体方向图虽然立体感强，立体方向图虽然立体感强， 但绘制困难，但绘制困难， 图图

25、1.3.1 b 与图与图1.3.1 c 给出了它的两个主平给出了它的两个主平 面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。 从图从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大 辐射方向在水平面上；而从图辐射方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上可以看出，在水平面上 各个方向上的辐射一样大。各个方向上的辐射一样大。 图图1.3.1 c 水平面方向图水平面方向图图图1.3.1 b 垂直面方向图垂直面方向图图图1.3.1 a 立体方向图立体方向图 三、三、 RFI

26、DRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 2. RFID2. RFID天线基础知识天线基础知识 （3）天线方向性增强）天线方向性增强 若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生 “扁平的面包圈扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面把信号进一步集中到在水平面 方向上。方向上。 下图是下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个个半波对称振子沿垂线上下排列成一个 垂直四元阵时的垂直四元阵时的立体方向图和垂直面立体方向图和垂直面方向图。方向图。 垂直面方向图垂直面方向图 立体方向图立体方向图 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技

27、术基础之天线的基本知识 2. RFID2. RFID天线基础知识天线基础知识 也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向利用反射板可把辐射能控制到单侧方向 平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了 反射反射面面的作用的作用-反射面把功率反射到反射面把功率反射到单侧方向，单侧方向，提高了增益。提高了增益。 全向阵全向阵 （垂直阵列（垂直阵列 不带平面反射板）不带平面反射板） 抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集 中到一个小立体

28、角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括 两个基本要素：抛物反射面两个基本要素：抛物反射面 和和 放置在抛物面焦点上的辐射源。放置在抛物面焦点上的辐射源。 扇形区覆盖扇形区覆盖 （垂直阵列（垂直阵列 带平面反射板）带平面反射板） 平面反射板平面反射板 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 （4） 增益增益 增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同 一点处所产生的信号的功率密度之比。

29、它定量地描述一个天线把输入功率集中辐一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐 射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小， 增益越高。增益越高。 可以这样来理解增益的物理含义可以这样来理解增益的物理含义-为在一定的距离上的某点处产为在一定的距离上的某点处产 生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输的输 入功率，而用增益为入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天

30、线作为发射天线时，输入功率只的某定向天线作为发射天线时，输入功率只 需需 100 / 20 = 5W . 换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来 说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的半波对称振子的增益为增益为G = 2.15 dBi ; 4个半波对称振子个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为增益约为G = 8.15 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源这个单位

31、表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。 如果以如果以半波对称振子作半波对称振子作比较对象，则增益的单位是比较对象，则增益的单位是dBd . 半波对称振子的半波对称振子的增益为增益为G = 0 dBd （因为是自己跟自己比，比值为（因为是自己跟自己比，比值为1，取对数，取对数 得零值。）得零值。） ； 垂直四元阵，其垂直四元阵，其增益约为增益约为G = 8.15 2.15 = 6 dBd . 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 2. RFID2. RFID天线基础知识天线基础知识 垂直极化垂直极化 （4） 天线的极化天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波

32、。电磁波由电场和磁场构成。人天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人 们规定：们规定：电场的方向就是天线极化方向电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化。一般使用的天线为单极化 的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化-是最常用的；是最常用的； 水平极化水平极化-也是要被用到的。也是要被用到的。 水平极化水平极化 E E 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 2. RFID2. RFID天线基础知识天线基础知识 垂直极化垂直极化 双极化天线双极化天线 下图示出了另两种单极化的情况：+

33、45 极化 与 -45 极化，它们仅 仅在特殊场合下使用。 这样，共有四种单极化了，见下图。 把垂直极化和水平极化两种极化的 天线组合在一起，或者， 把 +45 极化和 -45 极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种 新的天线-双极化天线。 水平极化水平极化 +45 极化极化-45 极化极化 E EE E 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 2. RFID2. RFID天线基础知识天线基础知识 下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天 线有两个接头。线有两

34、个接头。 双极化天线辐射（或接收）两个双极化天线辐射（或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的极化在空间相互正交（垂直）的波。波。 V/H（垂直（垂直/水平）型水平）型 双双 极极 化化+ 45 / -45 型型 双双 极极 化化 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 极化损失极化损失 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具 有水平极化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的有水平极化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的 天线来接收，而左旋圆极

35、化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。 当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都 会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用会变小，也就是说，发生极化损失。例如：当用+ 45 极化天线接收垂直极化天线接收垂直 极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收 +45 极化或极化或 -45极极 化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收

36、任一线极化 波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极 化损失化损失-只能接收到来波的一半能量。只能接收到来波的一半能量。 当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极 化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋 圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失极化损失 为最大，

37、称极化完全隔离。为最大，称极化完全隔离。 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 2. RFID2. RFID天线基础知识天线基础知识 （6） 天线的工作频率范围（频带宽度）天线的工作频率范围（频带宽度） 无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围 （频带宽度）（频带宽度）内工作的，天线的内工作的，天线的频带宽度频带宽度有两种不同的定义有两种不同的定义- 一种是指：在驻波比一种是指：在驻波比SWR 1.5 条件下，天线的工作频带宽度；条件下，天线的工作频带宽度； 一种是指：天线增益下降一种是指：天

38、线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。分贝范围内的频带宽度。 在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线 的的频带宽度频带宽度就是天线的驻波比就是天线的驻波比SWR 不超过不超过 1.5 时，天线的工作频率时，天线的工作频率 范围。范围。 一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上, 天线性能是有天线性能是有 差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 2. RFID

39、2. RFID天线基础知识天线基础知识 （7） 反射损耗反射损耗 前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入 射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处 的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特 性阻抗。性阻抗。 而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗 时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，

40、而不能全部吸收，时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收， 未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。 传输线传输线 50 ohms 天线天线 75 ohms 朝前朝前 10W 返回返回 0.4W 这里的反射损耗为这里的反射损耗为 10Lg(10/0.4) = 14dB 辐射 9.6 W 例如，在右图中，由于天线与馈线的阻抗不同，例如，在右图中，由于天线与馈线的阻抗不同， 一个为一个为75 ohms，一个为一个为50 ohms ，阻抗，阻抗不匹配不匹配， 其结果是其结果是 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天

41、线的基本知识 板状天线板状天线 前面已指出，四个半波振子排成一个前面已指出，四个半波振子排成一个 垂直放置的直线阵的增益约为垂直放置的直线阵的增益约为 8 dB；一；一 侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常 规板状天线，其增益约为规板状天线，其增益约为 14 17 dB 。 一侧加有一个反射板的八元式直线阵一侧加有一个反射板的八元式直线阵 ，即加长型板状天线，其增益约为，即加长型板状天线，其增益约为 16 19 dB . 不言而喻，加长型板状天线的长不言而喻，加长型板状天线的长 度，为常规板状天线的一倍，达度，为常规板状天线的一倍，达 2.4 m 左左 右。

42、右。 三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识 3. RFID3. RFID天线分类天线分类 高增益栅状抛物面天线高增益栅状抛物面天线 从性能价格比出发，人们常常选用从性能价格比出发，人们常常选用栅状栅状 抛物面天线抛物面天线作为作为直放站施主天线。由于直放站施主天线。由于抛物抛物 面面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集 射能力强，射能力强，直径为直径为 1.5 m 的的栅状抛物面天线，栅状抛物面天线， 在在900兆频段，兆频段，其增益即可达其增益即可达 G = 20 dB . 它它 特别适用于点对点的通信，例如它常常被选特别适用于点对点的通信，例如它常常被选 用为直放站的施主天线。用为直放站的施主天线。 抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天 线的重量，二是为了减少风的阻力。线的重量，二是为了减少风的阻力。 抛物面天线一般都能给出抛物面天线一般都能给出 不低于不低于 30 dB 的前后比的前后比 ，这也正是，这也正是直放站系统防自激而直放站系统防自激而 对接收天线对接收天线所提出的必须满足的技术指标。所提出的必须满足的技术指标。 三、三、 RFIDRFID技术基础之