第2章RFID 技术基础(修改)

1、RFID RFID 技术基础技术基础一一、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）无线电频率作为无形的战略资源，对国民经济的发展起到

2、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（消基带（消息）信号、高频载波信号和已调信号息）信号、高频载波信号和已调信号。所谓。所谓基带信号基带信号，就是，就是没有进行调制之前的原始信号，也称调制信号。没有进行调制之前的原始信号，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 时间特性时间特性v信号的描述：无线电信号，可以表示为电压或电电压或电

3、流的时间函数流的时间函数，常用时域波形或数学表达式描述。v时间特性时间特性：指信号随时间变化快慢的特性。频谱特性频谱特性v频谱特性频谱特性：指信号中各频率成分的特性。它包含幅频特性和相频特性，分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位振幅和相位的分布情况。传播特性传播特性v传播特性传播特性：指信号的传播方式、传播距离、传播特点等。传播特性主要根据其所处的频段或波段来区分。 图图2-3 无线电波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（b）地波传播）地波传播（c）天波传播（）天波传播（d）散射传播）散射传播调制特性调制特性v调制调制：指用调制信号去控制高频载波的参数，使载波信号

4、的某一个或几个参数（振幅、频率或相位）按照调制信号的规律变化。v根据载波受调制参数的不同，调制分三种基本方式：调制调制相位调制（调相）相位调制（调相）振幅调制（调幅）振幅调制（调幅）频率调制（调频）频率调制（调频）二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 2.电磁波谱电磁波谱 电磁波波长的产生机理和应用领域常常有很大区别。因此人们常把各电磁波波长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类电磁波按波长大小依次排成一列, ,称为称为电磁波谱电磁波谱。若按其波长从。若按其波长从小到大依次排列小到大依次排列, ,有有: : 射线、射线、X

5、X射线、紫外线、可见光射线、紫外线、可见光( (紫、靛、蓝、紫、靛、蓝、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。 图图2-42-4各种通信介质各种通信介质使用的电磁波谱范围使用的电磁波谱范围二、二、 RFIDRFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识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v 频谱利用问题频谱利用问题频谱的分配频谱的分配：将频率根据不同的业务加以分配，以：将频率根据不同的

6、业务加以分配，以避免频率使用方面的混乱避免频率使用方面的混乱频谱的节约频谱的节约国际电信联盟（国际电信联盟（ITU）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

7、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，是其最重要的特点之一。射频标签的工作频率不仅是其最重要的特点之一。射频标签的工作频率不仅决定着射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，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写器实现的难易程度和设备的成本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。 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 Freque

8、ncy)使用的频段在使用的频段在30-300KHz30-300KHz之间，以之间，以125KHz125KHz、133KHz133KHz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，还能够发射不易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够发射有效发射讯号有效发射讯号缺点：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）中高频）中高频 (High Fre

9、quency)(High Frequency)使用频段在330MHz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，而且可以同时辨识多个标签，感应距离较长、读取速度较快，而且可以同时辨识多个标签，主要应用于图书馆管理、产品管理、智能卡等。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，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够发射易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够发射有效发射讯号。有效发射讯号。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 H

10、igh 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. 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

11、.8GHz最为常见特最为常见特性与超高频类似，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。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（5.8G

12、Hz5.8GHz）、）、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100500KHz1015MHz433950MHz1GHz以上常见频段125KHz135KHz13.56MHz433MHz868950MHz2.45GHz5.8GHz系统型态被动式被动/主

13、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、 RFID RFID技术之频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)641K256512K645121664ISO对应标准ISO18000-2Two Type被动式IS

14、O18000-3Two Mode被动式ISO18000-6Two Type被动/半主动式ISO18000-4Two 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铁路车厢监控仓存管理道路收费系统24二、二、 RFID RFID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、 RFID RFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 二、二、 RFID RFID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

15、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。二、二、 RFID RFID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(

16、 (见表见表2-22-2所示所示) )。 二、二、 RFID RFID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、 RFID RFID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

17、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

18、，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。 二、二、 RFID RFID技术之频谱基础知识技术之频谱基础知识 8.我国无线电频率划分图我国无线电频率划分图 三、三、 RFID RFID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

19、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天线构建起二者之间非接触信息传输通道信息传输通道，如图，如图2-72-7所示。无论是射频标签还是读写器所示。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，无源的射的正常工作，都离不开天线或藕合线圈：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道和通讯方式，与读写器之间的通讯信道和通讯方式，天线在射频标签与读天线

20、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！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

21、，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、 RFID RFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识三、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2. RFID天线基础知识天线基础知识v概念辨析（概念辨析（dBmdBm、dBidBi、dBddBd、dBdB、dBcdBc）v插损插损：指当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用：指当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用dBdB表示。表示。v噪声系数噪声系数：输出信噪

22、比与输入信噪比的比值，实际使用时转化为分贝（：输出信噪比与输入信噪比的比值，实际使用时转化为分贝（dBdB）来计算。来计算。v耦合度耦合度：指耦合端口与输入端口的功率比，单位用（：指耦合端口与输入端口的功率比，单位用（dBdB）来表示。）来表示。v隔离度隔离度：指本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比，单位用（：指本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比，单位用（dBdB）来表示。来表示。v天线增益天线增益：天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。：天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。v天线方向图天线方向图：天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图的宽度一：天线辐射

23、出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图的宽度一般是指主瓣宽度，即从最大值下降一半时两点所张得夹角。般是指主瓣宽度，即从最大值下降一半时两点所张得夹角。E E面方向图面方向图：与电场平行的平面内的辐射方向图；：与电场平行的平面内的辐射方向图；H H面方向图面方向图：与磁场平行的平面内的辐射方向图；：与磁场平行的平面内的辐射方向图；v天线前后比天线前后比：指最大正向增益与最大反向增益之比，单位（：指最大正向增益与最大反向增益之比，单位（dBdB）来表示。）来表示。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v3. RFID天线分类天线分类v 天线是一种以电磁波形式把前

24、端射频信号接收或辐射出去的装置，是天线是一种以电磁波形式把前端射频信号接收或辐射出去的装置，是电路域空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化电路域空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。v 按用途分类，按用途分类，可分为通信天线、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；v 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； v 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；v 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

25、线等；v 按天线的设计工艺分类，分为线圈型、微带贴片型、偶极子型。按天线的设计工艺分类，分为线圈型、微带贴片型、偶极子型。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v3. RFID天线分类天线分类v 线圈天线：线圈天线：当当RFID线圈天线进入读写器产生的交变磁场中时，它线圈天线进入读写器产生的交变磁场中时，它与读写器天线之间的相互作用类似于变压器初级线圈和次级线圈之间与读写器天线之间的相互作用类似于变压器初级线圈和次级线圈之间的相互作用。的相互作用。v 偶极子天线：偶极子天线：指由两段同样粗细和等长的直导线排成一条指由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成

26、，信号从中间的两个端点馈入。在远距离直线构成，信号从中间的两个端点馈入。在远距离RFID应用系统中最常用。应用系统中最常用。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v 微带天线微带天线：是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄：是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片形成的。片形成的。v 优点优点 剖面薄，体积小，重量轻；剖面薄，体积小，重量轻； 具有平面结构，并可制成与导弹、卫星等载体共形的结构；具有平面结构，并可制成与导弹、卫星等载体共形的结构； 馈电网络可与天线结构一起制成，并可采用印制电路技术进行大馈电网络可与天线结构一起制成，并可采用印制电路技术进

27、行大批量生产；批量生产； 能与有源器件和电路集成为单一的模件；能与有源器件和电路集成为单一的模件； 便于获得圆极化，容易实现双频带、双极化等多功能工作。便于获得圆极化，容易实现双频带、双极化等多功能工作。v 缺点缺点 频带窄；频带窄； 有导体和介质损耗，并且会激励表面波，导致辐射效率降低；有导体和介质损耗，并且会激励表面波，导致辐射效率降低； 功率容量小，一般用于中、小功率场合；性能受基片材料影响大；功率容量小，一般用于中、小功率场合；性能受基片材料影响大；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

28、 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。右。三、三、 RFID RFID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

29、线 从性能价格比出发，人们常常选用从性能价格比出发，人们常常选用栅状抛物面天线栅状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。由于抛物面抛物面具有良好的聚焦作用，具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，所以抛物面天线集射能力强，直径为直径为 1.5 m 的的栅状抛物栅状抛物面天线，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 . 它特它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的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。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

30、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、 RFID RFID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 八木定向天线八木定向天线 八木定向天线，八木定向天线，具有具有增益较高、增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。点。因此，它特别适用于点对点的通因此，它特别适用于点对点的通信

31、，例如它是室内分布系统的室外接信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。收天线的首选天线类型。 八木定向天线的单元数越多，其八木定向天线的单元数越多，其增益越高，增益越高，通常采用通常采用 6 12 单元的八单元的八木定向天线，木定向天线，其增益可达其增益可达 1015 dB 。 三、三、 RFID RFID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 室内吸顶天线室内吸顶天线 室内吸顶天线必须具有结构轻巧、室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。外型美观、安装方便等优点。 现今市场上见到的室内吸顶天线，现今市场上见到

32、的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎都外形花色很多，但其内芯的购造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构，是一样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为带内工作的天线其驻波比指标为VSWR 2 。当然，能达到。当然，能达到VSWR

33、1.5 更好。更好。顺便指出，顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天室内吸顶天线属于低增益天线线, 一般为一般为 G = 2 dB 。 三、三、 RFID RFID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 室内壁挂天线室内壁挂天线 室内壁挂天线同样必须具有结构室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。轻巧、外型美观、安装方便等优点。 现今市场上见到的室内吸顶天线，现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎外形花色很多，但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的内部也都是一样的。这种壁挂天线的内部结构，属于

34、空气介质型微带天线。由结构，属于空气介质型微带天线。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构，于采用了展宽天线频宽的辅助结构，借助计算机的辅助设计，以及使用网借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出，足了工作宽频带的要求。顺便指出，室内壁挂天线具有一定的增益，约为室内壁挂天线具有一定的增益，约为G = 7 dB 。 三、三、 RFID RFID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 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v4.

35、RFID天线的性能要求天线的性能要求标签天线的必要条件标签天线的必要条件足够小以至于能够贴到需要的物品上。足够小以至于能够贴到需要的物品上。有全向或半球覆盖的方向性有全向或半球覆盖的方向性提供最大可能的信号给标签芯片提供最大可能的信号给标签芯片无论物品处于什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信无论物品处于什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配号相匹配具有鲁棒性具有鲁棒性非常便宜非常便宜选择标签天线时考虑的因素选择标签天线时考虑的因素天线的类型天线的类型天线的阻抗天线的阻抗应用到物品上的射频性能应用到物品上的射频性能三、三、 RFIDRFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基

36、本知识v 4. RFID天线的性能要求天线的性能要求读写器天线读写器天线设计读写器天线的基本条件设计读写器天线的基本条件 天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量；天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量； 功率匹配，以最大限度地利用磁通量的可用能量；功率匹配，以最大限度地利用磁通量的可用能量； 足够的带宽，保证载波信号的传输。足够的带宽，保证载波信号的传输。（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。如图导线的长度和形状有关。如图1.1 a 所示，若两导线的距离

37、很近，电场被束所示，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，如图缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1 b 所示，电场所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。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、 RFID RFID技术基础之天线的基本知识技术

38、基础之天线的基本知识2. RFID2. RFID天线性能的主要参数天线性能的主要参数 v 振子：振子：振子是天线上的元器件，全称是天线振子，具有导向和放大振子是天线上的元器件，全称是天线振子，具有导向和放大电磁波的作用，使天线接收到的电磁信号更强。振子是用导电性较好电磁波的作用，使天线接收到的电磁信号更强。振子是用导电性较好的金属制造的。振子有的是杆状的形状，也有的结构较复杂，一般是的金属制造的。振子有的是杆状的形状，也有的结构较复杂，一般是很多个振子平行排列在天线上。很多个振子平行排列在天线上。v 馈线：馈线：电视机中一种信号线。馈线是早期电视机与室外天线连接的电视机中一种信号线。馈线是早期

39、电视机与室外天线连接的信号线，其线扁平一般为双线，两线之间有较宽的距离目的是减小线信号线，其线扁平一般为双线，两线之间有较宽的距离目的是减小线间分布电容对电视微弱信号的衰减，线体为绝缘塑料外部没有屏蔽层，间分布电容对电视微弱信号的衰减，线体为绝缘塑料外部没有屏蔽层，抗干扰能力极差，室外使用其性能还会受阴雨天气的影响。抗干扰能力极差，室外使用其性能还会受阴雨天气的影响。 现在由现在由于有线电视的普及电视信号线完全由同轴电缆取代。于有线电视的普及电视信号线完全由同轴电缆取代。v 它的主要任务是有效地传输信号能量，因此，它应能将发射机发出的它的主要任务是有效地传输信号能量，因此，它应能将发射机发出的

40、信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端，或将天线接收到的信号功率以最小的损耗传送到发射天线的输入端，或将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时它本身不应拾取或产生信号以最小的损耗传送到接收机输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。当馈线的物理长度等杂散干扰信号，这样，就要求传输线必须屏蔽。当馈线的物理长度等于或大于所传送信号的波长时，传输线又叫做长线。于或大于所传送信号的波长时，传输线又叫做长线。（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

41、振子可简单、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子可简单、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。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

42、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、 RFID RFID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天线性能的主要参数天线性能的主要参数 （3） 天线的方向性天线的方向性 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空间辐射出去，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

43、功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。 垂直放置的半波对垂直放置的半波对称振子具有平放的称振子具有平放的 “面包圈面包圈” 形的立体方向图（图形的立体方向图（图1.3.1 a）。）。 立体方向立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图虽然立体感强，但绘制困难， 图图1.3.1 b 与图与图1.3.1 c 给出了它的两个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。从图主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平可以看出，在振子的轴线方向上辐射

44、为零，最大辐射方向在水平面上；而从图面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。可以看出，在水平面上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、 RFID RFID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天线性能的主要参数天线性能的主要参数（3）天线的方向性增强）天线的方向性增强 若干个对称振子组成，能够控制辐射，产生若干个对称振子组成，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

45、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、 RFID RFID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天线性能的主要参数天线性能的主要参数也可以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。下面的水平面方向图说明了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

46、-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

47、面反射板）平面反射板平面反射板三、三、 RFID RFID技术基础之天线的基本知识技术基础之天线的基本知识三、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（4）天线的输入阻抗）天线的输入阻抗Zinv 输入阻抗输入阻抗：天线馈电端输入电压与输入电流的比值。输入阻抗具有天线馈电端输入电压与输入电流的比值。输入阻抗具有电阻分量电阻分量Rin和电抗分量和电抗分量Xin，即，即Zin=Rin+jXin。v 电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取，因此，必须使电抗分量尽量为零，也即尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。

48、电抗分量尽量为零，也即尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。v 事实上，即使是设计、调试的很好的天线，其输入阻抗总还含有一个事实上，即使是设计、调试的很好的天线，其输入阻抗总还含有一个小的电抗分量值。小的电抗分量值。v 天线的匹配工作：消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可天线的匹配工作：消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。能地接近馈线的特性阻抗。v 匹配的优劣用四个参数衡量，即反射系数、行波系数、驻波比和回波匹配的优劣用四个参数衡量，即反射系数、行波系数、驻波比和回波损耗。这四个参数之间有固定的数值关系，使用哪根据个人习惯而定。损耗。这四个参数之间有固定的数值

49、关系，使用哪根据个人习惯而定。在日常维护中，使用较多的是驻波比和回波损耗。在日常维护中，使用较多的是驻波比和回波损耗。v 标称：标称：产品上标明的产品上标明的(如规格、数值等如规格、数值等)有关产品性能和质量要素。有关产品性能和质量要素。经常表现在纤维混凝土原材料和刚性纤维等的运用上！用他来表示某经常表现在纤维混凝土原材料和刚性纤维等的运用上！用他来表示某一物质的标准性能或样本的直径、尺度等！例如：样本平均根数，标一物质的标准性能或样本的直径、尺度等！例如：样本平均根数，标称根数等！称根数等！ 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（5）驻波比）驻波比v 在

50、不匹配的情况下，馈线上同时存在反射波和入射波。在不匹配的情况下，馈线上同时存在反射波和入射波。v 波腹：波腹：在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅压振幅Vmax，形成波腹。，形成波腹。v 波节：波节：在入射波和反射波相位相反的地方，电压振幅相减为最小电在入射波和反射波相位相反的地方，电压振幅相减为最小电压振幅压振幅Vmin，形成波节。，形成波节。v 行驻波：行驻波：在其他各点的振幅值介于波腹和波节之间，这种合成波称在其他各点的振幅值介于波腹和波节之间，这种合成波称为行驻波。为行驻波。v 反射系数：反射系数：反射波电压和入

51、射波电压幅度之比。记为反射波电压和入射波电压幅度之比。记为R：)()(00ZZZZRLL入射波幅度反射波幅度终端负载阻抗终端负载阻抗特性阻抗特性阻抗（5）驻波比）驻波比驻波系数：驻波系数：波腹电压与波节电压幅度之比叫做驻波系数，也叫电压驻波腹电压与波节电压幅度之比叫做驻波系数，也叫电压驻波比，记为波比，记为VSWR：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 ()1 (minmaxRVRVVSWR波节电压幅度波腹电压幅度结论：结论：终端负载阻抗终端负载阻抗ZL和特性阻抗和特性阻抗Z0越接近，反射系数越接近，反射系数R越小，驻波比越小，驻波比VSWR越接近于越

52、接近于1，匹配也就越好。，匹配也就越好。电压驻波比为电压驻波比为1，表示完全匹配；电压驻波比为无穷大表示，表示完全匹配；电压驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。全反射，完全失配。（6）回波损耗）回波损耗l回波损耗是反射系数绝度值的倒数，用分贝值表示。回波回波损耗是反射系数绝度值的倒数，用分贝值表示。回波损耗的值在损耗的值在0到无穷大之间。到无穷大之间。l回波损耗越小表示匹配越差，越大表示匹配越好。回波损耗越小表示匹配越差，越大表示匹配越好。0表示表示全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信中，一般要求回全反射，无穷大表示完全匹配。在移动通信中，一般要求回波损耗大于波损耗大于14dB。垂直极化垂直

53、极化（7） 天线的极化天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波。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EE三、三、 RFID RFID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天线性能的主要参数天线性能的主要参数垂直极化垂直极化双极化天线双极化

54、天线 下图示出了另两种单极化的情况：+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EEEE三、三、 RFID RFID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天线性能的主要参数天线性能的主要参数 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

55、两个接头。线有两个接头。 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、 RFID RFID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，水平极化波要用具有水平极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天线来接收，而左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

56、的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。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

57、收任一线极化波，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，称极化完

58、全隔离。为最大，称极化完全隔离。三、三、 RFID RFID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天线性能的主要参数天线性能的主要参数（8） 天线增益天线增益 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。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

59、越高。增益越高。 增益的物理含义增益的物理含义-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，需要想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为的输入功率，而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 100 / 20 = 5W . 换言之，某换言之，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，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

60、数。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