第6章RFID中的天线技术

1、物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）第第6章章 RFID中的天线技术中的天线技术点击此处结束放映点击此处结束放映 RFID天线的应用及设计现状天线的应用及设计现状6.1低频和高频低频和高频RFID天线技术天线技术6.2微波微波RFID天线技术天线技术6.3天线仿真设计方法天线仿真设计方法6.4RFID天线的制造工艺天线的制造工艺6.5物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心

2、技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版） RFID天线的应用及设计现状天线的应用及设计现状6.1点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.1.1 RFID天线的应用现状天线的应用现状1. RFID天线应用的一般要求天线应用的一般要求（1）电子标签天线）电子标签天线 RFID天线必须足够小天线必须足够小； RFID天线提供最大可天线提供最大可能的信号和能量给标签的芯片能的信号和能量给标签的芯片； RFID天线具有鲁棒性天线具有鲁棒性； RFID天线非常便宜天线非常便宜。点击此处结束放映点击此处结

3、束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）（2）读写器读写器天线天线读写器天线既可以与读写器集成在一起，也可读写器天线既可以与读写器集成在一起，也可以采用分离式以采用分离式；读写器天线设计要求多频段覆盖读写器天线设计要求多频段覆盖；应应用智能波束扫描天线阵用智能波束扫描天线阵。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）2. RFID天线的天线的极化极化有些应用可以采用线极化，例如在流水线上，有些应用可以采用线极化，例如在流水线上，这时

4、电子标签的位置基本上是固定不变的，电子标签这时电子标签的位置基本上是固定不变的，电子标签的天线可以采用线极化方式。但在大多数场合，由于的天线可以采用线极化方式。但在大多数场合，由于电子标签的方位是不可知的，所以大部分电子标签的方位是不可知的，所以大部分RFID系统采系统采用圆极化天线用圆极化天线。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）3. RFID天线的天线的方向性方向性如果天线波瓣宽度越窄，天线的方向性越好，如果天线波瓣宽度越窄，天线的方向性越好，天线的增益越大，天线作用的距离越远，抗干扰能力天

5、线的增益越大，天线作用的距离越远，抗干扰能力越强，但同时天线的覆盖范围也就越小。越强，但同时天线的覆盖范围也就越小。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）4. RFID天线的天线的阻抗问题阻抗问题为了以最大功率传输，芯片的输入阻抗必须和为了以最大功率传输，芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。天线的输出阻抗匹配。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）5. RFID的的环境问题环境问题电子标签天线的特

6、性，受所标识物体的形状和电子标签天线的特性，受所标识物体的形状和电参数影响。例如，金属对电磁波有衰减作用，金属电参数影响。例如，金属对电磁波有衰减作用，金属表面对电磁波有反射作用，弹性衬底会造成天线变形表面对电磁波有反射作用，弹性衬底会造成天线变形等，这些影响在天线设计与应用中必须加以解决。等，这些影响在天线设计与应用中必须加以解决。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.1.2 RFID天线的设计现状天线的设计现状1. RFID电子标签天线的设计电子标签天线的设计小尺寸要求，低成本要求，所标识

7、物体的形状及小尺寸要求，低成本要求，所标识物体的形状及物理特性要求，电子标签到贴标签物体的距离要求物理特性要求，电子标签到贴标签物体的距离要求，金金属表面的反射要求等。属表面的反射要求等。 点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）2. RFID读写器天线的设计读写器天线的设计要求低剖面、小型化以及多频段覆盖。还将涉及要求低剖面、小型化以及多频段覆盖。还将涉及到天线阵的设计问题，小型化带来的低效率、低增益问到天线阵的设计问题，小型化带来的低效率、低增益问题等题等。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网

8、物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）3. RFID天线的设计步骤天线的设计步骤点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版） 低频和高频低频和高频RFID天线技术天线技术6.2点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）在低频和高频频段，读写器与电子标签基本都采在低频和高频频段，读写器与电子标签基本都采用线圈天线用线圈天线。线圈之间存在互感，使一个线圈的

9、能量可线圈之间存在互感，使一个线圈的能量可以耦合到另一个线圈，因此读写器天线与电子标签天线以耦合到另一个线圈，因此读写器天线与电子标签天线之间是采用电感耦合的方式工作。之间是采用电感耦合的方式工作。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.2.1低频和高频低频和高频RFID天线的结构和图片天线的结构和图片点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）低频和高频低频和高频RFID天线有如下特点。天线有如下特点。

10、 天线都采用线圈的形式；天线都采用线圈的形式； 线圈可以是圆形环，也可以是矩形环；线圈可以是圆形环，也可以是矩形环； 天线的尺寸比芯片的尺寸大很多，电子标签的尺天线的尺寸比芯片的尺寸大很多，电子标签的尺寸主要是由天线决定的寸主要是由天线决定的。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.2.2低频和高频低频和高频RFID天线的磁场天线的磁场电流在周围产生磁场。电流在周围产生磁场。1.直线电流产生的磁场直线电流产生的磁场2.圆形线圈产生的磁场圆形线圈产生的磁场“短圆柱形线圈短圆柱形线圈”在周围产生的磁

11、场为在周围产生的磁场为(6.3)(6.3)2/32222zRINRHz点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.2.3低频和高频低频和高频RFID天线的最佳尺寸天线的最佳尺寸线圈天线的最佳尺寸，是指线圈上的电流为常数，线圈天线的最佳尺寸，是指线圈上的电流为常数，且与天线的距离为常数时，线圈的尺寸与产生磁场的关且与天线的距离为常数时，线圈的尺寸与产生磁场的关系。以圆

12、环形线圈为例，计算的结果表明，最大磁场与系。以圆环形线圈为例，计算的结果表明，最大磁场与线圈尺寸的关系为线圈尺寸的关系为(6.7)(6.7)2/32222zRINRHz点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）微波微波RFID天线技术天线技术6.3点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.3.1微波微波RFID天线的结构、图片和应用方式天线的结构、图片和应用方式1.微波微波RFID天线的结构和图片天线的结

13、构和图片点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）微波微波RFID天线有如下特点。天线有如下特点。 微波微波RFID天线的结构多样；天线的结构多样；适合粘帖在各种物体的表面；适合粘帖在各种物体的表面；很多是在条带上批量生产；很多是在条带上批量生产；电子标签的尺寸主要是由天线决定的。电子标签的尺寸主要是由天线决定的。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）2.微波微波RFID天线的应用方式天线的应用方式点击此

14、处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.3.2微波微波RFID天线的设计天线的设计1.弯曲偶极子天线弯曲偶极子天线点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）2.微带天线微带天线点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）3.阵列天线阵列天线八木天线是一种寄生天线阵，它只有一个阵元是八木天线是一种寄生天线阵，它只有一个阵

15、元是直接馈电的，其它阵元都是非直接激励，是采用近场耦直接馈电的，其它阵元都是非直接激励，是采用近场耦合从有源阵元获得激励。合从有源阵元获得激励。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）4.非频变天线非频变天线一般来说，若天线的相对带宽达到百分之几十，一般来说，若天线的相对带宽达到百分之几十，这类天线称为宽频带天线；若天线的频带宽度能够达到这类天线称为宽频带天线；若天线的频带宽度能够达到10：1，这类天线称为非频变天线。，这类天线称为非频变天线。（1）平面等角螺旋天线）平面等角螺旋天线（2）圆锥等角螺

16、旋天线）圆锥等角螺旋天线（3）对数周期天线）对数周期天线点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）天线仿真设计方法天线仿真设计方法6.4点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.4.1 Ansoft HFSS仿真软件仿真软件HFSS（High Frequency Structure Simulator）是）是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件，是世界上第一个商公司推出的三维电磁仿真软件，是世界上第一个

17、商业化的三维结构电磁场仿真软件，是业界公认的三维电业化的三维结构电磁场仿真软件，是业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。磁场设计和分析的工业标准。HFSS以其仿真精度、可靠以其仿真精度、可靠性、方便易用的操作界面和稳定成熟的自适应网格剖分性、方便易用的操作界面和稳定成熟的自适应网格剖分技术，成为高频结构设计的首选工具技术，成为高频结构设计的首选工具。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.4.2 CST MICROWAVE STUDIO仿真软件仿真软件CST MICROWAVE STUDIO

18、仿真软件是德国仿真软件是德国CST公司推公司推出的高频三维电磁场仿真软件，它集成有七个时域和频域出的高频三维电磁场仿真软件，它集成有七个时域和频域全波算法：时域有限积分、频域有限积分、频域有限元、全波算法：时域有限积分、频域有限积分、频域有限元、模式降阶、矩量法、多层快速多极子、本征模，从数学上模式降阶、矩量法、多层快速多极子、本征模，从数学上保证了较大的可计算电尺寸范围。保证了较大的可计算电尺寸范围。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.4.3 IE3D仿真软件仿真软件IE3D仿真软件是平面

19、和三维电磁场仿真与优化软件仿真软件是平面和三维电磁场仿真与优化软件包，是一个基于矩量法的电磁场仿真工具。包，是一个基于矩量法的电磁场仿真工具。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.4.4 仿真仿真与调试与调试仿真和调试是相辅相成的关系，对于一个天线，最仿真和调试是相辅相成的关系，对于一个天线，最好的设计制作方法是一边做仿真，同时还做调试。好的设计制作方法是一边做仿真，同时还做调试。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术

20、详解（第2 2版）版）RFID天线的制造工艺天线的制造工艺6.5点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）RFID天线制作工艺主要有线圈绕制法、蚀刻法和天线制作工艺主要有线圈绕制法、蚀刻法和印刷法。低频印刷法。低频RFID电子标签天线基本是采用绕线方式制电子标签天线基本是采用绕线方式制作而成；高频作而成；高频RFID电子标签天线利用以上三种方式均可电子标签天线利用以上三种方式均可实现，但以蚀刻天线为主，其材料一般为铝或铜；实现，但以蚀刻天线为主，其材料一般为铝或铜；UHF RFID电子标签天线则以印刷

21、天线为主。电子标签天线则以印刷天线为主。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.5.1线圈绕制法线圈绕制法点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）线圈绕制法的特点如下。线圈绕制法的特点如下。频率范围在频率范围在125-134 KHz 的电子标签只能采用这种的电子标签只能采用这种工艺工艺；成本高，生产速度慢；成本高，生产速度慢；UHF天线很少采用这种工艺天线很少采用这种工艺。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）6.5.2蚀刻法蚀刻法点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFIDRFID）核心技术详解（第）核心技术详解（第2 2版）版）蚀刻法的特点如下。蚀刻法的特点如下。蚀刻天线精度高，天线性能优异且稳定蚀刻天线精度高，天线性能优异且稳定；缺点就是成本太高；缺点就是成本太高；高频高频电子电子标签常采用这种工艺标签常采用这种工艺。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网物联网- -射频识别（射频识别（RFI