第2章-24-RFID天线技术

第2章-24-RFID天线技术第一页，共53页。

天线概述2.4.1各类天线简要介绍2.4.2RFID中的天线技术2.4.3RFID天线的制造工艺2.4.4物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映第二页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用

天线概述2.4.1点击此处结束放映第三页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.1.1天线定义

凡是利用电磁波来传递信息和能量的，都依靠天线来进行工作，天线是用来发射或接收无线电波的装置和部件。

天线是无线通信系统的第一个器件和最后一个器件。点击此处结束放映第四页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用图3.1无线通信中的天线点击此处结束放映第五页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.1.2天线分类

天线按照结构分类如下。

（1）线状天线

（2）面状天线

（3）缝隙天线

（4）微带天线

点击此处结束放映第六页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.1.3天线的电参数1.天线的效率

天线在工作时，并不能将输入天线的能量全部辐射出去。天线的效率定义为天线的辐射功率

与输入功率

的比值，即：（3.1）点击此处结束放映第七页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.输入阻抗

天线的输入阻抗定义为天线输入端电压与电流的比值，即：（3.2）天线的输入端是指天线与馈线的连接处。点击此处结束放映第八页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用3.方向性函数

天线的方向性函数是指以天线为中心，天线辐射场与空间方向的关系。

例如，电基本振子的电场为方向性函数为

。点击此处结束放映第九页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用4.方向图（1）E面方向图（2）H面方向图（3）立体方向图

电基本振子的方向图点击此处结束放映第十页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用

（4）主瓣宽度（5）旁瓣电平（6）前后比

点击此处结束放映第十一页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用5.方向性系数

在离开天线某一距离处，天线在最大辐射方向上产生的功率密度，与天线辐射出去的能量被均匀分到空间各个方向（即理想无方向性天线）时的功率密度之比，称为天线的方向性系数。

电基本振子的方向性系数为1.5。

点击此处结束放映第十二页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用6.增益

增益定义为当天线与理想无方向性天线的输入功率相同时，两种天线在最大辐射方向上辐射功率密度之比。增益同时考虑了天线的方向性系数和效率。

点击此处结束放映第十三页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用7.有效长度

很多天线上的电流分布是不均匀的。天线有效长度的定义是，在保持实际天线最大辐射方向上场强不变的前提下，假设天线上的电流为均匀分布，电流的大小等于输入端的电流，此假想天线的长度。

点击此处结束放映第十四页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用8.极化

天线的极化是指在天线最大辐射方向上，电场矢量的方向随时间变化的规律。极化分为线极化、圆极化和椭圆极化。9.频带宽度

天线的所有电参数都与频率有关。将天线的电参数保持在规定技术指标要求之内的频率范围，称为天线的工作频带宽度，简称为天线的带宽。

点击此处结束放映第十五页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用

各类天线简要介绍2.4.2点击此处结束放映第十六页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.2.1对称振子天线

对称振子天线是一种应用广泛的基本线形天线，它既可以单独使用，又可以作为天线阵的单元。点击此处结束放映第十七页，共53页。第十八页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用1.对称振子天线的辐射场

对称振子天线的辐射电场为（3.8）点击此处结束放映第十九页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.对称振子天线的方向图

点击此处结束放映第二十页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.2.2引向天线

引向天线又称为八木天线，是一种广泛应用于米波和分米波的天线。引向天线是一个紧耦合寄生振子端射阵，它由一个有源振子、一个反射振子（稍长于有源振子）和若干个引向振子（稍短于有源振子）构成，除有源振子通过馈线与信号源或接收机连接外，其余振子均为无源振子。

点击此处结束放映第二十一页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用

图3.9引向天线

点击此处结束放映第二十二页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.2.3螺旋天线（a）D/λ<0.18（b）0.25<D/λ<0.46（c）0.25<D/λ>0.46

图3.10螺旋天线及其方向图

点击此处结束放映第二十三页，共53页。第二十四页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.2.4微带天线图3.11微带天线点击此处结束放映第二十五页，共53页。

RFID中的天线技术2.4.3物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映第二十六页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.3.1RFID天线的应用现状1.RFID天线应用的一般要求（1）电子标签天线 RFID天线必须足够小；RFID天线提供最大可能的信号和能量给标签的芯片；RFID天线具有鲁棒性；RFID天线非常便宜。点击此处结束放映第二十七页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用（2）读写器天线

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；读写器天线设计要求多频段覆盖；应用智能波束扫描天线阵。点击此处结束放映第二十八页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.RFID天线的极化

有些应用可以采用线极化，例如在流水线上，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，由于电子标签的方位是不可知的，所以大部分RFID系统采用圆极化天线。点击此处结束放映第二十九页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用3.RFID天线的方向性

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，抗干扰能力越强，但同时天线的覆盖范围也就越小。4.RFID天线的阻抗问题

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。点击此处结束放映第三十页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用5.RFID的环境问题

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。点击此处结束放映第三十一页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.3.2RFID天线的设计现状 1.RFID电子标签天线的设计

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，金属表面的反射要求等。

点击此处结束放映第三十二页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.RFID读写器天线的设计

要求低剖面、小型化以及多频段覆盖。还将涉及到天线阵的设计问题，小型化带来的低效率、低增益问题等。点击此处结束放映第三十三页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用3.RFID天线的设计步骤

点击此处结束放映第三十四页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.3.3低频和高频RFID天线技术

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。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之间是采用电感耦合的方式工作。

点击此处结束放映第三十五页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用1.低频和高频RFID天线的结构和图片

点击此处结束放映第三十六页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用

低频和高频RFID天线有如下特点。

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；

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。

点击此处结束放映第三十七页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.低频和高频RFID天线的磁场

“短圆柱形线圈”在周围产生的磁场为(3.11)点击此处结束放映第三十八页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用3.低频和高频RFID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，且与天线的距离为常数时，线圈的尺寸与产生磁场的关系。(3.15)点击此处结束放映第三十九页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.3.4微波RFID天线技术1.微波RFID天线的结构和图片

点击此处结束放映第四十页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用微波RFID天线有如下特点。

微波RFID天线的结构多样；

适合粘帖在各种物体的表面；

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。点击此处结束放映第四十一页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.微波RFID天线的应用方式

点击此处结束放映第四十二页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用3.RFID天线的设计（1）弯曲偶极子天线（2）微带天线点击此处结束放映第四十三页，共53页。

RFID天线的制造工艺2.4.4物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映第四十四页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用 RFID天线制作工艺主要有线圈绕制法、蚀刻法和印刷法。低频RFID电子标签天线基本是采用绕线方式制作而成；高频RFID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；UHFRFID电子标签天线则以印刷天线为主。点击此处结束放映第四十五页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.4.1线圈绕制法

点击此处结束放映第四十六页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用

线圈绕制法的特点如下。

频率范围在125-134KHz的电子标签只能采用这种工艺；

成本高，生产速度慢； UHF天线很少采用这种工艺。点击此处结束放映第四十七页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.4.2蚀刻法

点击此处结束放映第四十八页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用

蚀刻法的特点如下。

蚀刻天线精度高，天线性能优异且稳定；

缺点就是成本太高；

高频电子标签常采用这种工艺。点击此处结束放映第四十九页，共53页。物联网射频识别（RFID）技术与应用2.4.4.3印刷法