《物联网射频识别(rfid)核心技术教程》-ppt-5ppt课件

物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 电 子 教 案 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 本书物联网-射频识别（RFID）核心技术教程由物联网-射频 识别（RFID）核心技术详解一书改编而来。物联网-射频识别（RFID）核 心技术详解2011年11月荣获陕西省普通高等学校优秀教材一等奖，2012年 12月修订出版第2版，2013年荣获陕西省高等教育教学成果二等奖。物联网- 射频识别（RFID）核心技术教程2016年出版，本书适合作为高校教材。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 第5章 天线基础 点击击此处结处结 束放映 天线概述 5.1 基本振子的辐射 5.2 天线的电参数 5.3 对称振子天线 5.4 天线阵 5.5 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 其他类型天线简要介绍 5.6 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 天线概述 5.1 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.1.2 天线的分类 1. 天线按照波段分类 2. 天线按照结构分类 （1）线状天线 （2）面状天线 （3）缝隙天线 （4）微带天线 3. 天线按照用途分类 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.1.3 天线的研究方法和设计方法 1.叠加原理 天线的辐射符合叠加原理。 2.研究天线的三个方法 （1）解析解 （2）数值解 （3）仿真软件 3.设计天线的方法 Ansoft公司的HFSS， CST公司的MWS等 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 基本振子的辐射 5.2 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 各种天线都可以分割成无限多个基本元，每一个 基本元上电磁流的振幅、相位和方向均假设是相同的。 基本元是一种基本的辐射单元，实际天线可以看成是无 穷多个基本元的叠加，如果掌握了基本元的辐射特性， 可以按照电磁场的叠加原理，得出各类天线的辐射特 性。RFID天线主要由电基本振子和磁基本振子这两种基 本元构成。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.2.1 电基本振子的辐射 电基本振子是为分析线天线而抽象出来的天线最 小构成单元。电基本振子是一段长度 远小于波长的细短 导线，导线上电流的振幅和相位都认为是恒定的，电流 为等幅同相分布。设该电基本振子位于坐标原点，并沿 轴放置在自由空间，如图5.2所示。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 1.天线近区场 近区场的条件为 (5.2) 低频和高频RFID工作在天线的近区。近区电磁场为 (5.3) 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 2.天线远区场 远区场的条件为 (5.5) 微波RFID工作在天线的近区。远区电磁场为 (5.6) 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.2.2 磁基本振子的辐射 实际上，并不真正存在磁基本振子，但它可以与 一些实际波源相对应，用此概念可以简化计算。半径远 小于波长的小电流环，辐射场与电基本振子相对偶，小 电流环可以等效为一个磁基本振子。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 天线的电参数 5.3 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.3.1 发射天线的电参数 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： （5.15） 上式中， 是天线的总损耗能量，包括天线导体的损耗 和天线介质的损耗。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 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： （5.17） 天线的输入端是指天线与馈线的连接处。天线作为馈线 的负载，通常要求做到阻抗匹配。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 3.方向性函数 天线的方向性函数，是指以天线为中心，在相同 距离 的条件下，天线辐射场与空间方向的关系，是天线 辐射场的相对值。 例如，电基本振子的电场为 方向性函数为 。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 4.方向图 （1）立体方向图 （2） E面方向图 （3） H面方向图 （4）主瓣宽度 （5）旁瓣电平 （6）前后比 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 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。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 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。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 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。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 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。 天线不能接收与其正交的极化分量，例如，垂直 线极化天线不能接收水平线极化波。接收天线要保持与 发射天线极化匹配，例如，左旋圆极化天线不能接收右 旋圆极化波。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 9.频带宽度 天线的所有电参数都与频率有关。当频率偏离中 心频率时，会引起电参数的变化。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。窄频带天线的相对带宽 只有百分之几，宽频带天线的相对带宽可以达到百分之 几十，超宽频带天线的相对带宽可以达到几个倍频程。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.3.2 互易定理和接收天线的电参数 某一天线作为接收天线的电参数，与作为发射天 线的电参数相同，符合互易定理。 任何天线用作接收时，它的方向性、阻抗、极化 和有效长度等，均与用作发射天线时相同。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 对称振子天线 5.4 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 对称振子天线的结构如图5.8所示。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。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.4.1 对称振子天线的电流分布 要计算天线的辐射场，首先需要知道天线上的电 流分布。 （5.28） 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.4.2 对称振子天线的辐射场与方向图 1.对称振子天线的辐射场 对称振子天线的辐射电场为 （5.29） 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 2.对称振子天线的方向图 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.4.3 对称振子天线的辐射电阻 电基本振子的辐射功率曾用一个等效电阻的消耗来 等效，这个等效电阻称为辐射电阻。 （1）半波对称振子的辐射电阻为 （2）全波对称振子的辐射电阻为 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.4.4 对称振子天线的输入阻抗 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 天线阵 5.5 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 用许多单元天线按一定方式排列构成一个辐射系 统，这个辐射系统称为天线阵，构成天线阵的每个单元 称为阵元。天线阵的辐射特性取决于阵元的结构、数 目、排列方式、间距、阵元上电流的振幅和相位等。按 阵元的排列方式，天线阵有直线阵、平面阵和立体阵 等。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.5.1二元阵与方向性乘积原理 二元阵由两个相距较近、取向一致的阵元组成。 下面讨论由对称振子构成的二元阵，如图5.11所示。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 天线阵在观察点产生的辐射电场为 （5.39） 归一化方向性函数 等于阵 元归一化方向性函数 与阵因子归一化方向性函 数 的乘积，称为方向性乘积原理。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.5.2均匀直线阵 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 其他类型天线简要介绍 5.6 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 5.6.1 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。 点击击此处结处结 束放映 物联网射频识别（RFID）核心技术教程 图