RFID论文.docx

目录【摘要】21. RFID天线概述22. RFID技术原理33. RFID天线类型43.1线圈天线43.2 微带贴片天线53.3 偶极子天线53.4 低频和高频RFID天线技术53.5 微波RFID天线技术64. 结束语6参考文献：7【摘要】首先简要介绍RFID技术的基本工作原理，说明射频天线是RFID系统设计的技术关键，然后介绍几种基本的RFID射频天线及其工作原理，并针对普通使用的偶极子天线在RFID系统中方向性的不足提出改进，最后，给出一个具有全向收发功能的RFID天线设计。通过设计仿真工具模拟仿真，并进行实际样品测试，获得较为满意的设计结果。关键字：RFID；射频天线；电子标签1. RFID天线概述在无线通信领域，天线是不可缺少的组成部分。RFID是利用无线电波来传递信息的，当信息通过空间传播时，无线电波的产生和接收要通过天线来完成。此外，在用无线电波传送能量方面，非信号的能量传送也需要通过天线来完成。天线对RFID系统十分重要，是决定RFID系统性能的关键部件。RFID天线可以分为低频、高频及微波天线；在每一频段，天线又分为读写器天线和电子标签天线。在低频和高频频段，读写器和电子标签基本都采用线圈天线；微波RFID天线形式多样，可以采用对称的振子天线、微带天线、阵列天线、宽频带天线等。RFID天线制作工艺主要有线圈绕执法、蚀刻法、印刷法等，这些工艺既有传统的制作方法，也有近年来发展起来的新技术。在无线通信中，由发射机产生的高频振荡能量，经过馈线（在天线领域，传输线也称为馈线）传送到发射天线，然后由发射天线变成为电磁波能量，向预定方向辐射。电磁波通过传播介质到达接收天线后，接收天线将接收到的电磁波能量转变为导行电磁波，然后通过馈线传送到接收机，完成无线电波传输的过程。天线在上述无线电波传输的过程中是无线通信系统的第一个和最后一个器件，如图1-1所示。发射机接收机传播媒介发射天线接收天线电磁波图1-1无线通信中的天线2. RFID技术原理通常情况下，RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成。其中，读写器一般作为计算机终端，用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成。而RFID卡则是一种无源的应答器，主要是由一块集成电路芯片及其外接天线组成，其中RFID芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成到同一芯片上。RFID应用系统的基本工作原理是RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检的数字信号送入逻辑控制电路进行信号处理；所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。可见，RFID卡与读写器实现数据通讯过程中其关键的作用是天线。一方面，无源的RFID卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器无线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了RFID卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式。目前RFID已经得到了广泛应用，且有国际标准:ISO10536,ISO14443,ISO15693，ISO18000等几种。这些标准除规定了通讯数据帧协议外，还着重对工作距离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格进行了规范。RFID应用系统的标准制定决定了RFID天线的选择，下面将分别介绍已广泛应用的各种类型的RFID天线及其性能。3. RFID天线类型RFID主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3种基本形式的天线。其中，小于1m的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线，他们主要工作在中低频段。而1m以上的远距离的应用系统需要采用未带贴片型或偶极子型的RFID天线，它们工作在高频及微波频段。这几种类型天线的工作原理是不同的。3.1线圈天线当RFID的线圈天线进入读写器产生的交变磁场中，RFID天线与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器，两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈。由RFID的线圈天线电感L、寄生电容和并联电容，其谐振频率为：，（式中C为和的并联等效电容）。RFID应用系统就是通过这一频率载波实现双向数据通讯的。常用的ID-1型非接触式IC卡的外观为以小型的塑料卡，天线线圈谐振工作频率通常为13.56MHz。目前已研发出面积最小为0.4mm*0.4mm线圈天线的短距离RFID应用系统。某些应用要求RFID天线线圈外形很小，且需一定的工作距离，如用于动物是别的RFID。线圈外形即面积小的话，RFID与读写器之间的天线线圈互感量M就明显不能满足实际使用。通常的RFID的天线线圈内部插入具有高导磁率的铁氧体材料，以增大互感量，从而补偿线圈横截面减小的问题。3.2 微带贴片天线在RFID标签天线的设计中，小型化问题始终倍受关注。为扩展应用范围，小型化后的天线带宽和增益特性及交叉极化特性也是重要的研究方向。目前的RFID标签仍然使用片外独立天线，其优点是天线Q值较高、易于制造、成本适中，但是体积较大、易折断，不能胜任防伪或以生物标签形式植入动物体内等任务。若能将天线集成在标签芯片上，无需任何外部器件即可进行工作，可使整个标签体积减小，而且简化了标签制作流程，降低了成本，这就引发了片上天线技术的研究。另外，目前标签天线研究的重点还包括，天线匹配技术、结构优化技术、覆盖多种频段的宽带天线设计、多标签天线优化分布技术、抗金属设计技术、一致性与抗干扰技术等。微带贴片天线是由贴有金属地板的介质基片上的辐射贴片导体所构成的。根据天线辐射特性的需要。可以设计贴片导体为各种形状。通常贴片天线的辐射导体与金属地板距离为几十分之一波长，假设辐射电场沿导体的横向与纵向两方面没有变化，仅沿约为半波长的导体长度方向变化。则微带贴片天线的辐射基本上是由贴片导体开路边沿的边缘场引起的，辐射方向基本确定，因此，一般适用于通讯方向变化不大的RFID应用系统中。为了提高天线的性能并考虑其通讯方向性问题，人们还提出了各种不同的微带缝隙天线。3.3 偶极子天线在远距离耦合的RFID应用系统中，最常用的是偶极子天线。偶极子天线及其演化，其中偶极子天线有两段同样粗细的等长的直导线排成一直线构成，信号从中间两个端点馈入，在偶极子的两臂上将产生一定的电流分布，这些电流分布就在天线周围空间激发起电磁波，从而达到传输信号的目的。3.4 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上都采用线圈天线，线圈之间存在互感，使一个线圈的能量耦合到另一个线圈，因此，读写器天线与电子标签天线之间采用电感耦合的方式工作。读写器天线与电子标签天线是近场耦合，电子标签处于读写器的近区，当超出上述范围时，近场耦合便失去作用。当电子标签逐渐远离读写器，出于读写器的远区时，电磁场将摆脱天线，并作为电磁波进入空间。3.5 微波RFID天线技术微波RFID技术是目前RFID技术最为活跃和发展最为迅速的领域，微波RFID天线与低频、高频RFID天线相比工作原理不同。微波RFID天线采用电磁辐射的方式工作，读写器天线与电子标签天线之间的距离较远，一般超过1m，典型值为1m10m；微波RFID的电子标签较小，使得天线的小型化成为设计重点；微波RFID天线形式多样，可以采用对称振子天线、微带天线、阵列天线宽带天线等；微波RFID天线要求造价低，因此出现了许多天线制造新技术。4. 结束语总之，RFID的实际应用关键在于天线设计上，特别是对于具有非常大市场容量的商品标签来说，要求RFID能够实现全方向的无线数据通讯，且还要价格低廉、体积小。因此，我们所设计的标签天线应该满足廉价，体积小，而且效能高的要求。作为当下无知的本科生，感觉硬件开发深似海，然而它才是最实用，最贴切实际的应用技术，只有经过长年累月的不断学习和积累，才能从中探究到其中的奥妙。RFID技术是当下应用广泛的一种技术，