在rfid射頻識別系統中的天線問題
[摘要]在rf裝置中，工作頻率增加到微波區域的時候，天線與標籤晶元之間的匹配問題變得更加嚴峻。
天線的目標是傳輸最大的能量進出標籤晶元。這需要仔細的設計天線和自由空間以及其相連的標籤晶元的匹配。本文考慮的頻帶是435 mhz, 2.45 ghz 和 5.8 ghz，在零售商品中使用。天線必須：
足夠的小以至於能夠貼到需要的物品上；
有全向或半球覆蓋的方向性；
提供最大可能的訊號給標籤的晶元；
無論物品什麼方向，天線的極化都能與讀卡機的詢問訊號相匹配；
具有魯棒性；
非常便宜。
在選擇天線的時候的主要考慮是：
天線的型別；
天線的阻抗：
在應用到物品上的rf的效能；
在有其他的物品圍繞貼標籤物品時的rf效能。
可能的選擇
這裡有兩種使用方式：一）貼標籤的物品被放在倉庫中，有乙個便攜裝置，可能是手持式，詢問所有的物品，並且需要它們給予資訊反饋資訊；二）在倉庫的門口安裝讀卡設配，詢問並記錄進出物品。還有乙個主要的選擇是有源標籤還是無源標籤[1],[2]。
可選的天線
在435 mhz, 2.45 ghz 和 5.8 ghz 頻率是用的rfid系統中，可選的天線有幾種，見下表，它們重點考慮了天線的尺寸。這樣的小天線的增益是有限的，增益的大小取決於輻射模式的型別，全向的天線具有峰值增益0到2 dbi；方向性的天線的增益可以達到6 dbi。增益大小影響天線的作用距離。下表中的前三個種類的天線是線極化的，但是微帶面天線可以使圓極化的，對數螺旋天線僅僅是圓極化的。由於rfid標籤的方向性是不可控的，所以讀卡機必須是圓極化的。乙個圓極化的標籤天線可以產生3 db 以強的訊號。
阻抗問題
為了最大功率傳輸，天線後的晶元的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗匹配。幾十年來，設計天線與50 或 70 歐姆的阻抗匹配，但是可能設計天線具有其他的特性阻抗。例如，乙個縫隙天線可以設計具有幾百歐姆的阻抗。乙個摺疊偶極子的阻抗可以是一做個標準半波偶極子阻抗的20倍。印刷貼片天線的引出點能夠提供乙個很寬範圍的阻抗(通常是 40 到 100歐姆)。選擇天線的型別，以至於它的阻抗能夠和標籤晶元的輸入阻抗匹配是十分關鍵的。另乙個問題是其他的與天線接近的物體可以降低天線的返回損耗。對於全向天線，例如雙偶極子天線，這個影響是顯著的。改變雙偶極子天線和一聽番茄醬的間距做了一些實際測量，顯示了一些變化，見圖4和圖5。其他的物體也有相似的影響。此外是物體的介電常數，而不是金屬，改變了諧振頻率。一塑料瓶子水降低了最小返回損耗頻率16%。當物體與天線的距離小於62.5 mm的時候，返回損耗將導致乙個3.0 db的插入損耗，而天線的自由空間插入損耗才0.2 db。可以設計天線使它與接近物體的情況相匹配，但是天線的行為對於不同的物體和不同的物體距離而不同。對於全向天線是不可行的，所以設計方向性強的天線，它們不受這個問題的影響。
輻射模式
在乙個無反射的環境中測試了天線的模式，包括了各種需要貼標籤的物體，在使用全向天線的時候效能嚴重下降。圓柱金屬聽引起的效能下降是最嚴重的，在它與天線距離50mm的時候，反回的訊號下降大於20 db (見圖6)。天線與物體的中心距離分開到100—150mm的時候，反回訊號下降約10 到12 db。在與天線距離100mm的時候，測量了幾瓶水（塑料和玻璃），見圖7，反回訊號降低大於10 db。 在蠟紙盒的液體，甚至蘋果上做試驗得到了類似的結果。
區域性結構的影響
在使用手持的儀器的時候，大量的其他臨近物體的使讀卡機天線和標籤天線的輻射模式嚴重失真。這可以對於2.45 ghz的工作頻率計算，假設乙個代表性的幾何形狀，見圖8,9,10， 和自由空間相比，顯示返回訊號降低了10db，在雙天線同時使用的時候，比預料的模式下降的更多。圖11和圖12是在乙個天線前的乙個橫截平面的接收訊號等高線圖，顯示了嚴重的失真。在倉庫的使用環境下，乙個物品盒子具有乙個標籤會有問題，幾個標籤貼在乙個盒子上以確保所有時候都有乙個標籤是可以看見的。便攜系統的使用有幾個天線的問題。每個盒子兩個天線足夠適合門禁裝置探測，這樣區域性結構的影響變得不再重要，因為門禁裝置的讀卡機天線被固定在倉庫的出入，並且直接指向貼標籤的物體。距離
rfid 天線的增益和是否使用有源的標籤晶元將影響系統的使用距離。樂觀的考慮，在電磁場的輻射強度符合uk的相關標準時，2.45 ghz 的無源情況下，全波整流，驅動電壓不大於3伏，優化的rfid天線阻抗環境(阻抗 200 或 300 歐姆)，使用距離大約是1公尺[3]。如果使用who限制[4]則更適合於全球範圍的使用，但是作用距離下降了一半。這些限制了讀卡機到標籤的電磁場功率。作用距離隨著頻率公升高而下降。如果使用有源晶元作用距離可以達到5到10公尺。總結
全向天線應該避免在標籤中使用，然而是可以使用方向性天線，它具有更少的輻射模式和返回損耗的干擾。天線型別的選擇必須使它的阻抗與自由空間和asic匹配。在乙個倉庫中使用天線好像是不可行的，除非使用有源標籤，但是在任何情況下，倉庫內的天線輻射模式將嚴重失真。乙個門禁系統的使用將是好的選擇，可以使用短作用距離的無源標籤。當然門禁系統比手持的儀器昂貴，但是手持儀器工作人員需要使用它到倉庫搜尋物品，人員費用同樣昂貴。在門禁系統中，每乙個物品盒子，僅需要2個而不是4個或6個rfid標籤。
附：天線的工作頻率範圍（頻頻寬度）
無論是發射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率範圍（頻頻寬度）內工作的，天線的頻頻寬度有兩種不同的定義------
一種是指：在駐波比swr≤1.5條件下，天線的工作頻頻寬度；一種是指：天線增益下降3分貝範圍內的頻頻寬度。
在移動通訊系統中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的頻頻寬度就是天線的駐波比swr不超過1.5時，天線的工作頻率範圍。
一般說來，在工作頻頻寬度內的各個頻率點上,天線效能是有差異的，但這種差異造成的效能下降是可以接受的。
板狀天線天線的基本知識[/b]
無論是gsm還是cdma，板狀天線是用得最為普遍的一類極為重要的基站天線。這種天線的優點是：增益高、扇形區方向圖好、後瓣小、垂直面方向圖俯角控制方便、密封效能可靠以及使用壽命長。板狀天線也常常被用作為直放站的使用者天線，根據作用扇形區的範圍大小，應選擇相應的天線型號。
[/b]板狀天線高增益的形成[/b]
a.採用多個半波振子排成乙個垂直放置的直線陣
c.為提高板狀天線的增益，還可以進一步採用八個半波振子排陣
前面已指出，四個半波振子排成乙個垂直放置的直線陣的增益約為8db；一側加有乙個反射板的四元式直線陣，即常規板狀天線，其增益約為14~17db。
一側加有乙個反射板的八元式直線陣，即加長型板狀天線，其增益約為16~19db.不言而喻，加長型板狀天線的長度，為常規板狀天線的一倍，達2.4m左右。
1.7.2[/b]高增益柵狀拋物面天線[/b]
從效能**比出發，人們常常選用柵狀拋物面天線作為直放站施主天線。由於拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強，直徑為1.5m的柵狀拋物面天線，在900兆頻段，其增益即可達g=20db.它特別適用於點對點的通訊，例如它常常被選用為直放站的施主天線。
拋物面採用柵狀結構，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風的阻力。拋物面天線一般都能給出不低於30db的前後比，這也正是直放站系統防自激而對接收天線所提出的必須滿足的技術指標。
[/b]八木定向天線[/b]
八木定向天線，具有增益較高、結構輕巧、架設方便、**便宜等優點。因此，它特別適用於點對點的通訊，例如它是室內分布系統的室外置收天線的首選天線型別。
八木定向天線的單元數越多，其增益越高，通常採用6~12單元的八木定向天線，其增益可達10~15db。
室內吸頂天線[/b]
室內吸頂天線必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優點。
現今市場上見到的室內吸頂天線，外形花色很多，但其內芯的購造幾乎都是一樣的。這種吸頂天線的內部結構，雖然尺寸很小，但由於是在天線寬頻理論的基礎上，借助計算機的輔助設計，以及使用網路分析儀進行除錯，所以能很好地滿足在非常寬的工作頻帶內的駐波比要求，按照國家標準，在很寬的頻帶內工作的天線其駐波比指標為vswr≤2。當然，能達到vswr≤1.5更好。順便指出，室內吸頂天線屬於低增益天線,一般為g=2db。
[/b]室內壁掛天線[/b]
室內壁掛天線同樣必須具有結構輕巧、外型美觀、安裝方便等優點。現今市場上見到的室內吸頂天線，外形花色很多，但其內芯的購造幾乎也都是一樣的。這種壁掛天線的內部結構，屬於空氣介質型微帶天線。由於採用了展寬天線頻寬的輔助結構，借助計算機的輔助設計，以及使用網路分析儀進行除錯，所以能較好地滿足了工作寬頻帶的要求。順便指出，室內壁掛天線具有一定的增益，約為g=7db。
在RFID射頻識別系統中的天線問題
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射頻識別系統模型
射頻識別系統模型 摘要 射頻識別系統工作過程中，空間傳輸通道中發生的過程可歸結為三種事件模型，本文以此三種事件模型的描述來介紹射頻識別系統的典型工作方式與工作流程。射頻標籤 射頻標籤 與閱讀器 讀寫器 之間通過兩者的天線架起空間電磁波傳輸的通道。細分射頻標籤與閱讀器之間的電磁耦合，包含兩種情況 即近...