RFID天线技术 – 低频和高频RFID天线设计

1 低频和高频RFID天线技术

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。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。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。本节所讨论的低频和高频RFID天线是基于近场耦合的概念进行设计的。

2.低频和高频RFID天线的结构

低频和高频 RFID 天线可以有不同的构成方式，开可以采用不同的材料。图 6.2 所示为几种实际 RFID 低频和高频天线的图片，由这些图片可以看出各种 RFID 天线的结构，同时这些图片还给出了与天线相连的芯片。

由图可以看出，低频和高频RFID天线有如下特点。

（1）天线都采用线圈的形式。

（2）线圈的形式多样，可以是圆形环，也可以是矩形环。

（3）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。

（4）有些天线的基板是柔软的，适合粘贴在各种物体的表面。

（5）由天线和芯片构成的电子标签，可以比拇指还小。

（6）由天线和芯片构成的电子标签，可以在条带上批量生产。

例：某低频 RFID 工作频率为125kHz，若采用半波对称振子天线，求天线的尺寸。低频RFID适合采用半波对称振子天线吗？解　当低频RFID工作频率为125kHz时，工作波长为

半波对称振子天线总长为

半波对称振子天线的长度很长，因此低频RFID不适合采用半波对称振子天线。低频RFID天线适合采用小环天线，环的周长远小于λ/4。小环天线的辐射电阷与S2/λ4成正比，小环天线之间的互感与匝数成正比，由于圆环面积S远小于λ2，低频RFID小环天线的匝数较多。

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3 微波RFID天线技术

微波RFID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天线有本质上的不同。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1m～10m；微波RFID 的电子标签较小，天线的小型化成为设计的重点；微波 RFID 天线形式多样，可以采用对称振子天线、微带天线、阵列天线和宽带天线等；微波RFID天线要求低造价，因此出现了许多天线制作的新技术。

3.1 微波RFID天线的结构

微波RFID天线结构多样，是构成物联网的主要天线形式。图6.5所示为几种实际的RFID微波天线的图片，由这些图片可以看出各种微波 RFID 天线的结构，同时这些图片还给出了与天线相连的芯片。

由图可以看出，微波RFID天线有如下特点。

（1）微波RFID天线的结构多样。

（2）很多电子标签天线的基板是柔软的，适合粘贴在各种物体的表面。

（3）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。

（4）由天线和芯片构成的电子标签，很多是在条带上批量生产。

（5）由天线和芯片构成的电子标签尺寸很小。

（6）有些天线提供可扩充装置，可提供短距离和长距离通信的RFID电子标签天线。

3.2 多种类型的微波RFID天线

微波 RFID 天线的设计需要考虑天线采用的材料、天线的尺寸、天线的作用距离，开需要考虑频带宽度、方向性和增益等多项性能指标。微波 RFID 天线主要采用偶极子天线、微带天线、非频变天线和阵列天线等，下面对这些天线加以讨论。

3.2.1.弯曲偶极子天线

偶极子天线即振子天线，是微波 RFID 常用的天线。为了缩短天线的尺寸，在微波 RFID 中偶极子天线常采用弯曲结构。弯曲偶极子天线在纵向延伸方向至少折返一次，从而具有至少两个导体段，每个导体段分别具有一个延伸轴，这些导体段借助于一个连接段相互平行且有间隔地排列，开且第一导体段向空间延伸，折返的第二导体段与第一导体段垂直，第一和第二导体段扩展成一个导体平面。弯曲偶极子天线如图所示。