RFID天线安装与调试实训报告

实训报告

姓名学号

系部

专业物联网应用技术

班级 _

指导教师

实训名称天线安装与调试

完成时间： 2013年月日

1 物联网常用天线简介 (3)

2 物联网天线常见参数 (3)

3 物联网常用器件安装测量记录及分析 (4)

4 标签天线制作及测量分析 (13)

参考文献 (15)

1 物联网常用天线简介

物联网（The Internet of things）的定义：

通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网就是“物物相连的互联网”。

天线的基本功能:

将由发射机（或传输线）送来的高频电流（或导波）能量转变为无线电波并传送到空间；在接收端，则将空间传来的无线电波能量转变为向接收机传送的高频电流能量，因此，天线可认为是导波和辐射波的变换装置，是一个能量转换器。

天线种类：

首先按天线用途分：可分为基地台天线和移动台天线

(1) 按天线的辐射方向可划分：可为全向天线和定向天线

(2) 按工作性质划分：可分为接收天线和发射天线

(3) 按天线的极化方向分还分为水平极化天线及垂直极化天线

(4) 按频率分类：长波天线，中波天线，短波天线，超短波天线，微波天线

2 物联网天线常见参数

(1)天线的增益:天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。

(2)带宽:这也是一个重要但容易被忽略的问题。天线是有一定带宽的，这意味着虽然谐振频率是一个频率点，但是在这个频率点附近一定范围内，这付天线的性能都是差不多好的。这个范围就是带宽。

(3)输入阻抗：天线输入端信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗。

(4)反射系数(Г): 反射电压/入射电压,为标量。

(5) 电压驻波比(Voltage Standing Wave Ration): 波腹电压/波节电压

(6) (Return Loss):入射功率/反射功率,为dB数值

(7) 波瓣宽度：主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB的两点之间的夹角定义为主瓣宽度。主瓣宽度描述了天线辐射能量在主瓣方向的集中程度。主瓣宽度越窄，天线的方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。

(8) 前后比：主瓣与后瓣最大辐射强度之比。典型值为20～30dB。

(9) 极化特征：电磁波的极化形式分为线极化、圆极化和椭圆极化。线极化又分为垂直极化和水平极化。移动通信中常用垂直极化天线。

3 物联网常用器件安装测量记录及分析

3.1 实验目的

了解物联网常用射频同轴电缆的常规性能与测试方法。

3.2 实验仪器和设备

(1) 任一款网络分析仪 1台；

(2) 射频测试附件 1套；

(3) 匹配负载 1只；

(4) 待测电缆 1根。

3.3 实验原理

当电缆的末端接上匹配负载时,其输入端的驻波比即是电缆的驻波比。仪器接入电

缆与不接入电缆时,信号的减少即插损。

3.4 实验步骤

1. 接通网络分析仪的电源，按下电源开关，等待屏幕上显示测量界面。

2. 根据器件的工作频率，设置仪表的测量频率，仪表的测量频率宽度一般大于器件的工作频率宽度。设置仪表的起始频率为10MHz，截止频率为1300MHz。

按键，进入如图频率设置界面。

在此界面下可以有以下软键可以通过侧面按键选中设置

例：设置起始频率为1MHz，截止频率为1300MHz

步骤如下：

→

→→

→→→

3. 调节扫频信号源输出电平的大小。

按信号源输出设置键

，进入如图电平设置界面，设置幅度为0dBm

，步骤如下：

→→→

4. 设置参考电平

按键进入参考电平设置，测量时按各项菜单对应软键可进行相关通道参考电平以及参考电平位置的设置。

例：设置A

通道参考电平为-40dB，步骤如下：

→→→→

设置栅格幅度

按此对应软键可以进行相应通道栅格对应幅值设置，范围在1-10dB。

例：设置A通道栅格幅度为

8dB，步骤如下：

→

→→

6. 通道校准

按仪器校准设置键，进入校准界面。在此键状态下可选择“通道路径校准”、“电桥校准”、更加确保测量的准确性。

通道校准，主要是对用户的线缆进行校准。通道校准时连接如下图，操作按键顺序

→

。

例：

7．传输参数（即，衰减或损耗）的测量。通道校准后，用待测元件替换双阴接头（如下图），此时显示器上有一定的衰减数据。打开频标的开关并设置需要观察的频率点。通过频标的指示，可以读出器件各个工作频率值及相应的衰减或损耗数据，填入表1中的插损1。

8.将器件反向接入该连接线路中，重复以上步骤，记录观察的频率点相应数据。填入

表1中的插损2中。

9.电桥校准

电桥校准，主要是对驻波电桥及线缆等进行校准。校准时，检波器电缆线接射频输出端，通过驻波电桥，彼此连接。校准操作按键顺序→，根据界面提示进行操作，依次进行开路校准。

10.驻波比（或反射系数或回波损耗）的测量。根据反射系数，可以换算出输入、输出

端的电压驻波比，也可以换算为回波损耗。如果反射系数过大，就会导致反射损耗增大，并且影响系统的前后级匹配，使系统性能下降。

电桥校准后，将被测器件的一端接在电桥的输出端，另一端用同轴匹配负载连接，如下图：

图3-5

改变频标的频率值，读出各个频率值及相应数值，填入表2中的驻波比。

表2

重复以上步骤10，只是改测回波损耗，记录观察的频率点相应数据。填入表2中回波损耗。

3.5 测试分析

1.描绘出传输线插入损耗的频率特性图。

2描绘出传输线回波损耗的频率特性图。

2.计算当反射系数为0.2时，对应驻波比和回波损耗。

实验二物联网常用天线回波损耗的测量

一实验目的

了解物联网常用微带天线的常规性能与测试方法。

二实验仪器和设备

(1) 任一款网络分析仪 1台；

(2) 射频测试附件 1套；

(3) 转接头 1只；

(4) 待测微带天线 1个。

三实验原理

微带天线是一块厚度远小于波长的介质板（称为介质基片）和覆盖在他的两面上

的金属片构成，其中完全覆盖在介质板的一面称为接地板，而尺寸可以和波长相比拟的

那一面称为辐射元。微带天线以其重量轻、剖面低、平面结构且易于其它电路集成等优点，可广泛用于物联网领域。本次实验主要是通过标量网络分析仪测量天线的反射特性。

四实验步骤

1.接通网络分析仪的电源，按下电源开关，等待屏幕上显示测量界面。

2.按下RF ON，使屏幕右上方的变为RF ON。

3.关闭A通道，打开B通道。如图：

4.根据器件的工作频率，设置仪表的测量频率，仪表的测量频率宽度一般大于器件的工作频率宽度。如果这里被测器件的工作频率为1.1MHz至1299MHz，可设置仪表的起始频率为1MHz，截止频率为1300MHz。这里，设置仪表的起始频率为10MHz，截止频率为1300MHz。

按键，进入如图频率设置界面。

在此界面下可以有以下软键可以通过侧面按键选中设置

例：设置起始频率为1MHz，截止频率为

1300MHz步骤如下：

→

→→

→→→

→→

调节扫频信号源输出电平的大小。按信号源输出设置键

，进入如图电平设置界面，设置幅度为0dBm

，步骤如下：

→→→

6. 设置参考电平

按键进入参考电平设置，测量时按各项菜单对应软键可进行相关通道参考电平以及参考电平位置的设置。这里是设置B

通道参考电平。

例：设置A

通道参考电平为-40dB，步骤如下：

→→→→

7. 设置栅格幅度

按此对应软键可以进行相应通道栅格对应幅值设置，范围在1-10dB。这里设置

B通道栅格幅度为10dB。

例：设置A通道栅格幅度为

8dB，步骤如下：

→

→→

8. 电桥校准

电桥校准，主要是对驻波电桥及线缆等进行校准。校准时，检波器电缆线接射频输出端，通过驻波电桥，彼此连接，如图。校准操作按键顺序→，根据界面提

示进行操作，依次进行开路校准。

图校准连接图

9. 回波损耗的测量。电桥校准后，将被测器件的一端接在电桥的输出端，测试连接示意图如下：

图3-5

10. 接上天线后得到天线的测试曲线，改变频标的频率值，读出各个频率值及相应数值，填入表中的回波损耗。

表1

五测试分析

1.描绘出微带天线回波损耗的频率特性图。

2.当回波损耗为20dB，换算出对应的电压驻波比和反射系数。

4 标签天线制作及测量分析

4.1 制作及测试概要

根据文献选一个天线结构，再用铜皮按照文献天线尺寸剪出来，贴在基板材料（可选用纸或塑料等）上，再用导电银胶和胶带等把芯片粘上，最后用读写器测试是否能读到。通过对标签天线进行测试，测试其功能是否达到设计要求。若不能读到，可用刻刀和尺子对铜皮进行刻切调试。

一种小型化ＵＨＦ频段弯折标签天线

本研究首先对折合振子标签天线进行设计．为了标签天线小型化和提高标签天线输入口的电压，提出将折合振子天线进行弯折变形，通过改变天线的结构参数来实现和芯片的共轭匹配，标签芯片选用ＮＸＰ公司提供的专用标签芯片ＳＬ３ＩＣＳ１００２Ｇ２ＸＭ，在９１５ＭＨｚ输入阻抗为２４－ｊ１９５Ω，品质因数可达到８，提高了芯片输入口的电压，增加ＲＦＩＤ系统的识别距离

天线结构出处：电子资源数据库

天线结构：UHF线极化12dbi天线

天线特点：天线应用常见的材料，且馈电方式简单，具有成本低、易加工等特点；此种天线的引入，极大地提高天线的轴比和阻抗带宽。其读写距离远，而且数据处理速率很高，效率相对ＨＦ频段要高

性能参数：

天线结构示意图如下：

4.2 测试步骤

测试的设备由于仪器、场地等各方面条件限制，不能测标签天线的具体技术指标，

主要通过阅读器、阅读器天线辅助测量能识别的最大距离。需要的设备有标签阅读器、

阅读器天线、电脑等，测试步骤如下：

1)把读写器通过RS232口与PC机连接

2)选用高频电缆连接读写器和天线。

3)使用配套的电源变换器给读写器供电（+9V）。

4)在PC机上运行读写器配套软件，对读写器进行工作参数设置和读写测试。

5)先将电子标签放在纸板上，考察阅读器天线及标签天线摆放位置对读取距离的影响：将

标签天线先放在离阅读器很近的地方测试，发现阅读器能正常识别；慢慢增加标签天线与阅读器的距离，测试阅读器能识别其最大距离

4.3 测试分析

1、填写测试数据

2.若不能读到，分析原因。

（1）由于介电常数不一样导致的。

（2）天线的位置摆放不正确。

2.若能读到，根据测试结果分析所测试标签天线在何种情况读取距离最大，给出分析结论，并分析原因。

换句话说，即天线在有的方向辐射或接收较强，在有的方向则辐射或接收较弱，甚至为零。收、发天线具有互易性。也就是说，对发射天线的分析，同样适合于接收天线。但从接收的角度讲，要保证正常接收，必须使信号功率与噪声功率的比值达到一定的数值。为此，对接收天线的方向性有以下要求：主瓣宽度尽可能窄，以抑制干扰。但如果信号与干扰来自同一方向，即使主瓣很窄，也不能抑制干扰；另一方面，当来波方向处于变化时，主瓣

太窄则难以保证稳定的接收。

参考文献

1 UHF RFID标签天线设计、仿真及实践/章伟，甘泉编著.北京 :电子工业出版社，2012.11

2 谭立荣，刘豫东，顾斌。UHF防金属标签天线设计技术综述。中国自动识别技术，2008,6:34-44

3 于宝明，金明，物联网技术与应用。南京，东南大学出版社，2012.

4 米志强，射频识别技术与应用。北京：电子工业出版社，2011。