金属表面超高频RFID标签天线设计要点
用于金属表面的超高频RFID标签天线的分析与设计的开题报告
用于金属表面的超高频RFID标签天线的分析与设计的开题报告一、研究背景RFID（Radio Frequency Identification）技术是一种通过无线电波进行数据传输和识别的技术，被广泛应用于物流、供应链管理、生产制造等领域。
RFID系统主要由RFID标签、读写器和后台系统组成，其中RFID标签是实现信息传递和标识物品的核心部件。
RFID标签根据其工作频率可分为低频、高频、超高频和超高频以上等多个种类。
在RFID标签中，天线是能够接收并回传信号的重要组成部分。
对于金属表面的物品，由于金属对于高频电磁波的反射和吸收作用，导致信号的强度衰减和多径效应，从而影响天线的性能，使得天线的设计和优化变得更加复杂和困难。
因此，研究金属表面的超高频RFID标签天线的分析与设计，对于提升RFID系统的性能和效率，具有重要的意义和现实意义。
二、研究目的本文旨在通过分析金属表面的超高频RFID标签天线的特点和问题，结合现有的相关研究成果，设计出一种能够在金属表面上运行良好的超高频RFID标签天线，并对其进行性能分析和优化。
三、研究内容1、超高频RFID标签天线的基础理论和特点2、金属表面对天线性能的影响分析与建模3、超高频RFID标签天线的设计原理和方法4、超高频RFID标签天线的性能评估和优化5、实验验证和性能测试四、研究方法本文将采用文献调研、仿真分析和实验测试相结合的方法，通过对金属表面的超高频RFID标签天线进行分析和设计，探究有关天线结构、电学参数等因素的影响和优化方式，实现优化可行的天线设计方案，并通过实验验证其性能。
五、研究意义1、对于RFID系统的性能和效率提升具有积极的推动作用。
2、对于解决金属表面标签粘贴和识别难题，具有重要的实用价值和商业应用前景。
3、对于天线设计和优化的方法和技术的研究和推广，具有科研和工程技术方面的价值。
六、预期成果本文的预期成果包括：1、对金属表面的超高频RFID标签天线进行分析和设计，实现可行的天线方案，并与现有研究成果进行比较和评估。
用于RFID系统的天线设计
用于RFID系统的天线设计RFID（无线射频识别）技术是一种非接触式的自动识别技术，通过无线电波传输信息，实现物品的自动识别和追踪。
RFID系统主要由标签和阅读器组成，而天线则是连接标签和阅读器的关键组件。
天线的设计对于RFID系统的性能和可靠性有着至关重要的影响。
RFID系统通过无线电波进行通信，通常使用的是56 MHz的频率。
标签内置天线，用于接收来自阅读器的信号，并将信号传输到芯片中。
阅读器则通过天线发送信号，同时接收来自标签的信号。
图像处理技术也常常被用于RFID系统，以识别和解析标签上的信息。
天线设计是RFID系统设计的关键部分，主要包括以下步骤：方案选择：首先需要确定天线的类型和结构，根据应用场景的不同，可以选择不同的天线方案。
参数确定：在设计过程中，需要确定的参数包括天线的频率、增益、阻抗、波束宽度等。
这些参数的计算和选择将直接影响天线的性能。
设计仿真：利用仿真软件对设计进行模拟和分析，以验证设计的可行性和性能。
实验验证：制作样品，进行实际测试，以验证设计的有效性和可靠性。
在RFID系统的天线设计中，可能会遇到以下技术难题：阻抗匹配：天线与标签和阅读器之间的阻抗匹配是影响信号传输的重要因素。
如果阻抗不匹配，将会导致信号传输效率降低，甚至无法传输。
信号噪声比较：在复杂的电磁环境中，信号可能会受到各种噪声的干扰，如何提高天线的信噪比是一个关键问题。
针对以上技术难题，以下是一些可能的解决方案：采用全向波瓣天线或圆形天线：这些类型的天线具有较好的阻抗匹配特性，可以有效提高信号传输效率。
优化天线结构：通过改变天线的结构，可以改善天线的电气性能，减少信号噪声的影响。
使用滤波技术：滤波技术可以有效地抑制噪声，提高信号的信噪比。
天线设计在RFID系统中具有至关重要的地位。
正确的天线设计可以保证RFID系统的高性能和可靠性，进而广泛应用于供应链管理、门禁系统、支付系统等领域。
本文介绍了RFID系统和天线的基本原理、设计流程以及可能遇到的技术难题和解决方案。
一种用于金属表面的RFID天线设计
ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｔ ａ ｇ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ；ａ ｎ ｔ ｉ — ｍｅ ｔ ｌ； ｃ ａ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
常用 的方法 是 将标 签 垫 高 一定 距 离 ， 使 标 签 距 离
金属 有一 定高度 ， 但 此法 不 能 无 限地 远 离 金 属 表 面且 不易 小型 化 ； 还有在标 签下方附着一定特殊材料 ， 如 Ａ ＭＣ（ Ａ ｒ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ ｉ ａ ｌ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ）材 料 或 Ｅ Ｂ Ｇ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ ｔ ａ ｇ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｃ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ａ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ
标签 以实 现对物 品 的识别 和管理 。
片， 达到 被识 别 的 目的。此 外 ， 天 线 的翼 型结 构 ， 对 展
宽 阻抗 带宽起 着 一定 作 用 ， 实 际应 用 中 可满 足 天 线 设
计要 求 。
１ 天 线 结构 设 计
天线 的模 型如 图 １ 所示 ， 标 签 为双层 结构 ， 上 层 介 质 板是 厚度 为 １ ． ５ ｍｍ 的 Ｆ Ｒ ４材 料 上 ， 该 介 质 的 相 对
一种滚动型抗金属超高频RFID标签天线的设计
0 引言射频识别（RFID）是一种通过无线电信号识别物体并传递相关数据的无接触式识别技术[1-3]，具有识别距离远、制作成本低、多标签同时快速识别的优点，可应用于高速公路收费、机场行李控制、仓库库存跟踪等场合。
随着传感器芯片技术的发展，可将RFID技术和传感器芯片相结合，应用于工业探测领域[4]。
目前工业探测环境呈现多样化趋势，对RFID系统中天线的要求也越来越复杂，其中标签天线的鲁棒性、高效率、小型化是关键。
当常规标签天线放置在金属背景环境中时，其阻抗匹配、辐射效率、方向性都会产生变化，其辐射性能会受到很大的影响[5]，因此需要研究和设计专门的抗金属标签天线。
过去几年中，学者对抗金属标签天线进行了大量的研究[6-14]，其中文献[6]通过在天线内部添加开槽的矩形辅助面来实现天线在金属表面上任意滚动时具备良好的辐射特性。
文献[7]通过增加空气间隙使天线远离金属板来减小金属对天线的抑制影响。
文献[8-9]通过添加特殊的结构来达到抗金属的效果，其中添加电磁带隙对金属面产生的反射波进行抑制，添加人工磁导体提高天线的增益。
文献[10-11]采用不同的新型柔性材料来制作天线，不仅达到抗金属的作用，也能在不同尺寸和不同形状的金属面上良好工作。
文献[12-14]研究了一些特殊结构的天线，如利用U形馈线结构、平面倒S天线和正交的微带偶极子天线，它们都具备良好的抗金属特性。
但是上述研究提到的抗金属标签天线通常只能有一个特定面可以接触金属，而其他面只能作为辐射体，不能接触背景金属。
本文研究一种小型化、可滚动、高效率抗金属标签天线，采用柱状分布的弯曲辐射臂结构，使天线在金属面上以任意状态放置均能保持较高天线效率。
1 天线结构分析与设计1.1 天线结构设计图1 （a）为本文提出的滚动型抗金属标签天线的立体结构，图1 （b）是其分解结构，图1（c）是天线侧视图，图1（d）是天线俯视图。
该天线是基于倒F形天线的结构演变而成的侧馈四弯曲臂PIFA天线，天线臂弯曲角度θ=135°，天线具有4个轴线旋转对称的辐射臂，通过侧面短路面相连接。
RFID天线制造方法
RFID天线制造方法RFID天线是一种用于无线识别与跟踪技术的核心部件，它可以通过无线电信号与读取器进行通信，实现数据的传输。
RFID天线制造方法是指从设计到生产的一系列过程，其中包括天线结构设计、材料选取、工艺流程确定等环节。
接下来，我们将详细介绍RFID天线的制造方法。
首先，RFID天线的结构设计是RFID天线制造方法的重要环节之一、天线的结构类型主要有PCB、线圈和微带天线。
PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是常见的天线结构类型，它一般由铜箔或其他导电材料制作而成。
线圈结构是由金属线圈绕成的，通过可变电感与外部设备进行通信。
微带天线则是利用微带传输线作为辐射单元，封装在绝缘基板上。
结构设计要根据具体应用需求进行选择。
其次，RFID天线的材料选取也是RFID天线制造方法的关键步骤之一、材料主要分为导电材料和绝缘材料两大类。
导电材料一般选择具有优良导电性的金属，如铜、铝等。
绝缘材料则可以选择PET、FR-4等常见的绝缘材料，用于制作天线的基底。
材料的选择要考虑天线的性能和成本等因素。
接下来，RFID天线的制造方法还包括工艺流程的确定。
一般来说，制造RFID天线的工艺流程包括以下几个步骤：1.材料准备：包括导电材料和绝缘材料的采购和预处理。
导电材料需要进行切割和铺设，绝缘材料需要进行切割和扩展。
2.设计绘制：根据天线结构设计绘制天线的布局图和生产图。
这一步可以使用CAD软件进行设计和绘制。
3.制作基底：将绝缘材料切割成合适的尺寸，并通过印刷等工艺将布局图转移到基底上。
4.制作导电部分：将导电材料进行成型，如将铜箔压贴在基底上，并通过蒸发或镀覆等工艺进行金属化处理。
5.电路连接：将RFID芯片与天线连接，在PCB天线中通过焊接或PAD连接等方式实现。
6.测试和调试：对制作好的天线进行测试和调试，确保其性能符合要求。
最后，制造完成的RFID天线需要进行质量检验和包装等环节。
超高频天线设计与优化
超高频天线设计与优化超高频天线是指可用于工业、医疗和科学研究等领域的高频电磁波信号传输和接收天线。
超高频天线具有传输距离远、天线结构简单、强抗干扰、适用于数据传输等优点，广泛应用于RFID标签识别、移动通信、无线电视和雷达等领域。
1. 超高频天线的基本原理超高频天线的基本原理是将高频信号电场与磁场相互耦合，达到无线数据传输和接收的目的。
超高频天线的设计需要考虑信号频率、天线增益、方向性、辐射效率和杂散波等因素。
2. 超高频天线的设计与优化超高频天线的设计与优化需要遵循以下原则：（1）选择合适的天线结构。
超高频天线的结构包括线型天线和面型天线。
线型天线结构简单，适用于近距离传输；而面型天线传输距离更远。
（2）考虑天线工作环境。
超高频天线的工作环境会影响其天线增益和方向性。
例如，安装在金属表面或水中的天线会受到多重反射和折射的影响，从而影响信号强度和方向性。
（3）考虑天线输入阻抗。
超高频天线的输入阻抗与电路匹配有关，因此要根据实际应用需要调整。
如果未经匹配，则会导致信号反射和损失。
（4）考虑降低杂散辐射。
杂散辐射是超高频天线设计中面临的一个主要问题。
合理的设计可以减少杂散辐射，提高天线效率和性能。
3. 超高频天线的应用超高频天线广泛应用于许多行业和领域，包括RFID技术、移动通信和雷达等。
例如，RFID技术通过超高频天线实现无源标签与读卡器之间的通信；移动通信通过超高频天线实现数据传输和接收；雷达技术通过超高频天线实现目标探测和定位。
4. 超高频天线未来的发展趋势随着5G技术的发展，广泛应用于智能制造、物联网和智慧城市等领域的超高频天线将更加智能化、高效和便捷。
未来将呈现出以下发展趋势：（1）天线技术将更加模块化、可编程化。
（2）天线的性能将更加精确和稳定，并逐渐实现自适应和自校准。
（3）天线材料和结构将更加多样化和环保友好。
总之，超高频天线设计与优化是一个重要的研究领域，对促进现代通信技术的快速发展和创新发挥着重要的作用。
金属表面超高频RFID标签天线设计要点
一种金属表面超高频RFID标签天线设计摘要：无线射频识别(RFID)系统主要由RFID读写器和电子标签组成。
近年来，RFID技术已经广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。
在很多应用中，RFID 标签应用与金属表面，但是，具有类偶极子天线的普通无缘超高频RFID标签应用于金属表面时，其阻抗匹配，辐射效率，核辐射方向图都会发生改变，从而导致标签的性能变差，设置不能被有效读取。
为解决超高频RFID 标签应用于金属表面的问题。
本文先分析应用于金属表面性能恶化的原因，介绍现有对抗金属表面的天线研究，在针对实际应用提出超高频RFID 抗金属标签天线的设计。
关键词：射频识别，超高频，标签，天线，金属表面，抗金属Abstract：Radio frequency identification(RFID）in the ultra-high-frequency(UHF)band has gained interest in supply chain management and traffic management because of its long read range.In many applications,RFID tags need to be attached on the surface of metallic objects.However,it is a challenge for label type passive UHF RFID tags with dipole-like antennas to be mounted on the surface of metal. This essay first analyzed the cause of the performance deterioration of the tag placed near the metallic objects,and the existing research against the metal surface of the antenna, in the practical application for the design of anti metal UHF RFID tag antenna is proposed.Keywords:Anti-me，tag, Antenna,Metallic,RFID,Tag,UHF.1.RFID简要1.1 RFID技术的系统组成一个典型的RFID系统如图1.1所示。
RFID标签天线及读写器设计制造
RFID标签天线及读写器设计制造RFID（Radio Frequency Identification）技术是一种使用无线电频率进行数据传输和识别的技术。
它通过将信息存储在RFID标签中，然后使用RFID读写器来读取和写入标签上的数据。
在RFID系统中，天线是非常重要的组成部分，它负责将无线电信号传输到标签并接收标签返回的响应信号。
因此，合理设计和制造RFID标签天线及读写器对于正确识别和读取标签上的信息至关重要。
首先，我们先来看一下RFID标签天线的设计制造。
RFID标签天线通常由导电材料制成，如铜、铝或银，以便良好地传导电流。
RFID标签天线的形状可以是圆形、方形、矩形等，具体的形状取决于应用场景和具体需求。
通常，天线的长度（L）和宽度（W）是设计时需要考虑的重要参数，它们的选择会直接影响到天线的电性能和尺寸。
在设计RFID标签天线时，关键的参数是标签的工作频率。
RFID系统通常采用不同的频段来工作，其中常用的频率包括LF（低频，125 kHz）、HF（高频，13.56 MHz）、UHF（超高频，860-960 MHz）和Microwave（微波，2.45 GHz）。
不同的频段对应着不同的天线尺寸和工作特性。
例如，LF和HF 频段的RFID天线通常较小，而UHF频段的RFID天线通常较大。
此外，天线的劈尔因子（Q factor）也是一个非常重要的参数，它决定了天线的性能和带宽。
一般来说，RFID标签天线的制造过程包括选择导电纸、绘制天线图案、进行蚀刻和测量等步骤。
在选择导电纸时，需要考虑其电导率、厚度和柔韧性等因素。
绘制天线图案时，可以使用传统的印刷技术，如喷墨打印或丝网印刷，以及先进的微细加工技术，如电子束曝光或激光刻蚀。
蚀刻过程是将标签天线图案转移到导电材料上的关键步骤，它可以使用湿式蚀刻或干式蚀刻等方法进行。
最后，需要使用测试设备对标签天线的电性能进行测量和调整，以确保其符合设计要求。
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一种金属表面超高频RFID标签天线设计摘要：无线射频识别(RFID)系统主要由RFID读写器和电子标签组成。
近年来，RFID技术已经广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。
在很多应用中，RFID 标签应用与金属表面，但是，具有类偶极子天线的普通无缘超高频RFID标签应用于金属表面时，其阻抗匹配，辐射效率，核辐射方向图都会发生改变，从而导致标签的性能变差，设置不能被有效读取。
为解决超高频RFID 标签应用于金属表面的问题。
本文先分析应用于金属表面性能恶化的原因，介绍现有对抗金属表面的天线研究，在针对实际应用提出超高频RFID 抗金属标签天线的设计。
关键词：射频识别，超高频，标签，天线，金属表面，抗金属Abstract：Radio frequency identification(RFID）in the ultra-high-frequency(UHF)band has gained interest in supply chain management and traffic management because of its long read range.In many applications,RFID tags need to be attached on the surface of metallic objects.However,it is a challenge for label type passive UHF RFID tags with dipole-like antennas to be mounted on the surface of metal. This essay first analyzed the cause of the performance deterioration of the tag placed near the metallic objects,and the existing research against the metal surface of the antenna, in the practical application for the design of anti metal UHF RFID tag antenna is proposed.Keywords:Anti-me，tag, Antenna,Metallic,RFID,Tag,UHF.1.RFID简要1.1 RFID技术的系统组成一个典型的RFID系统如图1.1所示。
一般包括标签(tag) 、阅读器(reader)和应用系统(application system )三个部分。
阅读器通过射频信号给标签提供能量并“询问”标签, 标签被激活后将其存储的标签信息发送给阅读器, 阅读器再将读取的标签信息发送给应用系统以结合具体的应用背景进行数据的控制、存储及管理。
标签一般由标签天线与标签芯片组成。
标签天线接收阅读器发射过来的射频信号并转化为能量, 获取的能量给标签芯片供电。
当获取的能量足够时, 标签芯片被激活, 并根据阅读器的询问指令完成相应的动作, 将芯片上存储的标签信息通过反向散射调制的方法反射给阅读器。
每个标签具有唯一的电子编码,用于对附着物体的标识。
标签能够贮存有关物体的数据信息, 一般约1k bits。
在RFID管理系统中, 每一个标签中对应着一个物体的属性、状态、编号等信息。
标签通常安装在物体表面, 具有一定的无金属遮挡的视角。
标签除了能被读取(Read )外, 也可以被写入(write) 或杀死(kill) 。
阅读器由阅读器主机及阅读器天线组成。
阅读器主机主要实现读取信号的控制及射频信号的产生。
产生的射频信号通过阅读器天线发射给标签。
标签的反射信号也通过阅读器天线接收, 并被阅读器主机解析与识别。
阅读器一般有固定式与手持式两种形式。
固定式的体积较大, 但性能一般比较好; 手持式的体积较小, 便于手持读取, 但性能要差些。
至于是采用固定式还是手持式阅读器, 需要根据实际应用的需要进行选择。
1.2 RFID标签分类RFID标签可以按照能量获取的方法来分, 也可以按照射频频率来分。
按照能量获取的方法不同可以分为无源标签、有源标签及半有源标签; 按照射频频率的不同可以分为低频标签、高频标签或超高频标签。
超高频无源RFID 技术由于读取距离较远、成本较低、读取速率快等诸多优势而被广泛关注。
但是, 超高频盯ID 技术目前许多应用尚不成熟。
其原因不完全在于稍高的成本, 很大程度上是由于标签对于各种不同商品的适用性以及不同环境的适应性上存在的技术问题造成的。
在RF ID 的应用上没有“千篇一律”的标签, 所以开发和生产各种用途的标签是解决问题的关键。
其中, 金属物体对超高频RF ID 标签性能的影响很大。
超高频RF ID 抗金属标签是一种专门针对金属物体而使用的无源超高频RF ID 标签。
也称为金属标签、防金属标签或金属附着型电子标签。
对于普通无源超高频标签, 当其贴在金属表面时, 由于标签天线的阻抗匹配、辐射效率、方向性都发生了改变〔20] , 标签的读取距离迅速降低, 甚至难以被读取。
因此, 需要对其进行特殊处理或采用特殊标签, 以使其可以在金属表面应用。
一般有三种解决办法:1.采用吸波材料贴于金属表面克服金属的反射效果。
2 .将标签垫高一定高度, 减小金属的边界条件影响。
3 .采用专门的抗金属标签天线设计方法。
超高频RF ID 抗金属标签天线的设计目标如下:1.标签具有较好的抗金属能力, 不受金属边界条件的影响。
标签在不同大小的金属物体表面具有稳定的性能。
2. 标签的性能优良, 具有较远的读取距离。
超高频RF ID 技术的优点即在于标签具有较远的读取距离。
因此, 抗金属标签不能以牺牲读取距离为代价。
3 .标签的方向性好, 最好在金属表面上半球具有全向特性, 这样阅读器在不同的角度都能准确读取到标签。
4. 标签的轮廓小巧。
为了满足实际应用的需要, 要求标签天线的面积尽可能小, 厚度尽可能薄。
5. 标签的成本低廉。
成本低廉一方面要求标签的材料廉价, 另一方面要求天线的加工制作工艺简单。
天线的加工制作工艺的简单则要求天线具有简单的平面结构。
1.3 国内外研究现状超高频RF ID 标签的研究是随着超高频盯ID产业的逐渐成熟而兴起的, 主要研究成果集中于近五年的时间内。
就研究内容而言, 主要集中于超高频盯ID标签芯片的设计、超高频RFID 标签的基础理论、超高频RFID 标签的性能分析及超高频RFID标签的天线设计。
在超高频RFID 标签的研究范畴中, 超高频RFID 抗金属标签的研究引人关注, 而且已经成为RFID标签研究的一个热点。
超高频RF ID 抗金属标签的研究主要包括两个部分: 一, 普通偶极子RFID 标签的性能受金属环境的影响; 二, 满足各种要求的超高频RFID抗金属标签天线的设计。
2.金属表面对类偶极子超高频RFID标签的影响分析研究金属物体对标签天线的影响，首先要考虑天线靠近金属时金属表面电磁场的特性。
根据电磁感应定理，这时金属表面附近的磁场分布会发生“畸变”，磁力线趋于平缓，在很近的区域内几乎平行于金属表面，使得金属表面附近的磁场只存在切向的分量而没有法向的分量，因此天线将无法通过切割磁力线来获得电磁场能量，无源电子标签则失去正常工作的能力。
另一方面，当天线靠近金属时，其内部产生涡流的同时还会吸收射频能量转换成自身的电场能，使原有射频场强的总能量急剧减弱。
而上述涡流也会产生自身的感应磁场，该场的磁力线垂直于金属表面且方向与射频场相反并对读写器产生的磁场起到反作用，致使金属表面的磁场大幅度衰减，使得标签与读写器之间通信受阻。
另外，金属还会引起额外的寄生电容即金属引起的电磁摩擦造成能源损耗，使得标签天线与读写器失谐，破坏RFID系统的性能。
2.1 标签天线的性能参数对于超高频RFID标签而言, 最大读取距离是其最为重要的性能指标, 它指的是标签在标准功率的阅读器测试下能够被读取到的最大距离. 由第二章介绍的超高频RFID标签理论基础可知,超高频RFID标签的最大读取距离可以表示为：maxr=（2.1）其中λ为自由空间波长, t P为阅读器输出功率, t G为阅读器天线增益, rG为标签天线增益,thP为标签芯片的阂值能量, τ为标签天线与芯片之间的功率传输系数。
如果标签芯片的阻抗为c c cZ R jX=+,标签天线的阻抗为a a aZ R jX=+。
那么功率传输系数τ可以表示为:24a c a cR R Z Z τ=+，01τ≤≤；（2.2）对于标签天线的增益r G , 由增益及方向性的定义可得:r r rG D e =（2.3）其中, r D 为标签天线的方向性,r e 为标签天线的辐射效率。
对于同一个超高频RFID 测试系统, 阅读器的输出功率t P 、阅读器天线的增益t G 、标签芯片的阂值能量t P 都不会变化。
所以当超高频RFID 标签贴在金属附近时, 标签的最大读距离主要是受标签天线功率传输系数τ、标签天线方向性r D 及标签天线辐射效率r e 的影响。
因此，可以通过标签天线功率传输系数τ、标签天线方向性r D 及标签天线辐射效率r e 来定性、定量地分析金属表面对标签性能的影响。
2. 2 性能参数受金属边界的影响当超高频RFID 标签贴于金属表面时, 导致标签性能变差的主要因素是金属边界条件使得阅读器询问信号的反射波与入射波的相位相反，从而导致能量被抵消, 标签难以获得足够的能量激活标签芯片。
当入射波垂直于金属表面时, 由于反射波与入射波正好相差180O, 电场分量在金属表面呈驻波分布,如图2 .1 所示。
由图可知,标签与金属边界的距离为零处电场的强度最小,距离为0.25λ处电场的强度最大。
换而言之, 当标签直接贴在金属表面时, 能够获得的能量几乎为零, 而当放在距离金属表面0.25λ处, 能够获得的能量是最大的。
因此, 当标签天线直接贴于金属表面时, 由于边界条件的影响标签天线的辐射效率严重衰减。
图2.1除了标签天线辐射效率受到影响外,标签天线的阻抗匹配也会变差, 从而导致天线与芯片的功率传输系数减小。
天线阻抗的变化一方面是由于天线辐射电阻的减小, 另一方面是由于金属表面对天线会产生加感的影响。
由金属边界条件导致的辐射效率的减小某种程度上可以采用吸波材料来克服, 但金属表面对天线的加感的影响则无法消除。
与天线辐射效率及功率传输系数都受到金属边界削弱相比, 天线的方向性影响不大。
根据基本天线原理, 对一个偶极子天线而言, 金属表面相当于一个平面反射器。
偶极子天线只要不是完全贴在金属表面上, 那么天线的方向性或增益比自由空间更高。