RFID天线知识基础wj
RFID和WSN基础知识手册
2、RFID系统的基本组成部分
最基本的RFID系统由三部分组成： 标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在 物体上标识目标对象状态信息； 天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号； 阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或 固定式两种样式。
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RFID/WSN基础知识
间或使用次数进行限制，它可以用在需要限制数据传输量或者使用数据有限制的地方 。 有源式标签的缺点主要是价格高，体积大，标签的使用寿命受到限制，而且随着标签 内电池电力的消耗，数据传输的距离会越来越小，影响系统的正常工作。 （2）无源电子标签内无电池，它接收到阅读器（读出装置）发出的微波信号后， 将部分微波能量转化为直流电供自己工作，一般可做到免维护。相比有源系统，无源 系统在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制。 无源电子标签（被动标签）没有内装电池，在阅读器的读出范围之外时，电子标 签处于无源状态，在阅读器的读出范围之内时，电子标签从阅读器发出的射频能量中 提取其工作所需的电源。无源电子标签一般均采用反射调制方式完成电子标签信息向 阅读器的传送。 无源式标签具有永久的使用期，常常用在标签信息需要每天读写或频繁读写多次 的地方，而且无源式标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。无源式标签的 缺点主要是数据传输的距离要比有源式标签短。因为无源式标签依靠外部的电磁感应 而供电，它的电能就比较弱，数据传输的距离和信号强度就受到限制，需要敏感性比 较高的信号接收器才能可靠识读。但它的价格，体积，易用性决定了它是电子标签的 主流。 （3）半无源射频标签。半无源射频标签内的电池供电仅对标签内要求供电维持数 据的电路或者标签芯片工作所需电压的辅助支持，本身耗电很少的标签电路供电。标 签未进人工作状态前，一直处于休眠状态，相当于无源标签，标签内部电池能量消耗 很少，因而电池可维持几年，甚至长达 10 年有效；当标签进入阅读器的读出区域时， 受到阅读器发出的射频信号激励，进人工作状态时，标签与阅读器之间信息交换的能 4
天线基础知识（RFID工程师必会）
天线基础知识（RFID⼯程师必会）天线基础知识1 天线1.1 天线的作⽤与地位⽆线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。
电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很⼩很⼩⼀部分功率），并通过馈线送到⽆线电接收机。
可见，天线是发射和接收电磁波的⼀个重要的⽆线电设备，没有天线也就没有⽆线电通信。
天线品种繁多，以供不同频率、不同⽤途、不同场合、不同要求等不同情况下使⽤。
对于众多品种的天线，进⾏适当的分类是必要的：按⽤途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按⼯作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按⽅向性分类，可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，可分为线状天线、⾯状天线等；等等分类。
*电磁波的辐射导线上有交变电流流动时，就可以发⽣电磁波的辐射，辐射的能⼒与导线的长度和形状有关。
如图1.1 a 所⽰，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因⽽辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1 b 所⽰，电场就散播在周围空间，因⽽辐射增强。
必须指出，当导线的长度L 远⼩于波长λ时，辐射很微弱；导线的长度L 增⼤到可与波长相⽐拟时，导线上的电流将⼤⼤增加，因⽽就能形成较强的辐射。
1.2 对称振⼦对称振⼦是⼀种经典的、迄今为⽌使⽤最⼴泛的天线，单个半波对称振⼦可简单地单独⽴地使⽤或⽤作为抛物⾯天线的馈源，也可采⽤多个半波对称振⼦组成天线阵。
两臂长度相等的振⼦叫做对称振⼦。
每臂长度为四分之⼀波长、全长为⼆分之⼀波长的振⼦，称半波对称振⼦, 见图1.2 a 。
另外，还有⼀种异型半波对称振⼦，可看成是将全波对称振⼦折合成⼀个窄长的矩形框，并把全波对称振⼦的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振⼦，注意，折合振⼦的长度也是为⼆分之⼀波长，故称为半波折合振⼦, 见图1.2 b。
1.3 天线⽅向性的讨论1.3.1 天线⽅向性发射天线的基本功能之⼀是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之⼆是把⼤部分能量朝所需的⽅向辐射。
RFID：天线的基础知识(一)
表征天线性能的主要参数有方向图，增益，输入阻抗，驻波比，极化方式等。
1.1 天线的输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。
天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。
天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。
匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的数值关系，使用那一个纯出于习惯。
在我们日常维护中，用的较多的是驻波比和回波损耗。
一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。
驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。
驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。
在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5，但实际应用中VSWR应小于1.2。
过大的驻波比会减小基站的覆盖并造成系统内干扰加大，影响基站的服务性能。
回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。
回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越小表示匹配越差，回波损耗越大表示匹配越好。
0表示全反射，无穷大表示完全匹配。
在移动通信系统中，一般要求回波损耗大于14dB。
1.2 天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。
另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。
就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。
《RFID基础知识》课件
本课件将介绍RFID的基础知识，包括概念与定义、系统结构与原理、标准和 频率、应用和前景、与其他自动识别技术的比较、系统构建的注意事项以及 技术的未来趋势。
RFID的概念与定义
RFID的定义
RFID（Radio Frequency Identification ）是一种无线通信技术，通过电磁场中的无 线电波实现对物体的自动识别和数据传输。
（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）
和超高频（SHF）。
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RFID标准
ISO/IEC 18000系列是RFID技术的国 际标准，包括多个部分和技术规范。
频率选择
RFID系统的频率选择取决于应用场景、 识别距离和标签成本等因素。
RFID系统的应用和前景
供应链管理
RFID技术在供应链领域实现实 时追踪和库存管理，提高运营 效率。
RFID的应用
RFID广泛应用于物流管理、供应链追溯、智 能交通、资产管理和零售等领域。
RFID的概念
RFID技术利用无线电信号识别物体，不需要 接触，可以高效地自动执行诸如识别、跟踪 和管理等任务。
RFID的优势
RFID技术具有非接触、高效率、大容量和抗 干扰等特点，可以提高工作效率并优化业务 流程。
智能卡
物流仓储
RFID技术在智能卡中广泛应用， 如门禁卡、身份证、支付卡等。
RFID标签可实现货物的实时跟 踪、仓库管理和物流链路的优 化。
RFID技术与其他自动识别技术的比较
工作原理 识别距Байду номын сангаас 容量 应用场景
RFID技术 无线通信 远距离 大容量 物流、零售、物联网
条形码 光学扫描 近距离 小容量 零售、票务、广告
第3章(RFID中的天线技术)
3.3.1 微波RFID天线的结构、图片和应用方式 1．微波RFID天线的结构和图片
• 微波RFID天线特点： • （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，适合粘帖在各 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，来提供短距离和长距离 的RFID电子标签。
在低频和高频频段，读写器与电子标签基本 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采用电感耦合的方式工作 。
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，适合粘帖在各 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。
3．RFID印刷天线的应用价值 （1）促进各行业RFID应用。 对于一般商品，RFID标签的使用会导致产品成本 的提高，从而阻碍了RFID技术的进一步应用。但 导电油墨技术可使RFID应用走出成本瓶颈，利用 导电油墨进行RFID标签天线的印刷，可大大降低 HF及UHF天线的制作成本，从而降低RFID标签 的总体成本。 （2）促进印刷产业的发展。 RFID天线的制作需要借助于先进的印刷技术，这 无疑为印刷行业拓宽了发展的方向，使印刷行业 不再仅仅局限于传统的纸面印刷，而是与自动识 别行业、半导体行业等有了交叉点，这可以促进 各个行业的共同进步。
RFID天线基础知识
断，确定最终方案。设备选型应注意以下几个问题。 1．性能、功能及可靠性
设备选型首先要看设备性能是否满足技术要求，如果要贴焊0.3mm间距QFP，则需采用高精度贴片机； 其次是可靠性，有些设备新用时技术指标很高，但使用时间不长性能就降低了，这就是可靠性不良。应优选知 名企业的成熟机型，或参考其他单位同类机型使用情况进行选型；第三才是功能，如果说性能主要由机械结构
表面贴装技术
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8.2.2 生产线自动化程度设计
1．高速SMT生产线 高速SMT生产线一般由贴片速度大于8000～11000片/h的高速贴片机组成，主要用于彩电调谐器等大批量
单一产品的组装生产。 2．中速高精度SMT生产线
细间距器件的发展很快，在计算机、通信、数码摄像机、仪器仪表等产品中已被广泛应用。组装该类产品 较适宜采用中速高精度SMT生产线，它不仅适用于多品种中小批量生产，而且多台联机也适用于大批量生产， 能满足生产扩展需要。在投资力度足够的情况下，应优选中速高精度SMT生产线，而不选普通中速线。一般 认为中速贴片机的贴片速度为（3000～8000）片/h。 3．低速半自动SMT生产线
保证，那么功能则主要由计算机控制系统来保证。 2．可扩展性和灵活性
设备组线扩展性和灵活性主要指功能的扩展、指标提高、生产能力的扩大，以及良好的组线接口等。如一 台能贴0.65mm引脚间距 QFP的贴片机，能否通过增加视觉系统等配件后用于贴0.3mm QFP或贴球形栅格阵
列（BGA）器件；能否与不同型号的设备共同组线等。
第3章 RFID的天线技术
其他问题：
小型化；低成本；距离要求等
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设计现状 – 读写器天线
目标：与电子标签进行匹配和能量与信息的传递 难点：
小型化问题
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设计现状 – RFID天线的设计步骤
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低、高频天线技术
工作方式：电感耦合（线圈切割磁力线） 工作距离：0~1m 特点
采用线圈天线 线圈形式多样 天线尺寸决定标签尺寸 可附着于柔软基板 易小型化 可批量生产
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微波天线技术
工作方式：电磁辐射（接收、反射电磁波） 工作距离：1~10m 特点
天线结构多样 多附着于柔软基板 天线尺寸决定标签尺寸 易小型化 可批量生产 天线的可扩充装置
大梁 有源振子：直振子或折合振子 反射器：削弱本方向电波 引向器
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微波天线的设计
非频变天线
天线的频带宽度达到10:1 能在很宽的频率范围内基本保持特性 适应读写器发展趋势：要求在不同频率等效应用 主要形式
• 平面等角螺旋天线 • 圆锥等角螺旋天线：单向辐射 • 对数周期天线：天线的电特性随频率的对数成周期 性变化，并在很宽的频带内保持基本不变
天线的阻抗 芯片的输入阻抗要和天线的输出阻抗匹配 设计方法：
• 缝隙天线：在导体面上开缝形成的天线，也称为开槽天线。 • 折叠偶极子 • 印刷贴片
环境影响 信号的衰减，反射 天线变形 设计方法：
• 优化天线形式 • 优化嵌入介质
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设计现状 – 电子标签天线
目标：传输最大的能量进出芯片 难点：
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本章小结
天线
本章作业：p86,4,6,7,9,11
RFID天线
RFID天线基础概要
RFID天线基础
1、分类
标签天线/读写器天线；内置天线/外置天线（一体式天线/分离式天线）；线圈/微带天线/偶极子天线；发射天线/接收天线；全向天线/定向天线；线状/面状
2、原理
电磁感应（电感耦合）/共振。
在LF和HF频段的读写器天线和标签天线主要采用电感耦合的方式来传递能量和信息。
4、性能参数
天线的匹配，天线方向性（天线的极化方向），增益，波瓣宽度，前后比（前后瓣最大值之比），天线的工作频率范围（频带宽度），回波损耗，电压驻波比
5、应用部署
影响因素：天线的结构和数量，工作频率，系统功率，天线匹配（芯片与天线之间的阻抗匹配），带宽，环境因素
工作在UHF和微波频段的标签天线特性受所标识物体的形状及物理特性影响，标签到贴标签物体的距离，贴标签物体的介电常数，金属表面的反射，局部结构对辐射模式的影响等都将影响天线的性能。
天线特性还受天线周围物体和环境的影响。
障碍物会妨碍电磁波传输；金属物体产生电磁屏蔽，会导致无法正确地读取
在天线的性能参数中，被影响最大的有天线的阻抗匹配，方向图，抗干扰性和读取范围。
6、制造工艺
目前，有三种天线制造技术：蚀刻/冲压天线（etched/punched antenna）、印刷天线（printed antenna）和绕线式天线。
在国际上，目前一般都采用蚀刻/冲压天线为主；现在随着新型导电油墨的不断开发，印刷天线的优势越来越突出。
在频率较低的标签中，通常采用线圈天线形式；频率较高的标签通常为印刷贴片天线形式。
常见的RFID天线基板有纸基和胶基两大类。
天线线圈的制造有绕制工艺，布线工艺，蚀刻工艺，丝网印刷工艺等多种方法。
RFID天线基础知识
RFID天线基础知识一、RFID系统组成二、天线基础知识2010-05-13 alay 2010-5-13一、RFID系统的基本组成部分v最基本的RFID系统由三部分组成：v标签(Tag)：由耦合组件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；v阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；v天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。
2010-5-13RFID无线识别电子标签基础介绍v无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。
2010-5-13v RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。
电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。
依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签(Active tag)、无源电子标签(Passive tag)和半无源电子标签(Semi—passive tag)。
有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，半无源电子标签(Semi—passive tag)部分依靠电池工作。
2010-5-13v电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。
依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。
v RFID阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。
典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。
2010-5-13RFID工作原理和相关原理知识v其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。
kc05111208-a02-RFID天线的基本知识.
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微带贴片天线
PART.2
天线的特性参数
机械特性参数：形状，尺寸，材料，可靠性等 一次参数：方向性图，输入阻抗，效率 电特性参数 二次参数：方向性系数，增益，波瓣宽度 ，极化特性等
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效率
ηA =
Pout Pout = Pin Pout + P d
输入阻抗
辐射方向
ZAin=RAin+jXAin
E (r ,θ, ϕ ) = E m (r , I ) f (θ, ϕ ) e−jKr
阻抗匹配好，任何方向标签天线都能与阅读器相匹配；
顽健性好，抗环境干扰强； 成本低，非常便宜，易于批量生产； 考虑标签附着物的射频性能。
读写器天线
线圈天线
平板天线
天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量；
功率匹配，以最大限度地利用磁通量的可用能量； 足够的带宽，保证载波信号的传输，这些信号是用数据信号调制而成的。
RFID天线的选型
主要内容
• 天线的作用与分类 • 天线的特性参数 • 天线的设计及应用
PART.1
天线的作用与分类
RFID天线的作用
Power from RF field
读写器 天线
Reader->Tag Commands Tag->Reader Responses
读写器
电子标签
RFID 通信信道
有反射板的E面方向图
没反射板的E面方向图
注：金属板可以充当反射板，提高天线的增益，但同时牺牲掉了全向性，成了定向天线。
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天线的增益
可能地接近馈线的特性阻抗，即所谓“共轭匹配”。
阻抗匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数，行波系数，驻波比和回波损耗，四个参数之间有固定的函数关系。
一般射频放大器的输出阻抗为50Ω。
不同RFID芯片的输出阻抗也不同，具体值请参考说明书。
比如：ISO18000-6B协议的UHF芯片，FM1601C输出阻抗为15-j20欧母；ATA5590的输出阻抗列表如下表
：它是行波系数的倒数，其值在
，表示完全匹配；一般要求驻波比小于
，，回波损耗
回波损耗常以分贝值表示。
回波损耗的值在大之间，回波损耗绝对值越大表示匹配越好，
电压驻波比与功率损失对照表
VSWR回波损
耗(dB)反射系数功率损失
%
3.0-6.00.50125 2.0-9.50.33511.1 例如，在下图中，由于天线与馈线的阻抗不同，一个为75 ohms，一个为
50ohms ，阻抗不匹配，其反射系数
1.8-11.50.2667 1.5-140.2004 1.4-15.60.168
2.8 1.3-17.50.13 1.8 1.2-21.00.08910.8 112640050102 =(75-50)/(75+50)=0.2
=1.2/0.8=1.5
=20*Lg（2/10）=-14dB
10-0.4=9.6W
1.1-26.40.05010.2
传输线
50 ohms
天线实际输出功率为100.49.6W
半波偶极子天线的基本特性
方向图
半波偶极子天线结构
设置信号源输出阻抗为75欧姆时，回波损耗-24.5dB
半波偶极子天线特性（2）
设激励源输出阻抗
为64欧姆时
回波损耗-37dB
史密斯阻抗圆图
读写器PIFA天线的基本技术特性
回波损耗29dB
方向图
电压驻波比：VSWR
读写器贴片天线的基本技术特性回波损耗23dB
前后比约15dB；VSWR1dB
RFID天线基本技术特性
折线天线----半波振子的变形回波损耗：-11dB；3dB带宽1.5G
方向图
读写距离的估算
可以证明，标签在自由空间的读写距离可用下面的公式计算。