RFID系統天線(xiàn)設計

RFID(Radio Frequency。Identification，射頻識別技術(shù))是自動(dòng)識別技術(shù)的一種，通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數據通信，對目標加以識別并獲取相關(guān)數據。它的核心部件是讀寫(xiě)器和電子標簽，通過(guò)相距幾厘米到幾米距離內讀寫(xiě)器發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電波，可以讀取電子標簽內存儲的信息，識別電子標簽代表的物品、人和器具的身份。RFID技術(shù)在國內外得到了大量的應用，在公共交通、地鐵、校園、社會(huì )保障等領(lǐng)域均有應用。本文主要通過(guò)實(shí)際工作中對于各種RFID讀寫(xiě)系統的對比，總結研究RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)設計中比較實(shí)用的方法。

1 實(shí)際RFID天線(xiàn)設計主要考慮物理參量
1．1 磁場(chǎng)強度
運動(dòng)的電荷或者說(shuō)電流會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小用磁場(chǎng)強度來(lái)表示。RFID天線(xiàn)的作用距離，與天線(xiàn)線(xiàn)圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強度緊密相關(guān)。
圓形線(xiàn)圈的磁場(chǎng)強度(在近場(chǎng)耦合有效的前提下，近場(chǎng)耦合有效與否的判斷在1．3節)可用式(1)進(jìn)行計算：

式中：H是磁場(chǎng)強度；I是電流強度；N為匝數；R為天線(xiàn)半徑；x為作用距離。
對于邊長(cháng)ab的矩形導體回路，在距離為x處的磁場(chǎng)強度曲線(xiàn)可用下式計算。

結果證實(shí)：在與天線(xiàn)線(xiàn)圈距離很小(xR)的情況下，磁場(chǎng)強度的上升是平緩的。較小的天線(xiàn)在其中心(距離為0)處呈現出較高的磁場(chǎng)強度，相對來(lái)講，較大的天線(xiàn)在較遠的距離(x>R)處呈現出較高的磁場(chǎng)強度。在電感耦合式射頻識別系統的天線(xiàn)設計中，應當考慮這種效應，如圖1所示。

1．2 最佳天線(xiàn)直徑
在與發(fā)射天線(xiàn)的距離x為常數并簡(jiǎn)單地假定發(fā)射天線(xiàn)線(xiàn)圈中電流I不變的情況下，如果改變發(fā)送天線(xiàn)的半徑R時(shí)，就可以根據距離x與天線(xiàn)半徑R之間的關(guān)系得到最大的磁場(chǎng)強度H。這意味著(zhù)：對于每種射頻識別系統的閱讀器作用距離都對應有一個(gè)最佳的天線(xiàn)半徑R。如果選擇的天線(xiàn)半徑過(guò)大，那么在與發(fā)射天線(xiàn)的距離x=0處，磁場(chǎng)強度是很小的；相反，如果天線(xiàn)半徑的選擇太小，那么其磁場(chǎng)強度則以z的三次方的比例衰減，如圖2所示。

不同的閱讀器作用距離，有著(zhù)不同的天線(xiàn)最佳半徑，它對應著(zhù)磁場(chǎng)強度曲線(xiàn)最大值。