遠距離RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)的研究
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射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)是一種利用射頻通信實(shí)現的非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)。它利用射頻信號的空間耦合傳遞非接觸信息，并通過(guò)所傳遞的信息識別對象。RFID解決無(wú)源(卡中無(wú)電源)和免接觸兩大難題，實(shí)現運動(dòng)目標識別、多目標識別，其突出優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應性強，能夠穿透非金屬材質(zhì)，數據存儲量大，抗干擾能力強。目前的讀寫(xiě)器遠遠不能滿(mǎn)足應用要求，因此，需要一款遠距離讀寫(xiě)器配合遠距離天線(xiàn)，實(shí)現遠距離水平或垂直方向的讀寫(xiě)要求。這里給出一種遠距離RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)的設計方案，采用射頻標簽專(zhuān)用讀寫(xiě)器RI-R6C-001A，該器件要求天線(xiàn)阻抗為50 Ω，頻率為13．56 MHz，因此采用_亡藝簡(jiǎn)單、低成本的PCB環(huán)形天線(xiàn)。
2 RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)的設計
2．1 RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)工作原理
天線(xiàn)是發(fā)射和接收射頻載波信號的設備。在工作頻率和帶寬確定的條件下，天線(xiàn)發(fā)射射頻處理模塊產(chǎn)生的射頻載波，并接收從標簽發(fā)射或反射的射頻載波，其作用是產(chǎn)生磁通量，為標簽(無(wú)源)提供電源，并在讀寫(xiě)器和標簽之間傳遞信息。天線(xiàn)性能的優(yōu)劣對系統整體性能起著(zhù)非常關(guān)鍵的作用。RFID天線(xiàn)的讀寫(xiě)距離取決于諸多因素：天線(xiàn)的尺寸、方向性、天線(xiàn)的位置、所處頻段的電氣特性及周?chē)h(huán)境等。
2．2 RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)各性能參數
2．2．1 電子標簽的方向性
由于無(wú)源電子標簽是通過(guò)與讀寫(xiě)器天線(xiàn)磁場(chǎng)耦合來(lái)獲得能量，所以標簽的方向性直接影響耦合系數，近而影響能量的獲取和通信的可靠性。當標簽的方向性和讀寫(xiě)器天線(xiàn)處于最佳耦合時(shí)，磁力線(xiàn)與電子標簽成直角。電子標簽能夠獲得最好的讀寫(xiě)效果。但是，若將電子標簽移動(dòng)到天線(xiàn)的兩側，這時(shí)標簽的放置位置和磁力線(xiàn)方向平行。此時(shí)方向性最差，讀寫(xiě)效果也最差。圖1為天線(xiàn)的磁力線(xiàn)分布模擬圖。
2．2．2 天線(xiàn)盲區
由于環(huán)形天線(xiàn)的電磁場(chǎng)在其臨近區域分布不均勻，因此會(huì )出現讀寫(xiě)盲區。如圖2中黑線(xiàn)勾勒出的范圍之外區域一般為單個(gè)天線(xiàn)的讀寫(xiě)盲區。經(jīng)反復實(shí)驗證明將電子標簽擺放位置轉到與最佳位置成40°角區域時(shí)，一般可正常讀寫(xiě)操作。
2．2．3 天線(xiàn)品質(zhì)因數Q
對于電感耦合式射頻識別系統的天線(xiàn)．在其尺寸不變的情況下，Q值越大意味著(zhù)天線(xiàn)線(xiàn)圈中的電流強度越大，輸出功率越強，讀寫(xiě)距離就越遠。品質(zhì)因數Q的計算公式為：
式中，f0是工作頻率(13．56 MHz)，L是天線(xiàn)的等效電感，R是天線(xiàn)的等效并聯(lián)電阻。通過(guò)p很容易計算出天線(xiàn)帶寬B：
由式(2)可看出，天線(xiàn)的傳輸帶寬B與品質(zhì)因數Q成反比。因此，過(guò)高的品質(zhì)因數將導致帶寬縮小，降低讀寫(xiě)器的調制邊帶信號幅度，導致讀寫(xiě)器無(wú)法與標簽通信。天線(xiàn)Q值與3 dB帶寬的關(guān)系曲線(xiàn)如圖3所示。由圖3可看出：環(huán)形天線(xiàn)與50 Ω的負載相連時(shí)，其Q值最好不超過(guò)30。為了優(yōu)化天線(xiàn)的性能。讀寫(xiě)器匹配電路的駐波比應小于1：1．2。
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