rfid标签天线的研究现状及热点问题探讨

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1、RFID标签天线的研究现状及热点问题探讨金颖妮1，郑正奇1，王秀贞1，2，张彦波1（1.华东师范大学信息学院电子系上海200241；2.枣庄学院枣庄277160）摘　要本文从介绍RFID系统的基本原理开始，分析了RFID标签天线对于整个RFID系统的重要性，总结了RFID标签天线的设计要求以及近期国内外对各类别标签天线的研究状况，根据其设计原理提出改进思想，最后探讨并分析了近期标签天线的设计热点。关键词　RFID；标签；偶极子天线；缝隙天线；弯折1　引言射频识别(radiofrequencyidentification，RFID)是一种使用射频

2、技术的非接触自动识别技术，具有传输速率快、防冲撞、大批量读取、运动过程读取等优势，因此，RFID技术在物流与供应链管理、生产管理与控制、防伪与安全控制、交通管理与控制等各领域具有重大的应用潜力。目前，射频识别技术的工作频段包括低频、高频、超高频及微波段，其中以高频和超高频的应用最为广泛。2　RFID技术原理RFID系统主要由读写器（target）、应答器（RFID标签）和后台计算机组成，其中，读写器实现对标签的数据读写和存储，由控制单元、高频通信模块和天线组成，标签主要由一块集成电路芯片及外接天线组成，其中电路芯片通常包含射频前端、逻辑控制、存

3、储器等电路。标签按照供电原理可分为有源（active）标签、半有源（semi-active）标签和无源（passive）标签，无源标签因为成本低、体积小而备受青睐。RFID系统的基本工作原理是：标签进入读写器发射射频场后，将天线获得的感应电流经升压电路后作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路变为数字信号送入逻辑控制电路进行处理，需要回复的信息则从标签存储器发出，经逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回读写器[1]。3　RFID系统中的天线从RFID技术原理上看，RFID标签性能的关键在于RFID标签天线的特点和性能。在标

4、签与读写器数据通信过程中起关键作用是天线，一方面，标签的芯片启动电路开始工作，需要通过天线在读写器产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了标签与读写器之间的通信信道和通信方式。因此，天线尤其是标签内部天线的研究就成为了重点。3.1　RFID系统天线的类别按RFID标签芯片的供电方式来分，RFID标签天线可以分为有源天线和无源天线两类。有源天线的性能要求较无源天线要低一些，但是其性能受电池寿命的影响很大；无源天线能够克服有源天线受电池限制的不足，但是对天线的性能要求很高。目前，RFID天线的研究重点是无源天线。从RFID系统工作频段来分

5、，在LF、HF段(如6.78MHz、13.56MHz)工作的RFID系统，电磁能量的传送是在感应场区域（似稳场）中完成，也称为感应耦合系统；在UHF段(如915MHz、2400MHz)工作的系统，电磁能量的传送是在远场区域（辐射场）中完成，也称为微波辐射系统。由于两种系统的能量产生和传送方式不同，对应的RFID标签天线及前端部分存在各自特殊性，因此标签天线分为近场感应线圈天线和远场辐射天线。感应耦合系统使用的是近场感应线圈天线，由多匝电感线圈组成，电感线圈和与其相并联的电容构成并联谐振回路以耦合最大的射频能量；微波辐射系统使用的远场辐射天线的种

6、类主要是偶极子天线和缝隙天线，远场辐射天线通常是谐振式的，一般取半波长。天线的形状和尺寸决定它能捕捉的频率范围等性能，频率越高，天线越灵敏，占用的面积也越少。较高的工作频率可以有较小的标签尺寸，与近场感应天线相比，远场辐射天线的辐射效率较高。3.2　RFID标签天线的设计要求RFID标签天线的设计要求主要包括：天线的物理尺寸足够小，能满足标签小型化的需求；具有全向或半球覆盖的方向性；具有高增益，能提供最大的信号给标签的芯片；阻抗匹配好，无论标签在什么方向，标签天线的极化都能与读写器的信号相匹配；具有顽健性及低成本。在选择天线时主要考虑：天线的类

7、型，天线的阻抗，应用到物品上的RF性能，当有其他物品围绕标签物品时的RF性能[2]。4　RFID标签天线的类别和研究现状标签天线主要分为3大类：线圈型、偶极子、缝隙（包括微带贴片）型。线圈型天线是将金属线盘绕成平面或将金属线缠绕在磁心上；偶极子天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成，信号从中间的两个端点馈入，天线的长度决定频率范围[1]；缝隙型天线是由金属表面切出的凹槽构成，其中微带贴片天线由一块末端带有长方形的电路板构成，长方形的长宽决定频率范围。识别距离小于1m的中低频近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天

8、线；1m以上的高频或微波频段的远距离应用系统需要采用偶极子和缝隙型天线。4.1　线圈型天线当标签线圈天线进入读写器产生的交变磁场中，标签天线与读写器天