基于rfid技术天线设计和应用探究

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1、基于RFID技术天线设计和应用探究　　摘要：RFID(RadioFrequencyIdentification，射频识别技术)是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。本文主要分析总结了RFID技术的原理，RFID天线设计主要考虑物理参量，最后指出了RRFID标签及读写器天线的设计与应用。关键词：RFID；原理；类型；设计Abstract:TheRFID(RadioFrequencyIdentification,radiofrequencyidentification)isanautomaticide

2、ntificationtechnology,radiofrequencythroughnon-contactwayoftwo-waydatacommunications,tobeontargetrecognitionandaccesstorelevantdata.ThispaperanalyzestheprincipleofRFIDtechnology,theRFIDantennaisconsideredmainlyinthedesignofphysicalparameters,finallypointsoutthedesignandapplicat

3、ionofRRFIDtagandreaderantenna.Keywords:RFID;type;designprinciple;中图分类号：F626.51.RFID技术原理6RFID（radiofrequencyidentification）是利用无线电波进行通信的一种自动识别技术。基本原理是通过读头和黏附在物体上的标签之间的电磁耦合或电感耦合进行数据通信，以达到对标签物品的自动识别。通常情况下，RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成的。其中，读写器一般作为计算机终端，用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通讯模块

4、和天线组成。而RFID卡则是一种无源的应答器，主要是由一块集成电路(IC)芯片及其外接天线组成，其中RFID芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成在同一芯片上。RFID应用系统的基本工作原理是RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。可见，RFID卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线。一方面，无源的RFI

5、D卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了RFID卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式。2.实际RFID天线设计主要考虑物理参量62.1磁场强度。运动的电荷或者说电流会产生磁场，磁场的大小用磁场强度来表示。RFID天线的作用距离，与天线线圈电流所产生的磁场强度紧密相关。圆形线圈的磁场强度(在近场耦合有效的前提下，近场耦合有效与否的判断在1．3节)可用式(1)进行计算：式中：H是磁场强度；I是电流强度；N为匝数；R为天线半径；x为作用距离。对于边长ab的矩形导体回路，在距离为x处的磁场强度曲线可用下式

6、计算。结果证实：在与天线线圈距离很小(xR)处呈现出较高的磁场强度。在电感耦合式射频识别系统的天线设计中，应当考虑这种效应，如图1所示。2.2最佳天线直径。在与发射天线的距离x为常数并简单地假定发射天线线圈中电流I不变的情况下，如果改变发送天线的半径R时，就可以根据距离x与天线半径R之间的关系得到最大的磁场强度H。这意味着：对于每种射频识别系统的阅读器作用距离都对应有一个最佳的天线半径R。如果选择的天线半径过大，那么在与发射天线的距离x=0处，磁场强度是很小的；相反，如果天线半径的选择太小，那么其磁场强度则以z的三次方的比例衰减，如图2所示。不同的阅

7、读器作用距离，有着不同的天线最佳半径，它对应着磁场强度曲线最大值。6从数学上来说，也即对R求导，如式(3)所示：从公式的零点中计算是拐点以及函数的最大值。发射天线的最佳半径对应于最大期望阅读器的2孺值。第二个零点的负号表示导电路的磁场强度在x轴的两个方向传播。这里需要指出的是，使用此式的前提条件，是近场耦合有效。下面简介近场耦合的概念。2.3近场耦合。真正使用前面所提到的公式时，有效的边界条件为：d《R以及x　　3．RFID标签及读写器天线的设计与应用RFID系统天线一般分为电子标签天线设计和读写器天线两大类。不同工作频段的RFID系统天线设计各有特

8、点。对于LF和HF频段，系统采用电感耦合方式工作，电子标签所需的工作能量通过电感耦合方式由读写器的耦合线圈辐