RFID复习笔记（3）——RFID天线技术

1 RFID天线的应用现状

1.1 RFID天线应用的一般要求

1. 电子标签天线
   RFID天线必须足够小； RFID天线提供最大可能的信号和能量给标签的芯片； RFID天线具有鲁棒性； RFID天线非常便宜
2. 读写器天线
   读写器天线既可以与读写器集成在一起，也可以采用分离式；读写器天线设计要求多频段覆盖；应用智能波束扫描天线阵

1.2 RFID天线的极化：圆极化

1.3 RFID天线的方向性

如果天线波瓣宽度越窄，天线的方向性越好，天线的增益越大，天线作用的距离越远，抗干扰能力越强，但同时天线的覆盖范围也就越小

1.4 RFID天线的阻抗问题

为了以最大功率传输，芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配

1.5 RFID的环境问题

电子标签天线的特性，受所标识物体的形状和电参数影响。例如，金属对电磁波有衰减作用，金属表面对电磁波有反射作用，弹性衬底会造成天线变形等，这些影响在天线设计与应用中必须加以解决

2 RFID天线的设计现状

2.1 标签

小尺寸要求，低成本要求，所标识物体的形状及物理特性要求，电子标签到贴标签物体的距离要求，金属表面的反射要求等

2.2 读写器

要求低剖面、小型化以及多频段覆盖。还将涉及到天线阵的设计问题，小型化带来的低效率、低增益问题等

2.3 13.56MHzRFID读写器天线的设计步骤

• 公式不用背

1. 根据标签的参数，确定电子标签正常工作所需的磁通量密度B0
   $$B_0=\frac{V_{DC}/\sqrt{2}}{2\pi f{N}_2{S}_2{Q}_2}$$
2. 更具具体应用要求，确定识别距离x
3. 更具识别距离和下列公式，估算出最佳尺寸（边长a）
   $$N_{1}I=\frac{2\pi B_0\sqrt{\frac{a^2}{2}+x^2}(\frac{a^2}{4}+x^2)}{{\mu }_0{a}^2}$$
   $$a^2=(2+2\sqrt{5})x^2$$
4. 计算安培匝数
5. 根据a，N1制作出天线原型
6. 计算出电感值、电容值
7. 计算所需带宽Bw
8. 估算品质因数Q
9. 阻抗匹配

3 低频和高频RFID天线

3.1 磁场

• “短圆柱形线圈”在周围产生的磁场为
  $$H_z=\frac{IN{R}^2}{2(R^2+z^2{)}^{3/2}}$$

3.2 低频和高频RFID天线的最佳尺寸

线圈天线的最佳尺寸，是指线圈上的电流为常数，且与天线的距离为常数时，线圈的尺寸与产生磁场的关系.
$$R=\sqrt{2}z$$

• 在这个条件下对应的H是最大的。

4 RFID天线的制造工艺

• 主要有线圈绕制法、蚀刻法和印刷法

天线种类	制造工艺
低频	只能采用绕制法
高频	以上三种方式均可实现，但以蚀刻天线为主
超高频	以印刷天线为主，很少使用绕制法