RFID_Antennas

rfid替代方案随着科技的发展和普及，无线射频识别（RFID）技术已经被广泛应用于各个领域。

RFID技术的应用需要一组读写器和标签。

标签被粘贴在货物或其他物品上，通过读写器来读取标签中的信息。

RFID技术的使用，可以实现自动化数据收集和跟踪，就像物品自己拥有身份证一样，让物品和人的互动变得更为便捷、高效。

然而，RFID技术并非是完美的，它也存在一些局限性和挑战。

其中之一在于，RFID标签需要具有电源才能正常工作，这意味着在进行更新和大规模部署时，需要耗费大量的时间和金钱。

另外，RFID技术对于高温环境和射线的敏感度较高，容易出现设备损坏和数据丢失的情况。

此外，RFID技术在某些特殊的情况下还存在安全性和隐私性问题，比如在医疗领域和金融领域的应用中，可能会涉及到个人隐私和敏感信息的泄露风险。

鉴于RFID技术的这些局限性和挑战，近年来，一些新型的射频技术和替代方案正在被研发和推广。

以下将介绍其中的几种。

1、无源无线传感器网络（WSN）无源无线传感器网络（WSN）是一种能够自主感知和控制环境的系统。

与RFID技术不同的是，WSN可以通过无线信号来收集物理环境和运动信息的数据，如温度、湿度、光强、氧气、CO2等。

无源无线传感器网络可以在没有外部电源的情况下工作，并且能够覆盖更广泛的区域。

WSN技术的应用范围广泛，可以应用于监测环境污染、人员和交通流量监测、自动控制等领域。

2、近场通信（NFC）近场通信（NFC）是一种短距离无线通信技术，类似于蓝牙和Wi-Fi。

它可以在手机和其他电子设备之间快速传输数据，无需配对，只需接触。

NFC技术中的一个应用例子是使用手机进行无钞支付，这是NFC技术成功的一个亮点。

除了支付，NFC技术还可以用于电子门禁、智能标签等方面。

3、蓝牙低功耗技术（BLE）蓝牙低功耗（BLE）技术是近年来发展起来的一种无线技术。

它可以在长达几个月甚至一年的时间内持续工作，因为它无需经常性充电。

RFID资料整理一、RFID定义无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，它基本由三部分组成：标签(Tag)、阅读器(Reader)和天线(Antenna)二、工作频率及应用范围目前定义RFID产品的工作频率主要有三个频段：低频、高频、甚高频，1．低频(LF 125~134KHz)此频段的感应器（标签）形状多样，无法制作成标签形式，因此完全不适合RFID条码打印机，可不讨论。

2．高频(HF 13.56MHz)高频由于可通过腐蚀印刷的方式制作天线，其标签可制成硬卡片状或标签状。

此频段主要应用在：图书管理系统、瓦斯钢瓶管理、服装生产线和物流系统、三表预收费系统、酒店门锁的管理、大型会议人员通道系统、固定资产管理系统、医药物流系统管理、智能货架管理、身份识别（身份证）。

3．超高频(UHF 860MHz~960MHz)甚高频系统通过电场来传输能量，主要是通过电磁耦合的方式进行实现。

读取距离比较远，无源可达10m左右，电子标签的天线一般是长条和标签状（智能标签）。

此频段主要应用在：供应链管理、生产线自动化管理、航空包裹管理、集装箱管理、铁路包裹管理、后勤管理系统。

根据RFID打印机的特殊要求，高频段的标签状电子标签以及超高频段的标签，既可以打印条码又可进行电子编码，此种类型的智能标签适合在RFID打印机打印。

所以这两种标签的相关应用应是我们今后关注的重点。

四、相关协议标准1.高频段（HF）射频标签相关的国际标准高频段射频标签目前具有全球统一13.56MHz的工作频率。

该频段的射频标签称为高频标签。

是目前实际应用最多且技术最成熟的射频标签技术。

符合的国际标准有：a) ISO/IEC 14443 A/Bb) ISO/IEC 15693（兼容于ISO/IEC 18000-3）；c) ISO/IEC 18000-3；d) EPC C1 HF；e) Ubiquitous ID其中EPC C1 HF兼容于ISO/IEC15693，而ISO15693兼容于ISO18000-3的mode 1;2. 超高频（UHF）标签超高频的射频标签的典型工作率为860~960MHz。

High Frequency DesignRFID ANTENNASUHF RFID Antennas forPrinter-Encoders—Part 1: System RequirementsBy Boris Y. TsirlineZebra Technologies CorporationT his series of arti-cles reviews UHFtransmission lineantennas developed forRFID Printer-Encoders.It explains the basic oper-ating principles of anten-nas,their effect on the printer’s encoding function as well as how the antennas influence the design of labels with embedded transponders (Smart Labels).The survey of antennas is preceded by the evalua-tion of antenna-transponder mutual coupling in reactive near-field and by the analysis of the Printer-Encoder environment,which yields four comparison criteria of the anten-nas’ performance.After discussing system requirements,the article covers two novel ultra-compact UHF antennas based on the tapered stripline trans-mission line,developed for the mobile RFID Printer-Encoders.These antennas enable the printers to encode short Smart Labels on a short pitch.The paper presents the develop-ment of the antennas,HFSS modeling,and an empirical study of their geometries,character-istic impedance and bandwidth.This type of UHF antennas used for stationary and portable RFID Printer-Encoders may be uti-lized by numerous item-level close proximity RFID applications.1. IntroductionThe Radio Frequency Identification (RFID) technology and its three major components (Readers,transponders and antennas) have experienced huge progress in the past ten years.Initially developed for aircraft identifi-cation in the 1940s,this technology has prolif-erated in almost all sectors of modern society. Manufacturing,pharmaceutical [1],health-care [2],air luggage and supply-chain man-agement,item-level identification for a variety of industries is a small number of the applica-tion fields.With the exception of a completely auto-mated system,HF or UHF passive transpon-ders are rarely used by themselves.They are usually laminated with paper or plastic layers forming Smart Labels or Tags,which are able to communicate with RFID Readers.The name of the transponders,passive or battery-less,comes from the fact that the transponder is powered by energy transmitted by the Reader antenna.This power supports the Reader-transponder communication—the interrogation process—which includes writing data to the transponder’s memory and retriev-ing previously stored information and/or the unique transponder identification data.Most modern RFID applications require that the Smart Labels be readable by an opti-cal scanner and a human being,in addition to the Reader.Consequently the Smart Labels containing the transponders often have print-ed bar codes and human readable text.The most convenient instrument to simultaneous-ly print text,bar codes and encode Smart Labels is an RFID Printer-Encoder,which per-forms all three functions at the same time.B esides the labels,Smart plastic cards with embedded transponders have also become popular.High interest from credit card organi-zations in the Smart card technology [3] has driven the development of plastic card Printer-Encoders.Mandate-driven American and European markets and Asian manufac-turing distribution centers require increasingThis three-part series pre-sents a detailed overviewof RFID encoder systems and the antenna solutions required for reliable printing (writing) to individual tags From September 2007 High Frequency Electronics Copyright © 2007 Summit Technical Media,LLC28High Frequency ElectronicsHigh Frequency Design RFID ANTENNAS32High Frequency Electronics34High Frequency Electronics36High Frequency Electronics38High Frequency Electronics36High Frequency ElectronicsHigh Frequency DesignRFID ANTENNASFrom October 2007 High Frequency Electronics Copyright © 2007 Summit Technical Media,LLCHigh Frequency DesignRFID ANTENNAS38High Frequency ElectronicsHigh Frequency DesignRFID ANTENNAS40High Frequency ElectronicsOctober 200741High Frequency DesignRFID ANTENNAS42High Frequency ElectronicsFigure 8 · Antennas based on Terminated Uniform Resonant microstrip TLHigh Frequency DesignRFID ANTENNAS44High Frequency Electronics18High Frequency ElectronicsHigh Frequency DesignRFID ANTENNASFrom November 2007 High Frequency Electronics Copyright © 2007 Summit Technical Media,LLC20High Frequency Electronics22High Frequency Electronicschange in the encoding range.The double-conductor stripline TL antenna in comparison with a single strip TL has improved field intensity due to a higher SWR gener-ated by an increased load.Its power efficiency ,spatial selectivity and coupling grade with a transponder are also increased due to a larger effective edge area.The double stripline TL antenna has an RF power margin in excess of 6 dB.Impedance BandwidthThe port impedance of a single conductor stripline TL antenna is 50 ohms.For the double-conductor TL anten-na the port impedance of 50 ohms is realized without an additional matching network by connecting in parallel two strips,each loaded by a 100 ohm resistor.Both anten-nas utilize the same principles for bandwidth improve-ment as other tapered TL antennas and have a widened Figure 13 · Reflection loss S 11for stripline TL antenna samples. (a) single conductor TL antenna: 4.5 ×9 ×mm; (b) dual-conductor TL antenna: 2× (3 ×10 ×mm).Antenna mounting elements and nearby metal-plastic components can easily create a parasitic wave-guiding structure for this energy transmission,causing excessive unintentional RF radiation that can interfere with the transponder encoding process.UHF terminated TL antennas have relatively low RF power efficiency in exchange for their spatial selectivity and thus,represent an improvement of energy conversion,and can be consid-ered as a subject for further research.Parts 1 and 2 of this series are available as PDF down-loads from the Archives section of this magazine’s Web site: AcknowledgementsThe author would like to thank Zebra Technologies Corporation and its associates K.Torchalski,Director of RFID,and M.Schwan,System Manager for their helpful and productive discussions regarding UHF RFID Printer-Encoders development,M.Fein,RF Engineer for his HFSS counseling,and R.Gawelczyk,Engineering Technician for his outstanding support and assistance in antenna fabrication,testing and evaluation.The author also would like to thank S.Kovanko,EE Engineer for carefully reading parts of the manuscript.References1.“Item-Level Visibility in the Pharmaceutical Supply Chain:a Comparison of HF and UHF RFID Technologies,”White Paper,Philips Semiconductors,TAGSYS,Texas Instruments Inc.,July 2004./ modules/tagsys/upload/news/TAGSYS-TI-Philips-White-Paper.pdf2.M.C.O’Connor,“Study Shows Big Growth for RFID Printer-Encoders,”RFID Journal,Inc.,July 25,2006. /article/articleprint/2515/-1/1/3.M.C.O’Connor,“RFID Changing Buying Behavior,”RFID Journal,Inc.,July 21,2006.http://www.rfidjournal. com/article/articleprint/2508/-1/1/4.L.G.Maloratsky,Passive RF & Microwave Integrated Circuits,Newnes,2003.5.K.V.S.Rao,P.V.Nikitin,m,“Antenna Design for UHF RFID Tags:A Review and a Practical Appli-cation”IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.53,No.12,pp.3870-3876,December 2005.6.“Texas Instruments Gen 2 Inlay,”RI-UHF-00C02 -Product Bulletin,2006./rfid/docs/manu-als/pdfspecs/ri-uhf-00c02_prodbulletin.pdf7.D.M.Dobkin,S.M.Weigand,“UHF RFID and Tag Antenna Scattering,Part I:Experimental Results,”Microwave Journal,Vol.49,No.5,pp.170-190,May 2006.8. D.M.Dobkin,T.Wandinger,“A Radio-Oriented Introduction to RFID—Protocols,Tags and Applications,”High Frequency Electronics,Vol.4,No.8,pp.32-46, August 2005.9.D.M.Dobkin,S.M.Weigand,“UHF RFID and Tag Antenna Scattering,Part II:Theory,”Microwave Journal, Vol.49,No.6,pp.86-96,June 2006.10.(284) T.B reahna, D.Johns,“Simulation Spices RFID Read Rates,”Microwaves and RF,pp.66-76,March 2006.11.P.V.Nikitin,K.V.S.Rao,m,V.Pillai,R. Martinez,H.Heinrich,“Power Reflection Coefficient Analysis for Complex Impedances in RFID Tag Design,”IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.53,No.9,pp.2721-2725,September 2005.12. 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Friedman,P.A.Moskowitz,P.Murphy,“Method and appa-ratus for testing RFID tags,”U.S.Patent 6,104,291, August 2000.24.R.E.Collin,Foundations for Microwave Engineering,2nd Edition.Wiley-IEEE Press,2001.25.G.B.Barrus,R.E.Schumaker,,A.W.Edwards,K.M. Smith,D.C.Gibbs,R.Jr.Concepcion,“RFID tag,antenna, and printer system,”U.S.Patent 7,037,009 B2,May 2, 2006.26.G.B.Barrus,R.E.Schumaker,A.W.Edwards,D.C. Gibbs,K.M.Smith,R.Concepcion Jr.,“RFID tag,anten-na,and printer system,”U.S.Patent 6,929,412 B1,August24High Frequency Electronics。

RFID是什么？RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。

什么是RFID技术？RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。

RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

什么是RFID的基本组成部分？标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。

RFID技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。

与目前广泛使用的自动识别技术例如摄像、条码、磁卡、IC卡等相比，射频识别技术具有很多突出的优点：第一，非接触操作，长距离识别（几厘米至几十米），因此完成识别工作时无须人工干预，应用便利；第二，无机械磨损，寿命长，并可工作于各种油渍、灰尘污染等恶劣的环境；第三，可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签；第四，读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口，保证其自身的安全性；第五，数据安全方面除电子标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理；第六，读写器与标签之间存在相互认证的过程，实现安全通信和存储一、概述：1．无线射频识别技术英文简称为“RFID”。

操作说明RFID系统ANT513读写头11458694 / 00 05 / 2022CNANT513目录1初步说明 (3)1.1使用的符号 (3)1.2使用的警告 (3)1.3法律和版权信息 (3)2安全说明 (4)3指定用途 (5)4所供配件 (6)5功能 (7)5.1ID 标签 (7)5.2设备概览 (7)6安装 (8)6.1设备安装的注意事项 (8)6.2避免干扰 (8)6.3机械设计 (8)6.4调整感应面 (9)6.5安装产品 (9)6.6安装距离 (10)6.7ID 标签定位 (10)7电气连接 (12)7.1配线 (12)8操作和显示元件 (13)9维护、修理及处理 (14)10认证/标准 (15)术语表 (16)2ANT5131 初步说明说明、技术资料、认证和其他信息可通过扫描设备/包装上的二维码或访问网站 获取。

1.1 使用的符号1.2 使用的警告1.3 法律和版权信息© ifm electronic gmbh 保留所有权利。

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3ANT5132 安全说明概要•所述产品为集成至系统的子组件。

–系统架构师为系统的安全负责。

–系统架构师根据运营商和系统用户提供的法规和规范要求来实施风险评估和存档。

该存档必须包含针对运营商和用户（如适用，还要包含系统架构师授权的维修人员）的所有必要信息和安全说明。

•设定产品前请阅读本文档，并在产品整个使用周期内妥善保管本文档。

•产品必须适合相应的应用和环境条件，且不受任何限制。

•仅将产品用于指定用途（Ò →指定用途）。

•如果未遵照操作说明或技术资料，则可能导致人身伤害和/或财产损失。

•对于操作员擅自改装产品或错误使用导致的任何后果，制造商概不承担任何责任。

•必须由机器操作员授权的合格人员执行产品的安装、电气连接、设置、操作及维护工作。

RFID标签天线的三种制作方法林其水（福建 福州 350003）摘 要 RFID标签（无线射频系统）已在许多领域推广应用，它将为标签制造业带来新的生机和活力。

在RFID标签制作中，天线是其关键之处。

文章综述RFID标签天线的三种主要制作方法。

关键词 智能标签；天线；制作方法中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2010）3-0030-06Three Kinds of Methods Creating RFID Label AntennaLIN Qi-shuiAbstract The label of RFID(Radio Frequency Identifi cation) is already applied in many realms. It will bring the new source of vitality and vitalities for the label manufacturing industry. In the RFID label manufacturing, antenna is the key process. This article synthesizes three kinds of main methods creating RFID label antennas.Key words label of RFID; antenna; method在RFID标签中，天线层是主要的功能层，其目标是传输最大的能量进出标签芯片。

RFID天线是按照射频识别所要求的功能而设计的电子线路，将导电银浆或导电碳浆网印在PVC、PC或PET上，再与面层、保护层和底层等合成的。

RFID标签天线的制印质量是RFID制造过程中需要控制的关键问题。

天线的制作方法常见的有蚀刻法、烫印法和导电油墨印刷法。

下面简单介绍这三种作用方法的特点和操作技术要领。

1 蚀刻法天线在蚀刻前应先印刷上抗蚀膜，首先将PET 薄膜片材两面覆上金属（如铜、铝等）箔，然后采用印刷法（网印、凹印等）或光刻法，在薄膜片材（基板）双面天线图案区域印刷抗蚀油墨，就是将抗蚀油墨印在需要保留铜箔（天线图案）的部分，用以保护线路图形在蚀刻中不被溶蚀掉。

射频识别rfid工作原理射频识别（RFID）是一种无线通信技术，用于通过无线电波识别目标对象上的电子标签（也称为RFID标签）的信息。

RFID系统由三个主要组件组成：RFID阅读器，RFID标签和后端系统。

RFID阅读器：RFID阅读器是一个设备，用于发送和接收无线电信号。

它通常包括天线和电路板，可以与RFID标签进行通信。

RFID阅读器发送电磁信号，当一个RFID标签靠近时，它会激活并回复阅读器的信号。

RFID标签：RFID标签是一个装有芯片和天线的小型设备。

芯片存储着目标对象的信息，并且可以与RFID阅读器进行通信。

当RFID阅读器的信号接收到标签上的天线时，芯片会获得电能，并且可以通过通信协议回复阅读器的信号。

后端系统：后端系统用于管理和处理RFID系统中的数据。

它可以与RFID阅读器进行通信，并将读取的数据存储，分析或传送到其他系统中。

RFID工作原理如下：1. RFID阅读器发送无线电信号，通常是一个特定频率范围内的射频信号。

2. 当一个RFID标签进入RFID阅读器的工作范围内，RFID标签的天线接收到阅读器的信号，并从中获取能量以激活标签。

3. 激活后，RFID标签的芯片将存储在中的信息转换为响应信号，并通过天线将信号发送回RFID阅读器。

4. RFID阅读器接收到标签发送的信号，并通过射频通信协议解析和处理信号。

5. 后端系统接收到RFID阅读器发送的数据，并对数据进行存储、分析、处理或传递给其他系统。

通过这种方式，RFID系统可以实现对目标对象的无线识别和跟踪。

由于RFID标签可以是被动型（不需要电池）或主动型（带有电池），因此RFID技术可以应用于各种不同的场景，例如物流追踪、库存管理、车辆识别等。

适用于多标准的超高频宽带RFID标签天线褚庆昕;曾锐华【摘要】Proposed in this paper is a broadband antenna for the application to multi-standard UHF RFID (Radio Frequency Identification) tag, which is composed of a dipole-like radiating body and a inductively-coupled feeding loop. The radiating body consists of two modified meandered dipole antennas different in length so as to form two resonance points only slightly different in frequency. Thus, the antenna impedance, especially its imaginary part,keeps steady in the frequency range of 840 to 956 MHz, and good conjugate impedance matching to the RFID tag chip is obtained. The bandwidth of the antenna varies from 816 to 988 MHz, which is wide enough to cover the global ultrahigh-frequency RFID frequency range, so that the tags with the proposed antenna can be used globally without replicate design and the cost is greatly reduced. Finally, an antenna prototype is fabricated based on the simulation model, with good accordance being found between the simulated and the measured results.%提出了一种宽带标签天线,该天线适用于多标准超高频射频识别(RFID)系统,由一个类偶极子辐射体和一个电感耦合馈电环构成.类偶极子辐射体包含两个变型弯折偶极子天线.这两个变型弯折偶极子天线的长度有差别,可以形成两个相近的谐振点,使得天线的阻抗(特别是虚部)在840～956MHz的范围内保持平稳,以获得与芯片阻抗在较宽频段内的良好的共轭阻抗匹配,从而使天线获得一个非常宽的带宽(816～988 MHz),该带宽足以覆盖全球超高频RFID频率范围,使得标签可以全球通用,大大减少了重复设计工作量,有效降低了成本.最后基于仿真模型,加工了一个天线实物,实物测量结果与仿真结果吻合良好.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(039)005【总页数】5页(P1-5)【关键词】偶极子天线;接收天线;微带天线;阻抗匹配;射频识别【作者】褚庆昕;曾锐华【作者单位】华南理工大学,电子与信息学院,广东,广州,510640;华南理工大学,电子与信息学院,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TN821+4射频识别(RFID)技术是源于20世纪30年代诞生的雷达设备，并在90年代开始兴起的一种自动识别技术［1］.它是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触自动识别目标对象的技术，识别过程无须人工干预［2-3］.RFID技术具有防水、防磁、耐高温、无机械磨损、寿命长、读取距离大、读写速度快、存储数据容量大等优点.近年来，RFID技术快速发展，应用于多个领域，例如第二代身份证、门禁控制、后勤物流、货仓管理、动物跟踪、交通收费管理系统等［4-5］.一个典型的RFID系统通常包括读写器和应答器(标签)两部分.标签部分由一块集成电路芯片和天线组成.目前，RFID在全世界获得了广泛应用，为了更好地利用有限的频率资源，各国划分了不同的频段供RFID使用，例如在欧洲是866～869 MHz，在美洲是902～928MHz，在中国则是840～845MHz和920～925 MHz，在日本是950 ～956 MHz.总的来说，全球超高频(UHF)RFID频率范围是840～956MHz ［6］.由此可见，设计出全球通用并兼容多种标准的宽带RFID标签天线对于减少重复设计和降低成本都是十分有意义的.此外，出于低成本和简化标签结构的需要，标签芯片与标签天线一般是直接连接，其间没有任何匹配电路.这就要求天线的阻抗设计要与芯片阻抗相匹配，以实现最大功率传输.而芯片的阻抗与传统的50Ω不同，典型值一般是实部较小，而虚部较大(－400～－100Ω)的复阻抗.要匹配这样一个复阻抗，会使天线的带宽变窄，因此宽带RFID标签天线成为当前研究的热点和难点.迄今为止，有关UHF RFID标签天线设计的文献很多，但能全球通用并兼容多种标准的宽带RFID标签天线却不多.文献［7］提出了一种基于变型双T匹配结构的近似全向标签天线，该天线的带宽是从848 MHz到926 MHz.显然不足以覆盖全球的RFID频率范围.文献［8］设计了一种圆形弯折标签天线，它具有近似全向的方向图，它的带宽足以覆盖整个UHF RFID频段，但是在该天线结构中使用圆形弯折线不仅增加了天线结构的复杂度，也提高了加工难度和成本.而文献［9］提出的电容耦合结构则相对简单，但是带宽只有65MHz.同样的窄带宽问题存在于文献［10］所报道的天线，该天线结构分为两层，并通过短路片连接.该天线的整体尺寸(106.0 mm×44.0mm×4.6mm)较大;对于一些要求薄标签的应用来说，厚度(4.6mm)也过厚了.本研究基于两个变型弯折偶极子天线，通过引入电感耦合馈电结构同时进行馈电，使天线的带宽得以拓宽，足以覆盖全球多标准UHF RFID频率范围;并基于电磁仿真软件Ansoft HFSS的仿真分析，设计并加工了一个实物天线.实测结果与仿真结果吻合良好，验证了该设计的有效性.1 天线原理与设计文中提出的天线结构如图1所示.该天线结构分为矩形馈电环和变型弯折偶极子辐射体两部分.芯片贴在矩形馈电环的开口处进行激励，通过电感耦合将能量送至辐射体上.辐射体由两个中间部分连接在一起的变型弯折偶极子构成.这两个弯折偶极子的长度是有差异的，并不完全相等，通过统一馈电，可以形成两个比较靠近的谐振频率，从而拓展天线的带宽.阶梯状弯折的偶极子可以缩短天线的整体长度，使得天线结构紧凑.天线辐射体与矩形馈电环之间的耦合强度主要受到两方面因素的影响:一方面可以由它们之间的间隙(D)来控制耦合强度大小，间隙越窄，耦合越强;间隙越宽，耦合越弱;另一方面，矩形馈电环的尺寸大小也会影响它们之间的耦合强度.耦合强度的大小对天线的影响可以由天线的输入阻抗来反映［11］.图1 天线的结构Fig.1 Geometry of the antenna针对文中提出的天线，可以通过一个简化的电路模型(见图2)来分析.基于图2得到从天线馈电口处看进去的输入阻抗:图2 天线的等效电路模型Fig.2 Equivalent circuit model of the antenna式中:M是天线辐射体与馈电环之间的互感，表征它们之间的耦合强度;Zloop是馈电环本身的阻抗值，其值取决于馈电环本身的电感值Lloop，可以表示为ZA则是天线辐射体在去掉馈电环后所呈现的阻抗值，由辐射体自身电阻RA、电容C和电感LA构成.在其谐振频率f0附近时，ZA可以由天线的辐射电阻Rr以及与频率f 有关的品质因数Q表征:由式(1)－(3)可以得到天线输入阻抗的实部和虚部:当天线工作在谐振点频率f0时，即f=f0，天线输入阻抗的实部和虚部则变为:式(6)、(7)表明，天线输入阻抗的实部受到天线辐射体与馈电环之间的耦合强度以及天线辐射体本身的辐射电阻的控制，而虚部则取决于馈电环本身电感值的大小.由此可见，天线输入阻抗的实部和虚部独立可控.这样就为调节天线的阻抗提供了一种简单而有效的思路:首先选择尺寸合适的馈电环，以抵消芯片阻抗的虚部，然后调节馈电环与辐射体之间的间隙，以获得合适的实部，最终实现天线与任意芯片阻抗的共轭匹配.经过在电磁仿真软件Ansoft HFSS里的仿真分析发现，在保持馈电环及辐射体尺寸不变，只改变它们之间的间隙的情况下，随着间隙增加，天线阻抗的实部在逐渐减小，而虚部则变化不大，结果如图3(a)所示.图3(b)所给出的结果是在保持辐射体和耦合间隙不变，只改变馈电环尺寸Lf的情况下得到的，由图3(b)可以看出，当增加馈电环尺寸时，天线阻抗的实部和虚部都在变大.原因在于改变馈电环的尺寸会同时改变其本身的电感值和其与辐射体之间的耦合强度.图3 D和Lf对天线阻抗的影响Fig.3 Impact of D and Lfon antenna impedance2 测量结果与分析为验证第1节中所述理论的有效性，针对一款输出阻抗为(40－j290)Ω的RFID标签芯片，本研究先在电磁仿真软件Ansoft HFSS中进行建模设计，然后加工了一个天线实物，如图4所示.天线的介质板采用介电常数为4.4、厚度为1.6 mm的FR4基板.天线的具体尺寸参数如下:L1=50.0 mm，L2=8.5mm，L3=11.0 mm，Lf=40.0 mm，W1=5.0 mm，W2=20.0mm，W3=30.0 mm，Wf=10.0 mm，W=2.0mm，D=3.5mm，Y=3.0mm.图4 天线照片Fig.4 Photograph of the antenna本研究采用镜像法测量天线的阻抗.原因在于，本研究所设计的天线并非50Ω匹配的传统天线，而且是平衡对称结构.如果直接用50Ω测量设备进行测试，会带来如下问题:50 Ω同轴接头本身是一个不平衡设备，直接接到天线上会导致部分电流回流至同轴线的外导体，引起天线上的电流分布不平衡，从而影响测量的精确度.为克服电流回流的问题，通常采用四分之一波长平衡－不平衡变换器(巴伦)或者扼流圈，但要设计一个良好的宽带巴伦或者扼流圈，需要投入额外的设计工作量.而镜像法则不需要这样的设备，只需取对称天线的一半，放置在地平面上(见图5)，形成镜像;根据镜像法原理，这样测量出来的阻抗的两倍就是被测天线的阻抗.镜像法的测量精度受到地平面面积的影响，地平面面积越大，精度越高，因此只要取面积较大的地平面，就可以获得较高的精度.用镜像法测量时，地平面的面积是1m×1m.测量结果与仿真结果的比较如图6所示，两者吻合良好.由图6可见，在感兴趣的频段(840～956MHz)内，天线阻抗的虚部变化很小，保持在290Ω上下，这样平稳的阻抗特性非常有利于与芯片阻抗进行宽带共轭匹配，拓展天线带宽.将阻抗为(40－j290)Ω的RFID标签芯片与天线焊接起来，计算此时天线激励端口处的回波损耗(S11)，所得结果如图7所示.由图7可见，天线与芯片之间的阻抗匹配非常理想，在0.7～1.1 GHz频率范围内，S11都小于－10dB.这得益于天线阻抗的虚部在这一频段内保持稳定.图5 镜像法配置图Fig.5 Configuration of imaging method图6 天线阻抗的测量值和仿真值Fig.6 Measured and simulated impedance of the antenna图7 天线S11的测量值和仿真值Fig.7 Measured and simulated S11of the antenna功率反射系数反映的是源与负载之间的功率传输特性［12］，功率反射系数越小，负载获得的功率就越大.功率反射系数为式中:Zchip是芯片的阻抗是Zin的共轭阻抗.根据Friis空间传输公式，可得到功率反射系数与标签理论可读距离rmax之间的关系:式中:λ是自由空间电磁波波长;Pt是RFID读写器的发射功率;Gt是RFID读写器天线的增益;Gr是标签天线的增益;Pth是标签芯片工作的最小门槛功率.通常在840 ～956MHz频带内，Pt、Gt、Gr和 Pth都不会出现剧烈的变化，因此与频率有关的功率反射系数就成为影响标签读写距离的主要因素.根据天线阻抗的测量值和仿真值计算出来的功率反射系数如图8所示.半功率(－3dB)带宽的测量值是151MHz(从828MHz到979MHz)，比仿真值172MHz(从816MHz到988MHz)稍微窄了一些.这表明，在840～956MHz频带范围内，文中提出的天线都可以使标签获得足够的功率，保证标签的正常工作.因此，在全球UHF RFID频段范围内，文中提出的天线均能正常工作，实现了兼容多标准的目标.图9示出了频率为900MHz时的天线归一化方向.经过仿真和实测，发现天线在840、900和956MHz时的归一化方向图是相似的，所以文中只给出900MHz时的归一化方向图.由图9可以发现，天线方向图的形状和典型偶极子方向图是类似的，E面是8字状图形，而H面则是全向面.这是因为文中所提出的天线是基于传统偶极子设计的，所以其方向图也是相似的.图8 天线功率反射系数的测量值和仿真值Fig.8 Measured and simulated power reflection coefficient of the antenna图9 天线在900MHz时归一化辐射方向图的测量值和仿真值Fig.9 Measured and simulated normalized radiation pattern of the antenna at 900MHz3 结语本研究提出了一个结构简单的兼容多标准的宽带RFID标签天线.通过在天线结构中引入两个长度稍有差异的变型弯折偶极子并统一馈电，形成两个相近的谐振点，使得天线的阻抗，特别是虚部，在840～956 MHz的范围内保持平稳，以获得与芯片阻抗在较宽频段内良好的匹配，从而拓展天线的带宽，实现了覆盖全球UHF RFID频段和兼容多标准的目标.最后基于仿真分析，加工了一个实物天线.实际测量结果与仿真结果吻合良好，验证了该天线设计的有效性.参考文献:［1］ Landt J.The history of RFID［J］.IEEE Potentials，2005，24(4):8-11. ［2］ Stockman munication by means of reflected power［J］.Proceedings of the 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RFID技术的应用射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

RFID的基本组成部分有：标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)：读取(写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。

其工作原理也是非常的简单：标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。

其中感应器有无源和有源两种方式。

低频(从125KHz到134KHz) 其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。

该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作, 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用.通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流,可作供电电压使用. 磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。

这个频率主要用于畜牧业的管理系统、汽车防盗和无钥匙开门系统的应用、马拉松赛跑系统的应用、自动停车场收费和车辆管理系统、自动加油系统的应用、酒店门锁系统的应用、门禁和安全管理系统。

高频(工作频率为13.56MHz)在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀或者印刷的方式制作天线。

感应器一般通过负载调制的方式进行工作。

也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。

如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。