RFID天线在标签和读取器间传递射频信号。
在RF装置中,工作频率增加到微波区域的时候,天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。本文考虑的频带是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz,在零售商品中使用。
天线必须:
足够的小以至于能够贴到需要的物品上;
有全向或半球覆盖的方向性;
提供最大可能的信号给标签的芯片;
无论物品什么方向,天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配;
具有鲁棒性;
非常便宜。
在选择天线的时候的主要考虑是:
天线的类型;
天线的阻抗:
在应用到物品上的RF的性能;
在有其他的物品围绕贴标签物品时的RF性能。
附:
天线的基础知识(一)
天线基本知识(二)
天线的分类与选择
天线工作原理问答
在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz频率是用的RFID系统中,可选的天线有几种,见下表,它们重点考虑了天线的尺寸。这样的小天线的增益是有限的,增益的大小取决于辐射模式的类型,全向的天线具有峰值增益0到2dBi;方向性的天线的增益可以达到6dBi。增益大小影响天线的作用距离。下表中的前三个种类的天线是线极化的,但是微带面天线可以使圆极化的,对数螺旋天线仅仅是圆极化的。由于RFID标签的方向性是不可控的,所以读卡机必须是圆极化的。一个圆极化的标签天线可以产生3dB 以强的信号。
在一个无反射的环境中测试了天线的模式,包括了各种需要贴标签的物体,在使用全向天线的时候性能严重下降。圆柱金属听引起的性能下降是最严重的,在它与天线距离50mm的时候,反回的信号下降大于20dB (见图6)。天线与物体的中心距离分开到100—150mm的时候,反回信号下降约10 到12dB。在与天线距离100mm的时候,测量了几瓶水(塑料和玻璃),见图7,反回信号降低大于10dB。在蜡纸盒的液体,甚至苹果上做试验得到了类似的结果。
RFID天线的增益和是否使用有源的标签芯片将影响系统的使用距离。乐观的考虑,在电磁场的辐射强度符合UK的相关标准时,2.45GHz 的无源情况下,全波整流,驱动电压不大于3伏,优化的RFID天线阻抗环境(阻抗 200 或300欧姆),使用距离大约是1米[3]。如果使用WHO限制[4]则更适合于全球范围的使用,但是作用距离下降了一半。这些限制了读卡机到标签的电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片作用距离可以达到5到10米。
全向天线应该避免在标签中使用,然而是可以使用方向性天线,它具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。天线类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。在一个仓库中使用天线好像是不可行的,除非使用有源标签,但是在任何情况下,仓库内的天线辐射模式将严重失真。一个门禁系统的使用将是好的选择,可以使用短作用距离的无源标签。当然门禁系统比手持的仪器昂贵,但是手持仪器工作人员需要使用它到仓库搜寻物品,人员费用同样昂贵。在门禁系统中,每一个物品盒子,仅需要2个而不是4个或6个RFID标签。
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