rfid天线的种类，RFID标签天线你了解的多少

很多朋友对rfid天线的种类，RFID标签天线你了解的多少不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

1 简介

射频识别是一种利用射频技术的非接触式自动识别技术。具有传输速率快、防冲突、大容量读取、运动过程读取等优点。因此，RFID技术广泛应用于物流与供应链管理、生产管理与控制等领域。防伪与安全控制、交通管理与控制等领域具有显着的应用潜力。目前，射频识别技术的工作频段包括低频、高频、超高频和微波频段，其中高频和超高频应用最为广泛。

2、RFID技术原理

RFID系统主要由阅读器（目标）、应答器（RFID标签）和后台计算机组成。读写器对标签上的数据进行读取、写入和存储，由控制单元、高频通信模块和天线组成。标签主要由集成电路芯片和外接天线组成。电路芯片通常包括射频前端、逻辑控制、存储器等电路。根据供电原理，标签可分为有源（active）标签、半有源（semiacTIve）标签和无源（passive）标签。无源标签因其低成本和小尺寸而广受欢迎。

RFID系统的基本工作原理是：标签进入读写器写入射频场后，通过天线获得的感应电流通过升压电路作为芯片的电源，同时，带有信息的感应电流通过射频前端电路转换成数字信号。进入逻辑控制电路进行处理，需要回复的信息从标签存储器发出，通过逻辑控制电路发送回射频前端电路，最后通过天线发送回读写器。

3. RFID系统中的天线

从RFID技术原理来看，RFID标签性能的关键在于RFID标签天线的特性和性能。天线在标签和阅读器之间的数据通信过程中起着关键作用。一方面，标签的芯片启动电路开始工作，需要通过天线从读写器产生的电磁场中获取足够的能量；另一方面，天线决定了标签和阅读器之间的通信通道和通信方式。因此，对天线，特别是标签内部天线的研究成为热点。

3.1 RFID系统天线的分类

根据RFID标签芯片的供电方式，RFID标签天线可分为有源天线和无源天线。有源天线的性能要求低于无源天线，但其性能受电池寿命影响较大：无源天线可以克服有源天线受电池限制的缺点，但对天线的性能要求非常高。目前，RFID天线的研究热点是无源天线。从RFID系统的工作频段来看，对于工作在LF和HF频段（如6.78MHz和13.56MHz）的RFID系统，电磁能量的传输是在感应场区域（类似于稳定场）完成的。也称为电感耦合系统；工作在UHF段（如915MHz、2400Mttz）的系统中，电磁能量的传输是在远场区域（辐射场）完成的，也称为微波辐射系统。由于两个系统的能量产生和传输方式不同，相应的RFID标签天线和前端部分也有其特殊性。因此，标签天线分为近场感应线圈天线和远场辐射天线。电感耦合系统采用近场感应线圈天线，由多匝电感线圈组成。电感线圈与其并联电容组成并联谐振电路，耦合最大射频能量；微波辐射系统中使用的远场辐射天线的主要类型是偶极子天线和缝隙天线。远场辐射天线通常是谐振的并且一般采用半波长。天线的形状和尺寸决定了其性能，例如它可以捕获的频率范围。频率越高，天线越灵敏，占用的面积越小。更高的工作频率允许更小的标签尺寸，并且与近场感应天线相比，远场辐射天线具有更高的辐射效率。

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，以满足标签小型化的需要；具有全向或半球覆盖方向性；增益高，可以向标签芯片提供最大的信号；和阻抗匹配好，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；它坚固耐用且成本低廉。选择天线时的主要考虑因素是：天线的类型、天线的阻抗、应用于物品时的射频性能以及标记物品周围有其他物品时的射频性能。

4、RFID标签天线的分类及研究现状

标签天线主要分为线圈型、偶极子型、间隙（包括微带贴片）型三类。线圈天线是盘绕成平面的金属线或绕在磁芯上的金属线；偶极子天线由两根相同粗细和长度的直线排列成一直线组成，信号从中间的两个端点馈入。天线的长度决定了频率范围；缝隙天线由金属表面切出的凹槽组成，微带贴片天线由末端带有矩形的电路板组成。矩形的长度和宽度决定了频率范围。

识别距离小于1m的中低频短距离应用系统的RFID天线一般采用线圈式天线，工艺简单、成本低； 1I1以上高频或微波频段的长距离应用系统需要偶极子和缝隙式天线。

4.1 线圈天线

当标签线圈天线进入阅读器产生的交变磁场时，标签天线与阅读器天线之间的相互作用类似于变压器。这两个线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈。

标签与读写器双向通信所使用的载波频率是，当要求标签天线线圈形状较小，即面积较小，并且有一定的工作距离时，天线线圈的互感RFID标签与读写器之间的距离（显然不能满足实际要求） 根据需求，可以在标签天线线圈内部插入高导磁率的铁氧体材料，以增加互感，从而补偿截面较小的问题目前，线圈天线的实现技术已经非常成熟，广泛应用于身份识别、货物标签等RFID系统中，但对于频率高、信息量大、工作距离不确定的RFID应用和方向，使用线圈天线很难达到相应的性能指标。

4.2 偶极子天线

偶极子天线具有辐射能力好、结构简单、效率高等优点。它们可以被设计成适合全方位通信的RFID系统。它们广泛应用于RFID标签天线的设计，特别是在长距离RFID系统中。

传统半波偶极子天线，例如915MHz半波偶极子天线，最大的问题是对标签尺寸的影响。研究表明，端接、倾斜和折叠偶极子天线可以通过选择适当的几何参数来获得所需的输入阻抗。它们具有增益高、频率覆盖范围广、噪声低等优点。它们具有优异的性能，并且与传统的半波偶极子天线相比，比传统的半波偶极子天线小得多，并且当与钎焊电气端子和巴伦结合使用时，可以最大化增益、阻抗匹配和带宽。已知增加天线的弯曲数量有利于减小天线的尺寸而不降低天线的效率。那么，如何在有限的空间内进行“弯曲”，以及“弯曲”的具体参数影响标签天线的谐振。频率和输入阻抗有什么影响？如何以最高效率“弯曲”射频？

我们知道。具有分形结构的物体一般具有比例自相似性和空间填充性的特点。应用于天线设计时，可以实现天线的多频段特性和尺寸减小特性。国内外对分形结构天线做了大量的研究工作，证实分形结构天线具有良好的尺寸减小特性，能够在有限的空间内大幅提高天线效率。

对半波振子的不同位置和维数进行希尔伯特分形变换，并利用矩量法对希尔伯特标签天线进行仿真，可以得到标签天线的谐振频率和输入阻抗随分形维数变化的仿真结果并订购。分析结果中利用天线增益和效率来确定标签天线哪种尺寸和阶数最能满足实际标签天线的设计要求，然后进一步制作物理天线并测试射频识别距离。这是一种常见的研究方法。

4.3 槽缝（包括微带贴片）型天线

缝隙天线具有外形低、重量轻、加工简单、易于贴合物体、可批量生产、电性能多样化、宽带和有源器件及电路集成到统一组件等特点。适合大批量生产，可以简化整机。生产和调试，从而大大降低成本。

微带贴片天线由附接到带有金属基板的介电基板上的辐射贴片导体组成。根据天线的辐射特性，贴片导体可以设计成各种形状。通常用于频率高于100MHz 的薄型结构，通常由放置在接地平面上薄层电介质（称为基板）表面上的矩形或方形金属贴片组成。该贴片可以通过光刻法制造，成本低廉且易于大批量生产。

如前所述，弯曲天线有利于减小标签天线的物理尺寸，满足标签小型化的设计要求。对于缝隙天线，也可以使用弯曲的概念。事实上，弯曲缝隙天线适用于高频微波频段的RFID标签，可以有效减小天线尺寸并提供优异的性能。具有广阔的市场前景。研究方法与弯曲偶极子天线类似。采用矩量法研究了缝隙弯曲的数量、高度、位置、宽度以及缝隙天线扁片的尺寸对矩形天线谐振特性的影响。

对于弯曲缝隙天线，平板片的尺寸为LxW，缝隙的弯曲宽度和高度分别为s和h，缝隙到馈电点中心的距离为。下面讨论这些参数的变化对缝隙天线的谐振特性、反射系数和天线效率的影响。和其他效果。

基于各种弯曲参数对缝隙天线性能的影响，可以根据实际需要设计用于UHF射频识别标签的缝隙天线，并生产特定的物理天线。可以预见，弯曲缝隙天线将是UHF标签天线设计领域一个有前景的发展方向。

5、RFID标签天线热点问题

在RFID标签天线的设计中，除了减小物理尺寸一直是非常重要的问题外，还进一步提高小型化天线的带宽和增益特性，以扩大其实际应用范围，并且交叉-分析小型化天线的极化特性，阐明其极化纯度也是一个重要的研究方向。此外，覆盖多种频率的复合天线设计、多标签天线优化分布技术、读写器智能波束扫描天线阵列技术、设计仿真软件和平台、标签天线与附着介质匹配技术、一致的抗干扰和安全可靠性技术等。都值得继续研究。

其中，片上天线技术是近期研究的热点问题。 RFID技术应用领域的不断拓展，导致对RFID标签的小型化、轻量化、多功能、低功耗、低成本等方面的要求越来越高。然而，目前的RFID标签仍然采用片外独立天线。优点是天线的Q（品质因数）值高，制造容易，成本适中。缺点是体积大、易破损，不能用于防伪或以生物标签的形式植入动物体内。如果天线能够集成在标签芯片上，无需任何外部元件即可工作，整个标签将变得更小、使用更方便，这引发了对片上天线技术的研究。

将天线集成到芯片上不仅简化了原有标签生产工艺、降低了成本，还提高了可靠性。片上天线作为能量接收器和信号传感器，决定了整个系统的性能。其基本出发点是利用法拉第电磁感应原理。它将外部变化的磁场能量转换成片内电源电压，作为整个芯片的工作电源。同时，它利用电磁场变化引起的片上电流或电压的变化来识别接收到的信号。通过改变自身输出阻抗引起的外部磁场的变化，将信号传输到接收端。迄今为止，在标准CMOS工艺上实现的片上天线仍然采用硅基集成螺旋电感作为主要结构。

除了RFID标签的内部设计之外，RFID智能桌面天线等领域的研究也越来越受到关注。

以上知识分享希望能够帮助到大家！