遠(yuǎn)距離RFID讀寫天線的研究
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射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)。它利用射頻信號的空間耦合傳遞非接觸信息，并通過所傳遞的信息識別對象。RFID解決無源(卡中無電源)和免接觸兩大難題，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識別、多目標(biāo)識別，其突出優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠穿透非金屬材質(zhì)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，抗干擾能力強(qiáng)。目前的讀寫器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)用要求，因此，需要一款遠(yuǎn)距離讀寫器配合遠(yuǎn)距離天線，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離水平或垂直方向的讀寫要求。這里給出一種遠(yuǎn)距離RFID讀寫天線的設(shè)計(jì)方案，采用射頻標(biāo)簽專用讀寫器RI-R6C-001A，該器件要求天線阻抗為50 Ω，頻率為13．56 MHz，因此采用_亡藝簡單、低成本的PCB環(huán)形天線。
2 RFID讀寫天線的設(shè)計(jì)
2．1 RFID讀寫天線工作原理
天線是發(fā)射和接收射頻載波信號的設(shè)備。在工作頻率和帶寬確定的條件下，天線發(fā)射射頻處理模塊產(chǎn)生的射頻載波，并接收從標(biāo)簽發(fā)射或反射的射頻載波，其作用是產(chǎn)生磁通量，為標(biāo)簽(無源)提供電源，并在讀寫器和標(biāo)簽之間傳遞信息。天線性能的優(yōu)劣對系統(tǒng)整體性能起著非常關(guān)鍵的作用。RFID天線的讀寫距離取決于諸多因素：天線的尺寸、方向性、天線的位置、所處頻段的電氣特性及周圍環(huán)境等。
2．2 RFID讀寫天線各性能參數(shù)
2．2．1 電子標(biāo)簽的方向性
由于無源電子標(biāo)簽是通過與讀寫器天線磁場耦合來獲得能量，所以標(biāo)簽的方向性直接影響耦合系數(shù)，近而影響能量的獲取和通信的可靠性。當(dāng)標(biāo)簽的方向性和讀寫器天線處于最佳耦合時(shí)，磁力線與電子標(biāo)簽成直角。電子標(biāo)簽?zāi)軌颢@得最好的讀寫效果。但是，若將電子標(biāo)簽移動(dòng)到天線的兩側(cè)，這時(shí)標(biāo)簽的放置位置和磁力線方向平行。此時(shí)方向性最差，讀寫效果也最差。圖1為天線的磁力線分布模擬圖。
2．2．2 天線盲區(qū)
由于環(huán)形天線的電磁場在其臨近區(qū)域分布不均勻，因此會(huì)出現(xiàn)讀寫盲區(qū)。如圖2中黑線勾勒出的范圍之外區(qū)域一般為單個(gè)天線的讀寫盲區(qū)。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明將電子標(biāo)簽擺放位置轉(zhuǎn)到與最佳位置成40°角區(qū)域時(shí)，一般可正常讀寫操作。
2．2．3 天線品質(zhì)因數(shù)Q
對于電感耦合式射頻識別系統(tǒng)的天線．在其尺寸不變的情況下，Q值越大意味著天線線圈中的電流強(qiáng)度越大，輸出功率越強(qiáng)，讀寫距離就越遠(yuǎn)。品質(zhì)因數(shù)Q的計(jì)算公式為：
式中，f0是工作頻率(13．56 MHz)，L是天線的等效電感，R是天線的等效并聯(lián)電阻。通過p很容易計(jì)算出天線帶寬B：
由式(2)可看出，天線的傳輸帶寬B與品質(zhì)因數(shù)Q成反比。因此，過高的品質(zhì)因數(shù)將導(dǎo)致帶寬縮小，降低讀寫器的調(diào)制邊帶信號幅度，導(dǎo)致讀寫器無法與標(biāo)簽通信。天線Q值與3 dB帶寬的關(guān)系曲線如圖3所示。由圖3可看出：環(huán)形天線與50 Ω的負(fù)載相連時(shí)，其Q值最好不超過30。為了優(yōu)化天線的性能。讀寫器匹配電路的駐波比應(yīng)小于1：1．2。
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