如何設計RFID的電子標簽天線指南詳細說明

　　1 引言

　　射頻識別是一種使用射頻技術的非接觸自動識別技術，具有傳輸速率快、防沖撞、大批量讀取、運動過程讀取等優勢，因此，RFID技術在物流與供應鏈管理、生產管理與控制、防偽與安全控制、交通管理與控制等各領域具有重大的應用潛力。目前，射頻識別技術的工作頻段包括低頻、高頻、超高頻及微波段，其中以高頻和超高頻的應用最為廣泛。

　　2 RFID技術原理

　　RFID系統主要由讀寫器（target）、應答器（RFID標簽）和后臺計算機組成，其中，讀寫器實現對標簽的數據讀寫和存儲，由控制單元、高頻通信模塊和天線組成，標簽主要由一塊集成電路芯片及外接天線組成，其中電路芯片通常包含射頻前端、邏輯控制、存儲器等電路。標簽按照供電原理可分為有源（active）標簽、半有源（semiactive）標簽和無源（passive）標簽，無源標簽因為成本低、體積小而備受青睞。 RFID系統的基本工作原理是：標簽進入讀寫器發射射頻場后，將天線獲得的感應電流經升壓電路后作為芯片的電源，同時將帶信息的感應電流通過射頻前端電路變為數字信號送入邏輯控制電路進行處理，需要回復的信息則從標簽存儲器發出，經邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發回讀寫器。

　　3 RFID系統中的天線

　　從RFID技術原理上看，RFID標簽性能的關鍵在于RFID標簽天線的特點和性能。在標簽與讀寫器數據通信過程中起關鍵作用是天線，一方面，標簽的芯片啟動電路開始工作，需要通過天線在讀寫器產生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了標簽與讀寫器之間的通信信道和通信方式。因此，天線尤其是標簽內部天線的研究就成為了重點。

　　3.1 RFID系統天線的類別

　　按RFID標簽芯片的供電方式來分，RFID標簽天線可以分為有源天線和無源天線兩類。有源天線的性能要求較無源天線要低一些，但是其性能受電池壽命的影響很大：無源天線能夠克服有源天線受電池限制的不足，但是對天線的性能要求很高。目前，RFID天線的研究重點是無源天線。從RFID系統工作頻段來分，在LF、HF段f如6．78MHz、13．56MHz）I作的RFID系統，電磁能量的傳送是在感應場區域（似穩場）中完成，也稱為感應耦合系統；在UHF段（如915MHz、2400Mttz）Z作的系統，電磁能量的傳送是在遠場區域（輻射場）中完成，也稱為微波輻射系統。由于兩種系統的能量產生和傳送方式不同，對應的RFID標簽天線及前端部分存在各自特殊性，因此標簽天線分為近場感應線圈天線和遠場輻射天線。感應耦合系統使用的是近場感應線圈天線，由多匝電感線圈組成，電感線圈和與其相并聯的電容構成并聯諧振回路以耦合最大的射頻能量；微波輻射系統使用的遠場輻射天線的種類主要是偶極子天線和縫隙天線，遠場輻射天線通常是諧振式的，一般取半波長。天線的形狀和尺寸決定它能捕捉的頻率范圍等性能，頻率越高，天線越靈敏，占用的面積也越少。較高的工作頻率可以有較小的標簽尺寸，與近場感應天線相比，遠場輻射天線的輻射效率較高。

　　3.2 RFID標簽天線的設計要求

　　RFID標簽天線的設計要求主要包括：天線的物理尺寸足夠小，能滿足標簽小型化的需求；具有全向或半球覆蓋的方向性；具有高增益，能提供最大的信號給標簽的芯片；阻抗匹配好，無論標簽在什么方向，標簽天線的極化都能與讀寫器的信號相匹配；具有頑健性及低成本。在選擇天線時主要考慮：天線的類型，天線的阻抗，應用到物品上的RF性能，當有其他物品圍繞標簽物品時的RF性能。