用于RFID系统的天线设计探讨

[摘 要]RFID是射频识别技术的简写，射频识别技术属于自动识别技术的范畴，在发达国家射频识别技术已经得到了广泛的应用，但是我国在这方面的起步迟于一些发达国家，因此我国的射频识别技术还有待进一步发展。天线是用于接收和传输信号的装置，目前在射频识别系统的天线设计方面存在着一些难题。本文将探讨RFID系统的天线设计问题。

[关键词] 射频识别技术；RFID系统；天线设计

中图分类号：TN820 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0258-01

目前我国在射频识别系统的天线设计方面存在的问题主要包括技术水平较低，行业标准不完备等问题，这些问题的存在要求我们在射频识别系统的天线设计方面应该继续努力，不断攻克这些难题，使射频识别技术更好地发展，不断完善射频识别系统的天线设计，射频识别系统的不断发展会促进我国识别技术的发展。

1 射频识别系统简介

1.1射频识别系统的发展历程

从1940年开始，雷达的应用和改进为人们研究射频识别提供了线索，也是自1940年开始射频识别开始发展。自1940之后的第一个十年内，即1940年到1950年之间，射频识别技术理论的雏形已经初见端倪；在第二个十年内，即1950年到1960年之间，射频识别技术处于发展的萌芽状态，在这个阶段射频识别技术还只是存在于实验室当中，实验室内的研究为射频识别系统的产生和发展奠定了坚实的基础；在第三个十年内，即1960年到1970年之间，射频识别理论和射频识别技术得到进一步发展，并且人们开始尝试着应用射频识别技术；在第四个十年内，即1970年到1980年之间，射频识别系统迎来了飞速发展的时期，在这个时期频识别技术的测试技术得到了大幅度的发展，并且出现了最早的射频识别产品。在接下来的第五个十年内，即1980年到1990年之间，射频识别产品已经得到了大规模的发展，射频识别产品得到了人们的认可；在第六个十年内，即1990年到2000年之间，射频识别技术和射频识别产品的应用范围不断扩大，而且人们对于射频识别技术的重视程度也越来越高。从2000年至今，利用射频识别技术所生产的标准化产品已经开始趋于成熟，射频识别技术和产品的种类越来越多，射频识别理论也不断完善。

1.2射频识别技术的工作原理

射频识别技术主要是完成传输信息的工作，射频识别技术所传输的信息是人们无法用触觉感受到的无线信息，射频识别技术通过传输信息实现信息识别。一般情况下，由射频标签与阅读器是射频识别系统的基础构造，射频标签中存储着格式固定的数据，这也是识别物品的基础。在实际的应用过程中把射频标签附于需要识别的物品上，以电子数据的形式标记需要识别的物品。阅读器和射频标签之间通过设定通信协议来达到相互传输信息的目的，具体工作流程是阅读器发送带有指令的信息给射频标签，射频标签接受到阅读器传输来的指令之后，根据指令内容把特定的数据信息传输给阅读器。射频识别系统包含的主要部件包括射频标签、阅读器以及天线等。如图

2 射频识别系统的天线简介

射频识别系统中的天线主要包括读写器天线以及标签天线，其中标签天线需要完成的任务有作为标签的应答器，调制反调标签携带的数据信息，以及捕获读写器所发射的电磁波等。在实际应用过程中标签需要附着于其他物品上，因此标签的体积和质量都比较小，进而标签的尺寸也必须很小；一般情况下标签芯片的阻抗达不到50欧姆，这就要求标签天线在与芯片共轭匹配时，阻抗应该不等于50欧姆；在制作射频识别系统时，需要大量的标签天线，因此标签天线的做工比较简单而且价格不高。读写器天线的任务是通过发射电磁波来激活标签，电磁波之所以能够激活标签是因为电磁笔携带一定的能量，在激活标签的同时把指令信息传输给标签，除此之外，读写器天线也能够接受标签传来的信息。

3 射频识别芯片与天线的阻抗匹配理论

在理解射频识别芯片与天线的阻抗匹配之前，需要介绍识别距离的概念，识别距离是指射频识别系统读写器能够检测到的标签发射信号的最远距离，识别距离是衡量标签性能的重要指标，在射频识别系统中，识别距离的大小主要取决于标签的性能和质量。射频识别系统芯片与标签之间的匹配状况直接影响着标签电路的运行情况。为了保证射频识别系统能够成功地输出数据信息，并保证识别距离可以达到要求，与射频识别系统天线相连的芯片的输入阻抗一定要与天线的阻抗共轭匹配，否则识别距离会受到影响，在射频识别系统工作时，一旦射频识别系统的工作频率增加到微波区段，射频识别系统天线和芯片的匹配问题会变得非常困难。在很长一段时间内，射频识别系统标签天线的阻抗都控制在50欧姆或者75欧姆，射频识别系统芯片的输入阻抗的数值并不是固定的，而是随着工作频率的不同而不同。这就使得解决射频识别系统的天线与芯片之间的阻抗匹配问题显得尤为重要，而设计出与射频识别系统芯片阻抗相匹配的天线也成为了业内人士面临的重要问题。目前，人们利用史密斯圆图来表示射频识别系统芯片与天线间的阻抗匹配情况，普通标签天线阻抗的实部和虚部变化速度差异较大，实部变化较为缓慢，根据史密斯圆图表达和设计射频识别系统芯片与天线的阻抗匹配问题时，应该根据射频识别系统芯片的功效和预计传输效率确定，根据所求得的调解射频识别系统的虚部，直到天线的阻抗落入史密斯圆内，最终完成射频识别系统的天线设计。

4 射频识别芯片系统中圆极化天线的实现

在一般情况下，需要被天线识别的物体所处空间是不确定，而且标签附着于物体的方式是不固定的，这就要求读写器天线应该采用圆极化天线，采用圆极化天线之后能够使射频识别系统识别来位于不同方位的物体，避免出现射频识别系统天线与芯片完全失去匹配的情况。在射频识别系统中如果采用圆极化天线就能够使整个系统对宽带的要求降低，对通讯方式要求的降低增加了射频识别系统的工作效率。采用圆极化的天线设计，对端口以及射频识别系统的读写器具有特殊的要求，在实际操作中，需要在单端口出实现圆极化，在射频识别系统的读写器天线处采用微带天线或者螺旋天线，目前螺旋天线的发展较为成熟，在设计过程中面临的问题较少，而且螺旋天线的成本低，能够满足企业对经济性的要求，但是螺旋天线的尺寸比较大，实际操作过程中工作人员应该注意控制。微带天线能够实现馈线与辐射贴片的有效分离，对于实现低剖面具有重要的作用，缝隙耦合微带天线能够满足微波集成电路的要求，使剖面灵活处于不同的辐射层，并且微波天线能够实现远距离的通讯，而且通讯效果也比较好，但是采用微波天线的射频识别系统也具有自身的缺陷，采用微波天线的射频识别系统会发生驻波无效的问题。

5 结语

射频识别系统的发展历程主要经过了七个阶段，前六个阶段中每个时期的长度是十年，在2000年至今的发展阶段中，射频识别系统得到了迅猛的发展。在设计射频识别系统的天线时首先应该了解射频识别技术的工作原理以及射频识别芯片与天线的阻抗匹配理论，然后实现射频识别芯片系统中圆极化天线的设计。

参考文献

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