遠(yuǎn)距離RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)的研究
加入技術(shù)交流群
掃碼加入
和技術(shù)大咖面對(duì)面交流
海量資料庫(kù)查詢(xún)
射頻識(shí)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(shí)別技術(shù)。它利用射頻信號(hào)的空間耦合傳遞非接觸信息，并通過(guò)所傳遞的信息識(shí)別對(duì)象。RFID解決無(wú)源(卡中無(wú)電源)和免接觸兩大難題，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)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(xiě)器遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足應(yīng)用要求，因此，需要一款遠(yuǎn)距離讀寫(xiě)器配合遠(yuǎn)距離天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離水平或垂直方向的讀寫(xiě)要求。這里給出一種遠(yuǎn)距離RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)的設(shè)計(jì)方案，采用射頻標(biāo)簽專(zhuān)用讀寫(xiě)器RI-R6C-001A，該器件要求天線(xiàn)阻抗為50 Ω，頻率為13．56 MHz，因此采用_亡藝簡(jiǎn)單、低成本的PCB環(huán)形天線(xiàn)。
2 RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)的設(shè)計(jì)
2．1 RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)工作原理
天線(xiàn)是發(fā)射和接收射頻載波信號(hào)的設(shè)備。在工作頻率和帶寬確定的條件下，天線(xiàn)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(wú)源)提供電源，并在讀寫(xiě)器和標(biāo)簽之間傳遞信息。天線(xiàn)性能的優(yōu)劣對(duì)系統(tǒng)整體性能起著非常關(guān)鍵的作用。RFID天線(xiàn)的讀寫(xiě)距離取決于諸多因素：天線(xiàn)的尺寸、方向性、天線(xiàn)的位置、所處頻段的電氣特性及周?chē)h(huán)境等。
2．2 RFID讀寫(xiě)天線(xiàn)各性能參數(shù)
2．2．1 電子標(biāo)簽的方向性
由于無(wú)源電子標(biāo)簽是通過(guò)與讀寫(xiě)器天線(xiàn)磁場(chǎng)耦合來(lái)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(xiě)器天線(xiàn)處于最佳耦合時(shí)，磁力線(xiàn)與電子標(biāo)簽成直角。電子標(biāo)簽?zāi)軌颢@得最好的讀寫(xiě)效果。但是，若將電子標(biāo)簽移動(dòng)到天線(xiàn)的兩側(cè)，這時(shí)標(biāo)簽的放置位置和磁力線(xiàn)方向平行。此時(shí)方向性最差，讀寫(xiě)效果也最差。圖1為天線(xiàn)的磁力線(xiàn)分布模擬圖。
2．2．2 天線(xiàn)盲區(qū)
由于環(huán)形天線(xiàn)的電磁場(chǎng)在其臨近區(qū)域分布不均勻，因此會(huì)出現(xiàn)讀寫(xiě)盲區(qū)。如圖2中黑線(xiàn)勾勒出的范圍之外區(qū)域一般為單個(gè)天線(xiàn)的讀寫(xiě)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(xiě)操作。
2．2．3 天線(xiàn)品質(zhì)因數(shù)Q
對(duì)于電感耦合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的天線(xiàn)．在其尺寸不變的情況下，Q值越大意味著天線(xiàn)線(xiàn)圈中的電流強(qiáng)度越大，輸出功率越強(qiáng)，讀寫(xiě)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(xiàn)的等效電感，R是天線(xiàn)的等效并聯(lián)電阻。通過(guò)p很容易計(jì)算出天線(xiàn)帶寬B：
由式(2)可看出，天線(xiàn)的傳輸帶寬B與品質(zhì)因數(shù)Q成反比。因此，過(guò)高的品質(zhì)因數(shù)將導(dǎo)致帶寬縮小，降低讀寫(xiě)器的調(diào)制邊帶信號(hào)幅度，導(dǎo)致讀寫(xiě)器無(wú)法與標(biāo)簽通信。天線(xiàn)Q值與3 dB帶寬的關(guān)系曲線(xiàn)如圖3所示。由圖3可看出：環(huán)形天線(xiàn)與50 Ω的負(fù)載相連時(shí)，其Q值最好不超過(guò)30。為了優(yōu)化天線(xiàn)的性能。讀寫(xiě)器匹配電路的駐波比應(yīng)小于1：1．2。
評(píng)論