RFID天線的設計要領及常見步驟

2021-01-15 RFID世界網

　　RFID電子標籤天線的設計

　　電子標籤天線的設計目標是傳輸最大的能量進出標籤晶片，這需要仔細設計天線和自由空間的匹配，以及天線與標籤晶片的匹配。當工作頻率增加到微波波段，天線與電子標籤晶片之間的匹配問題變得更加嚴峻。一直以來，電子標籤天線的開發是基於50 或者75 輸入阻抗，而在RFID應用中，晶片的輸入阻抗可能是任意值，並且很難在工作狀態下準確測試，缺少準確的參數，天線的設計難以達到最佳。

　　電子標籤天線的設計還面臨許多其他難題，如相應的小尺寸要求，低成本要求，所標識物體的形狀及物理特性要求，電子標籤到貼標籤物體的距離要求，貼標籤物體的介電常數要求，金屬表面的反射要求，局部結構對輻射模式的影響要求等，這些都將影響電子標籤天線的特性，都是電子標籤設計面臨的問題。

　　RFID讀寫器天線的設計

　　對於近距離RFID系統(如13.56MHz小於10cm的識別系統)，天線一般和讀寫器集成在一起;對於遠距離RFID系統(如UHF頻段大於3m的識別系統)，天線和讀寫器常採取分離式結構，並通過阻抗匹配的同軸電纜將讀寫器和天線連接到一起。讀寫器由於結構、安裝和使用環境等變化多樣，並且讀寫器產品朝著小型化甚至超小型化發展，使得讀寫器天線的設計面臨新的挑戰。

　　讀寫器天線設計要求低剖面、小型化以及多頻段覆蓋。對於分離式讀寫器，還將涉及天線陣的設計問題，小型化帶來的低效率、低增益問題等，這些目前是國內外共同關注的研究課題。目前已經開始研究讀寫器應用的智能波束掃描天線陣，讀寫器可以按照一定的處理順序，通過智能天線使系統能夠感知天線覆蓋區域的電子標籤，增大系統覆蓋範圍，使讀寫器能夠判定目標的方位、速度和方向信息，具有空間感應能力。

　　RFID天線的設計步驟

　　RFID電子標籤天線的性能，很大程度依賴於晶片的複數阻抗，複數阻抗是隨頻率變換的，因此天線尺寸和工作頻率限制了最大可達到的增益和帶寬，為獲得最佳的標籤性能，需要在設計時做折衷，以滿足設計要求。在天線的設計步驟中，電子標籤的讀取範圍必須嚴密監控，在標籤構成發生變更或不同材料不同頻率的天線進行性能優化時，通常採用可調天線設計，以滿足設計允許的偏差。

　　設計RFID天線時，首先選定應用的種類，確定電子標籤天線的需求參數;然後根據電子標籤天線的參數，確定天線採用的材料，並確定了電子標籤天線的結構和封裝後的阻抗;最後採用優化的方式，封裝後的阻抗與天線匹配，綜合仿真天線的其他參數，讓天線滿足技術指標，並用網絡分析儀檢測各項指標。

　　很多天線因為使用環境複雜，使得RFID天線的解析方法也很複雜，天線通常採用電磁模型和仿真工具來分析。天線典型的電磁模型分析方法為有限元法FEM、矩量法MOM和時域有限差分法FDTD等。仿真工具對天線的設計非常重要，是一種快速有效的天線設計工具，目前在天線技術中使用越來越多。典型的天線設計方法，首先是將天線模型化，然後將模型仿真，在仿真中監測天線射程、天線增益和天線阻抗等，並採用優化的方法進一步調整設計，最後對天線加工並測量，直到滿足要求。

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