常見的RFID電子標(biāo)簽天線有哪些?
電子標(biāo)簽天線的主要功能是接收讀寫器傳輸過來的電磁信號(hào)或者將讀寫器所需要的數(shù)據(jù)傳回給讀寫器,也就是負(fù)責(zé)接收和發(fā)射電磁波,它是電子標(biāo)簽與讀寫器之間取得聯(lián)系的重要一環(huán)。天線的尺寸要比芯片大很多,封裝后的電子標(biāo)簽尺寸可以小到2 mm,也可以像身份證那么大。
常見電子標(biāo)簽天線
電子標(biāo)簽天線主要有線圈型、微帶貼片型、偶極子型等幾種基本形式。工作距離小于1 m的近距離應(yīng)用系統(tǒng)的RFID電子標(biāo)簽天線一般采用工藝簡(jiǎn)單、成本低的線圈型天線,它們主要工作在低頻段;而工作距離在1 m以上遠(yuǎn)距離的應(yīng)用系統(tǒng)需要采用微帶貼片型或偶極子型的天線,它們工作在高頻和微波頻段。
(1)線圈型天線。當(dāng)RFID的線圈天線進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)時(shí),電子標(biāo)簽天線與讀寫器天線之間產(chǎn)生相互作用,類似于變壓器,而兩者的線圈相當(dāng)于變壓器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈。
某些應(yīng)用要求電子標(biāo)簽天線線圈的外形很小,且要求一定的工作距離,如用于動(dòng)物識(shí)別的電子標(biāo)簽。一般的線圈如果外形面積小,電子標(biāo)簽與讀寫器間的天線線圈互感量則難以滿足實(shí)際使用。通常在電子標(biāo)簽的天線線圈內(nèi)部插入具有高磁導(dǎo)率的鐵氧體材料,以增大互感量,從而補(bǔ)償線圈橫截面積減小的問題。
(2)微帶貼片型天線。根據(jù)天線的輻射特性需要,貼片導(dǎo)體還可以設(shè)計(jì)為各種形狀。
通常,微帶貼片型天線的輻射導(dǎo)體與金屬地板的距離為幾十分之一信號(hào)波長(zhǎng),假設(shè)輻射電場(chǎng)沿導(dǎo)體的橫向與縱向兩個(gè)方向均沒有變化,僅沿約半個(gè)波長(zhǎng)的導(dǎo)體長(zhǎng)度方向有變化,因此,微帶貼片型天線非常適用于通信方向變化不大的RFID應(yīng)用系統(tǒng)。
微帶貼片型天線質(zhì)量輕、體積小、剖面薄,而且饋線和匹配網(wǎng)絡(luò)可以和天線同時(shí)制作,與通信系統(tǒng)的印刷電路集成在一起。貼片又可采用光刻工藝制造、成本低、易于大量生產(chǎn)。微帶貼片型天線因?yàn)槠漯侂姺绞胶蜆O化制式的多樣化,以及饋電網(wǎng)絡(luò)、有源電路集成一體化等特點(diǎn)而成為印刷天線類的主角。
(3)偶極子型天線。在遠(yuǎn)距離耦合的RFID應(yīng)用系統(tǒng)中,最常用的就是偶極子型天線(又稱為對(duì)稱振子天線)。偶極子型天線由兩段同樣粗細(xì)和等長(zhǎng)的直導(dǎo)線排成一條直線構(gòu)成,信號(hào)從中間的兩個(gè)端點(diǎn)饋入,在偶極子的兩臂上將產(chǎn)生一定的電流分布,這種電流分布可以在天線周圍空間激發(fā)起電磁場(chǎng)。 根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)工作頻率的不同,電子標(biāo)簽的天線也有所不同。
低頻電子標(biāo)簽的天線基本是線圈型的,線圈一般為銅線,纏繞在高磁導(dǎo)率的鐵磁棒上,線圈的匝數(shù)越多,橫截面積越大,天線的性能就越好。
高頻電子標(biāo)簽的天線一般也是線圈型的,工作原理與低頻電子標(biāo)簽的天線基本一樣。但由于高頻系統(tǒng)的頻率比低頻系統(tǒng)的頻率高很多,一般高頻系統(tǒng)的電子標(biāo)簽所需的天線圈數(shù)較少,因此高頻電子標(biāo)簽的天線制作比低頻電子標(biāo)簽容易,價(jià)格也低。
當(dāng)工作頻率增加到微波頻段時(shí),天線與標(biāo)簽芯片之間的阻抗匹配問題變得更具挑戰(zhàn)性。一直以來,電子標(biāo)簽天線的開發(fā)是基于50 Ω或者75 Ω輸入阻抗,而在微波RFID應(yīng)用中,芯片的輸入阻抗可能是任意值,并且很難在工作狀態(tài)下準(zhǔn)確測(cè)試,缺少準(zhǔn)確的參數(shù),因此天線的設(shè)計(jì)難以達(dá)到最佳。微波電子標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)通常需要通過選擇不同的結(jié)構(gòu)參數(shù),以解決天線和標(biāo)簽阻抗匹配的問題。