RFID原理与应用-RFID天线的应用

实验报告书课程名：《RFID原理与应用》题目：实验七认识RFID的天线实验类别【验证】班级：学号：姓名：评语：实验态度：认真（）一般（）差（）实验结果：正确（）部分正确（）错（）实验理论：掌握（）熟悉（）了解（）不懂（）操作技能：强（）一般（）差（）实验报告：好（）一般（）差（）成绩：指导教师：批阅时间：年月日一、实验内容或题目认识RFID的天线二、实验目的与要求（1）RFID常用天线的分类，特点，性能指标。（2）掌握天线常规型号，命名方法，并举例说明。（3）总结天线的功能及其相关技术。（4）举例天线的应用场景三、实验步骤与实验结果截图（可以抓图粘贴）1、RFID常用天线的分类，特点，性能指标。答:1.磁场耦合式天线磁场耦合式天线是低频和高频，RFID应用中广泛采用的天线形式，其基本形式是由线圈绕制而成。当交变电流在线圈中流动时就会在线圈周围产生较的磁场，磁场穿过线圈的横截面和线圈周围空间，可以把读写器与传感器之间的电磁场简化为交变磁场来研究读写器就是通过磁场耦合的方式与标签通信的。参数：线圈的电感L:通常将天线线圈L、电容器C和电阻R串联在一起组成串联谐振电路电感可以通过线圈的具体形式计算出来。线圈的面积：与在线圈天线距离很小时场强的变化比较缓慢，而面积较大的天线在较远处的场强明显较高。线圈天线的Q值：线圈的Q值越高，谐振电流越大周围场强也越强。由此改善标签的功率传输特性。线圈天线的带宽与品质因数成反比。2.工作在超高频和微波波段，该波段的天线具有多种不同的形式。参数：方向函数和方向图：通常使用方向函数来描述天线在空间不同位置的辐射情况。天线增益：定向天线在空间某方向的辐射功率密度与无损耗的点源天线在该方向辐射功率密度之比称为天线增益。天线输入阻抗和辐射阻抗：天线带宽：以中心频率为基准向两边增加和减少二引起功率下降3dB的频率范围。天线输入驻波比。3、可选天线类型3、微带天线自20世纪70年代以来引起了广泛的重视和研究,已在100兆赫至50吉赫的宽广频域上获得多方面应用。其主要特点是剖面低、体积小、重量轻、造价低,可与微波集成电路一起集成,且易于制成共形天线等。从电性能上来说它有便于获得圆极化、容易实现多频段工作等优点。主要缺点是频带窄、辐射效率较低及功率容量有限。微带贴片天线通常介质基片厚度h远小于工作波长λ罗远祉等表一表二表三表四表五代号接头型号代号外壳形式代号工作电压代号天线规格特征频率1SMAA48.5*39*15.515VA25×25×415752SMBB44*54.4*14.523.3/3.0VB25×25×224923BNCC35.5*42*1332.7VC18×18×414734MCXD50*50*1443~5VD15×15×423205MMCXEΦ77*1452.5~5VE12×12×416006FMEFΦ95*12665V以上F13×13×4923人提出的空腔模型理论是分析这类天线的一种基本理论。帖片与接地板之间的空间犹如一个上下为电壁、四周为磁壁的空腔谐振器。对常用的工作模式长度L约为半个波长,其电场E沿长度方向(x轴)的驻波分布如图1a中的侧视图,而没有横向(y轴)的变化。天线的辐射主要由沿横向的两条缝隙产生每条缝隙对外的辐射等效于一个沿-y轴的磁流元(Jm=-n×E，n为缝隙外法线单位矢量)。由于这两个磁流元方向相同合成辐射场在垂直贴片方向（z轴）最大,随偏离此方向的角度增大而减小形成一个单向方向图。天线输入阻抗靠改变馈电位置加以调节。阻抗频率特性与简单并联谐振电路相似,品质因数Q较高,故阻抗频带窄通常约为1%~5%。可用适当增加基片厚度等方法来展宽频带。接地板上的介质层会使电磁场束缚在导体表面附近传播而不向空间辐射，这种波称为表面波。故增加基片厚度时须避免出现明显的表面波传播。微带振子天线当介质基片厚度远小于工作波长或微带振子长度为谐振长度时振子上的电流近于正弦分布。因此它具有与圆柱振子相似的辐射特性只是它在介质层中还有表面波传播使效率降低。微带阵列天线利用若干微带贴片或微带振子可构成具有固定波束和扫描波束的微带阵列。与其他阵列天线相同，可采用谐振阵或100高50-100非揩振阵行波阵。微带阵列的波束扫描可利用相位扫描、时间延迟扫描、频率扫描和电子馈电开关等多种方式来实现。2、天线的常规型号，命名方法。并举例2、天线的常规型号，命名方法，并举例答:RFID天线命名方7MINUHFG47*45*16.872.5V以下G10×10×49158SMCH77*65.4*13.5H17×17×48689NI38.2*35*12.6I18×18×20不用J13.8*2.1*7.5J15×15×2AHRS(GT-5)K63*61*17K9×9×4OIPXL双频L20×6×410FAKRA-CM46.2*39*14.7R16*6*411FAKRA-DN无外壳O12FAKRA-ZOP15WICLICPQ18×3.5×41623-130B0-BMC-CARDQR36*36*4RS45*45S19*19*7.4T63.5*63.5*6T八角U80*80*6YV110*110U40.5*35*13.1WVGSM天线XWYXZM12*6*4Z式1)RFID标签天线命名方法IDAXXxxxxUHF协议标准序列号：Series:6C产品尺寸：单位：mm极化方式:水平线极化特征频率：XXXXMHz天线单元射频标签UHF协议标准6B6CUID无芯片备注：特殊天线可加序列号。如：永道单规格多频率要求代号BCU无例如：IDA923X3030_B（6B芯片）/IDA923X3030（无芯片）说明：频率923，线计划，尺寸30*30(注：25*25*4/2需用25254/25252)，协议标准6B2)RFID收发机天线命名方法DAS923R45H4_HR02说明：DAS介质天线923MHZ频率，R右旋极化，天线尺寸45，厚度4，识别码HR023)RFID无源天线命名方法PAM923RNO_P75mm说明：PAM无源，923MHZ频率，R天线尺寸（注：45*45*6/4/2需用S6/S4/S2表示），N无外壳，O接头IPEX，识别码HR01，线长P75毫米。备注：1）连接器形式：J:公头JW:公弯头K:母头KW母弯头，反接头RP。2）线径：默认为RG174，P：1.13mmX：0.81mmG:RG58S:其他特殊3)线长单位：线长小于1米用mm,线长大于等于1米用M3、天线的功能及其在设计的相关技术总结。答:1、天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统，其次要求天线与发射机或接收机匹配。2、天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上，或对确定方向的来波最大限度的接受，即方向具有方向性。3、天线应能发射或接收规定极化的电磁波，即天线有适当的极化。4、天线应有足够的工作频带。这四点是天线最基本的功能，据此可定义若干参数作为设计和评价天线的依据。把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为馈线系统。馈线的形式随频率的不同而分为又导线传输线、同轴线传输线、波导或微带线等。所以，所谓馈线，实际上就是传输线。不同的RFID的系统使用的工作频率并不相同，因此天线的选择也有所不同，常用的RFID系统有低频（LF）RFID系统，高频(HF)RFID系统和微波系统等，不同频段的RFID系统也就对应着不同的RFID天线。常用的天线技术有低频和高频RFID天线技术，微波RFID天线技术。4、说明天线应用场景答:基站常用天线在移动通信系统中，基站通过无线收发信机提供与固定终接设备和移动终端之间的无线信道，并通过无线信道完成话音呼叫和数据的传递。天线作为基站至关重要的组成部分，其性能的好坏直接关系到系统的通信质量。1）基站对于天线的要求移动通信系统中基站的位置是固定的，服务对象数量众多，为它配置的天线应具有高性能和满足下述要求；（1）为了节省发射机的功率，基站天线应具有尽可能高的增益。（2）天线能工作在多个频段或具有更宽的宽带。（3）天线辐射方向图能满足要求，使基站覆盖整个服务区。（4）天线与收发设备之间具有良好的阻抗匹配。（5）天线的体积尽可能小，结构紧凑。此外，基站天线多采用线极化方式。其中单极化天线多采用垂直极化；双极化天线多采用±45°双线极化。由于一个双极化天线是由极化彼此正交的两根天线封装在同一天线罩中组成的，采用双极化天线可以大大减少天线数目，简化天线安装，降低成本，减少天线占地空间。除了满足一般基站天线的要求外，在3G移动通信中，基站天线还要求具有上旁瓣抑制和下旁瓣零点充填的特性。前者是为了抑制对邻近基站的干扰，后者是为了覆盖区内接收电平均匀。为了减少对邻区的干扰和改善服务区的通信质量，有时要求天线的波束要有一定程度的倾斜，常见的基站天线类型为了天线的增益，基站全向天线常采用第3章介绍过的由天线阵列组成的高效益全向天线。同时为了减少在无用方向的信号辐射或信号干扰，常采用两个或多个直线阵构成二维天线阵列，称为平面天线。这也是目前移动通信中常采用的天线形式。由于频率资源的限制和增大系统容量的要求，在用户密集的地区已很少采用全向天线，而是将小区划分为若干个扇形小区，扇形小区内采用定向天线。常用的移动通信基站定向天线由直线辐射阵列和反射板两部分构成，称之为板状天线。反射板的主要功能是用来控制波束宽度，形成不同3dB波瓣宽度的扇形波束。对于直线形的基站天线，反射板截面形状对基站天线波束的前后比特性和水平面辐射方向图起着非常重要的作用，而基站天线垂直面方向图主要通过阵列设计来实现。值得关注的是，随着多波束形成、空间分集、智能天线等技术逐步引入移动通信系统，满足更高要求的基站天线的设计会显得越来越重要。四、结果与实验体会通过这次实验，认识RFID的天线，了解了常用天线的分类，特点，性能指标以及天线的功能和其相关技术。