一种超高频RFID读写天线的设计

1 引言

射频识别RFID(Radio Frequency IdentificatiON)它是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。它利用射频信号的空间耦合传输非接触信息，并通过传输的信息识别对象。 RFID解决无源（卡中无电源）和无接触两个问题，实现运动目标识别和多目标识别。其突出优点是环境适应性强，能穿透非金属材料，数据存储量大，抗干扰能力强。目前，读写器远远不能满足应用要求。因此，需要一个远程读写器与远程天线相匹配，以满足远程水平或垂直方向的读写要求。这里有一个远距离 RFID读写天线的设计方案采用射频标签专用读写器RI-R6C-001A，该装置需要50个天线阻抗 Ω，频率为13.56 MHz，因此采用_亡艺简单，成本低PCB环形天线。

2 RFID读写天线的设计

2.1 RFID读写天线工作原理

天线是一种发射和接收射频载波信号的设备。在确定工作频率和带宽的条件下，天线发射射频处理模块产生的射频载波接收标签发射或反射的射频载波，产生磁通量，为标签（无源）提供电源读写器在标签之间传递信息。天线性能的优缺点对系统的整体性能起着关键作用。RFID天线的读写距离取决于许多因素：天线的大小、方向、位置、频段的电气特性及周围环境等。

2.2 RFID读写天线性能参数

2.2.1 电子标签的方向性

由于无源电子标签通过与读写器天线磁场耦合获得能量，标签的方向性直接影响耦合系数，进而影响能量获取和通信的可靠性。当标签的方向性与读写器天线最佳耦合时，磁线与电子标签成直角。电子标签可以获得最好的读写效果。但是，如果将电子标签移动到天线两侧，则标签的放置位置与磁线平行。此时方向性最差，读写效果最差。图1为天线磁线分布模拟图。

2.2.3 天线质量因数Q

电感耦合射频识别系统的天线.尺寸不变，Q值越大，天线线圈中的电流强度越大，输出功率越强，读写距离越远。质量因数Q的计算公式如下：

天线的传输带宽B与质量因数Q成反比。因此，高质量因素会导致带宽缩小，降低读写器的调制边带信号范围，使读写器无法与标签通信。天线Q值与3 dB如图3所示。从图3可以看出，环形天线和50 Ω当负载连接时，其Q值最好不超过30。优化天线性能。读写器匹配电路的驻波比应小于1:1.2。

假设使用频谱分析仪测量的天线质量因数Qreqtuired，对应天线的阻抗为：

根据上述步骤设计天线质量因数Qrequired=30。

2.2.4 天线尺寸

一般情况下.读写器的识别距离与读写器的天线装置和磁场强度有关，天线越大，输出功率越大，读写距离越远。然而，随着天线尺寸的增加，还存在其他问题：信噪比下降；为了满足国内外电磁兼容标准的要求，可能需要实施电磁屏蔽措施；读写器天线的磁场旋转盲区将扩大，电子标签法响应：电子标签天线与读写器天线的匹配更难解决。若电感过大，甚至可能无法解决。一般定义为：

3 结论

RFID通过研究，读写器实现远程读写功能的关键在于天线的设计RFID天线工作原理及其性能参数提出了有效的天线设计优化方案，使读写器具有更远的读写距离和更高的能量利用率。实验证明：RFID优化后的远距离射频天线可使读写距离达到30 cm。