RFID電子標簽天線設計
2019-10-16
電子標簽天線的設計目標是傳輸最大的能量進出標簽芯片，這需要仔細設計天線和自由空間的匹配，以及天線與標簽芯片的匹配。當工作頻率增加到微波波段，天線與電子標簽芯片之間的匹配問題變得更加嚴峻。一直以來，電子標簽天線的開發是基于50或者75輸入阻抗，而在RFID應用中，芯片的輸入阻抗可能是任意值，并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。
電子標簽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，電子標簽到貼標簽物體的距離要求，貼標簽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簽天線的特性，都是電子標簽設計面臨的問題。
對于近距離RFID系統（如13.56MHz小于10cm的識別系統），天線一般和讀寫器集成在一起；對于遠距離RFID系統（如UHF頻段大于3m的識別系統），天線和讀寫器常采取分離式結構，并通過阻抗匹配的同軸電纜將讀寫器和天線連接到一起。讀寫器由于結構、安裝和使用環境等變化多樣，并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。對于分離式讀寫器，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簽，增大系統覆蓋范圍，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電子標簽天線的性能，很大程度依賴于芯片的復數阻抗，復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，為獲得最佳的標簽性能，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，電子標簽的讀取范圍必須嚴密監控，在標簽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，通常采用可調天線設計，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，確定電子標簽天線的需求參數；然后根據電子標簽天線的參數，確定天線采用的材料，并確定了電子標簽天線的結構和封裝后的阻抗；最后采用優化的方式，封裝后的阻抗與天線匹配，綜合仿真天線的其他參數，讓天線滿足技術指標，并用網絡分析儀檢測各項指標。
很多天線因為使用環境復雜，使得RFID天線的解析方法也很復雜，天線通常采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，然后將模型仿真，在仿真中監測天線射程、天線增益和天線阻抗等，并采用優化的方法進一步調整設計，最后對天線加工并測量，直到滿足要求。
134 209 79610
QQ客服
E-mail