物联网射频识别(RFID)技术与应用第3章ppt课件.pptx

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1、,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2013年物联网系列教材荣获陕西省高等教育教学成果二等奖,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,第3章 RFID天线技术,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.1.1 天线定义凡是利用电磁波来传递信息和能量的，都依靠天线来进行工作，天线是用来发射或接收无线电波的装置和部件。天线是无线通信系统的第一个器件和最后一个器件。,点击此处结束放映,物联网射频识

2、别（RFID）技术与应用,图3.1 无线通信中的天线,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.1.2 天线分类天线按照结构分类如下。（1）线状天线（2）面状天线（3）缝隙天线（4）微带天线,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.1.3 天线的电参数1.天线的效率天线在工作时，并不能将输入天线的能量全部辐射出去。天线的效率定义为天线的辐射功率 与输入功率 的比值，即：（3.1）,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2.输入阻抗天线的输入阻抗定义为天线输入端电压与电流的比值，即：（3.2）天线的输入端是指天线与馈线的连接处。,点击此处结

3、束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.方向性函数天线的方向性函数是指以天线为中心，天线辐射场与空间方向的关系。例如，电基本振子的电场为方向性函数为。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,4.方向图（1）E面方向图（2）H面方向图（3）立体方向图 电基本振子的方向图,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,（4）主瓣宽度（5）旁瓣电平（6）前后比,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,5.方向性系数在离开天线某一距离处，天线在最大辐射方向上产生的功率密度，与天线辐射出去的能量被均匀分到空间各个方向（即理想无方向性天线）时的功率密度

4、之比，称为天线的方向性系数。电基本振子的方向性系数为1.5。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,6.增益增益定义为当天线与理想无方向性天线的输入功率相同时，两种天线在最大辐射方向上辐射功率密度之比。增益同时考虑了天线的方向性系数和效率。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,7.有效长度很多天线上的电流分布是不均匀的。天线有效长度的定义是，在保持实际天线最大辐射方向上场强不变的前提下，假设天线上的电流为均匀分布，电流的大小等于输入端的电流，此假想天线的长度。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,8.极化天线的极化是指在天线最大辐射方向

5、上，电场矢量的方向随时间变化的规律。极化分为线极化、圆极化和椭圆极化。9.频带宽度天线的所有电参数都与频率有关。将天线的电参数保持在规定技术指标要求之内的频率范围，称为天线的工作频带宽度，简称为天线的带宽。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.2.1 对称振子天线对称振子天线是一种应用广泛的基本线形天线，它既可以单独使用，又可以作为天线阵的单元。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.对称振子天线的辐射场对称振子天线的辐射电场为（3.8）,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用

6、,2.对称振子天线的方向图,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.2.2 引向天线引向天线又称为八木天线，是一种广泛应用于米波和分米波的天线。引向天线是一个紧耦合寄生振子端射阵，它由一个有源振子、一个反射振子（稍长于有源振子）和若干个引向振子（稍短于有源振子）构成，除有源振子通过馈线与信号源或接收机连接外，其余振子均为无源振子。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,图3.9 引向天线,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.2.3 螺旋天线（a）D/0.46 图3.10 螺旋天线及其方向图,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID

7、）技术与应用,3.2.4 微带天线图3.11 微带天线,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.3.1 RFID天线的应用现状1.RFID天线应用的一般要求（1）电子标签天线 RFID天线必须足够小；RFID天线提供最大可能的信号和能量给标签的芯片；RFID天线具有鲁棒性；RFID天线非常便宜。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,（2）读写器天线读写器天线既可以与读写器集成在一起，也可以采用分离式；读写器天线设计要求多频段覆盖；应用智能波束扫描天线阵。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）

8、技术与应用,2.RFID天线的极化有些应用可以采用线极化，例如在流水线上，这时电子标签的位置基本上是固定不变的，电子标签的天线可以采用线极化方式。但在大多数场合，由于电子标签的方位是不可知的，所以大部分RFID系统采用圆极化天线。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.RFID天线的方向性如果天线波瓣宽度越窄，天线的方向性越好，天线的增益越大，天线作用的距离越远，抗干扰能力越强，但同时天线的覆盖范围也就越小。4.RFID天线的阻抗问题为了以最大功率传输，芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,5.RFID的环境问题

9、电子标签天线的特性，受所标识物体的形状和电参数影响。例如，金属对电磁波有衰减作用，金属表面对电磁波有反射作用，弹性衬底会造成天线变形等，这些影响在天线设计与应用中必须加以解决。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.3.2 RFID天线的设计现状1.RFID电子标签天线的设计小尺寸要求，低成本要求，所标识物体的形状及物理特性要求，电子标签到贴标签物体的距离要求，金属表面的反射要求等。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2.RFID读写器天线的设计要求低剖面、小型化以及多频段覆盖。还将涉及到天线阵的设计问题，小型化带来的低效率、低增益问题等。,点击此处

10、结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.RFID天线的设计步骤,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.3.3 低频和高频RFID天线技术 在低频和高频频段，读写器与电子标签基本都采用线圈天线。线圈之间存在互感，使一个线圈的能量可以耦合到另一个线圈，因此读写器天线与电子标签天线之间是采用电感耦合的方式工作。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.低频和高频RFID天线的结构和图片,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,低频和高频RFID天线有如下特点。天线都采用线圈的形式；线圈可以是圆形环，也可以是矩形环；天线的尺寸比芯片

11、的尺寸大很多，电子标签的尺寸主要是由天线决定的。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2.低频和高频RFID天线的磁场“短圆柱形线圈”在周围产生的磁场为(3.11),点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.低频和高频RFID天线的最佳尺寸线圈天线的最佳尺寸，是指线圈上的电流为常数，且与天线的距离为常数时，线圈的尺寸与产生磁场的关系。(3.15),点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.3.4 微波RFID天线技术1.微波RFID天线的结构和图片,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,微波RFID天线有如下特点。微波R

12、FID天线的结构多样；适合粘帖在各种物体的表面；很多是在条带上批量生产；电子标签的尺寸主要是由天线决定的。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2.微波RFID天线的应用方式,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.RFID天线的设计（1）弯曲偶极子天线（2）微带天线,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,RFID天线制作工艺主要有线圈绕制法、蚀刻法和印刷法。低频RFID电子标签天线基本是采用绕线方式制作而成；高频RFID电子标签天线利用以上三种方式均可实现，但以蚀刻天线为主，其材

13、料一般为铝或铜；UHF RFID电子标签天线则以印刷天线为主。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.4.1 线圈绕制法,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,线圈绕制法的特点如下。频率范围在125-134 KHz 的电子标签只能采用这种工艺；成本高，生产速度慢；UHF天线很少采用这种工艺。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.4.2 蚀刻法,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,蚀刻法的特点如下。蚀刻天线精度高，天线性能优异且稳定；缺点就是成本太高；高频电子标签常采用这种工艺。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,3.4.3 印刷法,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,1.印刷天线的特点可更加精确地调整电性能参数；可满足各种个性化要求；可使用各种不同基体材料；可使用各种不同厂家提供的晶片模块。,点击此处结束放映,物联网射频识别（RFID）技术与应用,2.RFID印刷天线应用价值（1）促进各行业RFID应用。（2）促进印刷产业发展。,点击此处结束放映,