常见的RFID电子标签天线有哪些?
电子标签天线的主要功能是接收读写器传输过来的电磁信号或者将读写器所需要的数据传回给读写器,也就是负责接收和发射电磁波,它是电子标签与读写器之间取得联系的重要一环。天线的尺寸要比芯片大很多,封装后的电子标签尺寸可以小到2 mm,也可以像身份证那么大。
常见电子标签天线
电子标签天线主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型等几种基本形式。工作距离小于1 m的近距离应用系统的RFID电子标签天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线,它们主要工作在低频段;而工作距离在1 m以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的天线,它们工作在高频和微波频段。
(1)线圈型天线。当RFID的线圈天线进入读写器产生的交变磁场时,电子标签天线与读写器天线之间产生相互作用,类似于变压器,而两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈。
某些应用要求电子标签天线线圈的外形很小,且要求一定的工作距离,如用于动物识别的电子标签。一般的线圈如果外形面积小,电子标签与读写器间的天线线圈互感量则难以满足实际使用。通常在电子标签的天线线圈内部插入具有高磁导率的铁氧体材料,以增大互感量,从而补偿线圈横截面积减小的问题。
(2)微带贴片型天线。根据天线的辐射特性需要,贴片导体还可以设计为各种形状。
通常,微带贴片型天线的辐射导体与金属地板的距离为几十分之一信号波长,假设辐射电场沿导体的横向与纵向两个方向均没有变化,仅沿约半个波长的导体长度方向有变化,因此,微带贴片型天线非常适用于通信方向变化不大的RFID应用系统。
微带贴片型天线质量轻、体积小、剖面薄,而且馈线和匹配网络可以和天线同时制作,与通信系统的印刷电路集成在一起。贴片又可采用光刻工艺制造、成本低、易于大量生产。微带贴片型天线因为其馈电方式和极化制式的多样化,以及馈电网络、有源电路集成一体化等特点而成为印刷天线类的主角。
(3)偶极子型天线。在远距离耦合的RFID应用系统中,最常用的就是偶极子型天线(又称为对称振子天线)。偶极子型天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成,信号从中间的两个端点馈入,在偶极子的两臂上将产生一定的电流分布,这种电流分布可以在天线周围空间激发起电磁场。 根据射频识别系统工作频率的不同,电子标签的天线也有所不同。
低频电子标签的天线基本是线圈型的,线圈一般为铜线,缠绕在高磁导率的铁磁棒上,线圈的匝数越多,横截面积越大,天线的性能就越好。
高频电子标签的天线一般也是线圈型的,工作原理与低频电子标签的天线基本一样。但由于高频系统的频率比低频系统的频率高很多,一般高频系统的电子标签所需的天线圈数较少,因此高频电子标签的天线制作比低频电子标签容易,价格也低。
当工作频率增加到微波频段时,天线与标签芯片之间的阻抗匹配问题变得更具挑战性。一直以来,电子标签天线的开发是基于50 Ω或者75 Ω输入阻抗,而在微波RFID应用中,芯片的输入阻抗可能是任意值,并且很难在工作状态下准确测试,缺少准确的参数,因此天线的设计难以达到最佳。微波电子标签天线的设计通常需要通过选择不同的结构参数,以解决天线和标签阻抗匹配的问题。