RFID技术原理及其射频天线设计.
rfid技术的工作原理
rfid技术的工作原理
RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）是一种无线通信技术，其工作原理如下：
1. RFID系统由两部分组成：RFID读取器（也称为读写器）和RFID标签（也称为标签或标签），它们之间通过无线电信号进行通信。
2. RFID标签包含一个芯片和一个天线。
芯片存储了一些唯一的识别码和其他数据，可以根据应用需求编程。
天线用于接收和发送无线电信号。
3. RFID读取器发射无线电信号，并在其工作范围内与附近的RFID标签进行通信。
4. 当一个RFID标签进入RFID读取器的工作范围内，它接收到读取器发出的无线电信号。
5. RFID标签接收到信号后，使用自己的天线将其能量转换为电能，并用电能来激活芯片。
6. 芯片接收到能量后，可以向读取器回复包含识别码和其他数据的无线电信号。
7. 读取器接收到标签发送的信号，并解码标签提供的数据。
8. 读取器可以将这些数据传输到计算机或其他系统进行处理，
也可以根据应用需求对标签进行写入操作。
9. 整个过程是无线的，因此RFID标签不需要与读取器直接接触。
总的来说，RFID技术通过无线通信在读取器和标签之间传输数据，实现物体的自动识别和跟踪。
rfid天线设计原理
rfid天线设计原理
RFID（射频识别）天线设计的主要原理涉及射频工程和天线理论。
以下是一些基本原理：
* 共振频率：RFID系统中的天线应该共振于RFID标签工作的频率。
这通常是通过天线的物理尺寸和形状来实现的。
* 天线类型：天线类型包括标签天线和阅读器天线。
常见的天线类型包括螺旋天线、贴片天线、和线圈天线。
选择合适的天线类型取决于应用需求和使用环境。
* 阻抗匹配：天线的阻抗应该与RFID读写器的输出阻抗匹配，以确保最大功率传输。
通常，天线设计需要调整天线的电感和电容来实现阻抗匹配。
* 方向性：天线的方向性也是一个重要考虑因素。
有些应用需要全向性天线，而其他应用可能需要更为定向的天线。
* 极化：天线的极化应该与RFID标签的极化方向匹配。
通常，线性极化较为常见，但在某些应用中，如在金属表面上使用时，可能需要圆极化天线。
* 损耗：天线的损耗对系统性能有影响。
天线设计应该尽量降低损耗，以提高效率。
* 射频功率：天线设计需要考虑RFID系统的射频功率要求，以确保足够的信号强度用于标签的激活和通信。
天线设计是一个复杂的工程领域，需要深入理解射频工程和电磁场理论。
在设计过程中，通常需要使用模拟工具和测量设备，以优化天线的性能。
1。
RFID基本原理和卡片天线设计
华虹设计
RFID系统模型 系统模型
HHIC Design
Confidential and Proprietary
华虹设计
RFID芯片架构 芯片架构
HHIC Design
Confidential and Proprietary
华虹设计
卡片等效模型 卡片等效模型
HHIC Design
Confidential and Proprietary
工作频率134.2KHz的波长大约为2400m，典型工作50~100cm； 工作频率13.56MHz的波长大约为22m，典型工作10~100cm ； 工作频率900MHz的波长大约为0.30m，典型工作1~10m 。
从它们典型工作距离可以看出，低高频RFID系统是利用感应场实现 的，而超高频RFID典型工作在辐射场。
5
Im（ Ω ）
4
3
2
1
0
-1 0
1
-2
-3
-4
-5 图4
ftag=13.56MHz ftag=13.56MHz+5% ftag=13.56MHz-5%
Re（ Ω ）
2
3
4
5
Ltx=0.5 uH Ltag=5 uH RLtag=8.5Ω K ( d )= 0 . 1
Zref(Rtag=0.4-6kΩ )的幅相图
场强与距离的关系。以d表示测量点到辐射源的距离，则在该点的感 应场强度与d3成反比，即以1000倍/每10倍距离衰减。辐射场强度是 与r成反比，是以10倍/每10倍距离衰减。因此辐射场与感应场有明显 区别，近区场的电磁场强度比远区场大得多。
EN300330标准（9kHz~25MHz）规定了第一类读卡器(指具有电感回 路天线的读卡器，天线由具有一个或几个线圈的绕组构成)的载波功 率极限值。测量在H场具有最大值的方向和在自由空间进行。 EN300330规定的极限值是42dBμA/m@10m
rfid天线的原理和应用
RFID天线的原理和应用1. RFID技术简介RFID（Radio Frequency Identification）即无线射频识别技术，是利用无线电频率进行数据传输和识别的一种自动识别技术。
它通过将一个RFID标签或智能卡片与一个RFID读写器进行无线通信，实现物体的追踪、检测和管理。
RFID技术得到了广泛应用，其中RFID天线作为RFID系统的重要组成部分，在RFID技术的应用中起着关键作用。
2. RFID天线的工作原理RFID系统主要由RFID标签、RFID读写器和RFID天线组成。
RFID天线作为一个发射和接收的信号设备，承担着将读写器与标签之间的数据进行无线传输和通信的重要任务。
RFID天线的工作原理如下：2.1 发射原理RFID天线将读写器发出的高频信号输入并进行处理，然后将处理后的信号通过天线的辐射部分以电磁波形式发送出去。
RFID天线一般使用线圈或天线阵列来实现。
2.2 接收原理当RFID标签进入RFID天线的工作范围内，天线会接收到标签发射出的信号。
RFID天线将接收到的信号放大并进行处理，然后通过RFID读写器进行后续的数据处理和分析。
3. RFID天线的应用领域RFID天线作为RFID系统的关键组成部分，广泛应用于以下领域：3.1 物流与仓储管理通过在物品上植入RFID标签，并将RFID天线安装在仓库的门口或货架上，可以实现对货物的实时追踪和管理。
这样可以提高物流运作的效率以及减少人力成本。
3.2 交通与车辆管理将RFID天线安装在交通要道上或车辆通行点处，可以实现对车辆的自动识别和监控。
这样可以提高交通管理的精度，并提升交通效率和安全性。
3.3 资产管理通过在资产上贴附RFID标签，并将RFID天线安装在关键位置上，可以实现对资产的实时监控和管理。
这样可以减少资产盗窃和丢失的风险，提高资产管理的效率。
3.4 零售业将RFID天线安装在商场或超市的出入口处，可以对商品进行实时监控和管理。
rfid标签天线
rfid标签天线RFID标签天线是无线射频识别（RFID）技术中的重要组成部分。
它通过与RFID标签进行通信，实现对标签所附加的物体进行识别、跟踪和管理。
本文将详细介绍RFID标签天线的工作原理、类型和在不同应用领域中的应用。
一、工作原理RFID标签天线通过接收和发射无线射频信号与标签进行通信。
它的主要功能是接收来自RFID读写器的信号，并将信号传递给标签。
当标签接收到信号后，它会将存储在芯片中的数据返回给天线，然后通过天线传输给读写器，完成数据的传输。
RFID标签天线的工作原理可以分为两种类型：容载型和电感型。
容载型天线是使用电容器和感应线圈组成的，其大小和形状可以根据应用场景的需要进行设计。
电感型天线是使用线圈的自感性质来实现通信，它通常是以线圈的形式制作。
这两种类型的天线都可以实现对标签的通信，但在具体应用中，需要根据实际情况选择合适的天线类型。
二、类型根据RFID标签天线的工作频率，可以将其分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和超高频（SHF）天线。
1. 低频（LF）天线：低频天线的工作频率一般在125kHz到134kHz之间。
它的通信距离较短，一般在几厘米到几十厘米之间。
低频天线通常用于对近距离物体的跟踪和识别，例如动物标识和车辆识别等应用。
2. 高频（HF）天线：高频天线的工作频率一般在13.56MHz左右。
它的通信距离相对较远，一般在几厘米到几十厘米之间。
高频天线广泛应用于智能卡、门禁系统和电子票务等场景。
3. 超高频（UHF）天线：超高频天线的工作频率一般在860MHz到960MHz之间。
它的通信距离较远，一般在几米到数十米之间。
超高频天线被广泛应用于物流、库存管理和供应链追踪等领域。
4. 超高频（SHF）天线：超高频天线的工作频率一般在2.4GHz到5.8GHz之间。
它的通信距离较短，一般在几米到几十米之间。
超高频天线主要用于近距离物体的识别和跟踪，例如无线支付、智能家居和智能手环等应用。
物联网：射频识别(RFID)原理及应用 第4章 RFID标签技术
RFID系统中的偶极子天线常采用印刷在电路板或者其他媒介 上的带状偶极子，可以称之为印刷偶极子。二者虽然形状不同， 但是在基本的辐射性质上是一样的。本节将首先分析理想偶极子 的特点，随后介绍RFID系统中的偶极子天线的特征，包括折叠偶 极子和其他处理方式之后的偶极子天线。
4.2.1 RFID天线的基本要求与指标
4.1.1 天线的方向图
天线方向图是指天线辐射特性与空间坐标之间的函数图形， 因此，分析天线的方向图就可分析天线的辐射特性。在大多数情 况下，天线方向图是在远场区确定的，因此又叫作远场方向图。 而辐射特性包括辐射场强、辐射功率、相位和极化。因此，天线 方向图又分为场强方向图、功率方向图、相位方向图和极化方向 图。这里主要涉及场强和功率方向图，相位方向图和极化方向图 在特殊应用中采用。
际上，对于全长为2l，电流为正弦分布的对称振子 Rin Rr sin 2(l)，其输 入电阻为。当 2l 2 时， l π 2 。因此，只有半波振子的输入电阻才
等于其辐射电阻。实际应用中的对称振子一般都是半波振子，因此在下面
的等效电路中仍采用 Rin Rr R1 表示的输入电阻。
图4-7 偶极子天线附近的电磁场示意图
图4-8 半波偶极子三维辐射图
偶极子天线的三维和二维辐射图如图4-9所示。
图4-9 偶极子天线辐射图
4.2.3 折叠偶极子
结构简单的半波偶极子能较好地在实现谐振频率的基础上，
实 现 全 向 辐 射 特 性 和 固 定 的 （ 7 3 + j 4 2 . 5 ）的 输 入 阻 抗 。 但 是 半
射频识别(RFID)原理-阅读器天线电路
（2）谐振时，回路电流最 Vs 大，即，且与同相
（3）电感与电容两端电压 的模值相等，且等于外加 电压的Q倍
L
R1
C
I
RL
6
第2章 电感耦合方式的射频前端
• 串联谐振回路
回路的品质因数
RS
Q 0L 1 1 L 1
R 0CR R C R
阻抗
Z
R2 X 2
R2
L
1
C
2
L
R1
C
I
RL
相角
arctan X
L 1
arctan
C
R
R
4
第2章 电感耦合方式的射频前端
• 串联谐振回路
串联回路的谐振条件
RS
X L 1 0
C
Vs
L
R1
C
I
RL
0
1 LC
f0
2π
1 LC
0L
1
0C
L
C
5
第2章 电感耦合方式的射频前端
• 串联谐振回路具有如下特 性：
0
通频带
ω
ω1 ω0 ω2
BW 2 1 2 2 0 20.7 0 f0
2π
2π
2π 2πQ Q
10
第2章 电感耦合方式的射频前端
• 电感线圈的交变磁场
– 安培定理指出，电流流过一个导体时，在此导 体的周围会产生一个磁场 。
a
H i
H i 2πa
11
第2章 电感耦合方式的射频前端
• 电感线圈的交变磁场
– 频率小于135 kHz和为13.56 MHz
rfid天线的工作原理
rfid天线的工作原理RFID（RadioFrequencyIdentification），即无线射频识别技术，是一种可以使物体获得识别和追踪的技术。
它可以使物体与其相关的信息绑定在一起，以实现物联网的功能。
RFID天线是实现RFID技术的关键元件，因此，它的工作原理非常重要。
RFID天线的工作原理简单来说就是通过射频电磁波在无线射频识别器和RFID标签之间传输信号：RFID标签中包含信息，通过无线射频识别器识别出这些信息，从而实现RFID技术的功能。
首先，RFID天线接收无线射频识别器发射出的高频信号，该信号会在空气中传播，在接近天线的RFID标签上受到激发并反射回来，然后被RFID天线接收并放大，并传输给无线射频识别器，进而完成RFID技术的目的。
其次，RFID天线负责发射信号：如果需要向某一RFID标签发出信号，无线射频识别器会发射一个高频信号到RFID天线，来激发RFID 标签，然后在信号接收器和RFID标签之间传输数据，从而实现控制、识别等功能。
此外，在RFID天线的设计过程中，采用不同的电路元件，以及满足各种环境需求的各种不同的天线形状，来调节收发信号的质量，以保证RFID系统的效率。
最后，RFID天线的功率需求也很高，常用的RFID天线的功率为单位面积1W。
同时，还需要优化RFID天线的结构形状，以提高射频传输效率，并减少射频信号受到的干扰。
总之，RFID天线是RFID技术的关键元件，可以实现RFID技术的功能，RFID天线的工作原理包括接收信号、发射信号和电源等，且需要调节收发信号的质量，以达到最佳的性能。
此外，RFID天线也需要足够的功率，以提高射频信号传输的效率，并减少射频信号受到的干扰。
随着RFID技术的发展，RFID天线将会得到更广泛的应用，未来还会有更多的RFID天线出现，它们将会更好地满足不同应用场景的需求。
rfid射频识别技术基本工作原理
rfid射频识别技术基本工作原理RFID（Radio-Frequency Identification）技术是一种无线射频识别技术，广泛应用于物联网、供应链管理、物流跟踪、智能交通等领域。
其基本工作原理是利用射频信号进行物品识别和数据传输。
本文将对RFID技术的基本工作原理、应用领域以及发展趋势进行介绍。
一、RFID技术的基本工作原理RFID技术的基本工作原理是由读写器（Reader）和标签（Tag）组成的系统。
读写器通过天线发射射频信号，当该信号接收到标签天线上时激活标签。
标签接收到射频信号后，利用这个能量驱动自身的芯片，将存储在芯片内的信息回传给读写器，完成数据的读取和写入。
整个过程无需接触，可实现远程自动识别。
RFID系统包括以下几个主要组成部分：1.标签天线：用于接收来自读写器的射频信号，并传递给标签芯片。
2.标签芯片：内嵌有芯片和天线的标签，用于存储物品信息并与读写器进行通信。
3.读写器天线：用于发射射频信号，并接收标签回传的射频信号。
4.读写器模块：负责发射射频信号、接收标签回传信号、数据处理和通信。
5.控制系统：管理整个RFID系统的数据读写、信息处理和设备控制。
二、RFID技术的应用领域1.物流管理：在物流管理领域，RFID技术可以实现对货物的追踪和管理。
标签可以贴附在货物上，通过RFID读写器对货物进行自动识别和记录，提高了物流管理的效率和精度。
2.供应链管理：RFID技术可以帮助企业对供应链进行实时监控和管理，提高生产和物流的效率，降低库存成本，改善供应链整体运作效果，实现供需匹配。
3.零售业：在零售业中，RFID技术可以用于商品的防盗和库存管理。
通过RFID标签的贴附，能够实现对商品的追踪和定位，提高了商品管理的便捷性和精准性。
4.医疗保健：在医疗保健领域，RFID技术可以用于病人身份识别、药品管理、设备追踪等方面，提高了医疗保健服务的精准性和效率。
5.智能交通：RFID技术可以应用于智能交通领域，如收费系统、车辆管理、车辆定位等方面，提高了智能交通系统的管理和服务水平。
RFID技术原理及其射频天线设计
RFID技术原理及其射频天线设计
陈华君;林凡;郭东辉;吴孙桃
【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(044)0z1
【摘要】首先简要介绍RFID技术的基本工作原理,说明射频天线是RFID系统设计的技术关键,然后介绍了几种基本的RFID射频天线及其工作原理,并针对普遍使用的偶极子天线在RFID系统中方向性上的不足提出改进,最后,给出一个具有全向收发功能的RFID天线设计.通过设计仿真工具模拟仿真,并进行实际样品测试,获得较满意的设计结果.
【总页数】4页(P312-315)
【作者】陈华君;林凡;郭东辉;吴孙桃
【作者单位】厦门大学物理学系;厦门大学MEMS中心;厦门大学物理学系;厦门大学MEMS中心;厦门大学电子工程系,福建,厦门,361005;厦门大学MEMS中心【正文语种】中文
【中图分类】TN820.12;TN821.4
【相关文献】
1.一种井下仪器用RFID射频天线设计 [J], 王恒;张达;黄建平;陈洲洋;罗翔
2.基于高频基于高频RFIDRFID射频技术在智能书架中的应用射频技术在智能书架中的应用 [J], 张盛楠;
3.RFID射频天线设计及铁氧体材料的应用 [J], 陈昱;余忠;谢兵;李乐中
4.RFID技术原理及其射频天线设计 [J], 陈华君;林凡;郭东辉;吴孙桃
5.突破RFID关键技术推动物联网产业发展——射频识别(RFID)技术产学研创新联盟 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
RFID电子标签天线设计指南之详细讲解
RFID电子标签天线设计指南之详细讲解1引言射频识别是一种使用射频技术的非接触自动识别技术，具有传输速率快、防冲撞、大批量读取、运动过程读取等优势，因此，RFID技术在物流与供应链管理、生产管理与控制、防伪与安全控制、交通管理与控制等各领域具有重大的应用潜力。
目前，射频识别技术的工作频段包括低频、高频、超高频及微波段，其中以高频和超高频的应用最为广泛。
2RFID技术原理RFID系统主要由读写器（target）、应答器（RFID标签）和后台计算机组成，其中，读写器实现对标签的数据读写和存储，由控制单元、高频通信模块和天线组成，标签主要由一块集成电路芯片及外接天线组成，其中电路芯片通常包含射频前端、逻辑控制、存储器等电路。
标签按照供电原理可分为有源（acTIve）标签、半有源（semiacTIve）标签和无源（passive）标签，无源标签因为成本低、体积小而备受青睐。
RFID系统的基本工作原理是：标签进入读写器发射射频场后，将天线获得的感应电流经升压电路后作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路变为数字信号送入逻辑控制电路进行处理，需要回复的信息则从标签存储器发出，经逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回读写器。
3RFID系统中的天线从RFID技术原理上看，RFID标签性能的关键在于RFID标签天线的特点和性能。
在标签与读写器数据通信过程中起关键作用是天线，一方面，标签的芯片启动电路开始工作，需要通过天线在读写器产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了标签与读写器之间的通信信道和通信方式。
因此，天线尤其是标签内部天线的研究就成为了重点。
3.1 RFID系统天线的类别按RFID标签芯片的供电方式来分，RFID标签天线可以分为有源天线和无源天线两类。
有源天线的性能要求较无源天线要低一些，但是其性能受电池寿命的影响很大：无源天线能够克服有源天线受电池限制的不足，但是对天线的性能要求很高。
RFID技术及RFID天线分析
1 前言无线射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是从二十世纪九十年代兴起的一项利用射频信号进行非接触式双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息数据的无线通信技术。
目前常用的自动识别技术中，条码和磁卡的成本较低，但是都容易磨损，且数据量很小不能改写；接触式IC卡的价格稍高，数据存储量较大，安全性相对较好，但是也容易磨损，寿命短；而RFID技术具有精度高、适应环境能力强、读取距离远、抗干扰强、应用便利等许多优点，实现了免接触操作，无机械磨损，寿命长，无需可见光源，穿透性好，抗污染能力和耐久性强，而且，可以在恶劣环境下工作，支持写入数据，可重复使用，并且使用了防冲撞技术，能够同时识别多个高速运动物体。
随着科学技术的进步， RFID已涉及到人们日常生活的各个方面，被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，例如火车的交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自动化、门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盗等. RFID技术将成为未来信息社会建设的一项基础技术。
2 RFID原理介绍RFID系统基本上都由电子标签（Tag）、读写器（Reader& Writer）和数据交换与管理系统（Center Processor）三大部分组成。
电子标签由片上天线及集成芯片组成,通过电磁波与读写器进行数据交换，具有智能读写和加密通信功能。
读写器主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。
数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对电子标签进行读写控制等。
RFID系统的基本原理框图如图1所示。
RFID系统的工作原理其实也很简单：读写器将要发送的信息，经编码后加载到高频载波信号上再经天线向外发送。
进入读写器工作区域的电子标签接收此信号，卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。
RFID技术原理及其射频天线设计
RFID技术原理及其射频天线设计近年来人们开始开发应用非接触式IC 卡来逐步替代接触式IC 卡,其中射频识别( RFID, radio frequency identification) 卡就是一种典型的非接触式IC卡，然而,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通讯技术来实现数据交换的.自1970 年第一张IC 卡问世起, IC 卡成为当时微电子技术市场增长最快的产品之一,到1996 年全世界发售IC 卡就有7 亿多张 . 但是,这种以接触式使用的IC 卡有其自身不可避免的缺点,即接触点对腐蚀和污染缺乏抵抗能力,大大降低了IC 卡的使用寿命和使用范围. 近年来人们开始开发应用非接触式IC 卡来逐步替代接触式IC 卡,其中射频识别(RFID , radio frequency identification) 卡就是一种典型的非接触式IC卡,它是利用无线通信技术来实现系统与IC 卡之间数据交换的,显示出比一般接触式IC 卡使用更便利的优点,已被广泛应用于制作电子标签或身份识别卡. 然而,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通讯技术来实现数据交换的. 这里我们将首先通过介绍RFID 应用系个人收集整理勿做商业用途统的基本工作原理来具体说明射频天线的设计是RFID 不同应用系统的关键,然后分别介绍几种典型的RFID 天线及其设计原理,最后介绍利用Ansoft HFSS 工具来设计了一种全向的RFID 天线.个人收集整理勿做商业用途1 RFID 技术原理通常情况下, RFID 的应用系统主要由读写器和RFID 卡两部分组成的,如图1 所示. 其中,读写器一般作为计算机终端,用来实现对RFID 卡的数据读写和存储,它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成.而RFID 卡则是一种无源的应答器,主要是由一块集成电路( IC) 芯片及其外接天线组成,其中RFID 芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路 ,有的甚至将天线一起集成在同一芯片上 .个人收集整理勿做商业用途图1 射频识别系统原理图RFID 应用系统的基本工作原理是RFID 卡进入读写器的射频场后,由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源,同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理;所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路,最后通过天线发回给读写器. 可见,RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线. 一方面,无源的RFID 卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量;另一方面,天线决定了RFID 卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式.个人收集整理勿做商业用途目前RFID 已经得到了广泛应用,且有国际标准:ISO10536 ,ISO14443 , ISO15693 , ISO18000 等几种. 这些标准除规定了通讯数据帧协议外,还着重对工作距离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格进行了规范. RFID 应用系统的标准制定决定了RFID 天线的选择,下面将分别介绍已广泛应用的各种类型的RFID 天线及其性能.个人收集整理勿做商业用途2 RFID 天线类型RFID 主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3 种基本形式的天线. 其中,小于1 m 的近距离应用系统的RFID 天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线,它们主要工作在中低频段. 而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RFID 天线,它们工作在高频及微波频段. 这几种类型天线的工作原理是不相同的.个人收集整理勿做商业用途2.1 线圈天线当RFID 的线圈天线进入读写器产生的交变磁场中,RFID 天线与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器,两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈. 由RFID 的线圈天线形成的谐振回路如图2所示,它包括RFID 天线的线圈电感L 、寄生电容Cp和并联电容C2′,其谐振频率为:个人收集整理勿做商业用途, (式中C 为Cp 和C2′的并联等效电容) . RFID 应用系统就是通过这一频率载波实现双向数据通讯的。
简述射频识别系统的结构及工作原理
简述射频识别系统的结构及工作原理射频识别系统的结构及工作原理射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）系统是一种利用无线电波进行数据传输和识别的技术。
它由射频标签、读写器和中间平台组成。
下面将从结构和工作原理两个方面对射频识别系统进行简述。
1. 结构射频识别系统的结构主要包括以下几个组成部分：•射频标签：射频标签是射频识别系统中最基本的组件。
它由芯片和封装材料组成，内部存储有一定量的数据。
射频标签一般分为主动标签和被动标签两种。
主动标签内置电池，具备主动发送信号的能力；被动标签没有电池，其工作完全依靠读写器的能量供应。
•读写器：读写器是射频识别系统的核心设备之一，用于与射频标签进行通信。
读写器通过射频天线发射一定频率的电磁波信号，当射频标签进入读写器的通信范围内时，射频标签接收到读写器发射的信号并利用其中的能量激活，然后将标签信息通过射频信号传送回读写器。
•中间平台：中间平台是射频识别系统中的关键组成部分，用于接收读写器传回的射频标签信息，并对这些信息进行处理和管理。
中间平台一般由计算机系统和数据库组成，可以实现对射频标签进行数据管理、查询、分析等功能。
2. 工作原理射频识别系统的工作原理如下：1.读写器发射信号：读写器通过射频天线发射一定频率的电磁波信号，信号一般以脉冲的形式传输。
2.射频标签接收信号：当射频标签进入读写器的通信范围内，射频标签的天线接收到读写器发射的信号，并将其转化为电能。
3.射频标签信息传送：射频标签利用被激活的电能，将其内部存储的标签信息通过射频信号的形式传送回读写器。
4.读写器接收信息：读写器的天线接收到射频标签传回的信号，并将其转化为数字信号。
5.中间平台处理信息：读写器将读取到的射频标签信息传送给中间平台进行处理和管理。
中间平台通过解析射频标签的信号，获取其中的标签信息，并将其存储到数据库中。
6.数据分析与应用：中间平台可以根据需求对射频标签的数据进行分析和处理，实现对物流追踪、库存管理、资产管理等应用场景的支持。
射频识别(RFID)原理-天线技术基础
第9章 微波RFID技术
1. 基本元的辐射
• 天线可分割为无限多个基本元，元上载有交变的电 流和磁流。
• 基本元上的电（磁）流的振幅、相位和方向均假设 是相同的。
• 基本元可分为三类：电流元、磁流元和面元。 • 电流元上载有交变电流，称为电基本振子。 • 磁流元上载有交变磁流，称为磁基本振子。
第9章 微波RFID技术
1. 电基本振子
第9章 微波RFID技术
• 电基本振子的场可分三种区域
• 近区场：Kr<<1
• 远区场：Kr&g磁基本振子
第9章 微波RFID技术
9.2.2 天线的电参数
1. 发射天线的电参数
• 效率
• 输入阻抗
ZAin=RAin+jXAin
• 行业标准
• EPCglobal • UIC（Ubiquitous ID Center）
第9章 微波RFID技术
9.2 天线技术基础
• 天线的作用是将发送器送来的高频电流变换为无线 电波并传送到空间，或将空间传来的无线电波转变 为能接收的高频电流
• 是一种能量转换器件 • 一般都是可逆的，即同一副天线既可用作接收天线，
1.
对称振子天线
1. 辐射场与方向图
对称振子天线
对称振子直径2a λ时
对称振子的方向性函数
第9章 微波RFID技术
不同的对称振子天线的电长度l/λ情况下E面内的方向图
2. 天线辐射功率 3.天线的输入阻抗 4.半波对称振子的主要性能参数
第9章 微波RFID技术
9.3.2 微带天线
微带天线
第9章 微波RFID技
9.3.3 天线阵
天线阵
第9章 微波RFID技术
第二章 RFID射频原理PPT课件
1. 双极化天线
两个天线为一个整体 传输两个独立的波
V/H (垂直/水平)
倾斜 (+/- 45°)
2.极化损失
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时， 在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极 化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆 极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到 来波的一半能量；
顶视
侧视
在地平面上，为了把信号集中到所需要的地方，要 求把“面包圈” 压成扁平的
对称振子组阵能够控制辐射能构成“扁平的面包圈”
一个对称台振子
假设在接收机中有1mW功率
在阵中有4个对称振子
在接收机中就有4 mW功率
在这儿增益= 10log(4mW/1mW) = 6dBd
更加集中的信号
2.形成定向辐射的原理
在移动通信系统中是按后一种定义的，具体的说， 就是当天线的输入驻波比≤1.5时，天线的工作带宽。
半波振子上的场分布
当天线的工作波长不是最佳时天线性能要下降 在天线工作频带内,天线性能下降不多,仍然是可以接受的。
在 850MHz 1/2 波长振子 最佳
在 820 MHz
在 890 MHz
天线振子
在 820 MHz 1/2 波长 为~ 180mm, 在890 MHz 为~ 170mm 175mm对~ 850MHz 将是最佳的
近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将 两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动 势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度 L远小于波长时，导线的电流很 小，辐射很微弱.
当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就大 大增加，因而就能形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射 的直导线称为振子。
简述rfid技术的原理及应用
简述RFID技术的原理及应用1. RFID技术的原理RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别技术，是一种通过射频信号来自动识别物体的技术。
它主要由射频标签（RFID Tag），读卡器（RFID Reader）和后台管理系统组成。
RFID技术的工作原理如下： - 射频标签（RFID Tag）：射频标签内部由芯片和天线构成，芯片用于存储和处理数据，天线用于接收和发送信号。
射频标签可以被贴在物体表面、嵌入到物体内部或者作为手持设备使用。
- 读卡器（RFID Reader）：读卡器通过发射无线电信号来激活射频标签，并接收其传回的信号。
读卡器可以与电脑或网络系统连接，将读取到的射频标签信息传输给后台管理系统进行处理。
- 后台管理系统：后台管理系统用于处理和管理射频标签传输回来的数据，包括数据的存储、分析和应用。
RFID技术的工作原理可以简单描述为：读卡器发送信号激活射频标签，标签接收信号后将存储的数据传回给读卡器，读卡器将数据发送给后台管理系统进行处理。
2. RFID技术的应用RFID技术具有广泛的应用场景，如物流仓储、供应链管理、零售业、智能交通等，以下为几个常见的应用领域：2.1 物流仓储•实时物流跟踪：在物流仓储环节中，通过将射频标签贴在货物上，可以实现对货物的实时追踪和监控。
这样的应用可以提高物流效率，减少货物丢失和损坏的情况。
•库存管理：通过在仓库储存区域或货架上安装射频读取设备，可以实时监控货物的进出和库存情况，提高仓库管理的效率和准确性。
2.2 供应链管理•自动识别：通过RFID技术，可以实现对物流包装及货物的自动识别和记录。
这使得供应链管理更加高效和准确，提升了供应链的可追溯性以及供应链信息的管理。
•质量溯源：射频标签可以用于记录产品的生产信息、工艺流程等数据，从而实现对产品质量的追踪和溯源，提高产品的安全性和可靠性。
2.3 零售业•商品管理：通过在商品上添加射频标签，可以实现商品的自动识别和管理。
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第 44卷增刊厦门大学学报 (自然科学版Vol. 44 Sup.2005年 6月Journal of Xiamen University (Nat ural ScienceJ un. 2005RFID 技术原理及其射频天线设计收稿日期 :2005203210基金项目 :国家人事部留学人员创业基金 , 福建省自然科学基金计划资助项目 (A0410007作者简介 :陈华君 (1977- , 男 , 博士研究生 . 3通讯作者 :dhguo@. cn陈华君 1, 林凡 2, 郭东辉 1,2,33, 吴孙桃 2(1. 厦门大学物理学系 , 2. 厦门大学 M EMS 中心 , 3. 厦门大学电子工程系 , 福建厦门 361005摘要 :首先简要介绍 RFID 技术的基本工作原理 , 说明射频天线是 RFID 系统设计的技术关键 , 然后介绍了几种基本的RFID 射频天线及其工作原理 ,并针对普遍使用的偶极子天线在 RFID 系统中方向性上的不足提出改进 , 最后 , 给出一个具有全向收发功能的 RFID 天线设计 . 通过设计仿真工具模拟仿真 , 并进行实际样品测试 , 获得较满意的设计结果 .关键词 :RFID ; 射频天线 ; 电子标签中图分类号 :TN 820. 12; TN 821. 4文献标识码 :A 文章编号 :043820479(2005 Sup 20312204自 1970年第一张 IC 卡问世起 , IC 卡成为当时微电子技术市场增长最快的产品之一 , 到 1996年全世界发售 IC 卡就有 7亿多张 [1]. 但是 , 这种以接触式使用的 IC 卡有其自身不可避免的缺点 , 即接触点对腐蚀和污染缺乏抵抗能力 , 大大降低了 IC 卡的使用寿命和使用范围 . 近年来人们开始开发应用非接触式 IC 卡来逐步替代接触式 IC 卡 , 其中射频识别 (RFID ,radio f re 2quency identification 卡就是一种典型的非接触式 IC 卡 , IC 卡之间数据交换的 ,显示出比一般接触式 IC 卡使用更便利的优点 , 已被广泛应用于制作电子标签或身份识别卡 . 然而 ,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通讯技术来实现数据交换的 . 这里我们将首先通过介绍 RFID 应用系统的基本工作原理来具体说明射频天线的设计是 RFID 不同应用系统的关键 , 然后分别介绍几种典型的 RFID 天线及其设计原理 , 最后介绍利用 HFSS 工具来设计了一种全向的 RFID 天线 .1 RFID 技术原理通常情况下 , RFID 的应用系统主要由读写器和 RFID 卡两部分组成的 , 如图 1所示 . 其中 , 读写器一般作为计算机终端 , 用来实现对 RFID 卡的数据读写和存储 , 它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成 . 而 RFID 卡则是一种无源的应答器 , 主要是由一块集成电路 (IC 芯片及其外接天线组成 , 其中 RFID 芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路 [2], 有的甚至将天线一起集成在同一芯片上 [3].RFID 应用系统的基本工作原理是 RFID 卡进入读写器的射频场后 , 由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源 , 同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理 ; 所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路 , 最后通过天线发回给读写器 . 可见 ,RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线 . 一方面 , 中获得足够的能量 ; 另一方面 , 天线决定了卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式 .目前 RFID 已经得到了广泛应用 , 且有国际标准 :ISO10536,ISO14443,ISO15693, ISO18000等几种 . 这些标准除规定了通讯数据帧协议外 , 还着重对工作距离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格进行了规范 . RFID 应用系统的标准制定决定了RFID 天线的选择 , 下面将分别介绍已广泛应用的各种类型的 RFID 天线及其性能 .图 1射频识别系统原理图 Fig. 1 Structure of RFID system本页已使用福昕阅读器进行编辑。
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图 2应答器等效电路图Fig. 2 Equivalent circuit diagram of responder2 RFID 天线类型RFID 主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型 3种基本形式的天线 . 其中 , 小于 1m RFID 天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线 ,它们主要工作在中低频段 . 而 1m 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 RFID 天线 , . 这几种类型天线的工作原理是不相同的 .2. 1线圈天线当 RFID 的线圈天线进入读写器产生的交变磁场中 ,RFID 天线与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器 , 两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈 . 由 RFID 的线圈天线形成的谐振回路如图 2所示 , 它包括 RFID 天线的线圈电感 L 、寄生电容 C p 和并联电容C 2′ , :f =2π・ C, (式中C 为 C p 和C 2′ 的并联等效电容 . RFID 应用系统就是通过这一频率载波实现双向数据通讯的。
常用的 ID 21型非接触式 IC 卡的外观为一小型的塑料卡 (85. 72mm ×54. 03mm ×0. 76mm , 天线线圈谐振工作频率通常为 13. 56M Hz. 目前已研发出面积最小为 0. 4mm ×0. 4mm 线圈天线 [3]的短距离RFID 应用系统 .某些应用要求 RFID 天线线圈外形很小 , 且需一定的工作距离 , 如用于动物识别的 RFID. 线圈外形即面积小的话 , RFID 与读写器间的天线线圈互感量 M 就明显不能满足实际使用 . 通常在 RFID 的天线线圈内部插入具有高导磁率μ的铁氧体材料 , 以增大互感量 , 从而补偿线圈横截面减小的问题 .2. 2微带贴片天线微带贴片天线是由贴在带有金属地板的介质基片上的辐射贴片导体所构成的[4], 如图 3所示 . 根据天线辐射特性的需要 , 可以设计贴片导体为各种形状 . 通常贴片天线的辐射导体与金属地板距离为几十分之一波长 , 假设辐射电场沿导体的横向与纵向两个方向没有变化 , 仅沿约为半波长(λg/2 的导体长度方向变化 . 则微带贴片天线的辐射基本上是由贴片导体开路边沿的图 3微带天线Fig. 3 Microstrip antenna边缘场引起的 , 辐射方向基本确定 , 因此 , 一般适用于通讯方向变化不大的 RFID 应用系统中 . 为了提高天线的性能并考虑其通讯方向性问题 , 人们还提出了各种不同的微带缝隙天线 , 如文献 [5,6]设计了一种工作在 24GHz 的单缝隙天线和 5. 9GHz 的双缝隙天线 , 其辐射波为线极化波 ; [7,8]开发了一种圆极化缝隙耦合贴片天线 , 它是可以采用左旋圆极化和右旋圆‘ 1’ 和‘ 0’ 进行编码 .图 4偶极子天线(a 偶极子天线 ; (b 折合振子天线 ; (c 变形偶极子天线Fig. 4 Dipole antenna2. 3RFID 应用系统中 , 最常用的是偶极子天线 (又称对称振子天线 [9]. 偶极子天线及其演化形式如图 4所示 , 其中偶极子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 , 这种电流分布就在天线周围空间激发起电磁场 . 利用麦克斯韦方程就可以求出其辐射场方程 :E θ=∫ l -l d E θ=∫ l -lrsin θcos (αz co s θ d z 式中 I z 为沿振子臂分布的电流, α为相位常数 , r 是振子中点到观察点的距离, θ为振子轴到 r 的夹角 ,l 为单个振子臂的长度 . 同样 , 也可以得到天线的输入阻抗、输入回波损耗 S 11、阻抗带宽和天线增益等等特性参数 [9].当单个振子臂的长度l =λ/4时 (半波振子 , 输入阻抗的电抗分量为零 , 天线输入阻抗可视为一个纯电阻 . 在忽略天线粗细的横向影响下 , 简单的偶极子天线设计可以取振子的长度 l 为λ/4的整数倍 , 如工作频・313・增刊陈华君等 :RFID技术原理及其射频天线设计本页已使用福昕阅读器进行编辑。
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(a (b 图 5偶极子天线(a 回波损耗 S 11; (b 辐射方向图Fig. 5 Dipole antenna 率为 2. 45GHz 的半波偶极子天线 , 其长度约为 6cm. 当要求偶极子天线有较大的输入阻抗时 , 可采用图 42b 的折合振子 .3 RFID 射频天线的设计从 RFID 技术原理和 RFID 天线类型介绍上看 , RFID 具体应用的关键在于RFID 天线的特点和性能 .目前线圈型天线的实现技术很成熟 , 虽然都已广泛地应用在如身份识别、货物标签等 RFID 应用系统中 , 但是对于那些要求频率高、信息量大、工作距离和方向不确定的 RFID 应用场合 , 采用线圈型天线则难以设计实现相应的性能指标 .同样 , 如果采用微带贴片天线的话 , 由于实现工艺较复杂 , 成本较高 , 一时还无法被低成本的 RFID 应用系统所选择 .能力较强、制造简单和成本低等优点 , 用于全方向通讯的 RFID 应用系统 , 因此 , 下面我们来 45(国际工业医疗研究自由频段 RFID 偶极子天线 .42a 所示 . 天线采用铜材料 (电导率 :5.8e7s/m , 磁导率 :1 , 位于充满空气的立方体中心 . 在立方体外表面设定辐射吸收边界 . 输入信号由天线中心处馈入 , 也就是 RFID 芯片的所在位置 . 对于 2. 45GHz 的工作频率其半波长度约为 61mm , 设偶极子天线臂宽 w 为 1mm , 且无限薄 , 由于天线臂宽的影响 , 要求实际的半波偶极子天线长度为 57mm. 在 Ansoft HFSS 工具平台上 , 采用有限元算法 [10]对该天线进行仿真 , 获得的输入回波损耗 S 11分布图如图 52a 所示 , 辐射场 E 面 (即最大辐射方向和电场矢量所在的平面方向图如图 52b 所示 . 天线输入阻抗约为72Ω, 电压驻波比 (VSWR 小于 2. 0时的阻抗带宽为 14. 3%, 天线增益为 1.8.从图 52b 可以看到在天线轴方向上 , 天线几乎无辐射 . 如果此时读写器处于该方向上 , 应答器将不会做(a (b 图 6变形偶极子天线(a 回波损耗 S 11; (b 辐射方向图Fig. 6 Changed dipole antenna出任何反应 . 为了获得全方位辐射的天线以克服该缺点 , 可以对天线做适当的变形 , 如在将偶极子天线臂末端垂直方向上延长λ/4成图 42c 所示 . 这样天线总长度修改为 (57. 0mm +2×28. 5mm , 天线臂宽仍然为1mm. 天线臂延长λ/4后 , 整个天线谐振于 1个波长 , 而非原来的半个波长 . 这就使得天线的输入阻抗大大地增加 , 仿真计算结果约为2k Ω. 其输入回波损耗 S 11如图62a 所示 . 图 62b 为 E 面 (天线平面上的辐射场方向图 , 其中实线为仿真结果 , 黑点为实际样品测量数据 , 两者结果较为吻合说明了该设计是正确的 . 从图 62b 可以看到在原来弱辐射的方向上得到了很大的改善 , 其辐射已经近似为全方向的了 . 电压驻波比 (VSWR 小于 2. 0时的阻抗带宽为 12. 2%, 增益为 1. 4, 对于大部分 RFID 应用系统 , 该偶极子天线可以满足要求 .4结束语总之 ,RFID 的实际应用关键在于天线设计上 , 特别是对于具有非常大市场容量的商品标签来说 , 要求 RFID 能够实现全方向的无线数据通讯 , 且还要价格低廉、体积小 . 因此 , 我们所设计的上述这种全向型偶极子天线的结构简单、易于批量加工制造 , 是可以满足实际需要的 . 通过对设计出来实际样品的进行参数测试 , 测试结果与我们的设计预期结果是一致 .参考文献 :[1]苏雪莲 . IC 卡的国内外发展现状 [J].微电子技术 ,1997,(2 :1-9.[2] Friedman D , Heinrich H ,Duan D W. A low 2power CMOSintegrated circuit for field 2powered radio f requency identi 2fication tags [A ].Solid 2State Circuits Conference [C ].1997. 294-295,474.[3] Usami M. An ultra small RFID chip :u 2chip [A ].Radio・413・厦门大学学报 (自然科学版2005年本页已使用福昕阅读器进行编辑。