1、 willtg. All rights reserved.第第2章章 RFID技術基礎技術基礎 willtg. All rights reserved.一一、案例識讀與分析案例識讀與分析二二、RFIDRFID技術之頻譜基礎知識技術之頻譜基礎知識 三三、 RFIDRFID技術基礎之天線的基本知識技術基礎之天線的基本知識主要內(nèi)容主要內(nèi)容 willtg. All rights reserved. 無形的戰(zhàn)略資源無形的戰(zhàn)略資源無線電頻譜資源的戰(zhàn)略意義無線電頻譜資源的戰(zhàn)略意義案例分析與討論：案例分析與討論：無線電頻譜資源無線電頻譜資源 （1）列舉我們?nèi)粘Ｉ钪械臒o線電主要應用？）列舉我們?nèi)粘Ｉ钪械臒o線

2、電主要應用？（2）無線電頻率作為無形的戰(zhàn)略資源，對國民經(jīng)）無線電頻率作為無形的戰(zhàn)略資源，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起到怎么的作用？濟的發(fā)展起到怎么的作用？一、案例識讀與分析 willtg. All rights reserved.1.無線電信號的特性無線電信號的特性 在高頻電路中，我們要處理的無線電信號主要有三種在高頻電路中，我們要處理的無線電信號主要有三種: :基帶（消基帶（消息）信號、高頻載波信號和已調(diào)信號。所謂基帶信號，就是沒有進行息）信號、高頻載波信號和已調(diào)信號。所謂基帶信號，就是沒有進行調(diào)制之前的原始信號，也稱調(diào)制信號。調(diào)制之前的原始信號，也稱調(diào)制信號。1）時間特性）時間特性2）頻譜特性）頻譜

3、特性 3）傳播特性）傳播特性4）調(diào)制特性）調(diào)制特性 圖圖2-3 無線電波的主要傳播方式無線電波的主要傳播方式（a）直射傳播（）直射傳播（b）地波傳播（）地波傳播（c）天波傳播（天波傳播（d）散射傳播）散射傳播二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.2.電磁波譜電磁波譜 不同波長電磁波的產(chǎn)生機理和應用領域常常有很大區(qū)別。因此人不同波長電磁波的產(chǎn)生機理和應用領域常常有很大區(qū)別。因此人們常把各類電磁波按波長大小依次排成一列們常把各類電磁波按波長大小依次排成一列, ,稱為電磁波譜。若按其稱為電磁波譜。若按其波長從小到大依次排列波長從小到大依次排列, ,

4、有有:y:y射線、射線、X X射線、紫外線、可見光射線、紫外線、可見光( (紫、能、紫、能、藍、綠、黃、橙、紅藍、綠、黃、橙、紅) )、紅外線、無線電波、紅外線、無線電波( (微波、超短波、短波、長微波、超短波、短波、長波波) )等。由于它們的性質(zhì)各不相同等。由于它們的性質(zhì)各不相同, ,因而也有許多不同的用途。因而也有許多不同的用途。 圖圖2-42-4各種通信各種通信介質(zhì)使用的電介質(zhì)使用的電磁波譜范圍磁波譜范圍二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.3.電磁波的頻譜的劃分與分配電磁波的頻譜的劃分與分配 圖圖2-52-5為為19591959年日內(nèi)

5、瓦會議制定的將世界劃分為三個頻率分區(qū)示年日內(nèi)瓦會議制定的將世界劃分為三個頻率分區(qū)示意圖。意圖。1 1區(qū)為歐洲和非洲；區(qū)為歐洲和非洲；2 2區(qū)為北美洲和南美洲；區(qū)為北美洲和南美洲；3 3區(qū)為亞洲和澳洲，區(qū)為亞洲和澳洲，國際電信聯(lián)盟的總部設在瑞士的日內(nèi)瓦。國際電信聯(lián)盟的總部設在瑞士的日內(nèi)瓦。 圖圖2-5 ITU世界世界頻率分區(qū)頻率分區(qū)二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.4. RFID工作頻率的分類工作頻率的分類 射頻標簽的工作頻率也就是射頻識別系統(tǒng)的工作頻率，射頻標簽的工作頻率也就是射頻識別系統(tǒng)的工作頻率，是其最重要的特點之一。射頻標簽的工作頻

6、率不僅是其最重要的特點之一。射頻標簽的工作頻率不僅決定著射決定著射頻識別系統(tǒng)工作原理（電感耦合還是電磁耦合）、識別距離，頻識別系統(tǒng)工作原理（電感耦合還是電磁耦合）、識別距離，還決定著射頻標簽及讀寫器實現(xiàn)的難易程度和設備的成本還決定著射頻標簽及讀寫器實現(xiàn)的難易程度和設備的成本。 1 1）低頻）低頻 (Low Frequency)(Low Frequency)使用的頻段在使用的頻段在100500KHz100500KHz之間，以之間，以125KHz125KHz、135KHz135KHz最為常見最為常見優(yōu)點：優(yōu)點：不易受干擾，當標簽靠近金屬或是液體的物品時，還能夠發(fā)射不易受干擾，當標簽靠近金屬或是液體

7、的物品時，還能夠發(fā)射有效發(fā)射訊號有效發(fā)射訊號缺點：缺點：讀取距離短、無法同時辨識多個標簽，主要用于工具識別、動讀取距離短、無法同時辨識多個標簽，主要用于工具識別、動物芯片、汽車防盜器物芯片、汽車防盜器二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.4. RFID工作頻率的分類工作頻率的分類 2 2）高頻）高頻 (High Frequency)(High Frequency)使用頻段在使用頻段在1015MHz之間，以之間，以13.56MHz最為常見最為常見優(yōu)點：優(yōu)點： 感應距離較長、讀取速度較快，而且可以同時間辨識多個標感應距離較長、讀取速度較快，而且可

8、以同時間辨識多個標簽，主要應用于門禁系統(tǒng)、圖書館管理、產(chǎn)品管理、智能卡簽，主要應用于門禁系統(tǒng)、圖書館管理、產(chǎn)品管理、智能卡等。等。缺點：缺點： 易受干擾，當標簽靠近金屬或是液體的物品時，不能夠發(fā)射易受干擾，當標簽靠近金屬或是液體的物品時，不能夠發(fā)射有效發(fā)射訊號。有效發(fā)射訊號。二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.4. RFID工作頻率的分類工作頻率的分類 3 3）超高頻）超高頻 (Ultra High Frequency)(Ultra High Frequency)使用頻段在使用頻段在433950MHz433950MHz之間，以之間，以433

9、MHz433MHz、868950MHz868950MHz最為常見最為常見優(yōu)點：優(yōu)點： 讀取距離較遠、傳輸速率較快、可同時讀取辨識大量卷標、讀取距離較遠、傳輸速率較快、可同時讀取辨識大量卷標、天線可用蝕刻或印刷方式制造。天線可用蝕刻或印刷方式制造。缺點：缺點： 在金屬和液體的物品上讀取率不佳，主要用于鐵路車廂監(jiān)在金屬和液體的物品上讀取率不佳，主要用于鐵路車廂監(jiān)控、倉存管理。控、倉存管理。二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.4. RFID工作頻率的分類工作頻率的分類 4 4）微波）微波 (Microwave)(Microwave) 使用頻段在使

10、用頻段在1GHz1GHz以上，其中以以上，其中以2.45GHz2.45GHz及及5.8GHz5.8GHz最為常見最為常見特性與超高頻類似，對于環(huán)境的敏感性較高；特性與超高頻類似，對于環(huán)境的敏感性較高；主要用于行李追蹤、物品管理、供應鏈管理等主要用于行李追蹤、物品管理、供應鏈管理等 微波射頻標簽的典型應用包括微波射頻標簽的典型應用包括：移動車輛識別、電子身份證、：移動車輛識別、電子身份證、倉儲物流應用、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等倉儲物流應用、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。相關的國際標準有：相關的國際標準有：ISO10374ISO10374，ISO18000-4ISO18000-

11、4（2.45GHz2.45GHz）、）、ISO18000-5ISO18000-5（5.8GHz5.8GHz）、）、ISO18000-6ISO18000-6（860-930MHz860-930MHz）、）、ISO18000-7ISO18000-7（433.92MHz433.92MHz），），ANSI NCITS256-1999ANSI NCITS256-1999等。等。 二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.低頻低頻(LF)高頻高頻(HF)超高頻超高頻(UHF)微波微波(Microwave)頻率頻率100500KHz1015MHz433950M

12、Hz1GHz以上以上常見頻段常見頻段125KHz135KHz13.56MHz433MHz868950MHz2.45GHz5.8GHz系統(tǒng)型態(tài)系統(tǒng)型態(tài)被動式被動式被動被動/主動式主動式被動被動/主動式主動式被動被動/主動式主動式全球接受全球接受頻率頻率是是是是部分部分部分部分通訊距離通訊距離50cm以內(nèi)以內(nèi)1.5M以內(nèi)以內(nèi)310m310m傳輸功率傳輸功率72dBA/m42dBA/m10mW4W4W成熟度成熟度成熟成熟成熟成熟新技術新技術開發(fā)中開發(fā)中讀取方式讀取方式電磁感應電磁感應電磁感應電磁感應微波共振微波共振微波共振微波共振23二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All righ

13、ts reserved.低頻低頻(LF)高頻高頻(HF)超高頻超高頻(UHF)微波微波(Microwave)價格價格低低中中高高高高環(huán)境影響環(huán)境影響X金屬金屬潮濕潮濕潮濕潮濕數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率低低高高較高較高最高最高內(nèi)存內(nèi)存(Bytes)641K256512K645121664ISO對應標對應標準準ISO18000-2Two Type被動式被動式ISO18000-3Two Mode被動式被動式ISO18000-6Two Type被動被動/半主動式半主動式ISO18000-4Two Mode被動式被動式/半主動式半主動式應用應用門禁系統(tǒng)門禁系統(tǒng)動物識別動物識別存貨控制存貨控制芯片防盜鎖芯片防盜

14、鎖智慧卡智慧卡圖書館管理圖書館管理商品管理商品管理鐵路車廂監(jiān)控鐵路車廂監(jiān)控倉存管理倉存管理道路收費系統(tǒng)道路收費系統(tǒng)24二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.射頻識別系統(tǒng)工作頻段射頻識別系統(tǒng)工作頻段 二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.射頻識別系統(tǒng)工作頻段如表射頻識別系統(tǒng)工作頻段如表2-1所示。并非表所示。并非表2-1中的所有頻率在射頻識中的所有頻率在射頻識別中都得到了廣泛應用，主要采用的別中都得到了廣泛應用，主要采用的RFID頻率為有以下四個：頻率為有以下四個：13.56007MHz，91

15、513MHz，245050MHz，580075MHz。二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.5.國際國際RFID技術特點及相關管理規(guī)則技術特點及相關管理規(guī)則 從應用的趨勢來看，現(xiàn)代物流業(yè)、商品零售業(yè)會廣泛應用從應用的趨勢來看，現(xiàn)代物流業(yè)、商品零售業(yè)會廣泛應用RFIDRFID技術，技術，為什么為什么UHFUHF頻段的頻段的RFIDRFID技術會成為全球熱點技術會成為全球熱點? ?主要有以下幾個需考慮的因主要有以下幾個需考慮的因素素( (見表見表2-22-2所示所示) )。 二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights

16、reserved.6.國際國際RFID技術特點及相關管理規(guī)則技術特點及相關管理規(guī)則 基于基于RFID的技術特點和潛在的應用空間，國際相關無線電管理機構已的技術特點和潛在的應用空間，國際相關無線電管理機構已經(jīng)開始進行頻率規(guī)劃工作，并制定了相應的管理政策，具體情況如表經(jīng)開始進行頻率規(guī)劃工作，并制定了相應的管理政策，具體情況如表2-3所示。所示。二、 RFID技術之頻譜基礎知識 willtg. All rights reserved.7.我國我國860960MHz頻段頻率規(guī)劃和指配情況頻段頻率規(guī)劃和指配情況 我國的無線電管理機構正積極開展我國的無線電管理機構正積極開展RFID的頻率規(guī)劃和指配工作，并

17、啟的頻率規(guī)劃和指配工作，并啟動了相關技術研究工作。我國所從事的頻率規(guī)劃工作的指導原則應是：動了相關技術研究工作。我國所從事的頻率規(guī)劃工作的指導原則應是：(1)必須確保現(xiàn)有業(yè)務的正常運行，必須確保現(xiàn)有業(yè)務的正常運行，在專用頻段、公眾移動通信、集群通在專用頻段、公眾移動通信、集群通信頻段不能安排此項業(yè)務；信頻段不能安排此項業(yè)務；(2) 在電磁兼容分析和實驗的基礎上制訂出在電磁兼容分析和實驗的基礎上制訂出RFID工作頻帶、發(fā)射功率、工作頻帶、發(fā)射功率、帶外發(fā)射、雜散發(fā)射等指標，必要時要制訂配套的相關臺站管理規(guī)定帶外發(fā)射、雜散發(fā)射等指標，必要時要制訂配套的相關臺站管理規(guī)定；(3)制訂設備的無線技術指標

18、時，要考慮滿足制訂設備的無線技術指標時，要考慮滿足RFID業(yè)務在中國的大規(guī)模業(yè)務在中國的大規(guī)模有效使用的頻帶、信道帶寬、帶外雜散、發(fā)射功率的相關要求。表有效使用的頻帶、信道帶寬、帶外雜散、發(fā)射功率的相關要求。表2-4是是我國在我國在860960MHz頻段的頻率規(guī)劃和指配情況。頻段的頻率規(guī)劃和指配情況。 二、 RFID技術之頻譜基礎知識CDMA下行頻段下行頻段GSM上行頻段上行頻段無中心無中心對講機對講機點對點立體聲廣點對點立體聲廣播傳輸播傳輸航空導航航空導航業(yè)務業(yè)務GSM下行頻段下行頻段870880MHz890915MHz915917MHz917925MHz925930MHz930960MHz

19、表表2-4 我國在我國在860960MHz頻段的頻率規(guī)劃和指配情況。頻段的頻率規(guī)劃和指配情況。 willtg. All rights reserved.1. RFID天線概述天線概述 電子標簽和讀寫器通過各自的電子標簽和讀寫器通過各自的天線構建起二者之間非接觸信息傳輸通道天線構建起二者之間非接觸信息傳輸通道，如，如圖圖2-72-7所示。無論是射頻標簽還是讀寫器的正常工作，都離不開天線或藕合線圈：所示。無論是射頻標簽還是讀寫器的正常工作，都離不開天線或藕合線圈：一方面，無源的射頻標簽芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的一方面，無源的射頻標簽芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)

20、生的電磁場中獲得足夠的能量；一方面，天線決定了射頻標簽與讀寫器之間的通訊信電磁場中獲得足夠的能量；一方面，天線決定了射頻標簽與讀寫器之間的通訊信道和通訊方式，道和通訊方式，天線在射頻標簽與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起到了關鍵的作用！天線在射頻標簽與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起到了關鍵的作用！圖圖2-7 RFID2-7 RFID讀寫器、標簽天線讀寫器、標簽天線三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.1. RFID1. RFID天線概述天線概述（1 1）天線的作用與地位天線的作用與地位 無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，

21、無線電發(fā)射機輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接下來。電磁波到達接收地點后，由天線接下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。可（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。可見，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設備，見，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個重要的無線電設備，沒有天線也就沒有天線也就沒有無線電通信。沒有無線電通信。 按用途分類，按用途分類，可分為通信天線、電視天線、雷達天線等；可分為通信天線、電視天線、雷達天線等；按工作頻段分類，按工作頻段分類，可

22、分為短波天線、超短波天線、微波天線等；可分為短波天線、超短波天線、微波天線等； 按方向性分類，按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；可分為全向天線、定向天線等；按外形分類，按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；可分為線狀天線、面狀天線等；按設計工藝分類，按設計工藝分類，可分為線圈型、微帶貼片型、偶極子型。可分為線圈型、微帶貼片型、偶極子型。（2 2）天線的分類天線的分類三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.線圈天線：線圈天線： 當當RFID線圈天線進入讀寫器產(chǎn)生的交變磁場中時，它與線圈天線進入讀寫器產(chǎn)生的交變磁場中時，它與讀寫器天

23、線之間的相互作用類似于變壓器初級線圈和次級讀寫器天線之間的相互作用類似于變壓器初級線圈和次級線圈之間的相互作用。線圈之間的相互作用。三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.微帶天線：微帶天線：微帶天線是在帶有導體接地板的介質(zhì)基片上貼加導體薄片而微帶天線是在帶有導體接地板的介質(zhì)基片上貼加導體薄片而形成的天線。形成的天線。貼片型貼片型陣子型陣子型線型線型三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.微帶天線有如下優(yōu)點：微帶天線有如下優(yōu)點：剖面低、體積小、重量輕剖面低、體積小、重量輕具有平面結構

24、，易與導彈、衛(wèi)星等載體表面共形具有平面結構，易與導彈、衛(wèi)星等載體表面共形適合于用印刷電路技術大批量生產(chǎn)適合于用印刷電路技術大批量生產(chǎn)能與有源器件和電路集成為單一的模塊能與有源器件和電路集成為單一的模塊便于獲得圓極化、容易實現(xiàn)雙頻段、雙極化等多功能工作便于獲得圓極化、容易實現(xiàn)雙頻段、雙極化等多功能工作三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.微帶天線缺點有：微帶天線缺點有：頻帶窄頻帶窄有導體和介質(zhì)損耗，會激勵起表面波，導致輻射效率降低有導體和介質(zhì)損耗，會激勵起表面波，導致輻射效率降低功率容量小，一般適用于中、小功率場合功率容量小，一般適用于中

25、、小功率場合性能受基片材料影響大性能受基片材料影響大 微帶天線目前已應用于微帶天線目前已應用于100MHz100GHz的寬廣頻域上的的寬廣頻域上的大量無線電設備中，特別是飛行器上和地面便攜式設備中。大量無線電設備中，特別是飛行器上和地面便攜式設備中。三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.應用領域應用領域用途用途飛機天線飛機天線高度表、通信與導航高度表、通信與導航導彈和遙測導彈和遙測引信、傳感器、毫米波雷達引信、傳感器、毫米波雷達衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信星載多波束天線、移動式地面站、直播衛(wèi)星電星載多波束天線、移動式地面站、直播衛(wèi)星電視接收機視接收

26、機移動通信移動通信隨身和手持電話、艙內(nèi)和車頂天線、基站天線隨身和手持電話、艙內(nèi)和車頂天線、基站天線雷達雷達多普勒測速雷達、防撞雷達、防盜報警器、單多普勒測速雷達、防撞雷達、防盜報警器、單脈沖雷達和相控陣雷達脈沖雷達和相控陣雷達戰(zhàn)場通信和監(jiān)視戰(zhàn)場通信和監(jiān)視車載共形天線車載共形天線電子對抗電子對抗多波束陣列、自適應系統(tǒng)多波束陣列、自適應系統(tǒng)遙感遙感綜合口徑雷達綜合口徑雷達氣象和射電天文氣象和射電天文氣象雷達、亞毫米波接收機氣象雷達、亞毫米波接收機生物醫(yī)學生物醫(yī)學微波治癌儀微波治癌儀三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.（1 1） 電磁波的輻

27、射電磁波的輻射 導線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長度和形狀有關。如導線的長度和形狀有關。如 圖圖1.1 a 1.1 a 所示，若兩導線的距離很近，電場所示，若兩導線的距離很近，電場被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；將兩導線張開，如被束縛在兩導線之間，因而輻射很微弱；將兩導線張開，如 圖圖1.1 b 1.1 b 所所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。 必須指出，當導線的長度必須指出，當導線的長度 L L 遠小于波長遠小于波長 時，輻射很微弱；導線時，輻射很

28、微弱；導線的長度的長度 L L 增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就增大到可與波長相比擬時，導線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射能形成較強的輻射。圖1.1 a圖1.1 b2. RFID2. RFID天線基礎知識天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.（2 2） 對稱振子對稱振子 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個半波對稱振子可簡單獨立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子可簡單獨立地使用或用作為拋物面

29、天線的饋源，也可采用多個半波對稱振子組成天線陣。子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, , 見圖見圖1.2 a 1.2 a 。 另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱個窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個端點相疊，這個窄長的矩形框稱為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之

30、一波長，故稱為半波折合為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合振子振子, , 見圖見圖1.2 b1.2 b。1/4波長波長對稱振子對稱振子1/4波長波長1/2波長波長圖1.2 a圖1.2 b2. RFID2. RFID天線基礎知識天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.（3 3） 天線方向性的討論天線方向性的討論 發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。去，基本功能之二是把大部

31、分能量朝所需的方向輻射。 垂直放置的垂直放置的半波對稱振子具有平放的半波對稱振子具有平放的 “面包圈面包圈” 形的立體方向圖（圖形的立體方向圖（圖1.3.1 1.3.1 a a）。）。 立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難，立體方向圖雖然立體感強，但繪制困難， 圖圖1.3.1 b 1.3.1 b 與圖與圖1.3.1 c 1.3.1 c 給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1 b 1.3.1 b 可以看出，在振子可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖

32、的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖1.3.1 c 1.3.1 c 可可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。圖圖1.3.1 c 水平面方向圖水平面方向圖圖圖1.3.1 b 垂直面方向圖垂直面方向圖圖圖1.3.1 a 立體方向圖立體方向圖2. RFID2. RFID天線基礎知識天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.天線方向性增強天線方向性增強 若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的扁平的面包圈面包圈” ，把信號進一步

33、集中到在水平面方向上。，把信號進一步集中到在水平面方向上。 下圖是下圖是4 4個半波對稱振子沿垂線上下排列成一個垂直個半波對稱振子沿垂線上下排列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。垂直面方向圖垂直面方向圖立體方向圖立體方向圖2. RFID2. RFID天線基礎知識天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.也可以利用反射板把輻射能控制到單側方向也可以利用反射板把輻射能控制到單側方向 平面反射板放在陣列的一邊構成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平平面反射板放在陣列的一邊構成扇形區(qū)覆蓋天線。下面

34、的水平面方向圖說明了反射面的作用面方向圖說明了反射面的作用-反射面把功率反射到單側方向反射面把功率反射到單側方向，提高了增益。，提高了增益。 全向陣全向陣 （垂直陣列（垂直陣列 不帶平面反射板）不帶平面反射板） 扇形區(qū)覆蓋扇形區(qū)覆蓋 （垂直陣列（垂直陣列 帶平面反射板）帶平面反射板）平面反平面反射板射板三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved. 拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學中的探照燈那拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學中的探照燈那樣，把能量集中到一個小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而樣，把能量集中到一個小立體角內(nèi)，

35、從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構成包括兩個基本要素：拋物反射面喻，拋物面天線的構成包括兩個基本要素：拋物反射面 和和 放置在放置在拋物面焦點上的輻射源。拋物面焦點上的輻射源。 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.（4） 增益增益 增益是指：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元增益是指：在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。可以這樣來理解增益的物理含義把輸

36、入功率集中輻射的程度。可以這樣來理解增益的物理含義-為在為在一定的距離上的某點處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點一定的距離上的某點處產(chǎn)生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點源作為發(fā)射天線，需要源作為發(fā)射天線，需要100W的輸入功率，而用增益為的輸入功率，而用增益為 G = 13 dB = 20 的的某定向天線作為發(fā)射天線時，輸入功率只需某定向天線作為發(fā)射天線時，輸入功率只需 100 / 20 = 5W . 換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來說，與無方向性的理想點源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。無方向性的理想點

37、源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。 2. RFID2. RFID天線基礎知識天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.dBm dBm是一個表征功率絕對值的量，計算公式為：是一個表征功率絕對值的量，計算公式為：10lgP（功率值（功率值/1mw）。 例例 如果發(fā)射功率如果發(fā)射功率P為為1mw，折算為，折算為dBm后為后為0dBm。dBi和和dBddBi和和dBd是表征增益的量（功率增益），兩者都是一個相對值，是表征增益的量（功率增益），兩者都是一個相對值，但參但參考基準不一樣。考基準不一樣。dBi的參考基準為全方向性天線，的參考基準

38、為全方向性天線，dBd的參考基準為偶極子，所以兩者略的參考基準為偶極子，所以兩者略有不同。有不同。一般認為，表示同一個增益，用一般認為，表示同一個增益，用dBi表示出來比用表示出來比用dBd表示出來要大表示出來要大2.15。dBdB是一個表征相對值的量，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個是一個表征相對值的量，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：時，按下面計算公式：10lg（甲功率（甲功率/乙功率）乙功率）三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.垂直極化垂直極化（5 5） 天線的極化天線的極化 天線向周圍空間輻

39、射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構成。人們規(guī)定：規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化-是最常用的；是最常用的；水平極化水平極化-也是要被用到的。也是要被用到的。水平極化水平極化EE2. RFID2. RFID天線基礎知識天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.垂直極化垂直極化雙極化天線雙極化天線 下圖示出了另兩種單極化

40、的情況：下圖示出了另兩種單極化的情況：+45+45 極化極化 與與 -45-45 極化，它們極化，它們僅僅在特殊場合下使用。僅僅在特殊場合下使用。 這樣，共有四種單極化了，見下圖。這樣，共有四種單極化了，見下圖。 把垂直極化和水平極化兩種極化的把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起，或者，天線組合在一起，或者， 把把 +45+45 極化和極化和 -45-45 極化兩種極化的天線組合在一起，就構成了一極化兩種極化的天線組合在一起，就構成了一種新的天線種新的天線-雙極化天線。雙極化天線。水平極化水平極化+45 極化極化-45 極化極化EEEE2. RFID2. RFID天線基礎知識天線基礎知

41、識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved. 下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，下圖示出了兩個單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天線有兩個接頭。注意，雙極化天線有兩個接頭。 雙極化天線輻射（或接收）兩個雙極化天線輻射（或接收）兩個極化在空間相互正交（垂直）極化在空間相互正交（垂直）的的波。波。V/H（垂直（垂直/水平）型水平）型 雙雙 極極 化化+ 45 / -45 型型 雙雙 極極 化化三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.極化損失極化損失

42、垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有化波要用具有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極右旋圓極化特性的天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。化特性的天線來接收。 當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收當來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，接收到的信號都會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當用到的信號都會變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當用+ 45+ 45 極化

43、天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直極化天線極化天線接收垂直極化或水平極化波時，或者，當用垂直極化天線接收接收 +45+45 極化或極化或 -45-45極化波時，等等情況下，都要產(chǎn)生極化極化波時，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收損失。用圓極化天線接收任一線極化波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極化損失-只能接收只能接收到來波的一半能量。到來波的一半能量。 當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例當接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時，例如用水平極

44、化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的如用水平極化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能接收天線接收左旋圓極化的來波時，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下量，這種情況下極化損失為最大，稱極化完全隔離。極化損失為最大，稱極化完全隔離。2. RFID2. RFID天線基礎知識天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.（6 6） 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）天線的工作頻率范圍（頻帶寬度） 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍無論是發(fā)射

45、天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍（頻帶寬度）（頻帶寬度）內(nèi)工作的，天線的內(nèi)工作的，天線的頻帶寬度頻帶寬度有兩種不同的定義有兩種不同的定義- 一種是指：在駐波比一種是指：在駐波比SWR 1.5 SWR 1.5 條件下，天線的工作頻帶條件下，天線的工作頻帶寬度；寬度； 一種是指：天線增益下降一種是指：天線增益下降 3 3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。 在移動通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線在移動通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線的的頻帶寬度頻帶寬度就是天線的駐波比就是天線的駐波比SWR SWR 不超過不超過 1.5 1.5 時，天線的工作頻時

46、，天線的工作頻率范圍。率范圍。 一般說來，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個頻率點上一般說來，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個頻率點上, , 天線性能是有天線性能是有差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。2. RFID2. RFID天線基礎知識天線基礎知識 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.板狀天線（用于板狀天線（用于基站天線基站天線） 前面已指出，四個半波振子排成一個前面已指出，四個半波振子排成一個垂直放置的直線陣的增益約為垂直放置的直線陣的增益約為 8 dB；一；一側加有一個反射板的四元式直線陣，

47、即常側加有一個反射板的四元式直線陣，即常規(guī)板狀天線，其增益約為規(guī)板狀天線，其增益約為 14 17 dB 。 一側加有一個反射板的八元式直線陣一側加有一個反射板的八元式直線陣，即加長型板狀天線，其增益約為，即加長型板狀天線，其增益約為 16 19 dB . 不言而喻，加長型板狀天線的長不言而喻，加長型板狀天線的長度，為常規(guī)板狀天線的一倍，達度，為常規(guī)板狀天線的一倍，達 2.4 m 左左右。右。3. RFID3. RFID天線分類天線分類 三、 RFID技術基礎之天線的基本知識 willtg. All rights reserved.高增益柵狀拋物面天線高增益柵狀拋物面天線 從性能價格比出發(fā)，人們

48、常常選用從性能價格比出發(fā)，人們常常選用柵狀柵狀拋物面天線拋物面天線作為作為直放站主天線。由于直放站主天線。由于拋物面拋物面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集射能力強，能力強，直徑為直徑為 1.5 m 的的柵狀拋物面天線，柵狀拋物面天線，在在900兆頻段，兆頻段，其增益即可達其增益即可達 G = 20 dB . 它它特別適用于點對點的通信，例如它常常被選特別適用于點對點的通信，例如它常常被選用為直放站的主天線。用為直放站的主天線。 拋物面采用柵狀結構，一是為了減輕天拋物面采用柵狀結構，一是為了減輕天線的重量，二是為了減少風的阻力。線的重量，二是為了減少風的阻力。 拋物面天線一般都能給出拋物面天線一般都能給出 不低于不低于 30 dB 的前后比的前后比 ，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而對接收天線所