鑫创天源物联科技 - 鑫创天源物联科技

介绍

简而言之， RFID 天线从 RFID 阅读器获取能量，并以射频波的形式将其传输到附近的 RFID 标签。如果 RFID 阅读器是 RFID 系统的“大脑”，那么 RFID 天线就是手臂，因为它们实际上将射频波传输到标签。除了发射之外，天线还接收标签发送的信息，以便阅读器对其进行解码。虽然天线通常被描述为 RFID 系统中的“哑设备”，但有许多不同的类型，每种类型都有不同的特性，这使得选择合适的天线极为重要。

大或小

RFID 天线的尺寸范围从比标准手机小到电视一样大。尺寸差异通常表示读取范围——天线越大，增益越高，读取范围越长，反之亦然。但是，有些天线是该规则的例外，因为它们是为特定应用而构建的。一个例子是大型 Guardwall 天线。Guardwall 天线专为严格控制的读取空间而设计，增益仅为 6 dBi，因为它设计为安装在另一个 Guardwall 对面，以创建一个小的、准确的读取区域。

尺寸限制也可能会影响决策过程，因为某些应用不允许在放置天线的区域中有太多可用空间。某些环境，如零售店，可能没有空间放置笨重的 15 x 15 英寸天线，而且这种天线也不适合美观。小型天线非常适合项目级读取和写入以及需要较小读取区域的应用，例如传送带读取和人员访问控制应用。

室内或室外

由于 RFID 应用几乎可以在任何环境中实施，因此必须审查或测试 RFID 系统的每个部分，以确保其防水和防尘。正如大多数个人电话不是为在暴雨中使用而设计的一样，大多数 RFID 技术也不是。根据美国 IEC 标准 60529 和英国标准 EN 60529，所有电子设备都具有防尘和防水等级 (IP)，范围从 IP 00 到 IP 69。

IP 等级的第一个数字可以介于 0 到 6 之间，描述了对固体（如物体或灰尘）的防护等级。零表示完全不受固体物体的影响，六表示设备完全不受灰尘的影响。IP 等级中的第二个数字可以在 0 到 9 之间，表示对液体的防护等级。0 表示完全不受任何液体的影响，9 表示受到保护，不会连续浸入制造商认为对产品安全的液体中。IP69 存在并描述了一种完全不受灰尘和高压液体影响的产品，并且是唯一以 9 结尾的 IP 等级。

天线的工作温度范围不仅对极端温度应用很重要；还应检查室外或非气候控制的室内应用。所有 RFID 设备都有应严格遵守的工作温度范围，否则设备可能工作缓慢、停止工作或对超出规定范围的温度产生负面反应。

对于极端温度应用和/或低 IP 等级设备，解决方案作为“变通方案”存在——例如，防风雨外壳和温度控制外壳。

要点：室外、非气候控制的室内和极端温度应用将需要具有高 IP 等级和/或宽工作温度范围的天线。

外部或集成

RFID 天线既可以作为一个设备集成在阅读器中，也可以作为外部硬件单独购买。集成阅读器和天线可节省空间并提供更移动的系统，而无需担心冗长的布线。集成阅读器天线也是零售或桌面应用的最佳选择，因为它们通常紧凑、易于使用，并且比两个笨重的外部设备更具视觉吸引力。另一方面，外部天线在任何给定应用中提供了更多的选择和灵活性。

美国、欧盟或全球

就像 RFID 阅读器和 RFID 标签一样，RFID 天线设计用于特定频率范围内。如果不调整到特定频率范围，天线将无法从阅读器或标签发送或接收信息。大多数 RFID 天线属于以下工作区域之一：

远场或近场

从用户的角度来看，RFID 天线最重要的特性通常是读取范围——即射频波在几何场中辐射的距离。几个因素决定了 RFID 天线产生的读取范围，例如阅读器发射功率、电缆损耗量、耦合技术、天线增益和天线波束宽度。任何 RFID 天线的一个关键方面是它是远场天线还是近场天线。两者的区别在于它们与 RFID 标签通信的方式。当标签在附近时，近场 RFID 天线通常使用磁耦合或电感耦合与标签进行通信。近场天线通常最多不能读取超过一英尺的距离，因为它们的磁场和标签天线的磁场必须足够接近才能发送和接收信息。

远场天线使用反向散射进行通信。反向散射是一种通信方法，其中天线向标签发送能量，标签为集成电路 (IC) 供电。IC 然后调制信息并使用剩余的能量将其发回。在最佳环境中，远场天线可以与最远 30 英尺或更远的无源 RFID 标签进行通信。长读取范围并不总是最佳的。在空间有限的应用中，更大的读取范围可能会由于一次读取太多标签（即“杂散”标签读取）而不是一个特定标签或一组标签而导致问题。

高或低增益

天线增益以分贝 (dB) 表示，是两个功率之比的对数测量单位。增益可以表示为几个不同的度量单位，例如 dB、dBi、dBd、dBm 或 dBW，这使得定义起来有点复杂。所传达的单位（dB、dBi 等）的差异解释了正在测量的两个比率。天线增益无法以两种不同的测量单位进行充分比较。

宽或窄波束宽度

波束宽度与增益密切相关，顾名思义——波束或射频场的宽度。存在两个场 - 方位角场和仰角场 - 它们每个都有一个波束宽度，这对于理解射频波将被引导到哪里至关重要。线极化天线在一个场中具有相对较小的波束宽度，并且根据增益，在另一个场中的波束宽度在 30 度和 360 度之间。大多数线性天线的规范将仰角和方位角波束宽度标注为相同的角度，因为天线可以物理旋转 90 度以显示相反的波束宽度。

一般来说，增益越高，波束宽度越小。大多数用户必须决定什么对他们的应用更重要，更长的读取长度和更小的宽度，或者更短的读取长度和更宽的射频场。下面包括一些示例。

定向或全向

方向性与增益和波束宽度密切相关，被定义为天线在特定方向上聚焦以传输或接收能量的能力。在方向性方面存在两种不同类型的天线：定向天线和全向天线。顾名思义，定向天线在一个方向上具有集中的波束。无论波束宽度是 25 度还是 75 度，定向天线都将其增益集中到特定方向以获取标签读取。

全向天线在一个平面上提供广泛的覆盖范围。全向天线通常不会像定向天线那样产生锥形覆盖波束，而是覆盖整个平面。它们的 3D 辐射模式看起来与甜甜圈相似，因为它们通常在一个平面上覆盖 360 度，在相反的区域覆盖大约 20 到 65 度。这些天线适用于在相同高度看到所有标记物品但可能以不同角度通过天线的环境。不幸的是，由于这些天线必须覆盖这么大的平面，它们的增益通常从低到低中档。

工作表

阅读以上信息后，选择最适合您应用需求的天线特性。圈出这些选项将缩小可能的天线选择范围，并最终帮助确定哪些天线适合您。

关键要点： 定向天线在一个方向上读取并产生锥形场，而全向天线在一个平面上读取 360 度。

2D 和 3D 辐射图是制造商提供的图解，是天线产生的射频场的“地图”。这些地图对于为特定应用选择天线非常有帮助。2D 辐射图将有两张图像——一张是水平或方位平面，另一张是垂直或仰角平面。3D 辐射图提供了两个场中精确光束模式的 3D 映射图像。

关键要点： 具有宽波束宽度的天线通常具有较低的增益，并且垂直或水平（或两者）覆盖更多区域；而窄的波束宽度通常会具有更高的增益并读取更远，但覆盖的区域更小。

dB – 天线的功率输出相对于天线的输入功率测量。

dBm – 以 1 毫瓦功率测量的天线功率输出

dBW – 以 1 瓦功率测量的天线功率输出。

dBi – 以 dBi 表示的天线增益，基本上是与“完美”（无损耗、各向同性）天线产生相同场的能力相比，产生特定电磁波场所需的功率量的测量值。(dBi = dBd + 2.15)

dBd – 天线的功率输出根据半波偶极天线的增益测量。

对于在多个国家/地区运行的应用程序或将在美国和欧洲进行测试的应用程序，全球运营区域是一个很好的“包罗万象”。否则，最好选择频率范围较窄的天线；这样做会带来更好的性能，并且在所有条件相同的情况下，读取范围会更长。值得注意的是，在任何给定系统中协同工作的所有 RFID 设备都必须调整到相同的频率范围才能成功通信。

为了确定哪个频率或工作区域适合某个应用，请仔细检查 GS1提供的频率指南，并确保 RFID 系统的所有部分（标签、阅读器和天线）在其所在国家/地区都符合要求。

要点：如果系统将在美国或欧洲以外的地方运行，请仔细检查每个国家/地区特定法规的频率指南。如果未指定确切的规定，则全球频率范围天线是一个很好的后备方案。

选择 RFID 天线的策略

在为特定应用选择 RFID 天线之前，请考虑以下有关天线类型和选项的信息，以便做出正确的选择。

要点：天线的尺寸应取决于应用环境中的可用空间。还要记住，通常天线越小，读取范围越短。

关键要点：在购买阅读器或天线之前，请确定应用程序是否足够小或面向客户的应用程序是否可以从集成阅读器和天线中受益。

美国或 FCC (902 – 928 MHz)
欧盟或 ETSI (865 – 868 MHz)
全球 (860 – 960 MHz)

RFID能量流

能量流经RFID 系统的方式是了解 RFID 天线及其作用的关键。

能量通过电源线或以太网连接进入 RFID 阅读器，并通过 RFID 阅读器，从一个天线端口流出并进入 RFID 电缆的中心引脚。然后它通过电缆的长度发送，并且根据电缆的长度和绝缘等级，由于电缆损耗会损失少量能量。然后能量通过相对的中心引脚，通过位于接地板上的中心天线连接并进入辐射元件。然后它以射频波的形式向范围内的 RFID 标签辐射。

射频波的大小和面积取决于天线的增益和波束宽度，以及天线内部元件（如接地板和辐射板）的大小。每个天线都由不同的元件制成，因此每个天线在某些方面都会以不同的方式辐射波。

这些波由 RFID 标签的天线接收，发送到集成芯片，并用相关信息（例如 EPC 或 TID 编号）进行调制。然后标签使用剩余能量将射频波反向散射回天线。然后，该信息通过天线和电缆发回，并在 RFID 阅读器中进行解码。圆形或线性

由于 RFID 天线会辐射和接收射频波，因此极化是选择 RFID 天线时需要考虑的重要因素。极化适用于波浪，基本上是波浪振荡的几何方向。射频波通常沿单一方向振荡，可以描述为线性，或者以旋转模式振荡，可以描述为圆形。下图显示了线性辐射波和圆形辐射波之间的区别。

对于 RFID 应用来说，重要的是波如何辐射并与 RFID 标签的天线对齐。圆极化天线适用于标记物品位置未知或处于不同角度和高度的应用。因为场是旋转的，它允许标记物品的位置不确定性更大（例如，读取通过码头门入口移动的托盘箱上的标签）。线

极化天线在标签角度和高度方面没有那么灵活。如果线极化天线在水平面上辐射波，则接收标签也应该是水平的并且处于一致的高度（例如读取轨道车上的标签）。同样的想法也适用于在垂直平面上辐射波的线极化天线。

存在两种类型的圆极化天线，它们的旋转方式不同：右旋圆极化 (RHCP) 天线逆时针旋转，左旋圆极化 (LHCP) 天线顺时针旋转。LHCP 和 RHCP 之间的选择仅在有两个 RFID 系统和两个独立的 RFID 阅读器位于一个小区域时才重要。如果两个 RHCP 天线在两个独立的系统中彼此面对，则波可能会发生碰撞并在中间产生一个大的空区，在该空区中不会读取任何标签。在这种情况下，当面临这些时，选择一个 LHCP 和一个 RHCP 以创建最佳 RF 环境非常重要。