RFID系统天线设计

RFID(Radio Frequency。Identification，射频识别技术)是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。它的核心部件是读写器和电子标签，通过相距几厘米到几米距离内读写器发射的无线电波，可以读取电子标签内存储的信息，识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。RFID技术在国内外得到了大量的应用，在公共交通、地铁、校园、社会保障等领域均有应用。本文主要通过实际工作中对于各种RFID读写系统的对比，总结研究RFID读写器天线设计中比较实用的方法。

1 实际RFID天线设计主要考虑物理参量
1．1 磁场强度
运动的电荷或者说电流会产生磁场，磁场的大小用磁场强度来表示。RFID天线的作用距离，与天线线圈电流所产生的磁场强度紧密相关。
圆形线圈的磁场强度(在近场耦合有效的前提下，近场耦合有效与否的判断在1．3节)可用式(1)进行计算：

式中：H是磁场强度；I是电流强度；N为匝数；R为天线半径；x为作用距离。
对于边长ab的矩形导体回路，在距离为x处的磁场强度曲线可用下式计算。

结果证实：在与天线线圈距离很小(xR)的情况下，磁场强度的上升是平缓的。较小的天线在其中心(距离为0)处呈现出较高的磁场强度，相对来讲，较大的天线在较远的距离(x>R)处呈现出较高的磁场强度。在电感耦合式射频识别系统的天线设计中，应当考虑这种效应，如图1所示。

1．2 最佳天线直径
在与发射天线的距离x为常数并简单地假定发射天线线圈中电流I不变的情况下，如果改变发送天线的半径R时，就可以根据距离x与天线半径R之间的关系得到最大的磁场强度H。这意味着：对于每种射频识别系统的阅读器作用距离都对应有一个最佳的天线半径R。如果选择的天线半径过大，那么在与发射天线的距离x=0处，磁场强度是很小的；相反，如果天线半径的选择太小，那么其磁场强度则以z的三次方的比例衰减，如图2所示。

不同的阅读器作用距离，有着不同的天线最佳半径，它对应着磁场强度曲线最大值。