远距离RFID读写天线的研究.docx
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1、 远距离RFID读写天线的研究 张贵艳 张明扬 /1.沈阳理工大学 信息科学与工程学院(辽宁 沈阳110168)摘要:自动识别技术是将信息数据自动识读、自动输入计算机的一种重要方法。接触式识别易受恶劣环境影响且易受机械磨损,而射频识别(RFID)技术以非接触性解决了卡中无电源和免接触等难题。通过对射频天线各种性能参数的研究,分析出了远距离RFID读写天线的设计优化方法,使工作频率为13.56MHz,遵循IS015693协议标准的RFID读写器有效读写距离拓展到30cm左右,实现了RFID读写器的远距离读写功能。关键词:RFID天线,读写器,射频识别TP391:B:1673-1131(2010)
2、01-024-03一、引言射频识别(Radio Frequency IdentificationRFID)技术,是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。它利用射频信号的空间耦合(交变磁场或电磁场)实现非接触信息传递并通过所传递的信息达到识别对象的目的23。RFID技术解决了无源(卡中无电源)和免接触两大难题,同时它可实现运动目标识别、多目标识别、能够广泛应用于各类场合。其突出优点是环境适应性强,能够穿透非金属材质,数据存储量大,抗干扰能力强。RFID技术广泛应用于物流控制、生产过程监控、智能身份识别货物管理等领域,可大幅提高管理与运作效率,降低成本。RFID在不同的应用环境中需要采用不同
3、天线通讯技术来实现数据交换,射频读写天线的设计是RFID不同应用系统的关键。目前,频率为13.56MHz的读写器有效识读距离在lOcm左右,而在大量应用中lOcm远远不能满足要求,迫切需要一款远距离读写器配上远距离读写天线,可以实现远距离的水平或垂直方向的读写要求。本文提到的R F-ID读写器采用美国德州仪器公司生产的射频标签专用读写芯片RI-R6C-OOIA,由于该芯片要求的天线阻抗为50,工作频率为13.56MHz因此采用工艺简单、成本低的PCB环形天线。二、天线设计天线是发射和接收射频载波信号的设备。在确定的工作频率和带宽条件下,天线发射由射频处理模块产生的射频载波,并接收从标签发射或反
4、射回来的射频载波。天线的作用就是产生磁通量,为标签(无源)提供电源在读写设备和标签之间传送信息。天线性能的优劣对系统的整体性能起着非常关键的作用。RFID天线的读写距离取决于很多因素天线的尺寸、天线的方向性、天线的位置、相关的其它材料、所处频段的电气特性以及周围环境6。2.1读写距离采用尺寸大小为50cm*50cm单一天线的读写器,当辐射功率达0.8W时,可实现50cm的有效读取距离。若采用双天线,则可实现超过Im的有效读取距离。选用越大的天线、输出功率越大,读写器的有效作用距离就越远。然而,当确定最大有效作用距离时,必须考虑天线的电磁辐射安全。2.2电子标签的方向性由于无源电子标签是通过和读
5、写器天线通过磁场耦合来获得能量,所以标签的方向性直接影响到耦合系数,进而影响到能量的获取和通信的可靠性。当标签的方向性达到最优,即和读写器天线处于最佳耦合时,磁力线与电子标签成直角,电子标签面对天线,能获得最好的读写效果。但是,如果将电子标签移动到天线的两侧,这时标签的放置位置和磁力线的方向平行,即此时的方向性最差读写效果也最差。在这一区域,当与天线角度合适时电子标签也可读取。如图1模拟了天线的磁力线分布情况。2.3天线盲区由于环形天线的电磁场在其临近区域分布不均匀,因此会出现读写盲区。如图2黑线勾勒出的范围之外的区域一般为单个天线的读写盲区。经反复实验证明将电子标签摆放位置转到与最佳位置成4
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