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RFID读写器天线的研究与设计 郑杰，徐晶 （华中科技大学电信系，武汉 430074 ） 来源：微计算机信息 摘要：本文简要介绍了RFID技术的基本工作原理，指出天线设计是RFID系统设计的关键部分。 然后介绍了RFID读写器天线的基本工作原理，指明其相应的物理基础，说明了天线设计的基 本步骤，并给出了一些优化措施。 关键词：RFID；读写器；天线；磁通量 1． 引言 RFID 是 Radio Frequency Identification 的缩写，即射频识别。RFID 射频识别是一种非 接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需 人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签， 操作快捷方便。 通常情况下，RFID 读写器发送的频率称为 RFID 系统的工作频率或载波频率。对于所 设计的工作于高频 13.56MHz 的RFID 读写器，其标签采用的是能量来源于读写器电磁场的 无源标签。基本的工作原理是采用电磁耦合的方式使得标签从读写器耦合线圈的辐射近场中 获得能量，从而达到与读写器进行数据交换的目的，这一过程如图 1-1 所示。 1 图 1-1 RFID读写器与标签耦合示意图 由此可见，在该无源电感耦合式射频识别系统中，读写器的天线起着重要作用。一方 面,无源的 RFID 标签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 标签与读写器之间的通讯信道和通讯方式。因此研究该 13.56MHzRFID 系统的天线设计有着重要的意义，本文旨在对该系统的天线设计做一个综合 性的研究与说明。 2 ． 天线设计的物理基础 对于一个 RFID 系统，当其所处理的标签进入到读写器的电磁场范围后，标签天线上就 会产生感应电压，从而开始对存储电容充电，当充电达到了一定的电荷量以后标签芯片就可 以开始工作，这一过程可以通过电感变压器模型来进行模拟，如图2-1 所示。 图 2-1 读写器与标签间的等效电路图 读写器通过天线将电磁场能量传递给标签。常见的一般都是环形天线，这种天线是边长 为 a 的方形导体回路。假设在离该天线中心垂直距离为x 处的磁感应强度为 B ，那么B 的大 2 小可以通过①式来进行计算： 2 μ0NIa B ① 2 a 2 a 2 2 2π +x [( ) +x ] 2 2 −7 式中：μ0 为自由空间的介电常数( μ0 4π =×10 H / m ) ；N 为环形天线的匝数；I 为 环形天线中的电流。 我们注意到，当x 2 a2 时，①式可以简化为： 2 μ0NIa B 3 ② 2πx 由此可以得到一个结论，即某一点处的磁感应强度 B 与该点距环形天线中心的距离 x 3 有关，B 反比于x 。随着 x 的增大 B