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在如今的智能汽車時(shí)代，無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)（PKE Systems）已成為一項(xiàng)備受青睞的便捷配置。在汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入（PKE）系統(tǒng)中，發(fā)射天線是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵角色。 PKE系統(tǒng)依靠一系列低頻（LF）發(fā)射天線工作，其頻率涵蓋20kHz、125kHz和134kHz（具體取決于所使用的芯片組）。這些天線分布在車輛的內(nèi)部和外部，外部天線通常安裝在門把手、后視鏡或后備箱位置。當(dāng)車輛被觸發(fā)，比如靠近車輛、拉門把手或觸摸車身時(shí)，天線會(huì)向車鑰匙發(fā)射低頻信號(hào)。車鑰匙被激活后，通過(guò)射頻（RF）通道將自身ID傳回車輛。若鑰匙代碼正確，電子模塊就會(huì)解鎖車輛，整個(gè)過(guò)程流暢又便捷。

1 RFID天線：無(wú)線數(shù)據(jù)交換的橋梁 RFID天線，作為無(wú)線數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)中的發(fā)送與接收元件，利用電磁場(chǎng)作為媒介，實(shí)現(xiàn)了信息的遠(yuǎn)程傳輸與識(shí)別。 2. RFID系統(tǒng)的兩大核心組件 一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)由兩部分組成： RFID應(yīng)答器天線：位于待識(shí)別物體上，負(fù)責(zé)接收讀寫(xiě)器發(fā)出的信號(hào)。 讀寫(xiě)器（詢問(wèn)器）：根據(jù)設(shè)計(jì)和技術(shù)不同，可實(shí)現(xiàn)只讀或讀寫(xiě)功能，是信息交換的發(fā)起者。 3.RFID天線的工作原理 讀寫(xiě)器通過(guò)天線發(fā)射電磁波，RFID標(biāo)簽天線接收到這些波后，將數(shù)據(jù)傳遞給標(biāo)簽系統(tǒng)芯片，進(jìn)而觸發(fā)預(yù)設(shè)動(dòng)作，如返回電子代碼或執(zhí)行系統(tǒng)指令。RFID 天線經(jīng)過(guò)調(diào)諧，僅在以指定 RFID 系統(tǒng)頻率為中心的窄帶載波頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生諧振。這一過(guò)程高效且準(zhǔn)確，是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)、物流追蹤等領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)支撐。

本篇闡述的涉及到的只是基本選型設(shè)計(jì)、電路框架，關(guān)于 RFID 天線調(diào)試、低功耗檢卡調(diào)試等。

物聯(lián)網(wǎng)被視作繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，在其實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，需要通信、傳感器、RFID、定位等眾多高新技術(shù)的合力協(xié)作。RFID與互聯(lián)網(wǎng)、通信等技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全球物品的跟蹤與信息共享，因而被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的重要基石，并被列為二十一世紀(jì)十大重要技術(shù)之一。

印刷線路板 (PCB)和柔性電路板 (FPCB)、電子標(biāo)簽 (RFID)采用刻蝕技術(shù)制作電路圖案 ，這是目前的主流技術(shù) ,但存在工藝流程長(zhǎng)、廢料廢水多和不環(huán)保的缺點(diǎn)，業(yè)界一直在尋找替代的方法。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)越來(lái)越多的應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中。RFID的英文全稱為“Radio Frequency IDentificaTIon”，中文翻譯為“無(wú)線射頻識(shí)別”。它是在20世紀(jì)50年代誕生的一種無(wú)線識(shí)別技術(shù)，可以在不接觸的情況下，利用無(wú)線電(radio)來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別。根據(jù)無(wú)線電頻率的不同，RFID系統(tǒng)可以分成低頻、高頻、超高頻及微波四種。

RFID的英文全稱為“Radio Frequency IDentification”，中文翻譯為“無(wú)線射頻識(shí)別”。它是在20世紀(jì)50年代誕生的一種無(wú)線識(shí)別技術(shù)，可以在不接觸的情況下，利用無(wú)線電(radio)來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別。根據(jù)無(wú)線電頻率的不同，RFID系統(tǒng)可以分成低頻、高頻、超高頻及微波四種。

RFID系統(tǒng)能捕捉運(yùn)動(dòng)物體的詳細(xì)信息并識(shí)別物體中存儲(chǔ)的每一個(gè)信息項(xiàng)目。該技術(shù)避免了跟蹤過(guò)程中的人工干預(yù)，在節(jié)省大量人力的同時(shí)可極大地提高工作效率。在不同的應(yīng)用環(huán)境中RFID技術(shù)需要采用不同的天線通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)今有很多種RFID天線類型，如偶極子天線、分形天線、環(huán)形槽天線和微帶貼片天線等。筆者主要研究偶極子天線在RFID系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

RFID天線有多種制作工藝，本文將對(duì)RFID天線的制作技術(shù)進(jìn)行總結(jié)與分析，重點(diǎn)對(duì)RFID天線的最新的制作方法——RFID印刷天線及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行闡述，并展望其前景。

近年來(lái)射頻識(shí)別(Radio Frequency of IdenTIficaTIo，RFID)技術(shù)的應(yīng)用逐漸廣泛，同時(shí)也倍受重視。特別是UHF頻段的RFID系統(tǒng)，由于其傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高，受到了更多地關(guān)注。典型的RFID系統(tǒng)由RFID閱讀器和標(biāo)簽兩部分組成，RFID無(wú)源標(biāo)簽依靠RFID閱讀器發(fā)射的電磁信號(hào)供電，并通過(guò)反射調(diào)制電磁信號(hào)與閱讀器通信。因此，RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)其系統(tǒng)工作性能有關(guān)鍵的影響。

RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency IdentificaTIon，RFID)的應(yīng)用由來(lái)已久，最早可追溯到第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，英國(guó)空軍飛機(jī)使用的敵我飛機(jī)識(shí)別系統(tǒng)。最近RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于物品管理、車輛定位以及井下人員定位等。該技術(shù)是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用無(wú)線射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目的。

RFID天線是RFID系統(tǒng)中必不可缺的一大部分。在無(wú)線通信系統(tǒng)中，需要將來(lái)自發(fā)射機(jī)的導(dǎo)波能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線電波，或者將無(wú)線電波轉(zhuǎn)換為導(dǎo)波能量，用來(lái)輻射和接收無(wú)線電波的裝置稱為天線。

應(yīng)用于復(fù)雜介質(zhì)環(huán)境下RFID天線，只要掌握了適合的設(shè)計(jì)方法，不僅易于達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，還會(huì)使原本復(fù)雜的工作變得簡(jiǎn)單化，設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)周期、設(shè)計(jì)成本透明化。不要再通過(guò)制作一大堆各種形狀天線通過(guò)性能測(cè)試或試驗(yàn)，來(lái)選擇適合的天線了，因?yàn)槲覀円呀?jīng)知道什么樣的天線才是適合的。

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，需要將來(lái)自發(fā)射機(jī)的導(dǎo)波能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線電波，或者將無(wú)線電波轉(zhuǎn)換為導(dǎo)波能量，用來(lái)輻射和接收無(wú)線電波的裝置稱為天線。發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生的已調(diào)制的高頻電流能量(或?qū)Р芰?經(jīng)饋線傳輸?shù)桨l(fā)射天線，通過(guò)天線將轉(zhuǎn)換為某種極化的電磁波能量，并向所需方向出去。到達(dá)接收點(diǎn)后，接收天線將來(lái)自空間特定方向的某種極化的電磁波能量又轉(zhuǎn)換為已調(diào)制的高頻電流能量，經(jīng)饋線輸送到接收機(jī)輸入端。

射頻識(shí)別是一種使用射頻技術(shù)的非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有傳輸速率快、防沖撞、大批量讀取、運(yùn)動(dòng)過(guò)程讀取等優(yōu)勢(shì)，因此，RFID技術(shù)在物流與供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)管理與控制、防偽與安全控制、交通管理與控制等各領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用潛力。從RFID技術(shù)原理上看，RFID標(biāo)簽性能的關(guān)鍵在于RFID標(biāo)簽天線的特點(diǎn)和性能。

電子標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)目標(biāo)是傳輸最大的能量進(jìn)出標(biāo)簽芯片，這需要仔細(xì)設(shè)計(jì)天線和自由空間的匹配，以及天線與標(biāo)簽芯片的匹配。當(dāng)工作頻率增加到微波波段，天線與電子標(biāo)簽芯片之間的匹配問(wèn)題變得更加嚴(yán)峻。

研究了不同角度、不同階數(shù)的基于Koch曲線的天線性能，仿真和測(cè)試結(jié)果表明，在保持天線長(zhǎng)度不變的條件下，隨著角度和階數(shù)的增加，天線的諧振頻率下降，而天線的方向圖依然具有半波振子的低方向性。在此基礎(chǔ)上，綜合Koch和Hilbert曲線，設(shè)計(jì)了一款尺寸為55mm×10mm的小型化電子標(biāo)簽。該標(biāo)簽天線不僅具有半波陣子的低方向性，而且簡(jiǎn)單、便于調(diào)諧。

RFID系統(tǒng)能捕捉運(yùn)動(dòng)物體的詳細(xì)信息并識(shí)別物體中存儲(chǔ)的每一個(gè)信息項(xiàng)目。該技術(shù)避免了跟蹤過(guò)程中的人工干預(yù)，在節(jié)省大量人力的同時(shí)可極大地提高工作效率。在不同的應(yīng)用環(huán)境中RFID技術(shù)需要采用不同的天線通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)今有很多種RFID天線類型，如偶極子天線、分形天線、環(huán)形槽天線和微帶貼片天線等。筆者主要研究偶極子天線在RFID系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

RFID天線有多種制作工藝，本文將對(duì)RFID天線的制作技術(shù)進(jìn)行總結(jié)與分析，重點(diǎn)對(duì)RFID天線的最新的制作方法——RFID印刷天線及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行闡述，并展望其前景。

所謂天線方向圖，是指在離天線一定距離處，輻射場(chǎng)的相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)隨方向變化的圖形，通常采用通過(guò)天線最大輻射方向上的兩個(gè)相互垂直的平面方向圖來(lái)表示，天線方向圖是衡量天線性能的重要圖形;天線增益則是天線把輸入功率(能量)集中輻射的程度，從通信角度講，就是在某個(gè)方向上和范圍內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)能力的大小。本文介紹了如何利用芬蘭的標(biāo)簽性能測(cè)試儀來(lái)測(cè)試超高頻RFID讀寫(xiě)器天線的方向圖和增益。

為了使RFID在物流業(yè)中有更好的應(yīng)用，分別采用雙點(diǎn)饋電和結(jié)構(gòu)變形的方法，設(shè)計(jì)并仿真了雙饋電點(diǎn)圓形貼片天線和寬帶雙極化全向變形倒L天線。經(jīng)HFSS仿真得出，在中心頻率點(diǎn)為2．85 GHz時(shí)，雙饋電點(diǎn)圓形貼片天線獲得了雙極化，變形倒L天線獲得了32．3％(VSWR<2)的寬帶。

隨著RFID(RadioFrequencyIdentification)技術(shù)的日趨成熟以及RFID標(biāo)簽價(jià)格的逐漸降低，RFID標(biāo)簽很有可能替代傳統(tǒng)的一維條形碼和二維碼。如果說(shuō)，二維碼是一維碼標(biāo)簽的延伸，那么RFID的誕生或者可以稱為標(biāo)簽行業(yè)的一場(chǎng)革命。

RFID讀寫(xiě)器要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離讀寫(xiě)功能關(guān)鍵在于天線的設(shè)計(jì)，通過(guò)研究RFID天線工作原理及其性能參數(shù)，提出一種有效的天線設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，從而使讀寫(xiě)器具有更遠(yuǎn)的讀寫(xiě)距離和更高的能量利用率。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明：RFID讀寫(xiě)器配上優(yōu)化后的遠(yuǎn)距離射頻天線可使讀寫(xiě)距離達(dá)到30 cm。

超高頻(UHF)頻段的射頻識(shí)別(RFID)近場(chǎng)讀寫(xiě)器天線(NFRA)由于其在單品識(shí)別方面應(yīng)用的潛力[1]，對(duì)環(huán)境的不敏感性和比HF 天線更高的讀寫(xiě)速度，正引起多方面的關(guān)注。UHF 頻段的 NFRA 通常采用帶有平衡端口的電大環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

我們將了解如何應(yīng)用COMSOLMultiphysics?仿真軟件來(lái)確定被動(dòng)式RFID標(biāo)簽的可讀，此類標(biāo)簽通常由讀卡器的詢問(wèn)電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。此外，我們還將研究如何通過(guò)優(yōu)化標(biāo)簽的天線設(shè)計(jì)來(lái)最大化它的工作范圍。

在RFID系統(tǒng)中，一個(gè)很重要的指標(biāo)就是讀寫(xiě)距離，影響讀寫(xiě)距離的重要參數(shù)則是讀寫(xiě)器天線和標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)。天線設(shè)計(jì)是RFID無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，設(shè)計(jì)出合適的天線是確保系統(tǒng)正常通信的前提。從近場(chǎng)耦合天線的理論分析著手，通過(guò)實(shí)際RFID項(xiàng)目中的總結(jié)，結(jié)合實(shí)際RFID系統(tǒng)天線設(shè)計(jì)所需主要考慮的物理參量，并根據(jù)這些參量確定設(shè)計(jì)步驟。

近年來(lái)，RFID技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始對(duì)超高頻RFID系統(tǒng)進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離、高速率、低成本等特性。作為RFID必不可少的一部分，電子標(biāo)簽以其低成本、小體積、非接觸式等特性取代了傳統(tǒng)的二維條碼，普遍應(yīng)用于身份識(shí)別、車輛管理、倉(cāng)儲(chǔ)物流、防偽、零售等眾多領(lǐng)域。

本文提出了一種超小型433 MHz PCB天線，增益為-17 dB，達(dá)到了RFID系統(tǒng)的應(yīng)用要求。天線半徑為14 mm的半圓區(qū)域，在目前所有的文獻(xiàn)中面積最小。該天線已制作完成，經(jīng)過(guò)不斷調(diào)試，在匹配了兩個(gè)電感后，諧振頻率達(dá)到433 MHz。該天線尺寸小，是一種性能較好，工程上實(shí)用性強(qiáng)的標(biāo)簽天線。

制作12 dBi線極化天線最常采用微帶天線組陣，其尺寸較大為580 mm×260 mm×50 mm。而本文采用了一種新穎的形式即單極天線組陣進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在RFID系統(tǒng)中，一個(gè)很重要的指標(biāo)就是讀寫(xiě)距離，影響讀寫(xiě)距離的重要參數(shù)則是讀寫(xiě)器天線和標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)。天線設(shè)計(jì)是RFID無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，設(shè)計(jì)出合適的天線是確保系統(tǒng)正常通信的前提。從近場(chǎng)耦合天線的理論分析著手，通過(guò)實(shí)際RFID項(xiàng)目中的總結(jié)，結(jié)合實(shí)際RFID系統(tǒng)天線設(shè)計(jì)所需主要考慮的物理參量，并根據(jù)這些參量確定設(shè)計(jì)步驟。

在RFID的家族中，天線和RFID是同樣重要的成員，RFID和天線相互依存，不可分割。無(wú)論是閱讀還是標(biāo)簽，無(wú)論是HF還是UHF，都離不開(kāi)天線。對(duì)于到底是先有RFID還是先有天線的問(wèn)題，做射頻和天線的人馬上會(huì)跳出來(lái)說(shuō)當(dāng)然是先有天線了。那么，大家有沒(méi)有想過(guò)是先有RFID天線還是先有RFID硬件呢?有沒(méi)有想過(guò)為什么HF的頻率是13.56MHz，而UHF的頻率是840M-960MHz呢?關(guān)于LF、HF、UHF等故事很多，我這里就針對(duì)UHF RFID來(lái)講一下是先有雞(天線)還是先有蛋(RFID)的故事。

設(shè)計(jì)了一種用于UHF頻段射頻識(shí)別系統(tǒng)的小型右手圓極化四臂螺旋天線。天線由印制在微帶介質(zhì)板的4個(gè)長(zhǎng)條形臂組成，通過(guò)微帶功分器饋電。天線在進(jìn)行4個(gè)端口的單獨(dú)匹配和功分器相連時(shí)，需采用一種新的匹配方法。通過(guò)仿真優(yōu)化，天線尺寸為60 mm x60 mm x6 mm，峰值增益為3.8 dB，帶內(nèi)軸比<3 dB,3 dB波束寬度>120°，前后比>15 dB。實(shí)物測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合。