科普篇 | RFID天线的定义及常见分类解析

在无线通信技术中，只有RFID系统的无线收发装置和天线的关系最为特殊。在RFID的家族中，天线和RFID是同样重要的成员，RFID和天线相互依存，不可分割。无论是RFID读写器还是RFID电子标签，无论是高频RFID技术还是超高频RFID技术，都离不开天线。

RFID天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。天线是无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接收（仅仅接收很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机，如下图所示。

RFID天线的辐射电磁波原理

导线载有交变电流时，就会辐射电磁波，其辐射能力与导线的长短和形状有关。若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。当导线的长度远小于辐射电磁波的波长 ，辐射很微弱；当导线的长度可与辐射的电磁波波长相比拟时，导线上的电流就大大增加，形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子，振子就是一个简单的天线。

电磁波波长越长，天线的尺寸越大。需要辐射的功率越强，天线的尺寸越大。

RFID天线的方向性

天线辐射电磁波是有方向性的，在天线的发送端，方向性指天线向一定方向辐射电磁波的能力，对于接收端而言，则表示天线对来自不同方向的电磁波的接收能力。天线辐射特性与空间坐标之间的函数图形就是天线方向图，分析天线的方向图就可分析天线的辐射特性，即天线在空间各个方向上所具有的发射(或接收)电磁波的能力。通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射（或接收）电磁波功率大小的曲线就是天线的方向性。

通过对天线的内部结构做相应的改动，可以改变天线的方向性，并由此形成不同种类及特性各异的天线。

RFID天线的增益

天线增益定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度，从方向图上来看，主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。在工程上，天线增益用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远。

RFID天线的分类

偶极子天线：也称为对称振子天线，由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成。信号从中间的两个端点馈入，在偶极子的两臂上将产生一定的电流分布，这种电流分布就会在天线周围空间激发起电磁场。

线圈天线：是RFID系统中使用最广泛的天线之一。它们通常由导线绕成圆形或矩形结构，以便能够接收和发送电磁信号。

电感耦合射频天线：电感耦合射频天线通常用于RFID读写器和RFID电子标签之间的通信，它们通过共享磁场进行耦合。这些天线通常呈螺旋形状，以便在RFID读写器和RFID电子标签之间创建共享磁场。

微带贴片天线：通常是由金属贴片贴在接地平面上的一片薄层，微带贴片天线质量轻、体积小、剖面薄，馈线和匹配网络可以和天线同时制作，与通信系统的印制电路集成在一起，贴片又可采用光刻工艺制造，成本低、易于大量生产。

八木天线：是一种定向天线，由两个或更多的半波偶极子组成。它们通常用于增强信号强度或进行定向无线通信。

背腔式天线：是一种将天线和馈线置于同一背腔内的天线。它们通常用于高频率RFID系统中，可以提供良好的信号质量和稳定性。

微带线型天线：是一种小型化、薄型化的天线，通常用于移动设备和RFID标签等小型设备中。它们由微带线构成，可以以较小的尺寸提供良好的性能。

螺旋天线：是一种能够接收和发送圆形极化电磁波的天线。它们通常由金属线或金属片制成，并具有一个或多个螺旋形状的结构。

天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。每种类型的天线都有其独特的特点和适用场景，在选择合适的RFID天线时，需要根据实际的应用需求和环境条件进行选择。

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审核编辑 黄宇