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RFID天线概述
RFID电子标签和RFID读写器通过各自的天线构建起两者之间的非接触信息传输通道,无论是rifd射频标签还是读写器的正常工作,都离不开天线或耦合线圈:一方面,无源射频标签芯片要启动电路工作,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,天线决定了射频标签与读写器之间的通信信道和通信方式,它在射频标签与读写器实现数据通信过程中起到了关键的作用,因此,对RFID天线的研究具有重要意义。
小于1m的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线,它们主要工作在中低频段。而1m以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的天线(即ID天线),它们工作在高频及微波频段。
RFID天线基础知识
1.概念辨析(dBm,dBi,dBd,dB,dBc)
1)dBm
dBm是一个考征功率绝对值的值,其计算公式为:10lgP(功率值/1mW)。
【例2-1】 如果发射功率P为1mW,折算为dBm后为0dBm。
【例2-2】 对于40W功率,按dBm单位进行折算后的值应为10lg(40W/1mW)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。
2)dBi和dBd
dBi和dBd是考征增益的值(功率增益),它们都是相对值,但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线,dBd的参考基准为偶极子,因此两者略有不同。一般认为,表示同一个增益的,用dBi表示出来的值比用dBd表示出来的值要大2.15
【例2-3】 对于一面增益为16dBd的天线,其增益折算成单位dBi时,为18.15dBi(一般忽略小数位,为18dBi)。
【例2-4】 0dBd=2.15dBi。
【例2-5】 GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。
3)dB
dB是功率增益的单位,表示一个相对值。计算甲的功率比乙的功率大或小多少个dB时,可采用的计算公式为:10lg(甲的功率/乙的功率)。
【例2-6】 甲的功率比乙的功率大1倍,则有10lg(甲的功率/乙的功率)=10lg2=3dB。也就是说,甲的功率比乙的功率大3dB。【例2-7】 7/8英寸GSM900馈线的100m传输损耗约为3.9dB。【例2-8】 如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说甲比乙大6dB。【例2-9】 如果甲天线增益为12dBd,乙天线增益为14dBd,则可以说甲比乙小2dB。
4)dBc
dBc是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。一般来说,dBc是相对于载波(Carrier)功率而言的,在许多情况下,它用来度量与载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)及耦合、杂散等的相对值。在采用dBc的地方,原则上也可以使用dB替代。
5)dBm
功率/电平(dBm):放大器的输出能力,一般其单位为W、mW、dBm。注意,dBm是取1mW作为基准值,以分贝表示的绝对功率电平。其换算公式如下。
电平(dBm)=10lgW
5W→10lg5000=37dBm
10W→10lg10000=40dBm
20W→10lg20000=43dBm
不难看出,功率每增加1倍,电平值增加3dBm。
2.插损
插损指当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减,其单位用dB表示。
3.三阶交调若存在两个正弦信号ω1 和ω2,由于非线性作用将产生许多互调分量,其中 2ω1-ω2 和2ω2-ω1两个频率分量称为三阶交调分量,其功率 P3和信号ω1或ω2的功率之比称三阶交调系数 M3。M3=10lg P3/P1(dBc)
4.噪声系数
噪声系数一般定义为输出信噪比与输入信噪比的比值,实际使用时将其转化为分贝(dB)来计算。
5.耦合度
耦合度指耦合端口与输入端口的功率比,其单位用dB表示。
6.隔离度
隔离度指本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比,其单位用dB表示。
7.天线增益(dB)
天线增益指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线均匀辐射场场强E0相比,将功率密度增加的倍数定义为增益,表示为G=E/E0。
8.天线方向图
天线方向图是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图的宽度一般是指主瓣宽度,即从最大值下降一半时两点所张的夹角。E面方向图指与电场平行的平面内的辐射方向图;H面方向图指与磁场平行的平面内的辐射方向图。一般方向图越宽,增益越低;方向图越窄,增益越高。
9.天线前后比
天线前后比指最大正向增益与最大反向增益之比,其单位用dB表示。