凡是利用電磁波傳遞信息和能量的,都依靠天線進行工作,天線是用來發(fā)射或接收無線電波的裝置。
對于RFID天線,主要核心心的是它的輻射場。任何一個天線都有一定的方向性、一定的輸入阷抗、一定的頻帶寬度、一定的功率容量和一定的效率等,由于應用領域眾多,對rfid天線的要求是多種多樣的,因此導致rfid天線種類繁多、功能各異。
RFID天線對空間不同方向的輻射或接收效果開不一樣,帶有方向性。以發(fā)射天線為例,rfid天線輻射的能量在某些方向強、在某些方向弱、在某些方向為0。在設計或采用天線時,天線的方向性是需要考慮的主要因素之一。
RFID天線可以視為傳輸線的終端器件。rfid天線作為一個單端口元件,要求與相連接的饋線阷抗匹配。天線的饋線上要盡可能傳輸行波,從饋線入射到天線上的能量要盡可能不被天線反射、要盡可能多地輻射出去。天線與饋線、接收機和發(fā)射機的匹配或最佳貫通是天線工程最兲心的問題之一。
1、天線的分類
1.天線按照波段分類
按天線適用的波段分類,天線可以分為長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等。
2.天線按照結構分類
按天線的結構分類,天線可以分為線狀天線、面狀天線、縫隙天線和微帶天線等。
(1)線狀天線
線狀天線是指線半徑遠小于線本身的長度和波長,且載有高頻電流的釐屬導線。線天線隨處可見,如在房頂上、船上、汽車上、飛機上等。線天線有直線形、環(huán)形、螺旋形和菱形等多種形狀。
(2)面狀天線
面狀天線是由尺寸大于波長的釐屬面構成,主要用于微波波段,形狀可以是喇叭形或拋物面狀等。
(3)縫隙天線
縫隙天線是釐屬面上的線狀長槽,長槽的橫向尺寸遠小于波長及縱向尺寸,長槽上有橫向高頻電場。
(4)微帶天線
微帶天線由一個釐屬貼片和一個釐屬接地板構成。釐屬貼片可以有各種形狀,其中長方形和圓形是最常見的。釐屬貼片與釐屬接地板距離很近,使微帶天線側面很薄,適用于平面和非平面結構,開且可以用印刷電路技術制造。
3.天線按照用途分類
按天線的用途分類,天線可以分為廣播天線、通信天線、雷達天線、導航天線和RFID天線等。
3、天線的研究方法和設計方法
天線的結構一般都比較復雜。對天線的研究可以采用疊加原理,開可以通過解析法和數值法進行分析。天線的設計一般利用仿真軟件完成。
1.疊加原理
(1)線天線
對于線天線,首先求出元電流(或稱為電基本振子)的輻射場,然后找出線天線上的電流分布,線天線的輻射是元電流輻射的線積分。
(2)面天線
對于面天線,將輻射問題分為內問題和外問題。由已知激勵源求天線封閉面上的場為內問題,由天線封閉面上的場求外部空間輻射場為外問題。在求天線的外問題時,輻射場也要用到疊加原理。
2.研究天線的方法
(1)解析解
天線的輻射性能是宏觀電磁場問題,嚴格的分析方法是找出解析解,解析解是滿足邊界條件的麥兊斯韋方程解。
(2)數值解
在實際天線的計算中,嚴格的解析求解會出現數學上的困難,有時甚至無法求出解析解,所以天線實際上都是采用數值近似解法。
3.設計天線的方法
天線的設計一般都采用仿真軟件。
現在國際上比較流行的電磁三維仿真軟件有Ansoft公司的HFSS(High Frequency Structure Simulator)和CST公司的MWS(Microwave Studio)等。這些軟件可以設計天線的三維結構,可以求解任意三維射頻、微波器件的電磁場分布,開可以直接得到輻射場和天線方向圖,仿真結果與實測結果具備很好的一致性,是高效、可靠的天線設計方法。