RFID超高頻天線的設(shè)計(jì), 需要考慮天線采用的材料, 需要考愿天線的尺寸, 需要考慮天線的作用距離, 還需要考慮頻帶度、方向性、增益等多項(xiàng)性能指標(biāo)。RFID超高頻天線主要采用偶極子天線、微帶天線、非頻變天線、陣列天線等, 下面對(duì)這些天線加以討論。
(1)彎曲偶極子天線。
    偶極子天線即振子天線。為了縮短天線的尺寸, 在RFID超高頻中偶極子天線常采用彎曲結(jié)構(gòu)。彎曲偶極子天線縱向延伸方向至少折返一次, 從而具有至少兩個(gè)導(dǎo)體段, 每個(gè)導(dǎo)體段分別具有個(gè)延伸軸, 這些導(dǎo)體段借助于一個(gè)連接段相互平行且有間隔地排列, 并且第一導(dǎo)體段向空間延伸, 折返的第二導(dǎo)體段與第一導(dǎo)體段垂直, 第一和第二導(dǎo)體段擴(kuò)展成一個(gè)導(dǎo)體平面。彎曲偶極子天線如圖所示, 可以視為變形的對(duì)稱振子天線。

     由于尺寸和調(diào)諧的要求, 偶極子天線采用彎曲結(jié)構(gòu)是一個(gè)自然的選擇。彎曲允許天線緊湊, 并提供了與彎曲軸垂直平面上的全向輻射性能。通過(guò)調(diào)整參數(shù), 可以改變天線的增益和阻抗, 并改變電子標(biāo)簽的諧振、最高射程、頻帶寬度等。
(2)微帶天線。
    RFID超高頻也常采用微帶天線。微帶天線是平面型天線, 具有小型化、易集成、方向性好等 優(yōu)點(diǎn), 可以做成共形天線, 易于形成圓極化, 制作成本低, 易于大量生產(chǎn)。微帶天線按結(jié)構(gòu)特征可以分為微帶貼片天線和微帶縫隙天線兩大類; 按形狀可以分為矩形、圓形、環(huán)形微帶天線等; 按工作原理可以分成諧振型(駐波型)和非諧振型(行波型)微帶天線。 

    大多數(shù)微帶天線只在介質(zhì)基片的一面上有輻射單元, 因此可以用微帶或同軸線饋電。因?yàn)樘炀€輸人阻抗不等于通常的500傳輸線阻抗, 所以需要匹配。為了使頻帶加寬, 可增加基片的厚度, 或減小基片的相對(duì)介電常數(shù)(云)值。如果改變介質(zhì)板的厚度、介電常數(shù)和微帶貼片的寬度等, 從對(duì)方向圖影響的角度來(lái)看, 對(duì)赤道面上方向圖的影響不大, 但對(duì)子午面上方向圖的影響明顯, 前傾的半圓形方向圖可能會(huì)變成橫8字型方向圖。
①微帶駐波貼片天線。
   微帶貼片天線(MPA)是由介質(zhì)基片、在基片一面上任意平面兒何形狀的導(dǎo)電貼片以及在基 片另一面上的導(dǎo)體接地板3部分所構(gòu)成。貼片形狀可以是多種多樣的, 實(shí)際應(yīng)用中, 由于某些特殊的性能要求和安裝條件的限制, 必須用到某種形狀的微帶貼片天線。為使微帶天線適用于各種特殊用途, 對(duì)各種幾何形狀的微帶貼片天線進(jìn)行分析就相當(dāng)重要。各種微帶貼片天線的貼片形狀
② 微帶行波貼片天線。
    微帶行波天線(MTA)是由基片、在基片一面上的鏈形周期結(jié)構(gòu)或普通的長(zhǎng) TEM 波傳輸線以及在基片另一面上的導(dǎo)體接地板3部分組成。TEM波傳輸線的末端接匹配負(fù)載, 當(dāng)天線上維持行波時(shí), 可從天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上使主波束位于從邊射到端射的任意方向。各種微帶行波天線的形狀.
③微帶縫隙天線。
   微帶縫隙天線由微帶饋線和開(kāi)在導(dǎo)體接地板上的縫隙組成。微帶縫隙天線是把接地板刻出窗口(即縫隙), 而在介質(zhì)基片的另一面印刷出微帶線對(duì)縫隙饋電, 縫隙可以是矩形(寬的或窄的)、圓形或環(huán)形.
(3)陣列天線。
    陣列天線是一類由不少于兩個(gè)天線單元按照規(guī)則排列或隨機(jī)排列, 并通過(guò)適當(dāng)激勵(lì)獲得預(yù)定輻射特性的天線。就發(fā)射天線來(lái)說(shuō), 簡(jiǎn)單的輻射源如點(diǎn)源、對(duì)稱振子源是常見(jiàn)的, 陣列天線是將它們按照直線或者更復(fù)雜的形式, 排成某種陣列形式, 構(gòu)成陣列形式的輻射源, 并通過(guò)調(diào)整陣列天線饋電電流、間距、電長(zhǎng)度等不同參數(shù), 來(lái)獲取最好的輻射方向性。

    目前, 隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展, 以及對(duì)天線諸多研究方向的提出, 都促使了新型天線的誕生, 這其中就包括智能天線。智能天線技術(shù)利用各個(gè)用戶間信號(hào)空間特征的差異, 通過(guò)陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個(gè)用戶信號(hào)而不發(fā)生相互干擾, 使無(wú)線電頻譜的利用和信號(hào)的傳輸更為有效。
    自適應(yīng)陣列天線是智能天線的主要類型, 可以實(shí)現(xiàn)全向天線, 完成用戶信號(hào)的接收和發(fā)送。自適應(yīng)陣列天線采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)識(shí)別用戶信號(hào)到達(dá)方向, 并在此方向形成天線主波束。自適應(yīng)天線陣是一個(gè)由天線陣和實(shí)時(shí)自適應(yīng)信號(hào)接收處理器所組成的一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng), 它用反饋控制方法自動(dòng)調(diào)準(zhǔn)天線陣的方向圖, 使它在干擾方向形成零陷, 將干擾信號(hào)抵消, 而且可以使有用信號(hào)得到加強(qiáng), 從而達(dá)到抗干擾的目的。

(4)八木天線。
    八木天線是一種寄生天線陣, 它只有一個(gè)陣元是直接饋電的, 其他陣元都是非直接激勵(lì), 是 采用近場(chǎng)耦合從有源陣元獲得激勵(lì)。八木天線有很好的方向性, 較偶極子天線有較高的增益, 實(shí)現(xiàn)了陣列天線提高增益的目的。
   ①八木天線的方向性。在八木天線中, 比有源振子稍長(zhǎng)一點(diǎn)的稱為反射器, 它在有源振子的一側(cè), 起著削弱從這個(gè)方向傳來(lái)的電波或從本天線發(fā)射去的電波的作用; 比有源振子稍短一點(diǎn)的稱為引向器, 它位于有源振子的另一側(cè), 能增強(qiáng)從這一側(cè)方向傳來(lái)的或向這個(gè)方向發(fā)射出略短一點(diǎn)。引向器數(shù)量越多, 輻射方向越尖銳, 增益越高, 但實(shí)際上超過(guò)4、5個(gè)引向器之后,去的電波。引向器可以有許多個(gè), 每根長(zhǎng)度都要比其相鄰的并靠近有源振子的那根長(zhǎng)度相同或這種增加就不太明顯了, 而體積大、自重增加、對(duì)材料強(qiáng)度要求提高、成本加大等問(wèn)題卻逐漸突出。
   ②八木天線的“大梁”。八木天線每個(gè)引向器和反射器都是用一根金屬棒做成, 所有振需要與大梁絕緣, 振子的中點(diǎn)正好位于電壓的零點(diǎn), 零點(diǎn)接地沒(méi)有問(wèn)題。而且這還有一個(gè)好子都是按一定的間距平行固定在一根“大梁”上, 大梁也是用金屬材料做成的。振子中點(diǎn)不處, 在空間感應(yīng)到的靜電正好可以通過(guò)這個(gè)中間接觸點(diǎn), 將天線金屬立桿導(dǎo)通到建筑物的避雷地網(wǎng)中去。
   ③ 八木天線的有源振子。八木天線的有源振子是一個(gè)關(guān)鍵的單元, 有源振子有兩種常見(jiàn)的形態(tài), 一種是直振子, 另一種是折合振子。直振子是二分之一波長(zhǎng)偶極振子, 折合振子是直振子 變形。有源振子與饋線相接的地方必須與主梁保持良好的絕緣, 而折合振子中點(diǎn)仍可以與大梁相通。

   ④八木天線的輸入阻抗。二分之一波長(zhǎng)折合振子的輸人阻抗, 比二分之一波長(zhǎng)偶極天線的輸人阻抗高4倍。當(dāng)加了引向器和反射器后, 輸人阻抗的關(guān)系就變得復(fù)雜起來(lái)了?？偟膩?lái)說(shuō), 八木天線的輸入阻抗比僅有基本振子的輸人阻抗要低很多, 而且八木天線各單元間距越大則阻抗越高, 反之則阻抗越低, 同時(shí)天線的效率也降低。
   ⑤八木天線的阻抗匹配。八木天線需要與饋線達(dá)到阻抗匹配, 于是就有了各種各樣的匹配方法。一種匹配方法是在饋電處并接一段U型導(dǎo)體, 它起著一個(gè)電感器的作用, 和天線本身的電容形成并聯(lián)諧振, 從而提高了天線阻抗。還有一種簡(jiǎn)單的匹配方法, 是把靠近天線饋電處的饋線繞成一個(gè)約六、七圈的線圈掛在那里, 這與U型導(dǎo)體匹配的原理類似。
   ⑥八木天線的平衡輸出。八木天線是平衡輸出, 它的兩個(gè)饋電點(diǎn)對(duì)“地”呈現(xiàn)相同的特性。但通常的收發(fā)信機(jī)天線端口卻是不平衡的, 這將破壞天線原有的方向特性, 而且在饋線上也會(huì)產(chǎn)生不必要的發(fā)射。一副好的八木天線, 應(yīng)該有“平衡-不平衡”轉(zhuǎn)換。
   ⑦八木天線振子的直徑。八木天線振子的直徑對(duì)天線性能有影響。直徑影響振子的長(zhǎng)度,直徑大則長(zhǎng)度應(yīng)略短。直徑影響帶寬, 直徑大, 天線Q值低些, 工作頻率帶寬就大一些。
   ⑧八木天線的架設(shè)。架設(shè)八木天線時(shí), 要注意振子是與大地平行還是垂直, 并注意收信、發(fā)信雙方保持姿態(tài)一致, 以保證收發(fā)雙方保持相同的極化方式。振子以大地為參考面, 振子水平安裝時(shí), 發(fā)射電波的電場(chǎng)與大地平行, 稱為水平極化波; 振子與地垂直安裝時(shí), 發(fā)射的電波與大地垂直, 是垂直極化波。
(5)非頻變天線。
    一般來(lái)說(shuō), 若天線的相對(duì)帶寬達(dá)到百分之幾十, 這類天線稱為寬頻帶天線; 若天線的頻帶寬度能夠達(dá)到 10:1, 這類天線稱為非頻變天線。非頻變天線能在一個(gè)很寬的頻率范圍內(nèi), 保持天線的阻抗特性和方向特性基本不變或稍有變化。
     現(xiàn)在, RFID使用的頻率很多, 這要求一臺(tái)讀寫(xiě)器可以接收不同頻率電子標(biāo)簽的信號(hào), 因此讀寫(xiě)器發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)是可以在不同的頻率使用, 這使得非頻變天線成為RFID的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。非頻變天線有多種形式, 有圓錐等角螺旋天線和對(duì)數(shù)周期天線等。
① 圓錐等角螺旋天線。平面等角螺旋天線的輻射是雙方向的, 為了得到單方向輻射, 可以做成圓錐等角螺旋天線。為實(shí)際的圓錐等角螺旋天線。
② 對(duì)數(shù)周期天線。對(duì)數(shù)周期天線是非頻變天線的另一種形式, 它基于以下的概念:當(dāng)某一天線按某一比例因子變換后, 若依然等于它原來(lái)的結(jié)構(gòu),
則天線的性能在頻率為f和頻率為寸時(shí)保持相同。對(duì)數(shù)周期天線常采用振子結(jié) 構(gòu), 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 在短波、超短波和微波波段都得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)數(shù)周期天線有時(shí)需要圓極化, 兩個(gè)對(duì)數(shù)周期天線可以構(gòu)成圓極化, 這需要將這兩個(gè)天線的振子相對(duì)垂直放置。