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, 從對方向圖影響的角度來看, 對赤道面上方向圖的影響不大, 但對子午面上方向圖的影響明顯, 前傾的半圓形方向圖可能會變成橫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 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)射天線來說, 簡單的輻射源如點(diǎn)源、對稱振子源是常見的, 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, 并通過調(diào)整陣列天線饋電電流、間距、電長度等不同參數(shù), 來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)用戶間信號空間特征的差異, 通過陣列天線技術(shù)在同一信道上接收和發(fā)射多個(gè)用戶信號而不發(fā)生相互干擾, 使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。
    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, 完成用戶信號的接收和發(fā)送。自適應(yīng)陣列天線采用數(shù)字信號處理技術(shù)識別用戶信號到達(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, 將干擾信號抵消, 而且可以使有用信號得到加強(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), 每根長度都要比其相鄰的并靠近有源振子的那根長度相同或這種增加就不太明顯了, 而體積大、自重增加、對材料強(qiáng)度要求提高、成本加大等問題卻逐漸突出。
   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)接地沒有問題。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。二分之一波長折合振子的輸人阻抗, 比二分之一波長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)雜起來了?？偟膩碚f, 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“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天線性能有影響。直徑影響振子的長度,直徑大則長度應(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。
    一般來說, 若天線的相對帶寬達(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, 這要求一臺讀寫器可以接收不同頻率電子標(biāo)簽的信號, 因此讀寫器發(fā)展的一個(gè)趨勢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 對數(shù)周期天線。對數(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。對數(shù)周期天線常采用振子結(jié) 構(gòu), 其結(jié)構(gòu)簡單, 在短波、超短波和微波波段都得到了廣泛應(yīng)用。對數(shù)周期天線有時(shí)需要圓極化, 兩個(gè)對數(shù)周期天線可以構(gòu)成圓極化, 這需要將這兩個(gè)天線的振子相對垂直放置。