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RFID天線概述
RFID電子標簽和RFID讀寫器通過各自的天線構(gòu)建起兩者之間的非接觸信息傳輸通道,無論是rifd射頻標簽還是讀寫器的正常工作,都離不開天線或耦合線圈:一方面,無源射頻標簽芯片要啟動電路工作,需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量;另一方面,天線決定了射頻標簽與讀寫器之間的通信信道和通信方式,它在射頻標簽與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過程中起到了關(guān)鍵的作用,因此,對RFID天線的研究具有重要意義。
小于1m的近距離應(yīng)用系統(tǒng)的RFID天線一般采用工藝簡單、成本低的線圈型天線,它們主要工作在中低頻段。而1m以上遠距離的應(yīng)用系統(tǒng)需要采用微帶貼片型或偶極子型的天線(即ID天線),它們工作在高頻及微波頻段。
RFID天線基礎(chǔ)知識
1.概念辨析(dBm,dBi,dBd,dB,dBc)
1)dBm
dBm是一個考征功率絕對值的值,其計算公式為:10lgP(功率值/1mW)。
【例2-1】 如果發(fā)射功率P為1mW,折算為dBm后為0dBm。
【例2-2】 對于40W功率,按dBm單位進行折算后的值應(yīng)為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),它們都是相對值,但參考基準不一樣。dBi的參考基準為全方向性天線,dBd的參考基準為偶極子,因此兩者略有不同。一般認為,表示同一個增益的,用dBi表示出來的值比用dBd表示出來的值要大2.15
【例2-3】 對于一面增益為16dBd的天線,其增益折算成單位dBi時,為18.15dBi(一般忽略小數(shù)位,為18dBi)。
【例2-4】 0dBd=2.15dBi。
【例2-5】 GSM900天線增益可以為13dBd(15dBi),GSM1800天線增益可以為15dBd(17dBi)。
3)dB
dB是功率增益的單位,表示一個相對值。計算甲的功率比乙的功率大或小多少個dB時,可采用的計算公式為:10lg(甲的功率/乙的功率)。
【例2-6】 甲的功率比乙的功率大1倍,則有10lg(甲的功率/乙的功率)=10lg2=3dB。也就是說,甲的功率比乙的功率大3dB。【例2-7】 7/8英寸GSM900饋線的100m傳輸損耗約為3.9dB?!纠?-8】 如果甲的功率為46dBm,乙的功率為40dBm,則可以說甲比乙大6dB。【例2-9】 如果甲天線增益為12dBd,乙天線增益為14dBd,則可以說甲比乙小2dB。
4)dBc
dBc是一個表示功率相對值的單位,與dB的計算方法完全一樣。一般來說,dBc是相對于載波(Carrier)功率而言的,在許多情況下,它用來度量與載波功率的相對值,如用來度量干擾(同頻干擾、互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、帶外干擾等)及耦合、雜散等的相對值。在采用dBc的地方,原則上也可以使用dB替代。
5)dBm
功率/電平(dBm):放大器的輸出能力,一般其單位為W、mW、dBm。注意,dBm是取1mW作為基準值,以分貝表示的絕對功率電平。其換算公式如下。
電平(dBm)=10lgW
5W→10lg5000=37dBm
10W→10lg10000=40dBm
20W→10lg20000=43dBm
不難看出,功率每增加1倍,電平值增加3dBm。
2.插損
插損指當某一器件或部件接入傳輸電路后所增加的衰減,其單位用dB表示。
3.三階交調(diào)若存在兩個正弦信號ω1 和ω2,由于非線性作用將產(chǎn)生許多互調(diào)分量,其中 2ω1-ω2 和2ω2-ω1兩個頻率分量稱為三階交調(diào)分量,其功率 P3和信號ω1或ω2的功率之比稱三階交調(diào)系數(shù) M3。M3=10lg P3/P1(dBc)
4.噪聲系數(shù)
噪聲系數(shù)一般定義為輸出信噪比與輸入信噪比的比值,實際使用時將其轉(zhuǎn)化為分貝(dB)來計算。
5.耦合度
耦合度指耦合端口與輸入端口的功率比,其單位用dB表示。
6.隔離度
隔離度指本振或信號泄露到其他端口的功率與原有功率之比,其單位用dB表示。
7.天線增益(dB)
天線增益指天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中輻射的能力。一般把天線的最大輻射方向上的場強E與理想各向同性天線均勻輻射場場強E0相比,將功率密度增加的倍數(shù)定義為增益,表示為G=E/E0。
8.天線方向圖
天線方向圖是天線輻射出的電磁波在自由空間存在的范圍。方向圖的寬度一般是指主瓣寬度,即從最大值下降一半時兩點所張的夾角。E面方向圖指與電場平行的平面內(nèi)的輻射方向圖;H面方向圖指與磁場平行的平面內(nèi)的輻射方向圖。一般方向圖越寬,增益越低;方向圖越窄,增益越高。
9.天線前后比
天線前后比指最大正向增益與最大反向增益之比,其單位用dB表示。