第 44卷 增 刊 厦门大学学报 (自然科学版 Vol. 44 Sup. 2005年 6月
Journal of Xiamen University (Nat ural Science J un. 2005
RFID 技术原理及其射频天线设计 收稿日期 :2005203210
基金项目 :国家人事部留学人员创业基金 , 福建省自然科学基金计 划资助项目 (A0410007
作者简介 :陈华君 (1977- , 男 , 博士研究生 . 3通讯作者 :dhguo@xmu.edu. cn 陈华君 1, 林 凡 2, 郭东辉 1,2,33, 吴孙桃 2
(1. 厦门大学物理学系 , 2. 厦门大学 M EMS 中心 , 3. 厦门大学电子工程系 , 福建 厦门 361005
摘要 :首先简要介绍 RFID 技术的基本工作原理 , 说明射频天线是 RFID 系统设计的技术关键 , 然后介绍了几种基本的
RFID 射频天线及其工作原理 ,
并针对普遍使用的偶极子天线在 RFID 系统中方向性上的不足提出改进 , 最后 , 给出一个具
有全向收发功能的 RFID 天线设计 . 通过设计仿真工具模拟仿真 , 并进行实际样品测试 , 获得较满意的设计结果 .
关键词 :RFID ; 射频天线 ; 电子标签
中图分类号 :TN 820. 12; TN 821. 4 文献标识码 :A 文章编号 :043820479(2005 Sup 20312204 自 1970年第一张 IC 卡问世起 , IC 卡成为当时微 电子技术市场增长最快的产品之一 , 到 1996年全世界 发售 IC 卡就有 7亿多张 [1]. 但是 , 这种以接触式使用 的 IC 卡有其自身不可避免的缺点 , 即接触点对腐蚀和 污染缺乏抵抗能力 , 大大降低了 IC 卡的使用寿命和使 用范围 . 近年来人们开始开发应用非接触式 IC 卡来逐 步替代接触式 IC 卡 , 其中射频识别 (RFID ,radio f re 2quency identification 卡就是一种典型的非接触式 IC 卡 , IC 卡之间数 据交换的 ,
显示出比一般接触式 IC 卡使用更便利的优 点 , 已被广泛应用于制作电子标签或身份识别卡 . 然 而 ,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通 讯技术来实现数据交换的 . 这里我们将首先通过介绍 RFID 应用系统的基本工作原理来具体说明射频天线 的设计是 RFID 不同应用系统的关键 , 然后分别介绍 几种典型的 RFID 天线及其设计原理 , 最后介绍利用 HFSS 工具来设计了一种全向的 RFID 天线 .
1 RFID 技术原理
通常情况下 , RFID 的应用系统主要由读写器和 RFID 卡两部分组成的 , 如图 1所示 . 其中 , 读写器一 般作为计算机终端 , 用来实现对 RFID 卡的数据读写 和存储 , 它是由控制单元 、 高频通讯模块和天线组成 . 而 RFID 卡则是一种无源的应答器 , 主要是由一块集 成电路 (IC 芯片及其外接天线组成 , 其中 RFID 芯片
通常集成有射频前端 、 逻辑控制 、 存储器等电路 [2], 有 的甚至将天线一起集成在同一芯片上 [3].
RFID 应用系统的基本工作原理是 RFID 卡进入 读写器的射频场后 , 由其天线获得的感应电流经升压 电路作为芯片的电源 , 同时将带信息的感应电流通过 射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信 息处理 ; 所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑 控制电路送回射频前端电路 , 最后通过天线发回给读 写器 . 可见 ,RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起 关键的作用是天线 . 一方面 , 中获得足够的能量 ; 另一方面 , 天线决定了 卡与 读写器之间的通讯信道和通讯方式 .
目前 RFID 已经得到了广泛应用 , 且有国际标准 :ISO10536,ISO14443, ISO15693, ISO18000等几种 . 这
些标准除规定了通讯数据帧协议外 , 还着重对工作距 离 、 频率 、 耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格 进行了规范 . RFID 应用系统的标准制定决定了 RFID 天线的选择 , 下面将分别介绍已广泛应用的各种类型 的 RFID 天线及其性能 .
图 1 射频识别系统原理图 Fig. 1 Structure of RFID system
RFID技术原理及其射频天线设计.
