RFID的设计要领及常见步骤

RFID的设计要领及常见步骤
 
    电子标签天线的设计目标是传输能量进出标签芯片,这需要仔细设计天线和自由空间的匹配,以及天线与标签芯片的匹配。当工作频率增加到微波波段,天线与电子标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。一直以来,电子标签天线的开发是基于50 或者75 输入阻抗,而在RFID应用中,芯片的输入阻抗可能是任意值,并且很难在工作状态下准确测试,缺少准确的参数,天线的设计难以达到佳。
      
    电子标签天线的设计还面临许多其他难题,如相应的小尺寸要求,低成本要求,所标识物体的形状及物理特性要求,电子标签到贴标签物体的距离要求,贴标签物体的介电常数要求,金属表面的反射要求,局部结构对辐射模式的影响要求等,这些都将影响电子标签天线的特性,都是电子标签设计面临的问题。
 
    对于近距离RFID系统(如13.56MHz小于10cm的识别系统),天线一般和读写器集成在一起;对于远距离RFID系统(如UHF频段大于3m的识别系统),天线和读写器常采取分离式结构,并通过阻抗匹配的同轴电缆将读写器和天线连接到一起。读写器由于结构、安装和使用环境等变化多样,并且读写器产品朝着小型化甚至超小型化发展,使得读写器天线的设计面临新的挑战。
      
    读写器天线设计要求低剖面、小型化以及多频段覆盖。对于分离式读写器,还将涉及天线阵的设计问题,小型化带来的低效率、低增益问题等,这些目前是国内外共同关注的研究课题。目前已经开始研究读写器应用的智能波束扫描天线阵,读写器可以按照一定的处理顺序,通过智能天线使系统能够感知天线覆盖区域的电子标签,增大系统覆盖范围,使读写器能够判定目标的方位、速度和方向信息,具有空间感应能力。
 
    RFID电子标签天线的性能,很大程度依赖于芯片的复数阻抗,复数阻抗是随频率变换的,因此天线尺寸和工作频率限制了可达到的增益和带宽,为获得佳的标签性能,需要在设计时做折衷,以满足设计要求。在天线的设计步骤中,电子标签的读取范围必须严密监控,在标签构成发生变更或不同材料不同频率的天线进行性能优化时,通常采用可调天线设计,以满足设计允许的偏差。
      
    设计RFID天线时,先选定应用的种类,确定电子标签天线的需求参数;然后根据电子标签天线的参数,确定天线采用的材料,并确定了电子标签天线的结构和封装后的阻抗;后采用优化的方式,封装后的阻抗与天线匹配,综合仿真天线的其他参数,让天线满足技术指标,并用网络分析仪检测各项指标。
      
    很多天线因为使用环境复杂,使得RFID天线的解析方法也很复杂,天线通常采用电磁模型和仿真工具来分析。天线典型的电磁模型分析方法为有限元法FEM、矩量法MOM和时域有限差分法FDTD等。仿真工具对天线的设计非常重要,是一种快速有效的天线设计工具,目前在天线技术中使用越来越多。典型的天线设计方法,先是将天线模型化,然后将模型仿真,在仿真中监测天线射程、天线增益和天线阻抗等,并采用优化的方法进一步调整设计,后对天线加工并测量,直到满足要求。


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