第44卷增刊厦门大学学报(自然科学版)Vol.44Sup.2005年6月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Jun.2005RFID技术原理及其射频天线设计陈华君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MEMS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:TN820.12;TN821.4文献标识码:A文章编号:043820479(2005)Sup20312204自1970年第一张IC卡问世起,IC卡成为当时微通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路[2],有电子技术市场增长最快的产品之一,到1996年全世界的甚至将天线一起集成在同一芯片上[3].发售IC卡就有7亿多张[1].但是,这种以接触式使用RFID应用系统的基本工作原理是RFID卡进入的IC卡有其自身不可避免的缺点,即接触点对腐蚀和读写器的射频场后,由其天线获得的感应电流经升压污染缺乏抵抗能力,大大降低了IC卡的使用寿命和使电路作为芯片的电源,同时将带信息的感应电流通过用范围.近年来人们开始开发应用非接触式IC卡来逐射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信步替代接触式IC卡,其中射频识别(RFID,radiofre2息处理;所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑quencyidentification)卡就是一种典型的非接触式IC控制电路送回射频前端电路,最后通过天线发回给读卡,它是利用无线通信技术来实现系统与IC卡之间数写器.可见,RFID卡与读写器实现数据通讯过程中起据交换的,显示出比一般接触式IC卡使用更便利的优关键的作用是天线.一方面,无源的RFID卡芯片要启点,已被广泛应用于制作电子标签或身份识别卡.然动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场而,RFID在不同的应用环境中需要采用不同天线通中获得足够的能量;另一方面,天线决定了RFID卡与讯技术来实现数据交换的.这里我们将首先通过介绍读写器之间的通讯信道和通讯方式.RFID应用系统的基本工作原理来具体说明射频天线目前RFID已经得到了广泛应用,且有国际标准:的设计是RFID不同应用系统的关键,然后分别介绍ISO10536,ISO14443,ISO15693,ISO18000等几种.这几种典型的RFID天线及其设计原理,最后介绍利用些标准除规定了通讯数据帧协议外,还着重对工作距AnsoftHFSS工具来设计了一种全向的RFID天线.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RFID1RFID技术原理天线的选择,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.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芯片图射频识别系统原理图收稿日期:20052032101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Fig.1StructureofRFIDsystem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©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net增刊陈华君等:RFID技术原理及其射频天线设计·313·图2应答器等效电路图图3微带天线Fig.2EquivalentcircuitdiagramofresponderFig.3Microstripantenna边缘场引起的,辐射方向基本确定,因此,一般适用于2RFID天线类型通讯方向变化不大的RFID应用系统中.为了提高天线的性能并考虑其通讯方向性问题,人们还提出了各RFID主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3种种不同的微带缝隙天线,如文献[5,6]设计了一种工作基本