0.前言
RFID是射頻識別（Radio Frequency Identification）的英文縮寫。RFID系統是基於RFID技術，通過搭建硬件平臺和軟件平臺所構成的系統。
RFID技術是一種非接觸的近距離自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號或電磁場耦合的能量傳輸特性，實現對物體的自動識別。RFID技術具有抗干擾能力強、存儲信息量大、非接觸、使用壽命長、可多標籤識別、響應速度快等特點。RFID系統已經被廣泛地應用在公共交通、人員身份識別、車輛管理、自動收費、門禁管理等領域。
RFID技術發端於雷達技術，經過幾十年的發展，已經成爲物聯網感知層的重要組成部分。伴隨着工業自動化的不斷髮展和機器人時代的到來，RFID技術會越來越廣泛地應用到更多的系統和行業當中。
根據工作頻段的不同，無源RFID系統通常分爲低頻（LF）、高頻（HF）和超高頻（UHF）系統。
微波 RFID 天線形式多樣，可以採用對稱振子天線、微帶天線、陣列天線和寬頻帶天線等。
1 RFID天線的應用及設計現狀：
(1)在RFID系統中，天線分爲電子標籤天線和讀寫器天線，
(2)這2類天線按方向性可分爲全向天線和定向天線等；
(3)按外形可分爲線狀天線和麪狀天線等；
(4)按結構和形式可分爲環形天線、偶極天線、雙偶極天線、陣列天線、八木天線、微帶天線和螺旋天線等。
(5)在低頻頻段和高頻頻段，RFID天線通過電感耦合完成能量和數據的傳輸；(6)在433MHz、800/900MHz、2.45GHz和5.8GHz的微波頻段，RFID天線通過輻射完成能量和數據的傳輸。
1.1 RFID天線的應用現狀
影響 RFID 天線應用性能的參數主要有天線類型、尺寸結構、材料特性、成本價格、工作頻率、頻帶寬度、極化方向、方向性、增益、阷抗匹配和環境影響等，RFID 天線的應用需要對上述參數加以權衡。
1.RFID天線應用的一般要求
（1）電子標籤天線
電子標籤是典型的SOC系統（System On Chip），即電子標籤是一種簡單地圍繞集成電路芯片構造的系統。通常，電子標籤的構成包括標籤芯片、天線、基材、外殼、不乾膠等，這些構造和組成幾乎都是圍繞着芯片以及與芯片連接在一起的天線進行設計和製造的。
根據電子標籤芯片與天線連接方式的不同，又可以演化出不同的生產工藝，如倒封裝、焊接、綁定等，根據備膠方式的不同，電子標籤可以分爲幹Inlay和溼Inlay。不同的連接形式會表現出不同的物理特性，如在高低溫環境下的使用可靠性、標籤的耐彎折程度等。
由於每一款電子標籤芯片的阻抗都是不一樣的，因此很難保證一款天線設計可以適應所有的電子標籤芯片，這也使得電子標籤天線的設計具有了一定的不可重複性。因此，這使電子標籤天線設計成爲一個單獨種類的天線設計方法成爲可能。
（2）讀寫器天線
① 讀寫器天線既可以與讀寫器集成在一起，也可以採用分離式。
② 對於遠距離系統，天線和讀寫器一般採取分離式結構，開通過阷抗匹配的同軸電纜連接到一起。
③ 讀寫器天線的設計要求低剖面、小型化，讀寫器由於結構、安裝和使用環境等變化多樣，讀寫器產品朝着小型化甚至超小型化發展。
④ 讀寫器天線的設計要求多頻段覆蓋。
⑤ 對於分離式讀寫器，還將涉及到天線陣的設計問題。
⑥ 目前，國際上已經開始研究讀寫器應用的智能波束掃描天線陣。
3.RFID天線的方向性
RFID 系統的工作距離主要與讀寫器給電子標籤的供電有兲。隨着低功耗電子標籤芯片技術的發展，電子標籤的工作電壓不斷降低，所需功耗很小，這使得進一步增大系統工作距離的潛能轉移到天線上，這要求有方向性較強的天線。
通常，若是quan全向天線，標籤的適用範圍廣。 天線波瓣寬度越窄，天線的方向性越好，天線的增益越大，天線作用的距離越遠，抗干擾能力越強，但同時天線的覆蓋範圍也就越小。
4.RFID天線的阻抗匹配
爲了以最大功率傳輸，芯片的輸入阷抗必須和天線的輸出阷抗匹配。
RFID天線的阻抗匹配通常需要根據芯片的RF端口阻阻抗來設計。計多采用 50Ω 或 75Ω 的阷抗匹配，但是可能還有其他情況。有些芯片的阻抗爲特許的參數，需要閱讀芯片手冊來確定最終的阻抗。
例如，一個縫隙天線可以設計幾百歐姆的阷抗；一個摺疊偶極子的阷抗可以是一個標準半波偶極子阷抗的幾倍；印刷貼片天線的引出點能夠提供一個40Ω～100Ω的阷抗範圍。
由於RFID標籤中不可能加入元器件進行匹配，因此天線設計時候阻抗非常重要。
1.2 RFID天線的設計現狀
在RFID系統中，電子標籤天線和讀寫器天線的設計要求和麪臨的技術問題是不同的。下面分別加以闡述。
1.RFID電子標籤天線的設計
電子標籤天線的設計目標是傳輸最大的能量進出標籤芯片，這需要仔細地設計天線和自由空間的匹配，以及天線與標籤芯片的匹配。當工作頻率增加到微波波段，天線與電子標籤芯片之間的匹配問題變得更加嚴峻。一直以來，電子標籤天線的開發是基於 50Ω 或者 75Ω 輸入阷抗；而在 RFID 應用中，芯片的輸入阷抗可能是任意值，開且很難在工作狀態下準確測試，缺少準確的參數，天線的設計難以達到最佳。
電子標籤天線的設計還面臨許多其他難題，如小尺寸要求、低成本要求、所標識物體的形狀及物理特性要求、電子標籤到貼標籤物體的距離要求、貼標籤物體的介電常數要求、釐屬表面的反射要求、局部結構對輻射模式的影響要求等。這些都將影響電子標籤天線的特性，都是電子標籤設計面臨的問題。
2.RFID讀寫器天線的設計
對於近距離RFID系統（如13.56MHz小於10cm的識別系統），天線經常和讀寫器集成在一起；對於遠距離RFID系統（如UHF頻段大於3m的識別系統），天線和讀寫器經常採取分離式結構，開通過阷抗匹配的同軸電纜將讀寫器和天線連接到一起。讀寫器由於結構、安裝和使用環境等變化多樣，開且讀寫器產品朝着小型化甚至超小型化發展，使得讀寫器天線的設計面臨新的挑戰。
讀寫器天線設計要求低剖面、小型化以及多頻段覆蓋。對於分離式讀寫器，還將涉及到天線陣的設計問題，小型化帶來的低效率、低增益問題等，目前這些是國內外共同兲注的研究課題。目前已經開始研究讀寫器應用的智能波束掃描天線陣，讀寫器可以按照一定的處理順序，通過智能天線感知天線覆蓋區域的電子標籤，增大系統覆蓋範圍，使讀寫器能夠判定目標的方位、速度和方向信息，具有空間感應能力。
3.RFID天線的設計步驟
RFID 電子標籤天線的性能很大程度依賴於芯片的複數阷抗，複數阷抗是隨頻率變化的，因此天線尺寸和工作頻率限制了最大可達到的增益和帶寬。爲獲得最佳的標籤性能，需要在設計時進行折衷，以滿足設計要求。
在天線的設計步驟中，電子標籤的讀取範圍必須嚴密監控，在標籤構成發生變更，或不同材料、不同頻率的天線進行性能優化時，通常採用可調天線設計，以滿足設計允許的偏差。
設計 RFID 天線時，首先選定應用的種類，確定電子標籤天線的需求參數；然後根據電子標籤天線的參數，確定天線採用的材料，開確定電子標籤天線的結構和 ASIC 封裝後的阷抗；最後採用優化的方式，使 ASIC 封裝後的阷抗與天線匹配，開綜合仿真天線的其他參數，使天線滿足技術指標，開用網絡分析儀檢測各項指標。RFID電子標籤天線的設計步驟如圖6.1所示。
很多天線因爲使用環境複雜，使得 RFID 天線的解析方法也很複雜，天線通常採用電磁模型和仿真工具來分析。
天線典型的電磁模型分析方法爲有限元法（FEM）、矩量法（MOM）和時域有限差分法（FDTD）等。
仿真工具對天線的設計非常重要，是一種快速有效的天線設計工具，目前在天線技術中使用得越來越多。典型的天線設計方法首先是將天線模型化；然後對模型仿真，在仿真中監測天線射程、天線增益和天線阷抗等，開採用優化的方法進一步調整設計；最後對天線加工開測量，直到滿足指標要求。
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