1 引言

射頻識別是一種使用射頻技術的非接觸自動識別技術，具有傳輸速率快、防沖撞、大批量讀取、運動過程讀取等優(yōu)勢，因此，RFID技術在物流與供應鏈管理、生產管理與控制、防偽與安全控制、交通管理與控制等各領域具有重大的應用潛力。目前，射頻識別技術的工作頻段包括低頻、高頻、超高頻及微波段，其中以高頻和超高頻的應用最為廣泛。

2 RFID技術原理

RFID系統(tǒng)主要由讀寫器(target)、應答器(RFID標簽)和后臺計算機組成，其中，讀寫器實現對標簽的數據讀寫和存儲，由控制單元、高頻通信模塊和天線組成，標簽主要由一塊集成電路芯片及外接天線組成，其中電路芯片通常包含射頻前端、邏輯控制、存儲器等電路。標簽按照供電原理可分為有源(active)標簽、半有源(semi.active)標簽和無源(passive)標簽，無源標簽因為成本低、體積小而備受青睞。 　　RFID系統(tǒng)的基本工作原理是：標簽進入讀寫器發(fā)射射頻場后，將天線獲得的感應電流經升壓電路后作為芯片的電源.同時將帶信息的感應電流通過射頻前端電路變?yōu)閿底中盘査腿脒壿嬁刂齐娐愤M行處理，需要回復的信息則從標簽存儲器發(fā)出，經邏輯控制電路送回射頻前端電路，最后通過天線發(fā)回讀寫器。

3 RFID系統(tǒng)中的天線

從RFID技術原理上看，RFID標簽性能的關鍵在于RFID標簽天線的特點和性能。在標簽與讀寫器數據通信過程中起關鍵作用是天線，一方面，標簽的芯片啟動電路開始工作，需要通過天線在讀寫器產生的電磁場中獲得足夠的能量;另一方面，天線決定了標簽與讀寫器之間的通信信道和通信方式。因此，天線尤其是標簽內部天線的研究就成為了重點。

3.1 RFID系統(tǒng)天線的類別

按RFID標簽芯片的供電方式來分，RFID標簽天線可以分為有源天線和無源天線兩類。有源天線的性能要求較無源天線要低一些，但是其性能受電池壽命的影響很大：無源天線能夠克服有源天線受電池限制的不足.但是對天線的性能要求很高。目前，RFID天線的研究重點是無源天線。從RFID系統(tǒng)工作頻段來分.在LF、HF段f如6.78 MHz、13.56 MHz)I作的RFID系統(tǒng)，電磁能量的傳送是在感應場區(qū)域(似穩(wěn)場)中完成，也稱為感應耦合系統(tǒng);在UHF段(如915 MHz、2 400 Mttz)Z作的系統(tǒng)，電磁能量的傳送是在遠場區(qū)域(輻射場)中完成，也稱為微波輻射系統(tǒng)。由于兩種系統(tǒng)的能量產生和傳送方式不同，對應的RFID標簽天線及前端部分存在各自特殊性，因此標簽天線分為近場感應線圈天線和遠場輻射天線。感應耦合系統(tǒng)使用的是近場感應線圈天線，由多匝電感線圈組成，電感線圈和與其相并聯的電容構成并聯諧振回路以耦合最大的射頻能量;微波輻射系統(tǒng)使用的遠場輻射天線的種類主要是偶極子天線和縫隙天線，遠場輻射天線通常是諧振式的，一般取半波長。

天線的形狀和尺寸決定它能捕捉的頻率范圍等性能，頻率越高，天線越靈敏，占用的面積也越少。較高的工作頻率可以有較小的標簽尺寸，與近場感應天線相比，遠場輻射天線的輻射效率較高。

3.2 RFID標簽天線的設計要求

RFID標簽天線的設計要求主要包括：天線的物理尺寸足夠小，能滿足標簽小型化的需求;具有全向或半球覆蓋的方向性;具有高增益，能提供最大的信號給標簽的芯片;阻抗匹配好，無論標簽在什么方向，標簽天線的極化都能與讀寫器的信號相匹配;具有頑健性及低成本。在選擇天線時主要考慮：天線的類型，天線的阻抗，應用到物品上的RF性能，當有其他物品圍繞標簽物品時的RF性能。

4 RFID標簽天線的類別和研究現狀

標簽天線主要分為3大類：線圈型、偶極子、縫隙(包括微帶貼片)型。線圈型天線是將金屬線盤繞成平面或將金屬線纏繞在磁心上;偶極子天線由兩段同樣粗細和等長的直導線排成一條直線構成，信號從中間的兩個端點饋人，天線的長度決定頻率范圍;縫隙型天線是由金屬表面切出的凹槽構成，其中微帶貼片天線由一塊末端帶有長方形的電路板構成，長方形的長寬決定頻率范圍。

識別距離小于1 m的中低頻近距離應用系統(tǒng)的RFID天線一般采用工藝簡單、成本低的線圈型天線;以上的高頻或微波頻段的遠距離應用系統(tǒng)需要采用偶極子和縫隙型天線。

4.1 線圈型天線

當標簽線圈天線進入讀寫器產生的交變磁場中，標簽天線與讀寫器天線之間的相互作用就類似于變壓器。兩者的線圈相當于變壓器的初級線圈和次級線圈。由標簽天線形成的諧振回路如圖1所示。 圖1 標簽等效電路　　標簽和讀寫器雙向通信使用的載波頻率就是. 當要求標簽天線線圈外形很小，即面積小，且需一定的工作距離，RFID標簽與讀寫器問的天線線圈互感量( 就明顯不能滿足實際需求，可以在標簽天線線圈內部插入具有高導磁率㈥的鐵氧體材料，以增大互感量，從而補償線圈橫截面小的問題”。目前線圈型天線的實現技術已很成熟，廣泛地應用在身份識別、貨物標簽等RFID系統(tǒng)中，但是對于頻率高、信息量大、工作距離和方向不確定的RFID應用場合，采用線圈型天線難以實現相應的性能指標。

4.2 偶極子天線

偶極子天線具有輻射能力好、結構簡單、效率高的優(yōu)點嘲，可以設計成適用于全方位通信的RFID系統(tǒng)，被廣泛應用于RFID標簽天線的設計，尤其是在遠距離RFID系統(tǒng)中。

傳統(tǒng)半波偶極子天線的最大問題在于對標簽尺寸的影響，如915 MHz的半波偶極子。研究表明，端接的、傾斜的、折疊的偶極子天線可以通過選擇合適的幾何參數來獲得所需的輸入阻抗，具有增益高、頻率覆蓋寬和噪聲低的優(yōu)點，性能非常出色，且與傳統(tǒng)半波偶極子天線相比尺寸要小很多，若配合銅焊電氣端子和不平衡變壓器，還能最大限度地提升增益、阻抗匹配和帶寬。已知增加天線的彎折次數有利于在不降低天線效率的情況下減小天線尺寸，那么，如何在有限的空問下進行“彎折”，“彎折”的具體參數對標簽天線的諧振頻率和輸入阻抗有何影響?怎樣“彎折”的RF效率最高?

我們知道具有分形結構的物體一般都有比例自相似性和空間填充性的特點，應用到天線設計上可以實現天線多頻段特性和尺寸縮減特性。國內外對具有分形結構的天線做了大量研究工作，證實了分形結構的天線具有良好的尺寸縮減特性，可以在有限的空間內大幅度提高天線效率網。