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博纬智能专家带你一文读懂rfid天线是什么

2019-01-07 10:40:03

如今已经是物联网时代,作为关键技术之一的RFID技术在推动着整个物联网的发展,尤其在智慧交通、物流仓储、智能图书馆、无人零售等领域,都取得比较不错的成就。而天线是RFID不可或缺的部分,那么到底RFID天线什么呢?今天从天线原理、方向性、增益等各个方面全面了解。

博纬智能rfid天线

博纬智能超高频rfid天线

什么是天线

天线是一种变换器,它把传输线上传播的导行波,变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波,或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

天线的辐射电磁波原理

导线载有交变电流时,就会辐射电磁波,其辐射能力与导线的长短和形状有关。若两导线的距离很近,电场被束缚在两导线之间,因而辐射很微弱;将两导线张开,电场就散播在周围空间,因而辐射增强。当导线的长度远小于辐射电磁波的波长 ,辐射很微弱;当导线的长度可与辐射的电磁波波长相比拟时,导线上的电流就大大增加,形成较强的辐射。通常将上述能产生显著辐射的直导线称为振子,振子就是一个简单的天线。


天线的辐射电磁波原理


电磁波波长越长,天线的尺寸越大。需要辐射的功率越强,天线的尺寸越大;


天线的方向性

天线辐射电磁波是有方向性的,在天线的发送端,方向性指天线向一定方向辐射电磁波的能力,对于接收端而言,则表示天线对来自不同方向的电磁波的接收能力。


天线的方向图

天线方向图是天线辐射特性与空间坐标之间的函数图形,因此,分析天线的方向图就可分析天线的辐射特性,即天线在空间各个方向上所具有的发射(或接收)电磁波的能力。通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向辐射(或接收)电磁波功率大小的曲线就是天线的方向性。

天线方向图


通过对天线的内部结构做相应的改动,可以改变天线的方向性,并由此形成不同种类及特性各异的天线。


若干个对称振子组阵能够控制辐射,把信号进一步集中到在水平面方向上,从而产生类似于“扁平的面包圈”的方向图。


标准半波对称振子天线


平面反射板放在阵列的一边可构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射面的作用:反射面把功率反射到单侧方向,提高了增益。


天线方向




天线的波瓣宽度

波瓣

方向图通常都有两个或多个瓣,其中辐射强度最大的瓣称为主瓣,其余的瓣称为副瓣或旁瓣。

天线波瓣

波瓣宽度

在主瓣最大辐射方向两侧,辐射强度降低 3dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角)。


天线波瓣宽度


波瓣宽度越窄,方向性越好,作用距离越远,抗干扰能力越强。还有一种波瓣宽度,即10dB波瓣宽度,顾名思义它是方向图中辐射强度降低10dB(功率密度降至十分之一)的两个点间的夹角。


天线的增益

天线增益定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度,从方向图上来看,主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。在工程上,天线增益用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围,或者在确定范围内增大增益余量。相同的条件下,增益越高,电波传播的距离越远。


增益是指在输入功率相等的条件下,实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。


可以这样来理解增益的物理含义:为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号,如果用理想的无方向性点源作为发射天线,需要100W的输入功率,而用增益为 G = 13 dB = 20 的某定向天线作为发射天线时,输入功率只需100/20=5W。换言之,某天线的增益,就其最大辐射方向上的辐射效果来说,与无方向性的理想点源相比,把输入功率放大的倍数。 半波对称振子的增益为G = 2.15 dBi。4个半波对称振子 沿垂线上下排列,构成一个垂直四元阵,其增益约为G=8.15dBi( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。


如果以半波对称振子作比较对象,则增益的单位是dBd . 半波对称振子的增益为G=0dBd(因为是自己跟自己比,比值为1,取对数得零值。);垂直四元阵,其增益约为G=8.15-2.15=6dBd。

天线增益

一个天线与对称振子相比的增益用dBd表示,一个天线与各向同性辐射器相比较的增益用dBi表示


上旁瓣抑制

对于无线覆盖天线,其服务对象是地面上的无线用户,指向天空的辐射是毫无意义的。因而人们常常要求它的垂直面方向图主瓣上方的第一旁瓣尽可能弱一些,这就是所谓的上旁瓣抑制。


天线上旁瓣抑制


方向图中,前后瓣最大值之比称为前后比前后比越大,接收性能好。


天线上旁瓣抑制


天线的极化

天线的极化是以电磁波的极化来确定的。电磁波的极化方向通常是以其电场矢量的空间指向来描述的,即在空间某位置上,沿电磁波的传播方向看去,其电场矢量在空间的取向随时间变化所描绘出的轨迹。如果这个轨迹是一条直线,则称为线极化,如果是一个圆,则称为圆极化,如果是一个椭圆,则称为椭圆极化。一般来说天线极化方向就是电场的方向。


天线极化


把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起,或者,把 +45° 极化和 -45° 极化两种极化的天线组合在一起,就构成了一种新的天线—双极化天线。双极化天线有两个接头。


天线极化


来源:网络

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