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UHF超高频RFID远距离具有识别距离远,读写速度
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JYZN-403(R2000方案)是一款高性能的UHF超高频电子标签读写器，采用Impinj芯片R2000架构，结合专有的高效信号处理算法，在保持高识读率的同时，实现对电子标签的快速读写处理，整体结构超薄设计，可嵌入于各种大形产品中，具有识别距离远,读写速度快,准确率高等特点,广泛应用于物流、门禁系统、防伪系统及生产过程控制等多种无线射频识别（RFID）系统。
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作者：RFID世界网收录
来源：电子发烧友
摘要：射频识别RFID(Radio Frequency IdentificatiON)是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。它利用射频信号的空间耦合传递非接触信息，并通过所传递的信息识别对象。 RFID解决无源(卡中无电源)和免接触两大难题，实现运动目标识别、多目标识别，其突出优点是环境适应性强，能够穿透非金属材质，数据存储量大，抗干扰能力强。目
关键词：[1130篇]&&[133篇]&&[36篇]&&
　　1 引言
　　射频识别RFID(Radio Frequency IdentificatiON)是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。它利用射频信号的空间耦合传递非接触信息，并通过所传递的信息识别对象。 解决无源(卡中无电源)和免接触两大难题，实现运动目标识别、多目标识别，其突出优点是环境适应性强，能够穿透非金属材质，数据存储量大，抗干扰能力强。目前的读写器远远不能满足应用要求，因此，需要一款远距离读写器配合远距离天线，实现远距离水平或垂直方向的读写要求。这里给出一种远距离 RFID读写天线的设计方案，采用射频标签专用读写器RI-R6C-001A，该器件要求天线阻抗为50 Ω，频率为13.56 MHz，因此采用_亡艺简单、低成本的PCB环形天线。
　　2 RFID读写天线的设计
　　2.1 RFID读写天线工作原理
　　天线是发射和接收射频载波信号的设备。在工作频率和带宽确定的条件下，天线发射射频处理模块产生的射频载波，并接收从标签发射或反射的射频载波，其作用是产生磁通量，为标签(无源)提供电源，并在和标签之间传递信息。天线性能的优劣对系统整体性能起着非常关键的作用。RFID天线的读写距离取决于诸多因素：天线的尺寸、方向性、天线的位置、所处频段的电气特性及周围环境等。
　　2.2 RFID读写天线各性能参数
　　2.2.1 电子标签的方向性
　　由于无源电子标签是通过与读写器天线磁场耦合来获得能量，所以标签的方向性直接影响耦合系数，近而影响能量的获取和通信的可靠性。当标签的方向性和读写器天线处于最佳耦合时，磁力线与电子标签成直角。电子标签能够获得最好的读写效果。但是，若将电子标签移动到天线的两侧，这时标签的放置位置和磁力线方向平行。此时方向性最差，读写效果也最差。图1为天线的磁力线分布模拟图。
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　　2.2.2 天线盲区
　　由于环形天线的电磁场在其临近区域分布不均匀，因此会出现读写盲区。如图2中黑线勾勒出的范围之外区域一般为单个天线的读写盲区。经反复实验证明将电子标签摆放位置转到与最佳位置成40°角区域时，一般可正常读写操作。
620)this.style.width=620;" border=0 alt=一种超高频RFID读写天线的设计 src=".cn/FileUpLoadSavePath/ac5c7.jpg">
　　2.2.3 天线品质因数Q
　　对于电感耦合式射频识别系统的天线.在其尺寸不变的情况下，Q值越大意味着天线线圈中的电流强度越大，输出功率越强，读写距离就越远。品质因数Q的计算公式为：
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　　式中，f0是工作频率(13.56 MHz)，L是天线的等效电感，R是天线的等效并联电阻。通过p很容易计算出天线带宽B：
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　　由式(2)可看出，天线的传输带宽B与品质因数Q成反比。因此，过高的品质因数将导致带宽缩小，降低读写器的调制边带信号幅度，导致读写器无法与标签通信。天线Q值与3 dB带宽的关系曲线如图3所示。由图3可看出：环形天线与50 Ω的负载相连时，其Q值最好不超过30。为了优化天线的性能。读写器匹配电路的驻波比应小于1：1.2。
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　　天线设计完成后，使用矢量网络分析仪测量天线品质因数及带宽。若带宽不符合要求，可加并联电阻调整。
　　设天线的谐振电阻为Rpor，理想品质因数为Qreqtuired，则：
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　　假设利用频谱分析仪实测的天线品质因数为Qreqtuired，则相应天线的阻抗为：
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　　最终天线需要并联电阻R：
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　　该设计按以上步骤设计天线品质因数，其Qrequired=30。
　　2.2.4 天线尺寸
　　一般情况下.读写器识别距离与读写器的天线装置及磁场强度有关，天线越大，输出功率越大，读写距离就越远。但随着天线尺寸增大，也出现了其他问题：信噪比下降;为符合国内外的电磁兼容标准要求，可能需要实施电磁屏蔽措施;读写器天线的磁场回旋盲区将会扩张，在磁场盲区电子标签无法作出响应：电子标签的天线与读写器的天线之间匹配问题更难解决。如果电感太大，甚至可能无法解决。天线的最大几何尺寸同工作波长之间有一个界限，一般定义为：
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　　式中，L是天线的最大尺寸，λ是工作波长。
　　对于13.6 MHz的射频识别系统来说，天线的最大尺寸应选用50 cm左右。采用尺寸大小为50 cm×50 cm的单一天线读写器，当辐射功率达0.8 W时，可实现50 cm的有效读写距离。若采用双天线，则可实现超过1 m的有效读写距离。
　　2.2.5 匹配网络
　　本文研究的RFID读写器频率为13.56 MHz，为有效抑制功率反射、寄生辐射等高频效应，通常是将读写器天线通过同轴电缆连接到读写器的高频模块，同轴电缆阻抗为50 Ω。因此，天线的阻抗匹配就是通过一定的无源匹配电路来改变读写器天线的输入阻抗，使其与同轴电缆的阻抗保持一致，这样就可使能量通过同轴电缆几乎无损失的从读写器传送出去。图4为采用50 Ω技术的电感耦合式射频识别系统电路。
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　　3 结论
　　RFID读写器要实现远距离读写功能关键在于天线的设计，通过研究RFID天线工作原理及其性能参数，提出一种有效的天线设计优化方案，从而使读写器具有更远的读写距离和更高的能量利用率。经实验证明：RFID读写器配上优化后的远距离射频天线可使读写距离达到30 cm。
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影响超高频RFID读写器读取距离的因素有哪些
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在说明有哪些因素会影响超高频的读取距离之前，先说明一下，读写器与RFID电子标签之间的工作原理。最基本的RFID系统由三部分组成：&1. RFID电子标签(Tag，即射频卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。 &2. 超高频读写器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。3. RFID天线：在标签和读取器间传递射频信号。系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。 &在耦合方式(电感-电磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、从射频卡到阅读器的数据传输方法(负载调制、反向散射、高次谐波)以及频率范围等方面，不同的非接触传输方法有根本的区别，但所有的阅读器在功能原理上，以及由此决定的设计构造上都很相似，所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给射频卡；接收并解调来自射频卡的高频信号。因此影响超高频RFID读写器的主要因数有：1、读写器；2、标签；3、环境。超高频读写器可分为两部分：控制器+天线。在其他条件因素不变的情况下，控制器所用的芯片方案越好，读取距离及读取效果肯定越好。像如今国内，基本有两大种方案，一种为：分离元器件，一种为：独立芯片。分离元器件组成的超高频读写器，相应的成本低，开发相应简单。独立芯片组成的超高读写器，现今主流的就是英频杰的R2000、R1000、R50；当然还有韩国的PR9200，另外还有国内有部分厂家自主研发的芯片。相应地，独立芯片的处理能力更好，读取效果也更好。同样对开发的要求也会提高。当控制器所用的芯片一致时，就需要比较控制器的射频功率，国内常规能做到的是30dBm。因此读取距离可通过调整功率来进行远近的设定。若控制器这部分是一致时，就需要比较控制器所连接的天线，而跟读取距离相关的天线的参数值就是天线增益：理论上，天线增益越大的天线，超高频读写器的读取距离也是越远。RFID电子标签因为在超高频当中，RFID电子标签绝大部分为无源标签，因此标签的大小和天线的设计，都对超高频读写器的读取距离有影响。理论上，RFID电子标签的尺寸越大，所能读取的距离就越远。环境因素环境对读写器的影响，主要取决于RFID读写器与RFID电子标签之间的环境是否有金属、液体、电磁场等因素影响。而且环境对读取距离的影响是有提升，也有衰减。举例说明：例如、当在一个狭窄的通道或者走廊里，进行对RFID读写器的读距测试时，此时测出的读距会比在空旷的环境测试的读距要远。因此通过对项目应用的环境了解，已经读取标签的距离要求，我们更能及时地给客户推荐最合适的设备及电子标签。广州健永信息科技有限公司是一家专业从事RFID技术研发与应用、管理软件开发与应用的高新科技企业，多年来一直致力于为国内外大中小企业提供完善、系统、高效的RFID技术和管理软件集成应用系统解决方案。我司主营范围有：低频读卡模块、高频读写模块、RFID读写器、手持智能终端、管理软件（ERP等）、电子标签等自动化识别产品，及RFID系统集成解决方案。在养殖追溯，生产线管理，手持终端设备厂商，畜牧业管理，制造业信息化，医疗卫生信息化，人员考勤，防伪溯源，智能电网、能源及公共事业，教育、酒店、资产管理等领域有着领先成熟的解决方案及应用案例。广州健永全国统一热线：020-
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