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博緯智能專家帶你一文讀懂rfid天線是什么

2019-01-07 10:40:03

如今已經是物聯網時代,作為關鍵技術之一的RFID技術在推動著整個物聯網的發展,尤其在智慧交通、物流倉儲、智能圖書館、無人零售等領域,都取得比較不錯的成就。而天線是RFID不可或缺的部分,那么到底RFID天線什么呢?今天從天線原理、方向性、增益等各個方面全面了解。

博緯智能rfid天線

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什么是天線

天線是一種變換器,它把傳輸線上傳播的導行波,變換成在無界媒介(通常是自由空間)中傳播的電磁波,或者進行相反的變換。在無線電設備中用來發射或接收電磁波的部件。

天線的輻射電磁波原理

導線載有交變電流時,就會輻射電磁波,其輻射能力與導線的長短和形狀有關。若兩導線的距離很近,電場被束縛在兩導線之間,因而輻射很微弱;將兩導線張開,電場就散播在周圍空間,因而輻射增強。當導線的長度遠小于輻射電磁波的波長 ,輻射很微弱;當導線的長度可與輻射的電磁波波長相比擬時,導線上的電流就大大增加,形成較強的輻射。通常將上述能產生顯著輻射的直導線稱為振子,振子就是一個簡單的天線。


天線的輻射電磁波原理


電磁波波長越長,天線的尺寸越大。需要輻射的功率越強,天線的尺寸越大;


天線的方向性

天線輻射電磁波是有方向性的,在天線的發送端,方向性指天線向一定方向輻射電磁波的能力,對于接收端而言,則表示天線對來自不同方向的電磁波的接收能力。


天線的方向圖

天線方向圖是天線輻射特性與空間坐標之間的函數圖形,因此,分析天線的方向圖就可分析天線的輻射特性,即天線在空間各個方向上所具有的發射(或接收)電磁波的能力。通常用垂直平面及水平平面上表示不同方向輻射(或接收)電磁波功率大小的曲線就是天線的方向性。

天線方向圖


通過對天線的內部結構做相應的改動,可以改變天線的方向性,并由此形成不同種類及特性各異的天線。


若干個對稱振子組陣能夠控制輻射,把信號進一步集中到在水平面方向上,從而產生類似于“扁平的面包圈”的方向圖。


標準半波對稱振子天線


平面反射板放在陣列的一邊可構成扇形區覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了反射面的作用:反射面把功率反射到單側方向,提高了增益。


天線方向




天線的波瓣寬度

波瓣

方向圖通常都有兩個或多個瓣,其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣,其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。

天線波瓣

波瓣寬度

在主瓣最大輻射方向兩側,輻射強度降低 3dB(功率密度降低一半)的兩點間的夾角定義為波瓣寬度(又稱波束寬度或主瓣寬度或半功率角)。


天線波瓣寬度


波瓣寬度越窄,方向性越好,作用距離越遠,抗干擾能力越強。還有一種波瓣寬度,即10dB波瓣寬度,顧名思義它是方向圖中輻射強度降低10dB(功率密度降至十分之一)的兩個點間的夾角。


天線的增益

天線增益定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度,從方向圖上來看,主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。在工程上,天線增益用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力,增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍,或者在確定范圍內增大增益余量。相同的條件下,增益越高,電波傳播的距離越遠。


增益是指在輸入功率相等的條件下,實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關系,方向圖主瓣越窄,副瓣越小,增益越高。


可以這樣來理解增益的物理含義:為在一定的距離上的某點處產生一定大小的信號,如果用理想的無方向性點源作為發射天線,需要100W的輸入功率,而用增益為 G = 13 dB = 20 的某定向天線作為發射天線時,輸入功率只需100/20=5W。換言之,某天線的增益,就其最大輻射方向上的輻射效果來說,與無方向性的理想點源相比,把輸入功率放大的倍數。 半波對稱振子的增益為G = 2.15 dBi。4個半波對稱振子 沿垂線上下排列,構成一個垂直四元陣,其增益約為G=8.15dBi( dBi這個單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點源)。


如果以半波對稱振子作比較對象,則增益的單位是dBd . 半波對稱振子的增益為G=0dBd(因為是自己跟自己比,比值為1,取對數得零值。);垂直四元陣,其增益約為G=8.15-2.15=6dBd。

天線增益

一個天線與對稱振子相比的增益用dBd表示,一個天線與各向同性輻射器相比較的增益用dBi表示


上旁瓣抑制

對于無線覆蓋天線,其服務對象是地面上的無線用戶,指向天空的輻射是毫無意義的。因而人們常常要求它的垂直面方向圖主瓣上方的第一旁瓣盡可能弱一些,這就是所謂的上旁瓣抑制。


天線上旁瓣抑制


方向圖中,前后瓣最大值之比稱為前后比前后比越大,接收性能好。


天線上旁瓣抑制


天線的極化

天線的極化是以電磁波的極化來確定的。電磁波的極化方向通常是以其電場矢量的空間指向來描述的,即在空間某位置上,沿電磁波的傳播方向看去,其電場矢量在空間的取向隨時間變化所描繪出的軌跡。如果這個軌跡是一條直線,則稱為線極化,如果是一個圓,則稱為圓極化,如果是一個橢圓,則稱為橢圓極化。一般來說天線極化方向就是電場的方向。


天線極化


把垂直極化和水平極化兩種極化的天線組合在一起,或者,把 +45° 極化和 -45° 極化兩種極化的天線組合在一起,就構成了一種新的天線—雙極化天線。雙極化天線有兩個接頭。


天線極化


來源:網絡

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