【摘要】
首先简要介绍RFID技术的基本工作原理，说明射频天线是RFID系统设计的技术关键，然后介绍几种基本的RFID射频天线及其工作原理，并针对普通使用的偶极子天线在RFID系统中方向性的不足提出改进，最后，给出一个具有全向收发功能的RFID天线设计。通过设计仿真工具模拟仿真，并进行实际样品测试，获得较为满意的设计结果。 关键字：RFID；射频天线；电子标签
1. RFID天线概述
在无线通信领域，天线是不可缺少的组成部分。RFID是利用无线电波来传递信息的，当信息通过空间传播时，无线电波的产生和接收要通过天线来完成。此外，在用无线电波传送能量方面，非信号的能量传送也需要通过天线来完成。
天线对RFID系统十分重要，是决定RFID系统性能的关键部件。RFID天线可以分为低频、高
频及微波天线；在每一频段，天线又分为读写器天线和电子标签天线。在低频和高频频段，读写器和电子标签基本都采用线圈天线；微波RFID天线形式多样，可以采用对称的振子天线、微带天线、阵列天线、宽频带天线等。RFID天线制作工艺主要有线圈绕执法、蚀刻法、印刷法等，这些工艺既有传统的制作方法，也有近年来发展起来的新技术。 在无线通信中，由发射机产生的高频振荡能量，经过馈线（在天线领域，传输线也称为馈线）传送到发射天线，然后由发射天线变成为电磁波能量，向预定方向辐射。电磁波通过传播介质到达接收天线后，接收天线将接收到的电磁波能量转变为导行电磁波，然后通过馈线传送到接收机，完成无线电波传输的过程。天线在上述无线电波传输的过程中是无线通信系统的第一个和最后一个器件，如图1-1所示。
2. RFID技术原理
通常情况下，RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成。其中，读写器一般作为计算机终端，用来实现对RFID卡的数据读写和存储，它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成。而RFID卡则是一种无源的应答器，主要是由一块集成电路芯片及其外接天线组成，其中RFID芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路，有的甚至将天线一起集成到同一芯片上。
RFID应用系统的基本工作原理是RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检的数字信号送入逻辑控制电路进行信号处理；所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。可见，RFID卡与读写器实现数据通讯过程中其关键的作用是天线。一方面，无源的RFID卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器无线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了RFID卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式。
目前RFID已经得到了广泛应用，且有国际标准:ISO10536,ISO14443,ISO15693，ISO18000等几种。这些标准除规定了通讯数据帧协议外，还着重对工作距离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格进行了规范。RFID应用系统的标准制定决定了RFID天线的选择，下面将分别介绍已广泛应用的各种类型的RFID天线及其性能。
3. RFID天线类型
RFID主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3种基本形式的天线。其中，小于1m的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线，他们主要工作在中低频段。而1m以上的远距离的应用系统需要采用未带贴片型或偶极子型的RFID天线，它们工作在高频及微波频段。这几种类型天线的工作原理是不同的。
3.1线圈天线
当RFID的线圈天线进入读写器产生的交变磁场中，RFID天线与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器，两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈。由RFID的线圈天线电感L、寄生电容和并联电容，其谐振频率为：，（式中C为和的并联等效电容）。RFID应用系统就是通过这一频率载波实现双向数据通讯的。常用的ID-1型非接触式IC卡的外观为以小型的塑料卡，天线线圈谐振工作频率通常为13.56MHz。目前已研发出面积最小为0.4mm*0.4mm线圈天线的短距离RFID应用系统。
某些应用要求RFID天线线圈外形很小，且需一定的工作距离，如用于动物是别的RFID。线圈外形即面积小的话，RFID与读写器之间的天线线圈互感量M就明显不能满足实际使用。通常的RFID的天线线圈内部插入具有高导磁率μ的铁氧体材料，以增大互感量，从而补偿线圈横截面减小的问题。
3.2 微带贴片天线
在RFID标签天线的设计中，小型化问题始终倍受关注。为扩展应用范围，小型化后的天线带宽和增益特性及交叉极化特性也是重要的研究方向。目前的RFID标签仍然使用片外独立
天线，其优点是天线Q值较高、易于制造、成本适中，但是体积较大、易折断，不能胜任防伪或以生物标签形式植入动物体内等任务。若能将天线集成在标签芯片上，无需任何外部器件即可进行工作，可使整个标签体积减小，而且简化了标签制作流程，降低了成本，这就引发了片上天线技术的研究。另外，目前标签天线研究的重点还包括，天线匹配技术、结构优化技术、覆盖多种频段的宽带天线设计、多标签天线优化分布技术、抗金属设计技术、一致性与抗干扰技术等。
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