理论教育 优化RFID识别与追踪:涵盖Fat天线和顶端加载

优化RFID识别与追踪:涵盖Fat天线和顶端加载

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:式(2.1)表示在给定的谐振频率下,L和C的乘积会得出一个固定值。式解释了图2.6中Q值具有对数关系。我们在第2.1.1.2节中学习了辐射电阻与线长度的函数关系。假设一个偶极子长度l=100mm,式(2.9)给出电流三角分布的Rrad=21.9Ω,式给出正弦分布的Rrad=24.5Ω。扩展长度一般用来获取谐振;图2.8 以曲线包装加载偶极子减小尺寸电容性负载的偶极子的末端有大面积存储的金属电荷。该技术称为电容顶端加载。

优化RFID识别与追踪:涵盖Fat天线和顶端加载

式(2.1)表示在给定的谐振频率下,LC的乘积会得出一个固定值。尽管乘积是固定的,但是L/C的值可以自由选择。例如,两倍的CL可以得到相同的谐振频率。这给偶极子的设计带来了很大的自由,这样就可以设计出有相同谐振频率的多种形状的偶极子。有相同谐振频率和不同L/C比值的两个偶极子除了具有不同的Q值还具有不同的带宽,因为:

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显然,为了获得偶极子高的带宽,L/C的值需要最小。由针对短偶极子的式(2.2)和式(2.3),可以得到:

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式中,lb分别是线的长度和直径。我们总结出两种方法来利用偶极子直径的增加提高Q值:提高线厚度降低自身阻抗,增加表面积获得更大的电容。式(2.10)解释了图2.6中Q值具有对数关系。

宽带fat标签因为利用了天线结构技术,因而提高了生产成本。但如果将保持金属最大用量作为目的,那么基于减少步骤产生的腐蚀就会比使用昂贵的银墨印刷有意义得多。不过,fat标签已经有了广泛的商业应用。在图2.7中给出了一些典型的带宽结构。制造商建议将fat标签用在导电性低的材料上,比如木材、玻璃、塑料或者挑战性很高的金属、塑料、液体容器

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图2.7 带有宽带特征的Alien fat标签实例

另一方面,Q值会随着R值的增大而增大。显然,天线的Q值可以通过增加辐射电阻引入损耗来降低,但这样会降低天线的效率。我们在第2.1.1.2节中学习了辐射电阻与线长度的函数关系。因此,增加l是一种方法,但同时需要减小尺寸。问题是怎样利用减小了长度的天线来增加Rrad。答案在Rrad电流特性中。假设一个偶极子长度l=100mm,式(2.9)给出电流三角分布的Rrad=21.9Ω,式(2.10)给出正弦分布的Rrad=24.5Ω。因为相同电流下,Rrad的值在均匀分布下是三角分布的4倍。所以,如果电流在直线服从均匀分布,可以得到Rrad=4×21.9Ω=87.6Ω。

接下来的问题是怎样在lλ在相同量级下让电流尽可能服从均匀分布。方法如下:

(1)在偶极子电流高的中间位置设置一个直线部分。这是标签辐射有用的一部分;

(2)用无辐射电流天线谐振来实现剩余天线(偶极子两端)的最小化。由于谐振偶极子两端的电流小于中间的电流,导致产生的欧姆损失一直很低。(www.daowen.com)

基本上有两种可行的方法来实现上述观点:

(1)在偶极子末端大量采用曲线包装。扩展长度一般用来获取谐振(见图2.8);

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图2.8 以曲线包装加载偶极子减小尺寸

(2)电容性负载的偶极子的末端有大面积存储的金属电荷。产生的电容与装载形状的周长大致成正比。为了保持相同的谐振频率,增加的电容补偿了电感降低造成的偶极子长度变短(见图2.9)。该技术称为电容顶端加载。电容可以用散装方形(见图2.10a),但天线两端的扩口外部具有一个大型的结构(见图2.10b),利用线性翻转(见图2.10c)则是其他选项。

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图2.9 顶端加载:用统一的电流使电偶极子小型化[DOB 12]

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图2.10 a)Alien ALN-9662

b)Texas instruments c)Alien 9634

可以得出结论:电容负载的好处是在偶极子两端电流最低的部分缩短元件长度,并且没有电感那样明显的损耗。末端加载短型偶极子有最高的辐射电阻,并且加载装置内部的损耗也是可以忽略不计的。

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