1、第二章 RFID技术基础射频识别（RFID）技术Radio Frequency Identification一一、案例识读与分析案例识读与分析二二、电磁波基础知识电磁波基础知识 三三、天线的基础知识天线的基础知识主要内容主要内容四四、通信的基础知识通信的基础知识 主要内容主要内容n 无形的战略资源无形的战略资源无线电频谱资源的战略意义无线电频谱资源的战略意义一、案例识读与分析案例分析与讨论：案例分析与讨论：无线电频谱资源无线电频谱资源（1）列举我们日常生活中的无线电主要应用？）列举我们日常生活中的无线电主要应用？（2）无线电频率作为无形的战略资源，对国民经）无线电频率作为无形的战略资源，对国民
2、经济的发展起到怎么的作用？济的发展起到怎么的作用？1.无线电信号的特性无线电信号的特性 在高频电路中，我们要处理的无线电信号主要有三种：基带（消息）在高频电路中，我们要处理的无线电信号主要有三种：基带（消息）信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号，就是没有进行调制信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号，就是没有进行调制之前的原始信号，也称调制信号。之前的原始信号，也称调制信号。1）时间特性）时间特性2）频谱特性）频谱特性 3）传播特性）传播特性4）调制特性）调制特性 三、电磁波基础知识 上图：无线电信号及频谱图上图：无线电信号及频谱图右图：无线电波的主要传播方式右图：无线电波的主要传播
3、方式（a）直射传播（）直射传播（b）地波传播）地波传播（c）天波传播（）天波传播（d）散射传播）散射传播2.电磁波谱电磁波谱 波长电磁波的产生机理和应用领域常常有很大区别。因此人们常把各波长电磁波的产生机理和应用领域常常有很大区别。因此人们常把各类电磁波按波长大小依次排成一列类电磁波按波长大小依次排成一列,称为电磁波谱。若按其波长从小称为电磁波谱。若按其波长从小到大依次排列到大依次排列,有有:y射线、射线、X射线、紫外线、可见光射线、紫外线、可见光(紫、能、蓝、绿、紫、能、蓝、绿、黄、橙、红黄、橙、红)、红外线、无线电波、红外线、无线电波(微波、超短波、短波、长波微波、超短波、短波、长波)等。
4、由等。由于它们的性质各不相同于它们的性质各不相同,因而也有许多不同的用途。因而也有许多不同的用途。三、电磁波基础知识 图图2-42-4各种通信各种通信介质使用的电介质使用的电磁波谱范围磁波谱范围3.电磁波的频谱的划分与分配电磁波的频谱的划分与分配 下图为下图为1959年日内瓦会议制定的将世界划分为三个频率分年日内瓦会议制定的将世界划分为三个频率分区示意图。区示意图。1区为欧洲和非洲；区为欧洲和非洲；2区为北美洲和南美洲；区为北美洲和南美洲；3区为亚洲和澳洲，国际电信联盟的总部设在瑞士的日内瓦。区为亚洲和澳洲，国际电信联盟的总部设在瑞士的日内瓦。三、电磁波基础知识 ITU世界频率分区世界频率分区
5、4.RFID工作频率的分类工作频率的分类 射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，是其是其最重要特点之一。射频标签的工作频率不仅最重要特点之一。射频标签的工作频率不仅决定着射频识别决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备成本定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备成本。三、电磁波基础知识 1）低频）低频(Low Frequency)使用的频段在使用的频段在100500KHz之间，以之间，以125KHz、135KHz最常见最
6、常见优点：优点：不易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还不易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够发射有效发射讯号能够发射有效发射讯号缺点：缺点：读取距离短、无法同时辨识多个标签，主要用于门禁读取距离短、无法同时辨识多个标签，主要用于门禁系统、动物芯片、汽车防盗器系统、动物芯片、汽车防盗器4.RFID工作频率的分类工作频率的分类 三、电磁波基础知识 2）高频）高频(High Frequency)使用频段在使用频段在1015MHz之间，以之间，以13.56MHz最为常见最为常见优点：优点：感应距离较长、读取速度较快，而且可以同时间辨识多个标感应距离较长、读取速度较快，而且可以同时间
7、辨识多个标签，主要应用于图书馆管理、产品管理、智能卡等。签，主要应用于图书馆管理、产品管理、智能卡等。缺点：缺点：易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够发射易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够发射有效发射讯号。有效发射讯号。4.RFID工作频率的分类工作频率的分类 三、电磁波基础知识 3）超高频）超高频(Ultra High Frequency)频段在频段在433950MHz之间，以之间，以433MHz、868950MHz最常见最常见优点：优点：读取距离较远、传输速率较快、可同时读取辨识大量卷标、读取距离较远、传输速率较快、可同时读取辨识大量卷标、天线可用蚀刻或印刷方式制
8、造。天线可用蚀刻或印刷方式制造。缺点：缺点：在金属和液体的物品上读取率不佳，主要用于铁路车厢监控、在金属和液体的物品上读取率不佳，主要用于铁路车厢监控、仓存管理。仓存管理。4.RFID工作频率的分类工作频率的分类 三、电磁波基础知识 4）微波）微波(Microwave)使用频段在使用频段在1GHz以上，其中以以上，其中以2.45GHz及及5.8GHz最为常见最为常见特性与超高频类似，对于环境的敏感性较高；特性与超高频类似，对于环境的敏感性较高；主要用于行李追踪、物品管理、供应链管理等主要用于行李追踪、物品管理、供应链管理等 微波射频标签的典型应用包括微波射频标签的典型应用包括：移动车辆识别、电
9、子身份证、：移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。相关的国际标准有：相关的国际标准有：ISO10374，ISO18000-4（2.45GHz）、）、ISO18000-5（5.8GHz）、）、ISO18000-6（860-930MHz）、）、ISO18000-7（433.92MHz），），ANSI NCITS256-1999等。等。卷标比较表卷标比较表-使用频率使用频率低频低频(LF)高频高频(HF)超高频超高频(UHF)微波微波(Microwave)频率频率100500KHz1015MHz433950MH
10、z1GHz以上以上常见频段常见频段125KHz135KHz13.56MHz433MHz868950MHz2.45GHz5.8GHz系统型态系统型态被动式被动式被动被动/主动式主动式被动被动/主动式主动式被动被动/主动式主动式全球接受全球接受频率频率是是是是部分部分部分部分通讯距离通讯距离50cm以内以内1.5M以内以内310m310m传输功率传输功率72dBA/m42dBA/m10mW4W4W成熟度成熟度成熟成熟成熟成熟新技术新技术开发中开发中读取方式读取方式电磁感应电磁感应电磁感应电磁感应微波共振微波共振微波共振微波共振23三、电磁波基础知识 卷标比较表卷标比较表-使用频率（续）使用频率（续
11、）低频低频(LF)高频高频(HF)超高频超高频(UHF)微波微波(Microwave)价格价格低低中中高高高高环境影响环境影响X金属金属潮湿潮湿潮湿潮湿数据传输率数据传输率低低高高较高较高最高最高内存内存(Bytes)641K256512K645121664ISO对应标准对应标准ISO18000-2Two Type被动式被动式ISO18000-3Two Mode被动式被动式ISO18000-6Two Type被动被动/半主动式半主动式ISO18000-4Two Mode被动式被动式/半主动式半主动式应用应用门禁系统门禁系统动物识别动物识别存货控制存货控制芯片防盗锁芯片防盗锁非接触式非接触式IC
12、卡卡图书馆管理图书馆管理商品管理商品管理铁路车厢监控铁路车厢监控仓存管理仓存管理集装箱、物流集装箱、物流托盘追踪托盘追踪道路收费系统道路收费系统24三、电磁波基础知识 射频识别系统工作频段如下表所示。并非表中所有频率在射频识别系统工作频段如下表所示。并非表中所有频率在射频识别中都得到了广泛应用，主要采用的射频识别中都得到了广泛应用，主要采用的RFID频率为：频率为：13.5613.56007MHz007MHz，91591513MHz13MHz，2.45G2.45G50MHz50MHz，5.8G5.8G75MHz75MHz。三、电磁波基础知识 5.国际国际RFID技术特点及相关管理规则技术特点及
13、相关管理规则 从应用的趋势来看，现代物流业、商品零售业会广泛应用从应用的趋势来看，现代物流业、商品零售业会广泛应用RFID技术，为什么技术，为什么UHF频段的频段的RFID技术会成为全球热点技术会成为全球热点?主要有以下几个需考虑的因素：主要有以下几个需考虑的因素：三、电磁波基础知识 6.国际国际RFID技术特点及相关管理规则技术特点及相关管理规则基于基于RFID的技术特点和潜在的应用空间，国际相关无线电管理机构已经的技术特点和潜在的应用空间，国际相关无线电管理机构已经开始进行频率规划工作，并制定了相应的管理政策，具体情况如表开始进行频率规划工作，并制定了相应的管理政策，具体情况如表2-3。三
14、、电磁波基础知识 7.我国我国860960MHz频段频率规划和指配情况频段频率规划和指配情况 我国的无线电管理机构正积极开展我国的无线电管理机构正积极开展RFID的频率规划和指配工作，并启的频率规划和指配工作，并启动了相关技术研究工作。我国所从事的频率规划工作的指导原则应是：动了相关技术研究工作。我国所从事的频率规划工作的指导原则应是：(1)必须确保现有业务的正常运行，必须确保现有业务的正常运行，在专用频段、公众移动通信、集群通信频在专用频段、公众移动通信、集群通信频段不能安排此项业务；段不能安排此项业务；(2)在电磁兼容分析和实验的基础上制订出在电磁兼容分析和实验的基础上制订出RFID工作频
15、带、发射功率、带外工作频带、发射功率、带外发射、杂散发射等指标，必要时要制订配套的相关台站管理规定发射、杂散发射等指标，必要时要制订配套的相关台站管理规定；(3)制订设备的无线技术指标时，要考虑满足制订设备的无线技术指标时，要考虑满足RFID业务在中国的大规模有效使业务在中国的大规模有效使用的频带、信道带宽、带外杂散、发射功率的相关要求。表用的频带、信道带宽、带外杂散、发射功率的相关要求。表2-4是我国在是我国在860960MHz频段的频率规划和指配情况。频段的频率规划和指配情况。二、频谱基础知识 目前目前GSM和和CDMA移动通信使用的频段为：移动通信使用的频段为：GSM：890 960 M
16、Hz，1710 1880 MHz CDMA:806 896 MHz 806 960 MHz 频率频率范围范围属属超短波范围；超短波范围；1710 1880 MHz 频率频率范围范围属属微波范围。微波范围。电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特点也不电波的频率不同，或者说波长不同，其传播特点也不完全相同，甚至很不相同。完全相同，甚至很不相同。二、频谱基础知识 1.RFID天线概述天线概述 电子标签和读写器通过各自的电子标签和读写器通过各自的天线构建起二者之间非接触信息传输通天线构建起二者之间非接触信息传输通道道，如图，如图2-7所示。无论是射频标签还是读写器的正常工作，都离不开天所示。无论是射
17、频标签还是读写器的正常工作，都离不开天线或耦合线圈：一方面，无源的射频标签芯片要启动电路工作需要通过线或耦合线圈：一方面，无源的射频标签芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；一方面，天线决定天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；一方面，天线决定了射频标签与读写器之间的通讯信道和通讯方式，了射频标签与读写器之间的通讯信道和通讯方式，天线在射频标签与读天线在射频标签与读写器实现数据通讯过程中起到了关键的作用写器实现数据通讯过程中起到了关键的作用！图图2-7 RFID2-7 RFID读写器、标签天线读写器、标签天线三、天线的基础知识 1.RFID天线概述天线
18、概述（1）天线的作用与地位）天线的作用与地位 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也没有天线也就没有无线电通信。就没有无线电通信。按用途分类，按用途分类，可分为
19、通信天线、电视天线、雷达天线等；可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；按工作频段分类，按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等；可分为全向天线、定向天线等；按外形分类，按外形分类，可分为线状天线、面状天线等；可分为线状天线、面状天线等；（2 2）天线的分类）天线的分类三、天线的基础知识（1）电磁波的辐射电磁波的辐射 导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如能力与导线的长度和形状有关。如 图
20、图1.1 a 所示，若两导线的距离所示，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，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，如如 图图1.1 b 所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出，当导线的长度必须指出，当导线的长度 L 远小于波长远小于波长 时，辐射很微弱；时，辐射很微弱；导线的长度导线的长度 L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。因而就能形成较强的辐射。图1.1 a图1.1 b三、天线的基础知识 2
21、.RFID天线的基础知识天线的基础知识（2）对称振子对称振子 对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。个半波对称振子组成天线阵。两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子长为二分之一波长的振子，称半波对称振子,见见 图图1.2 a 。另外，还有一种异型半波对称振
22、子，可看成是将全波对称振子折合另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为半波折合振子称为半波折合振子,见见 图图1.2 b 。1/4波波长长对称振子对称振子1/4波波长长1/2波波长长图1.2 a图1.2 b三、天线的基础知识（3）天线方向性的讨论天线方向性的讨论 发射发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出天线
23、的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的垂直放置的半波对称振子具有平放的 “面包圈面包圈”形的立体方向图形的立体方向图（图（图1.3.1 a，图图1.3.1 b 与图与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出，在振子可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图的轴线方向上辐射为零，最大辐
24、射方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。图图1.3.1 c 水平水平面方向图面方向图图图1.3.1 b 垂直垂直面方向图面方向图图图1.3.1 a 立立体方向图体方向图三、天线的基础知识（3）天线方向性增强）天线方向性增强 若干个对称振子组阵，若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生能够控制辐射，产生“扁扁平的面包圈平的面包圈”，把信号进一步集中到在水平面方向上。把信号进一步集中到在水平面方向上。下图是下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的垂直四元阵时的立体
25、方向图和垂直面立体方向图和垂直面方向图。方向图。垂直面方向图垂直面方向图立体方向图立体方向图三、天线的基础知识 也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向利用反射板可把辐射能控制到单侧方向 平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的的水平面方向图说明了反射反射面面的作用的作用-反射面把功率反射到反射面把功率反射到单侧方向，单侧方向，提高了增益。提高了增益。抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从
26、而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛抛物反射面物反射面 和和 放置在抛物面焦点上的辐射源。放置在抛物面焦点上的辐射源。全向阵全向阵（垂直阵列（垂直阵列 不带平面反射板）不带平面反射板）扇形区覆盖扇形区覆盖（垂直阵列（垂直阵列 带平面反射板）带平面反射板）平面反射板平面反射板三、天线的基础知识（4）增益增益 增益增益：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：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。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
27、输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。主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解可以这样来理解增益增益的物理含义的物理含义-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，需要性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为的输入功率，而用增益为 G=13 dB=20 的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需 1
28、00/20=5W.即某天即某天线的线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与增益，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无方向性的理想点源源相比，把相比，把输入功率放大的倍数。输入功率放大的倍数。半波对称振子的半波对称振子的增益为增益为G=2.15 dBi。4个半波个半波对称振子对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益增益约为约为G=8.15 dBi (单位单位dBi表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源)。如果以如果以半波对称振子作半波对称振子作比较对象，则增益的单位是比较对象，则增益的单位
29、是dBd.半波对称振子的半波对称振子的增益为增益为G=0 dBd（因为是自己跟自己比，比值为因为是自己跟自己比，比值为1，取对数得零）取对数得零）；垂直四元阵，其垂直四元阵，其增益约为增益约为G=8.15 2.15=6 dBd.三、天线的基础知识（5）天线的极化天线的极化 天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化-是最常用的；水平极化-也是要被用到的。垂直极化垂直极化E水平极化水平极化E三、天线的基础知识（5）双极化天线）双极化天线 下图示出了另两种单极化的情况：下图示出了另两种
30、单极化的情况：+45 极化极化 与与-45 极化，它们极化，它们仅仅在特殊场合下使用。仅仅在特殊场合下使用。这样，共有四种单极化了，见下图。这样，共有四种单极化了，见下图。把垂直极化和水平极化两种极化的把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者，天线组合在一起，或者，把把+45 极化和极化和-45 极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线新的天线-双极化天线。双极化天线。+45 极化极化E-45 极化极化E水平极化水平极化E三、天线的基础知识 E垂直极化垂直极化 下图示出了两个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，下图示出了两
31、个单极化天线安装在一起组成一付双极化天线，注意，双极化天线有两个接头。双极化天线有两个接头。双极化天线辐射（或接收）两个双极化天线辐射（或接收）两个极化在空间相互正交（垂直）的极化在空间相互正交（垂直）的波。波。V/H（垂直垂直/水平）型水平）型 双双 极极 化化+45/-45 型型 双双 极极 化化三、天线的基础知识（5）极化损失）极化损失 垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收，水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收，而左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，接收到的信号都会变小，
32、也就是说，发生极化损失。例如：当用+45 极化天线接收垂直极化或水平极化波时，或者，当用垂直极化天线接收+45 极化或-45极化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任一圆极化波，等等情况下，也必然发生极化损失-只能接收到来波的一半能量。当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下极化损失为最大，称极化完全隔离。三、天线的基础知识（6）天线的工作频率范围（频带宽度）天线的工作频率范围（频带宽度）无论是发射天线还
33、是接收天线，它们总是在一定的频率范围无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频（频带宽度）带宽度）内工作的，天线的内工作的，天线的频带宽度频带宽度有两种不同的定义有两种不同的定义-一种是指：一种是指：在驻波比在驻波比SWR 1.5 条件下，天线的工作频带宽度；条件下，天线的工作频带宽度；一种是指：天线增益下降一种是指：天线增益下降 3 分贝范围内的频带宽度。分贝范围内的频带宽度。在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度频带宽度就是天线的驻波比就是天线的驻波比SWR 不超过不超过 1.5 时，天线的工作
34、频率范围。时，天线的工作频率范围。一般说来，一般说来，在工作频带在工作频带宽度宽度内的各个频率点上内的各个频率点上,天线性能是有差天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。三、天线的基础知识（7）反射损耗反射损耗 前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入前面已指出，当馈线和天线匹配时，馈线上没有反射波，只有入射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处射波，即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时，馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特的电压幅度与电流幅度都相等，馈线上
35、任意一点的阻抗都等于它的特性阻抗。性阻抗。而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，时，负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。未被吸收的那部分能量将反射回去形成反射波。传输线传输线 50 ohms天线天线 75 ohms朝前朝前 10W返回返回 0.4W这里的反射损耗为这里的反射损耗为 10Lg(10/0.4)=14dB辐射 9.6 W例如，右图中，由于天线与馈线的阻例如，右图中，由于天线与馈线的阻抗不同，
36、一个为抗不同，一个为75 ohms，一个为一个为50 ohms，阻抗阻抗不匹配不匹配，其结果是，其结果是三、天线的基础知识（1）板状天线）板状天线 前面已指出，四个半波振子排成一个前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益约为垂直放置的直线阵的增益约为 8 dB；一一侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常规板状天线，其增益约为规板状天线，其增益约为 14 17 dB。一侧加有一个反射板的八元式直线阵一侧加有一个反射板的八元式直线阵，即加长型板状天线，其增益约为，即加长型板状天线，其增益约为 16 19 dB.不言而喻，加长型板状天线的长不言而喻，加
37、长型板状天线的长度，为常规板状天线的一倍，达度，为常规板状天线的一倍，达 2.4 m 左左右。右。3.RFID3.RFID天线分类天线分类 三、天线的基础知识（2）高增益栅状抛物面天线）高增益栅状抛物面天线 从性能价格比出发，人们常常选用从性能价格比出发，人们常常选用栅状栅状抛物面天线抛物面天线作为作为直放站施主天线。由于直放站施主天线。由于抛物抛物面面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，射能力强，直径为直径为 1.5 m 的的栅状抛物面天线，栅状抛物面天线，在在900兆频段，兆频段，其增益即可达其增益即可达 G=20 dB .它它特别适用于点对点
38、的通信，例如它常常被选特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为直放站的施主天线。用为直放站的施主天线。抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。线的重量，二是为了减少风的阻力。抛物面天线一般都能给出抛物面天线一般都能给出 不低于不低于 30 dB 的前后比的前后比，这也正是，这也正是直放站系统防自激而直放站系统防自激而对接收天线对接收天线所提出的必须满足的技术指标。所提出的必须满足的技术指标。三、天线的基础知识（3）八木定向天线）八木定向天线 八木定向天线，八木定向天线，具有具有增益较高、增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优结构
39、轻巧、架设方便、价格便宜等优点。点。因此，它特别适用于点对点的通因此，它特别适用于点对点的通信，例如它是室内分布系统的室外接信，例如它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型。收天线的首选天线类型。八木定向天线的单元数越多，其八木定向天线的单元数越多，其增益越高，增益越高，通常采用通常采用 6 12 单元的八单元的八木定向天线，木定向天线，其增益可达其增益可达 1015 dB。三、天线的基础知识（4）室内吸顶天线）室内吸顶天线 室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外室内吸顶天线必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。型美观、安装方便等优点。现今市场上见到的室内吸顶天线，外现今市场上见到的室内吸
40、顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎都是一形花色很多，但其内芯的购造几乎都是一样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺样的。这种吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为驻波比指标为VSWR 2。当然，能达到当然，能达到VSWR 1.5 更好。
41、顺便指出，更好。顺便指出，室内吸顶室内吸顶天线属于低增益天线天线属于低增益天线,一般为一般为 G =2 dB。三、天线的基础知识（5）室内壁挂天线）室内壁挂天线 室内壁挂天线同样必须具有结构室内壁挂天线同样必须具有结构轻巧、外型美观、安装方便等优点。轻巧、外型美观、安装方便等优点。现今市场上见到的室内吸顶天线，现今市场上见到的室内吸顶天线，外形花色很多，但其内芯的购造几乎外形花色很多，但其内芯的购造几乎也都是一样的。这种壁挂天线的内部也都是一样的。这种壁挂天线的内部结构，属于空气介质型微带天线。由结构，属于空气介质型微带天线。由于采用了展宽天线频宽的辅助结构，于采用了展宽天线频宽的辅助结构，借
42、助计算机的辅助设计，以及使用网借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能较好地满络分析仪进行调试，所以能较好地满足了工作宽频带的要求。顺便指出，足了工作宽频带的要求。顺便指出，室内壁挂天线具有一定的增益，约为室内壁挂天线具有一定的增益，约为G=7 dB。3.RFID3.RFID天线分类天线分类 三、天线的基础知识 1.通信过程通信过程n通信系统：由完成传递消息这一过程的全部设备和传输媒介所构成。n信道：信号传输的通道。狭义信道：仅指传输媒质。广义信道：除传输媒质外，还包括有关的转换设备，如发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等。n按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，
43、将通信系统分为模拟通信系统、数字通信系统。n通信系统模型：通信系统模型：信源信源发信机发信机信道信道收信机收信机收信者收信者消息消息信号信号信号信号消息消息噪声源噪声源通信系统模型通信系统模型四、通信的基础知识 n对于对于RFID系统来说，阅读器与电子标签之间的通信主要包括三个主系统来说，阅读器与电子标签之间的通信主要包括三个主要功能模块：阅读器中的数字信号（基带信号、信号编码、信号处理）要功能模块：阅读器中的数字信号（基带信号、信号编码、信号处理）和解调器（载波回路）、传输介质（信道）及电子标签（接收器）中和解调器（载波回路）、传输介质（信道）及电子标签（接收器）中的解调器（载波回路）和信号
44、译码（信号处理）。的解调器（载波回路）和信号译码（信号处理）。n2.调制调制n调制：按照调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波调制：按照调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程。分为模拟调制和数字调制两种方式。某些参数的过程。分为模拟调制和数字调制两种方式。n问题：为什么要调制？调制的本质是什么？问题：为什么要调制？调制的本质是什么？基本概念：基带信号、载波、参数（特征值）、调制过程基本概念：基带信号、载波、参数（特征值）、调制过程 本质：本质：1）基带信号转化为适合传输的频带信号。）基带信号转化为适合传输的频带信号。2）频带是有限的资源。实现信号多路分用，提高信道利用率。）频
45、带是有限的资源。实现信号多路分用，提高信道利用率。3）增强抗干扰能力。）增强抗干扰能力。4）实现带宽与信噪比之间的互换。（牺牲带宽，提高信噪比）实现带宽与信噪比之间的互换。（牺牲带宽，提高信噪比）四、通信的基础知识 n模拟调制模拟调制n在在RFID中常用的是数字调制，数字调制通常采用的调制中常用的是数字调制，数字调制通常采用的调制解调方式有幅度调制键控解调方式有幅度调制键控ASK，频移键控，频移键控FSK，相移键控，相移键控PAK。为了简化电子标签设计并降低成本，多数。为了简化电子标签设计并降低成本，多数RFID系系统采用统采用ASK方式。方式。下面介绍数字信号的编码及调制、解调过程。下面介绍
46、数字信号的编码及调制、解调过程。n3.编码编码n为什么编码？为什么编码？在实际的基带传输系统中，不是所有的原始基带数字信在实际的基带传输系统中，不是所有的原始基带数字信号都能够在信道中传输。如：原始基带信号含有丰富的直号都能够在信道中传输。如：原始基带信号含有丰富的直流和低频的成分、不便提取同步信息、易形成码间串扰。流和低频的成分、不便提取同步信息、易形成码间串扰。因此需要将信码信号变换为适应于信道传输特性的传输码，因此需要将信码信号变换为适应于信道传输特性的传输码，进行码型变换。进行码型变换。四、通信的基础知识 n常用编码常用编码的形状的形状四、通信的基础知识 nRFID系统中数字信号的调制
47、技术系统中数字信号的调制技术 在RFID系统中用数字调制载波信号来传递信息，在接收端对载波信号的离散调制参量进行检测。在微波RFID系统中，信息从阅读器发送到电子标签，或从电子标签发送到阅读器，根据系统设计的原理不同，采用的调制技术也不同。阅读器必须为电子标签提供一种能量信号而且这种信号必须远大于噪声信号，同时由于电子标签必须体积小，造价低，所以电子标签上的电路必须尽量简单化和实用化。因此，振幅键控信号是RFID系统中被广泛使用的调制技术。四、通信的基础知识 n2ASK二进制振幅键控二进制振幅键控 设用二进制单极性归零矩形脉冲序列去控制载波的振设用二进制单极性归零矩形脉冲序列去控制载波的振幅。即信号为幅。即信号为“1”码时，载波振幅保持不变，信号为码时，载波振幅保持不变，信号为“0”码时，载波振幅变为码时，载波振幅变为“0”，则可得，则可得2ASK波形。波形。四、通信的基础知识 n2ASK信号的产生方法：信号的产生方法：模拟法模拟法键控法键控法四、通信的基础知识 n2ASK信号的解调信号的解调 2ASK信号的解调方法有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。相干解调需要使用本地载波信号，非相干解调不需要在本地产生的载波信号。非相干解调非相干解调相干解调相干解调四、通信的基础知识 1）实训任务）实训任务 五、实训与实践
