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簡而言之, RFID 天線從 RFID 閱讀器獲取能量,并以射頻波的形式將其傳輸到附近的 RFID 標簽。如果 RFID 閱讀器是 RFID 系統的“大腦”,那么 RFID 天線就是手臂,因為它們實際上將射頻波傳輸到標簽。 除了發射之外,天線還接收標簽發送的信息,以便閱讀器對其進行解碼。雖然天線通常被描述為 RFID 系統中的“啞設備”,但有許多不同的類型,每種類型都有不同的特性,這使得選擇合適的天線極為重要。
RFID 天線的尺寸范圍從比標準手機小到電視一樣大。尺寸差異通常表示讀取范圍——天線越大,增益越高,讀取范圍越長,反之亦然。但是,有些天線是該規則的例外,因為它們是為特定應用而構建的。一個例子是大型 Guardwall 天線。Guardwall 天線專為嚴格控制的讀取空間而設計,增益僅為 6 dBi,因為它設計為安裝在另一個 Guardwall 對面,以創建一個小的、準確的讀取區域。
尺寸限制也可能會影響決策過程,因為某些應用不允許在放置天線的區域中有太多可用空間。某些環境,如零售店,可能沒有空間放置笨重的 15 x 15 英寸天線,而且這種天線也不適合美觀。小型天線非常適合項目級讀取和寫入以及需要較小讀取區域的應用,例如傳送帶讀取和人員訪問控制應用。
由于 RFID 應用幾乎可以在任何環境中實施,因此必須審查或測試 RFID 系統的每個部分,以確保其防水和防塵。正如大多數個人電話不是為在暴雨中使用而設計的一樣,大多數 RFID 技術也不是。根據美國 IEC 標準 60529 和英國標準 EN 60529,所有電子設備都具有防塵和防水等級 (IP),范圍從 IP 00 到 IP 69。
IP 等級的第一個數字可以介于 0 到 6 之間,描述了對固體(如物體或灰塵)的防護等級。零表示完全不受固體物體的影響,六表示設備完全不受灰塵的影響。IP 等級中的第二個數字可以在 0 到 9 之間,表示對液體的防護等級。0 表示完全不受任何液體的影響,9 表示受到保護,不會連續浸入制造商認為對產品安全的液體中。IP69 存在并描述了一種完全不受灰塵和高壓液體影響的產品,并且是唯一以 9 結尾的 IP 等級。
天線的工作溫度范圍不僅對極端溫度應用很重要;還應檢查室外或非氣候控制的室內應用。所有 RFID 設備都有應嚴格遵守的工作溫度范圍,否則設備可能工作緩慢、停止工作或對超出規定范圍的溫度產生負面反應。
對于極端溫度應用和/或低 IP 等級設備,解決方案作為“變通方案”存在——例如, 防風雨外殼和溫度控制外殼。
要點: 室外、非氣候控制的室內和極端溫度應用將需要具有高 IP 等級和/或寬工作溫度范圍的天線。
RFID 天線既可以 作為一個設備集成在閱讀器中,也可以作為外部硬件單獨購買。集成閱讀器和天線可節省空間并提供更移動的系統,而無需擔心冗長的布線。集成閱讀器天線也是零售或桌面應用的最佳選擇,因為它們通常緊湊、易于使用,并且比兩個笨重的外部設備更具視覺吸引力。另一方面,外部天線在任何給定應用中提供了更多的選擇和靈活性。
就像 RFID 閱讀器和 RFID 標簽一樣,RFID 天線設計用于特定 頻率范圍內。如果不調整到特定頻率范圍,天線將無法從閱讀器或標簽發送或接收信息。大多數 RFID 天線屬于以下工作區域之一:
從用戶的角度來看,RFID 天線最重要的特性通常是讀取范圍——即射頻波在幾何場中輻射的距離。幾個因素決定了 RFID 天線產生的讀取范圍,例如閱讀器發射功率、電纜損耗量、耦合技術、天線增益和天線波束寬度。 任何 RFID 天線的一個關鍵方面是它是 遠場天線還是近場天線。兩者的區別在于它們與 RFID 標簽通信的方式。 當標簽在附近時,近場 RFID 天線通常使用磁耦合或電感耦合與標簽進行通信。近場天線通常最多不能讀取超過一英尺的距離,因為它們的磁場和標簽天線的磁場必須足夠接近才能發送和接收信息。
遠場天線使用反向散射進行通信。反向散射是一種通信方法,其中天線向標簽發送能量,標簽為集成電路 (IC) 供電。IC 然后調制信息并使用剩余的能量將其發回。在最佳環境中,遠場天線可以與最遠 30 英尺或更遠的無源 RFID 標簽進行通信。
長讀取范圍并不總是最佳的。在空間有限的應用中,更大的讀取范圍可能會由于一次讀取太多標簽(即“雜散”標簽讀取)而不是一個特定標簽或一組標簽而導致問題。
天線增益以分貝 (dB) 表示,是兩個功率之比的對數測量單位。增益可以表示為幾個不同的度量單位,例如 dB、dBi、dBd、dBm 或 dBW,這使得定義起來有點復雜。所傳達的單位(dB、dBi 等)的差異解釋了正在測量的兩個比率。天線增益無法以兩種不同的測量單位進行充分比較。
波束寬度與增益密切相關,顧名思義——波束或射頻場的寬度。存在兩個場 - 方位角場和仰角場 - 它們每個都有一個波束寬度,這對于理解射頻波將被引導到哪里至關重要。線極化天線在一個場中具有相對較小的波束寬度,并且根據增益,在另一個場中的波束寬度在 30 度和 360 度之間。大多數線性天線的規范將仰角和方位角波束寬度標注為相同的角度,因為天線可以物理旋轉 90 度以顯示相反的波束寬度。
一般來說,增益越高,波束寬度越小。大多數用戶必須決定什么對他們的應用更重要,更長的讀取長度和更小的寬度,或者更短的讀取長度和更寬的射頻場。下面包括一些示例。
方向性與增益和波束寬度密切相關, 被定義為天線在特定方向上聚焦以傳輸或接收能量的能力。在方向性方面存在兩種不同類型的天線:定向天線和全向天線。顧名思義,定向天線在一個方向上具有集中的波束。無論波束寬度是 25 度還是 75 度,定向天線都將其增益集中到特定方向以獲取標簽讀取。
全向天線在一個平面上提供廣泛的覆蓋范圍。全向天線通常不會像定向天線那樣產生錐形覆蓋波束,而是覆蓋整個平面。它們的 3D 輻射模式看起來與甜甜圈相似,因為它們通常在一個平面上覆蓋 360 度,在相反的區域覆蓋大約 20 到 65 度。這些天線適用于在相同高度看到所有標記物品但可能以不同角度通過天線的環境。不幸的是,由于這些天線必須覆蓋這么大的平面,它們的增益通常從低到低中檔。
閱讀以上信息后,選擇最適合您應用需求的天線特性。圈出這些選項將縮小可能的天線選擇范圍,并最終幫助確定哪些天線適合您。
美國或 FCC (902 – 928 MHz)
歐盟或 ETSI (865 – 868 MHz)
全球 (860 – 960 MHz)