6 读写器天线
6.1 读写器天线简介
射频识别系统的读写器必须通过天线来发射能量，形成电磁场，通过电磁场来对电子标掺进行识别。因此，可以说，天线所形成的电磁场范围就是射频识别系统的可读区域。任何一个射频识别系统至少应该包含一根天线以便发射和接收射频信号。射频识别系统中所采用的天线的形状和数量要根据具体应用的不同需要来确定。
在目前的超高频与微波系统中，广泛使用平面型天线，包括全向平板天线、水平平板天线和垂直平板天线等。
6.2 读写器天线的结构
天线是一种能够将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换为电磁波的装冒。天线具有多种不同的形式和结构，如偶极天线、双偶极天线、阵列天线、八木天线、平扳天线、螺旋天线和环形天线等。其中环形天线主要用于低频和中频的射频识别系统中，用来完成能量和数据的电磁耦合。在433MHz，915MHz和2.45GHz的射频识别系统中，主要采用平板天线、八木天线和阵列天线等。
所谓平面天线是一种基于带状线技术的天线，这种天线的特点是天线高度较低，并且结构坚固，具有增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能可靠以及使用寿命长等优点，所以被广泛地应用在射频识别系统中。平面天线能够使用光刻技术制造出来，所以具有很高的复制性。辐射器的基本元件由直角微带导线组成。为了得到不同的定向和极化效应，可以用不同的方式把辐射器元件组合在一起。
可以通过在合适位置处的带状天线连接，通过穿过基板的馈线或者通过中问层的电容偶合，来实现对辐射元件的馈接。通过选择馈接点，可以使输入阻抗达到需要的值(一般情况卜是50Ω)。
天线的参数主要有：工作频率、频带宽度、方向性增益、极化方式、波瓣宽度等指标。
(1)天线的工作频率和频带宽度
天线的工作频率和频带宽度要能够符合射频识别系统的频率范围要求，如天线可以T作在860～960MHz的频率范围内。
(2)天线的增益
天线的增益是指在输入功率相等的情况下，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。天线的增益定量地捕述了一个天线把输入功率集中辐射的程度。天线的增益显然与天线的方向图有着密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小增益也就越高。可以这样理解增益的物理含义：在一定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100W的输入功率，但是如果用增益G=13dBi的某个定向天线作为发射天线，那么输入功率只需要100／20=5W。天线的增益即从最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，就是把输入功率放大的倍数。实际射频识别系统采用的天线增益有4dBi、6dBi、8dBi、11dBi等不同的数值。
(3)天线的极化方向
天线的极化方向：天线向周围空间辐射电磁波，电磁波由电场和磁场构成，电场的方向就是天线的极化方向。天线的极化有线极化和圆极化等方式。线极化又被分为水平极化和垂直极化。圆极化又被分为左旋极化和右旋极化。不同的射频识别系统采用的天线极化方式有所不同，这主要取决于具体的需要。但是在大多数场合，由于电子标签的方位是不可知的，所以多数系统采用了圆极化方式，以使得系统对电子标签的方位敏感性降低。
(4)天线的波瓣宽度
将天线最大辐射方向两侧，辐射强度低于3dB(功率密度降低一半)的两点间的夹角定义为波瓣宽度(也被称为波束宽度或主瓣宽度或半功率角)。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力也就越强，但是同时天线的覆盖范围也就越小。实际应用中要根据不同的环境来进行选择。
6.3 读写器天线的连接
6.3.1 电感式系统的天线
在电感式耦合射频识别系统中，读写器天线用于产生磁通量，以便为电子标签提供电源，并在读写器和电子标签之间传送信息。
因此，读写器天线的设计或选择必须满足以下基本条件：
·天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量；
·功率匹配，以便最大程度地利用磁通量的可用能量；
·足够的带宽，保证载波信号的传输，这些信号是用数据信号调制而成的。
根据读写器的频率范围，可以使用不同的方法将天线线圈连接到读写器发送器的输出端。通过功率匹配将天线线圈直接连接到功率输出级，或者通过同轴电缆传送到天线线圈。前者适合于低频读写器，而后者适合于高频以及部分低频读写器。
(1)利用电流匹配来进行连接
对于135kHz以下频率范围内的典型的低成本读写器，高频接口和天线是相邻安装在一起的，甚至常常是在同一块电路板上。由于天线导线和天线的几何尺寸比所产生的高频电流的波长要小若干个数量级，因此可以将信号简单地视为稳态信号来处理。这意味着高频电流的电波特性可以忽略不计。这样，从电路技术上看连接天线线圈与在低频输出级上连接一个喇叭没有什么不同。
(2)通过同轴电缆馈接
对于超过1MHz以上的频率或是135kHz频率范围内较长的导线长度，不能将高频电压看作是稳态的，即使通过导线传输也必须将它作为电磁波来对待。因此，用较长的、非屏蔽的双芯线来连接天线线圈将会在高频范围内产生不希望的效应，如功率反射、阻抗变换以及寄生辐射，它们是由高频电压的电波特性所引起的。
由于这些效应在实际工作中很难被控制，因此在无线电技术中通常都是使用屏蔽电缆，即同轴电缆。所匹配的插孔、插头和同轴电缆的阻抗都是一致的。由于是大量生产，价格也比较便宜。在射频识别系统中，大多数情况下都是使用50Ω的阻抗。
(3)品质因数Q的影响
用于电感耦合式射频识别系统的读写器天线，其特征值是它的谐振频率和品质因数Q值。较高的品质因数Q值会使天线线圈中的电流强度大些，由此改善了对电子标签的功率传送情况。与此相反，天线的传输带宽刚好与品质因数Q值成反比例变化。选择的品质因数过高会导致带宽缩小，从而明显地减弱电子标签接收到的调制边带。
通过读写器的调制边带和负载调制产物的带宽，可以求得所需的带宽。作为经验法则，下面的式子可以用来计算ASK调制系统的带宽：
B.T=1 （3-3）
其中，T是载波系统在调制时的接通时间。
许多系统都给出了最佳的品质因数Q=10～30。但是正如前面提到的，品质因数取决于所需的带宽和由此采用的调制方法以及编码、调制、副载波频率，因此，这里无法给出一个普遍适用的数值。
6.3.2 微波系统的天线
微波系统所使用的天线类型是基于带状线技术的天线，即所谓的平面天线。这种天线的特点是制造高度较低，并且结构坚固。平面天线能够方便地使用光刻技术制造出来，有很高的可复制性，辐射器的基本元件是由直角微带导线组成的，长度L=λ/2。为了得到不同的向和极化效果，可以用不同的方式把辐射器元件组合在一起。
可以通过在合适的位置处的带状导线连接，通过穿过基板的馈线或者通过经由中间层的电容耦合，来实现对辐射器元件的馈接。通过馈接点，可以使输入阻抗值达到要求的值。
7 读写器的发展趋势
随着射频识别技术的发展，射频识别系统的结构和性能也会不断提高。越来越多的应用，对射频识别系统的读写器提出了更高的要求。未来的射频识别读写器将会有以下特点。
(1)多功能
为了适应市场对射频识别系统多样性和多功能的要求，读写器将集成更多更加方便实用的功能。另外，为了适应某些应用的方便，读写器将具有更多的智能性，具有一定的数据处理能力，可以按照一定的规则将应用系统处理程序下载到读写器中。这样，读写器就可以脱离中央处理计算机，做到脱机工作，完成门禁、报警等功能。
(2)小型化、便携式、嵌入式、模块化
小型化、便携式、嵌入式、接口模块化是读写器市场发展的一个必然趋势。随着射频识别技术的应用不断增多，人们对读写器使用是否方便提出了更高的要求，这就要求不断采用新的技术来减小读写器的体积，使读写器方便携带，方便使用，易于与其他的系统进行连接，从而使得接口模块化。
(3)成本更低
相对来说，目前大规模的射频识别应用，其成本还是比较高的。随着市场的普及以及技术的发展，读写器以及整个射频识别系统的应用成本将会越来越低，最终会实现所有需要识别和跟踪的物品都使用电子标签。
(4)智能多天线端口
为了进一步满足市场需求和降低系统成本，读写器将会具有智能的多天线接口。这样，同一个读写器将按照一定的处理顺序，智能地打开和关闭不同的天线，使系统能够感知不同天线覆盖区域内的电子标签，增大系统覆盖范围。在某些特殊应用领域，未来也可能采用智能天线相位控制技术，使射频识别系统具有空间感应能力。
(5)多种数据接口
由于射频识别技术应用的不断扩展和应用领域的增加，需要系统能够提供多种不同形式的接口，如RS-232、RS-422／RS-485、USB、红外、以太网口、韦根接口、无线网络接口以及其他各种自定义接口。
(6)多制式兼容
由于目前全球没有统一的射频识别技术标准，各个厂家的系统互相不兼容，但是随着射频识别技术的逐渐统一，以及市场竞争的需要，只要这些标签协议是公开的，或者是经过许可的，某些厂家的读写器将兼容多种不同制式的电子标签，以提高产品的应用适应能力和市场竞争力。
(7)多频段兼容
由于目前缺乏一个全球统一的射频识别频率，不同国家和地区的射频识别产品具有不同的频率。为了适应不同国家和地区的需要，读写器将朝着兼容多个频段，输出功率数字可控等方向发展。
(8)更多新技术的应用
射频识别系统的广泛应用和发展，必然会带来新技术的不断应用，使系统功能进一步完善。例如，为了适应目前频谱资源紧张的情况，将会采用智能信道分配技术、扩频技术、码分多址等新的技术手段。
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