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    了解RFID天线的基础知识

    发布日期:2020-08-07 15:05:27

     物联网被视作继计算机、互联网之后,信息产业的第三次浪潮,在其实现的过程中,需要通信、传感器、RFID、定位等众多高新技术的合力协作。RFID与互联网、通信等技术相结合,可以实现对全球物品的跟踪与信息共享,因而被认为是实现物联网的重要基石,并被列为二十一世纪十大重要技术之一。

    在无线通信实现的过程中,天线是必不可少的部件。RFID利用无线电波来进行信息的传输,电波的产生和接收都需要通过天线来完成。当电子标签进入读写器天线工作区范围内,电子标签天线便产生足够的感应电流,从而获得能量被激活。对于RFID系统来说,天线是至关重要的部分,它与系统的性能紧密相关。

    比如在一个仓储管理的项目中,RFID天线的成本在总体成本中占比还不足1%。但如果为了一味降低成本或其他原因导致选型失误,选用性能欠佳的RFID天线,在布局RFID天线的过程中就会容易出现读取不稳定、漏读、串读、读取失败等问题。在这种情况下,不但成本不会降低,反而会增加好几倍。因此在RFID系统部署时,需要对RFID天线加以重视。

    RFID天线有哪些类型?
    RFID系统的天线大体可以分为电子标签天线和读写器天线两大类,这两类天线根据方向性还能细分为全向天线和定向天线等,按照外形差异还能分为线状天线和面状天线等。RFID读写器天线需要具备宽频带、圆极化的特性。在低频和高频频段,电子标签和读写器基本都是采用线圈天线,一般使用铜线。不过,由于高频使用的频率高,天线绕制的圈数会比低频少很多,这就使得高频RFID天线的制作更简单,价格也更低一些。在超高频频段,采用蚀刻工艺的较多,包括铜蚀刻天线和铝蚀刻天线,工艺也较为成熟。在微波频段,天线的形式更为多样化,包括对称振子天线、微带天线、阵列天线、宽频带天线等等。

     

    不同频段、不同应用领域对电子标签天线结构形式的要求也各不相同。总体而言,天线设计往往会遵循以下目标:
    (1)天线体积尽量小型化;
    (2)天线提供尽量大的信号给芯片;
    (3)天线覆盖的方向性尽量大;
    (4)天线的极化能与读写器的询问信号相匹配;
    (5)天线价格尽量低廉等等。

    RFID天线制造的三大主要工艺

    为了适应不同应用场景对RFID性能参数的不同要求,出现了各类RFID天线的制作工艺。目前,最常用的RFID天线制作工艺主要有线圈绕制法、蚀刻法和印刷法三种。

    (1) 线圈绕制法
    用线圈绕制法制作RFID标签天线时,要在一个绕制工具上绕制标签线圈并进行固定,要求天线线圈的匝数较多,线圈既可以是圆形环的,也可以是矩形环的。这种方法一般用于频率范围在125至134KHz的RFID标签。用这种加工方式制作天线的缺点很明显,主要可以概括为成本高、生产效率较低、加工后产品的一致性不够好等等。

    (2) 蚀刻法
    蚀刻法常用铜或铝来制作天线,这种方式在生产工艺上与挠性印制电路板的蚀刻工艺接近。蚀刻法可以运用于大量制造13.56MHz、UHF频宽的电子标签,它具有线路精细、电阻率低、耐候性好、信号稳定等优点。不过这种方式的缺点也很明显,如制作程序繁琐、产能低下等。

    (3) 印刷法
    印刷天线是直接用导电油墨在绝缘基板(或薄膜)上印刷导电线路,形成天线的电路。主要的印刷方法已从只用丝网印刷扩展到胶印、柔性版印刷、凹印等制作方法。印刷法适合用于大量制作13.56MHz和RFID超高频频段的电子标签。其特点是生产速度快,但由于导电油墨形成的电路的电阻较大,它的应用范围受到一定的局限。由于印刷天线技术的进步,使得RFID标签的成本有效降低,推动了RFID的应用普及。

     


     

    RFID天线未来的发展趋势
    (1)尺寸小型化
    随着智能化需求及工艺技术的发展,RFID天线的尺寸仍在不断往小型化方向发展。在低频和高频电子标签中,天线的尺寸往往要比芯片大得多。因此,标签的尺寸往往就是受天线的尺寸制约的。从市场需求角度来看,RFID标签的小型化也有利于其进入更多应用场景。

    (2)大批量制作
    与传统工艺相比,导电油墨印刷天线有着更低廉的成本,更高效的生产,主要反映在导电油墨所用的材料价格很低,网印工序中所用的印刷设备也比蚀刻设备更便宜。再加上这种印刷工艺操作起来简单快捷,整个工艺流程也较为简单,更加适合大批量制作。

    (3)工艺绿色环保
    此外,蚀刻工艺中的化学侵蚀反应会产生废料,容易对环境造成污染,相较之下,导电油墨印刷技术则要环保得多。

    (4)更低成本
    RFID想要实现更大规模的应用,成本还需要进一步降低。因为很多时候人们并非出于对RFID技术的考量,而是难以接受电子标签背后高昂的成本压力。现在导电油墨技术可以使RFID应用走出成本困局,大大降低了RFID天线的制作成本。可以预见,未来RFID天线制作与先进印刷技术的结合会更为紧密。

    随着导电油墨和印刷技术的发展,RFID印刷天线技术将会进一步普及。这有助于降低RFID标签的成本,从而降低RFID的应用门槛,推动RFID技术在各行各业中落地,让万物互联的物联网世界早日到来。

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