RFID天线技术解析：工作原理、应用及发展趋势

'RFID技术(Radio Frequency Identification)即射频识别，RFID系统是基于RFID技术，通过搭建硬件平台和软件平台所构成的系统。RFID技术是一种非接触的近距离自动识别技术，它是利用射频信号或电磁场耦合的能量传输特性，实现对物体的自动识别。RFID技术发端于雷达技术，经过几十年的发展，已经成为物联网感知层的重要组成部分。RFID技术具有抗干扰能力强、存储信息量大、非接触、使用寿命长、可多标签识别、响应速度快等特点。

RFID系统已经被广泛地应用在公共交通、人员身份识别、车辆管理、自动收费、门禁管理等领域。伴随着工业自动化的不断发展和机器人时代的到来，RFID技术会越来越广泛地应用到更多的系统和行业当中。

天线作为无线通信和探测系统中的终端，是一种经设计具有发射和接收电磁波作用的元件。在无线通信实现的过程中，天线是必不可少的部件。发射天线以电磁波的形式将在馈线上传输的电流发射出去;接收天线将接收到的电磁波转换成电流并传输到馈线上。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。

典型的反向散射RFID标签由天线和集成电路(芯片)组成。芯片通常放置在天线的馈点位置，并且芯片和天线都具有复杂的输入阻抗。为此，实现天线和芯片之间的尽可能实现阻抗匹配尤为重要。它极大地决定了RFID标签性能。比如在一个RFID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技术的应用离不开RFID天线，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。

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天线是实现RFID技术的关键元件，因此，它的工作原理非常重要。RFID天线的工作原理简单来说就是通过射频电磁波在无线射频识别器和REID标签之间传输信号:REID标签中包含信息，通过无线射题迟别器识别出这些信息;从而实现RFID技术的功能。

首先，RFID天线接收无线射频识别器发射出的高频信号，该信号会在空气中传播，在接近天线的RFID标签上受到激发并反射回来，然后被RFID天线接收并放大，并传输给无线射频识别器，进而完成RFID技术的目的。其次，RFID天线负责发射信号:如果需要向某一RFID标签发出信号,无线射频识别器会发射一个高频信号到RFID天线,来激发RFID标签,然后在信号接收器和RFID标签之间传输数据,从而实现控制、识别等功能。此外，在 RFID天线的设计过程中，采用不同的电路元件，以及满足各种环境需求的各种不同的天线形状，来调节收发信号的质量，以保证RFID系统的效率。最后，RFID天线的功率需求也很高，常用的RFID天线的功率为单位面积1w。同时，还需要优化RFID天线的结构形状，以提高射频传输效率，并减少射频信号受到的干扰。

总之，RFID天线是RFID技术的关键元件，可以实现RFID技术的功能，RFID天线的工作原理包括接收信号、发射信号和电源等，且需要调节收发信号的质量，以达到最佳的性能。此外，RFID天线也需要足够的功率，以提高射频信号传输的效率，并减少射频信号受到的干扰。

RFID 标签天线必须与电子标签有机地结合成一体, 或贴在表面, 或嵌入到物体内部。读写器天线既可以与读写器集成在一起, 也可以采用分离式。下面列举3个RFID天线的典型应用： (1) 仓储物流追踪 国内企业的话，海尔集团已经建立了全自动化物流中心，用以优化供应链管理。通过在箱体和托盘上嵌入RFID无线射频识别标签，货物进出仓或存放时，通过固定或者手持RFID读写器通过天线向RFID电子标签发出微波查询信号，电子标签接受到查询信号后应答并返回标签数据信息。数据读取完成后将数据实时同步到仓储管理平台，整体提升工作效率。 (2) 航空行李托运 国内东方航空就已经通过RFID技术实现了大规模的行李全流程追踪。当旅客托运行李时，机场工作人员会将航班号、出发港、到达港、起落时间、行李牌号码等信息写入行李牌内嵌的RFID标签中，当带有RFID标签的行李牌经过分拣、装机、到达、提取等各个节点时，这些行李数据信息就会被自动采集到后台数据库。对于旅客而言，可以很方便的通过手机的微信小程序查询本人的行李信息。 (3) 车辆高速收费 现在国内已经全面铺开ETC( Electronic Toll Collection) 电子不停车收费系统，保证整个路网运行畅通。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载RFID标签与在收费站 ETC 车道上的RFID读写器，实现ETC车道短程通讯。通过RFID技术，车辆通过高速公路或桥梁收费站时栏杆自动放行，ETC车辆无需停车缴费，费用直接通过银行后台结算处理。

随着物联网技术的发展和RFID应用领域的不断扩展，RFID技术也在不断地发展和完善，且RFID天线作为RFID技术中不可或缺的一部分也在不断地更新与进步。从RFID天线的设计和制造材料、工艺以及应用领域等方面来看，可以总结出以下几点RFID天线发展趋势： (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。'