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天線作為電磁波與導(dǎo)行波的能量轉(zhuǎn)換器，其工作原理深刻體現(xiàn)了經(jīng)典電磁理論與量子物理的交融。從麥克斯韋方程組的宏觀描述到量子電動(dòng)力學(xué)的微觀解釋，天線技術(shù)的發(fā)展始終推動(dòng)著無線通信系統(tǒng)的性能邊界。未來隨著量子通信和6G技術(shù)的演進(jìn)，天線設(shè)計(jì)將進(jìn)入納米尺度與量子調(diào)控的新紀(jì)元。

RFID 標(biāo)簽在封閉空間的漏掃問題，本質(zhì)上是環(huán)境物理特性、標(biāo)簽性能、設(shè)備部署及電磁波傳播規(guī)律共同作用的結(jié)果。解決之道絕非依賴單一手段，而是需要從干擾源控制（標(biāo)簽選型與粘貼）、設(shè)備優(yōu)化（天線部署與參數(shù)設(shè)置）、軟件處理（算法與流程）三個(gè)維度進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)和持續(xù)調(diào)優(yōu)。深刻理解應(yīng)用場(chǎng)景的具體挑戰(zhàn)，通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試驗(yàn)證和精細(xì)化實(shí)施，才能有效馴服電磁波，讓 RFID 在封閉空間內(nèi)也能穩(wěn)定可靠地發(fā)揮其“無形之手”的強(qiáng)大威力，為數(shù)字化管理奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基石。

1 RFID天線：無線數(shù)據(jù)交換的橋梁 RFID天線，作為無線數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)中的發(fā)送與接收元件，利用電磁場(chǎng)作為媒介，實(shí)現(xiàn)了信息的遠(yuǎn)程傳輸與識(shí)別。 2. RFID系統(tǒng)的兩大核心組件 一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)由兩部分組成： RFID應(yīng)答器天線：位于待識(shí)別物體上，負(fù)責(zé)接收讀寫器發(fā)出的信號(hào)。 讀寫器（詢問器）：根據(jù)設(shè)計(jì)和技術(shù)不同，可實(shí)現(xiàn)只讀或讀寫功能，是信息交換的發(fā)起者。 3.RFID天線的工作原理 讀寫器通過天線發(fā)射電磁波，RFID標(biāo)簽天線接收到這些波后，將數(shù)據(jù)傳遞給標(biāo)簽系統(tǒng)芯片，進(jìn)而觸發(fā)預(yù)設(shè)動(dòng)作，如返回電子代碼或執(zhí)行系統(tǒng)指令。RFID 天線經(jīng)過調(diào)諧，僅在以指定 RFID 系統(tǒng)頻率為中心的窄帶載波頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生諧振。這一過程高效且準(zhǔn)確，是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)、物流追蹤等領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)支撐。

在電子學(xué)理論中，電流流過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成磁場(chǎng);交變電流通過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁場(chǎng)，稱為電磁波。

為解決 5G 通信系統(tǒng)電磁波傳播面臨的電磁干擾問題，浙江大學(xué)課題團(tuán)隊(duì)開展了電磁輻射抑制研究，提出了面向 5G 通信天線系統(tǒng)和 5G 通信芯片封裝的電磁兼容解決方案。

近年來興起的射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是以無線電磁波信號(hào)通過近場(chǎng)或遠(yuǎn)場(chǎng)方式與標(biāo)簽交換能量與信息，實(shí)現(xiàn)識(shí)別目的的技術(shù)，具有數(shù)據(jù)容量大、無需接觸讀寫、保密性高、壽命長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理以及物流管理等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

電磁波是能量的一種，凡是高于絕對(duì)零度的物體，都會(huì)釋出電磁波。電與磁可說是一體兩面，電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變動(dòng)的磁場(chǎng)則會(huì)產(chǎn)生電流。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)。

天線的基本功能是將饋線傳輸?shù)碾姶挪ㄗ優(yōu)樽杂煽臻g傳播的電磁波，天線的方向圖是表征天線輻射時(shí)電磁波能量(或場(chǎng)強(qiáng))在空間各點(diǎn)分布的情況，它是描述天線的主要參數(shù)之一。

發(fā)射時(shí)，把邏輯電路處理過的發(fā)射基帶信息調(diào)制成的發(fā)射中頻，用TX-VCO把發(fā)射中頻信號(hào)頻率上變?yōu)?90M-915M(GSM)的頻率信號(hào)。經(jīng)功放放大后由天線轉(zhuǎn)為電磁波輻射出去。

本文采用I型諧振單元來構(gòu)造所設(shè)計(jì)的標(biāo)簽。相比于其他結(jié)構(gòu)的諧振單元，其主要有兩方面的優(yōu)勢(shì)。首先，無論激勵(lì)信號(hào)是同極化，還是交叉極化的電磁波，I型諧振單元的后向散射信號(hào)中都不含有二次諧波，然而U型諧振單元在交叉極化的信號(hào)源激勵(lì)下，會(huì)產(chǎn)生二次諧波[8]。其次，I型諧振單元在受到正交極化的平面波激勵(lì)時(shí)，只會(huì)對(duì)一個(gè)極化方向的電磁波有所回應(yīng)，而不會(huì)對(duì)另一個(gè)極化方向的電磁波有所回應(yīng)，相應(yīng)的原理圖分別如圖1和圖2所示，其中V(vertical)和H(horizontal)分別代表諧振單元的放置方向和平面波極化方向是豎直和水平的，RCS是雷達(dá)散射界面(Radar Cross Section)。

射頻電路指處理信號(hào)的電磁波長(zhǎng)與電路或器件尺寸處于同一數(shù)量級(jí)的電路。此時(shí)由于器件尺寸和導(dǎo)線尺寸的關(guān)系，電路需要用分布參數(shù)的相關(guān)理論來處理，這類電路都可以認(rèn)為是射頻電路，對(duì)其頻率沒有嚴(yán)格要求，如長(zhǎng)距離傳輸?shù)慕涣鬏旊娋€(50或60Hz)有時(shí)也要用RF的相關(guān)理論來處理。

RF(射頻)專指具有一定波長(zhǎng)可用于無線電通信的電磁波。電磁波可由其頻率表述為：KHz(千赫)，MHz(兆赫)及GHz(千兆赫)。其頻率范圍為VLF(極低頻)也即10-30KHz至EHF(極高頻)也即30-300GHz。

天線增益反應(yīng)了天線定向傳送電磁波能力的強(qiáng)弱。天線增益與天線半功率波束寬度(既天線輻射區(qū)域角度大小)為兩個(gè)互相制約的天線屬性，天線增益越大，輻射角度越小，反之亦然。該天線實(shí)測(cè)增益在860-960MHz時(shí)，增益大于7dBi;895-940MHz，增益趨近7.5dBi;940-960MHz處，接近7.8dBi。

在無線通信系統(tǒng)中，需要將來自發(fā)射機(jī)的導(dǎo)波能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波，或者將無線電波轉(zhuǎn)換為導(dǎo)波能量，用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生的已調(diào)制的高頻電流能量(或?qū)Р芰?經(jīng)饋線傳輸?shù)桨l(fā)射天線，通過天線將轉(zhuǎn)換為某種極化的電磁波能量，并向所需方向出去。到達(dá)接收點(diǎn)后，接收天線將來自空間特定方向的某種極化的電磁波能量又轉(zhuǎn)換為已調(diào)制的高頻電流能量，經(jīng)饋線輸送到接收機(jī)輸入端。

按照業(yè)界的定義，天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波變換成在無界媒介(通常是自由空間)中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換，也就是發(fā)射或接收電磁波。通俗點(diǎn)說，無論是基站還是移動(dòng)終端，天線都是充當(dāng)發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的中間件。

RFID電子標(biāo)簽常伴隨在金屬環(huán)境下使用，當(dāng)RFID電子標(biāo)簽靠近金屬時(shí)，由于金屬對(duì)電磁波具有強(qiáng)烈的反射性，所以會(huì)伴隨著信號(hào)減弱，讀卡距離也會(huì)變得更近，嚴(yán)重干擾則會(huì)出現(xiàn)讀卡失敗的現(xiàn)象。目前通用的解決措施是在電子標(biāo)簽背面粘帖上一層具有磁性的吸波材料。

太赫茲(THz)波是一種頻率高于微波而低于紅外光的電磁波，1 THz=1012 Hz。上世紀(jì)八十年代以來，微型半導(dǎo)體技術(shù)、超快光電子技術(shù)發(fā)展迅速，高性能太赫茲波源和檢測(cè)設(shè)備研制成功，太赫茲波技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。物質(zhì)的太赫茲譜信息豐富且分辨率高[1-3]，太赫茲電磁波在環(huán)境保護(hù)監(jiān)控、成像與檢測(cè)、疾病診斷、天文研究、高速寬帶移動(dòng)通信、軍用偵察設(shè)備等領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用價(jià)值[4-7]。

RFID 利用了電磁波空間耦合、傳播進(jìn)行通信，以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別被標(biāo)識(shí)對(duì)象，獲取對(duì)象信息的目的。同其他一些識(shí)別技術(shù)相比，射頻識(shí)別技術(shù)具有高效快捷、非接觸、無污染、識(shí)別率高等突出優(yōu)點(diǎn)。識(shí)別過程無需人工干預(yù)，可在惡劣環(huán)境下工作，能夠應(yīng)用到很多行業(yè)。

近年來射頻識(shí)別(Radio Frequency of Identificatio，RFID)技術(shù)的應(yīng)用逐漸廣泛，同時(shí)也倍受重視。特別是UHF頻段的RFID系統(tǒng)，由于其傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高，受到了更多地關(guān)注。典型的RFID系統(tǒng)由RFID閱讀器和標(biāo)簽兩部分組成，RFID無源標(biāo)簽依靠RFID閱讀器發(fā)射的電磁信號(hào)供電，并通過反射調(diào)制電磁信號(hào)與閱讀器通信。因此，RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)其系統(tǒng)工作性能有關(guān)鍵的影響。

射頻(Radio Frequency) 專指具有一定波長(zhǎng)可用于無線電通信的電磁波。射頻識(shí)別技術(shù) (Radio Frequency Identification)是20 世紀(jì)90 年代開始興起的一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)， 它是利用射頻信號(hào)和空間耦合(電感或電磁耦合)或雷達(dá)反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物 體的自動(dòng)識(shí)別。但是，就目前來看， RFID 的發(fā)展仍然存在較多瓶頸，數(shù)據(jù)讀取率不高就是其中主要瓶頸之一。

RFID標(biāo)簽按供電方式分為有源和無源2種[1],無源標(biāo)簽通過捕獲閱讀器發(fā)射的電磁波獲取能量，具有成本低、尺寸小的優(yōu)勢(shì);有源標(biāo)簽通常采用電池供電，具有通信距離遠(yuǎn)、讀取速度快、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)[2],但為了滿足煤礦井下定位，需要考慮低功耗設(shè)計(jì)以增強(qiáng)電池的續(xù)航能力。

閱讀器在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波。電子標(biāo)簽內(nèi)有一個(gè)諧振電路，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，就能產(chǎn)生感應(yīng)電流獲取能量、時(shí)鐘和指令，并將有用數(shù)據(jù)以反向散射調(diào)制的方式發(fā)射出去。閱讀器接收到此標(biāo)簽的數(shù)據(jù)并進(jìn)行解碼后，送入中央信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這樣，閱讀器通過天線可實(shí)現(xiàn)無接觸式的讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的數(shù)據(jù)，達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。

針對(duì)射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽抗金屬性的實(shí)際需求，結(jié)合短路環(huán)偶極子天線輻射能力較強(qiáng)、制造簡(jiǎn)單、成本低、防靜電且適宜阻抗匹配等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一類短路環(huán)偶極子抗金屬標(biāo)簽。設(shè)計(jì)中將標(biāo)簽天線制作在具有良好輻射特性、成本低廉、材質(zhì)為FR-4的基板上，減小金屬環(huán)境吸收電磁波對(duì)天線輻射的干擾，使短路環(huán)偶極子標(biāo)簽具有抗金屬性；同時(shí)在短路環(huán)偶極子天線中引入阻抗臂，通過阻抗臂對(duì)短路環(huán)偶極子天線進(jìn)行阻抗匹配及優(yōu)化。經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)及測(cè)試其結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)標(biāo)簽具有良好的抗金屬性和阻抗匹配特性。

RFID 是射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification)的英文縮寫，射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它使用射頻電磁波通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))在閱讀器和要進(jìn)行識(shí)別、分類和跟蹤的移動(dòng)物品(物品上附著有RFID 標(biāo)簽)之間實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。RFID 是一種自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)捕獲技術(shù)，可以提供無人看管的自動(dòng)監(jiān)視與報(bào)告作業(yè)。

RFID(電子標(biāo)簽、射頻識(shí)別)技術(shù)的工作原理是"低頻段基于變壓器耦合模型(初級(jí)與次級(jí)之間的能量傳遞及信號(hào)傳遞)，在高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型(雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī))。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的"利用反射功率的通信"奠定了射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)"。今天我們就來談?wù)凴FID技術(shù)如何在汽車防盜系統(tǒng)中大展拳腳。

無線射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)是利用感應(yīng)、電磁場(chǎng)或電磁波為傳輸手段，完成非接觸式雙向通信、獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)完成識(shí)別工作時(shí)無須人工干預(yù)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化且不易損壞，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻卡，操作快捷方便，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

電力設(shè)備熱點(diǎn)溫度與電流在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)工作在大型變壓器旁，極易受電磁輻射干擾，針對(duì)該預(yù)警系統(tǒng)的子系統(tǒng)；無線傳輸部分進(jìn)行了抗電磁干擾設(shè)計(jì)，采用Ansoft Designer軟件仿真分析了PCB（Printed Circuit Board）中電磁波對(duì)PCB電磁兼容性產(chǎn)生的影響，根據(jù)其得出的PCB的電流圖及近場(chǎng)分布圖，分析PCB的電磁兼容性，針對(duì)結(jié)果中的電磁輻射過高區(qū)域進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，經(jīng)Ansoft Designer驗(yàn)證，重新設(shè)計(jì)后的PCB各項(xiàng)指數(shù)有所下降，電磁兼容性得到提高。

隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，微波通信技術(shù)通信的應(yīng)用的范圍非常廣泛。微波天線是微波通信系統(tǒng)中最重要的部分，凡是能利用電磁波來傳遞的信息幾乎都依靠微波天線傳遞與互換，同時(shí)微波天線也可輻射電磁波等能量。

RFID系統(tǒng)透過標(biāo)簽內(nèi)晶片承載商品識(shí)別碼，當(dāng)標(biāo)簽被讀寫器讀取時(shí)，讀寫器所發(fā)射的電磁波啟動(dòng)晶片，透過無線傳輸通過中介軟體傳遞給系統(tǒng)，透過對(duì)識(shí)別碼等資料的確認(rèn)完成對(duì)商品的鑒別；另外，當(dāng)防偽RFID標(biāo)簽在被損壞或移開物件時(shí)，資料將無法被讀取或通訊中斷，借以保護(hù)標(biāo)簽內(nèi)資料不被竊取，從而達(dá)到防偽目的。

射頻卡的電氣部分由天線、1個(gè)高速(106KB波特率)的RF接口、1個(gè)控制單元和1個(gè)8K位EEPROM組成。其工作原理如下:讀寫器向射頻卡發(fā)一組固定頻率的電磁波,卡片內(nèi)有1個(gè)LC串聯(lián)諧振電路,其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同,在電磁波的激勵(lì)下,LC諧振電路產(chǎn)生共振,從而使電容內(nèi)有了電荷,在這個(gè)電容的另一端,接有1個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?將電容內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存,當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時(shí),此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓,將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。

當(dāng)選手們把一只輕薄小巧的芯片系在鞋帶上，通過設(shè)在起跑線的地墊時(shí)，根據(jù)“電動(dòng)生磁，磁動(dòng)生電”的原理，芯片里的微型線圈便會(huì)切割地墊周圍的磁力線而產(chǎn)生電流，使芯片開始工作并發(fā)射電磁波。每個(gè)運(yùn)動(dòng)員佩戴的芯片如同一個(gè)特殊的“電子標(biāo)簽”和“條形碼”，儲(chǔ)存著個(gè)人信息。

采用傳統(tǒng)的條形碼進(jìn)行物品標(biāo)識(shí)將會(huì)帶來一系列的不便：無法進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的識(shí)別，需要人工干預(yù)、許多物品無法標(biāo)識(shí)等等。相反，由于射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)采用具有穿透性的電磁波進(jìn)行識(shí)別，所以可以進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的識(shí)別，無須人工干預(yù)，可以標(biāo)識(shí)多種多樣的物品。