天線在物聯網中的應用

物聯網概述物聯網(Internetofthings)定義：通過射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感器設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，使用LAN，GPRS，Wi－Fi，Bluetooth，Zigbee，UWB等進行信息交換和通信，以實現智能識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。國際電信聯盟（ITU）曾描繪“物聯網”時代的情形：司機出現操作失誤時汽車會自動報警；公文包會提醒主人忘帶了什么東西；衣服會“告訴”洗衣機對顏色和水溫的要求;……物聯網定義的理解技術理解物聯網是指物體的信息通過智能感應裝置，經過傳輸網絡，到達指定的信息處理中心，最終實現物與物、人與物之間的自動化信息交互與處理的智能網絡。應用理解物聯網是指把世界上所有的物體都聯接到一個網絡中，形成“物聯網”，然后“物聯網”又與現有的“互聯網”結合,實現人類社會與物理系統的整合，達到更加精細和動態的方式去管理生產和生活。通俗理解將RFID（無線射頻識別）和WSN（無線傳感器網絡）結合為用戶提供生產生活的監控、指揮調度、遠程數據采集和測量、遠程診斷等方面的服務。物聯網中的天線物聯網技術的三大基礎技術之一即為通信技術，而且主要集中在無線通信。目前得到廣泛應用的無線通信設備，諸如手機、射頻識別RFID、藍牙Bluetooth、無線局域網WLAN網卡以及全球衛星定位系統GPS等產品均為物聯網的構成部分，這些產品都需要使用天線來發射和接收無線電信號。物聯網中的天線移動通信天線物聯網中的天線移動通信天線物聯網中的天線Radiofrequencyidentification(RFID)技術是一種利用射頻技術實現的非接觸式自動識別技術。它包括電子標簽(tag)和讀寫器(reader)2個主要部分RFID天線電子標簽天線簡介作為射頻電子標簽的天線必須滿足一下的性能要求：（1）足夠小以至于能夠嵌入制造到本身就很小的電子標簽上。（2）有全向或半球覆蓋的方向性。（3）提供最大可能的信號給標簽的芯片，并給標簽提供能量。（4）無論標簽處于什么方向，天線的極化都能與閱讀器的詢問信號相匹配。（5）具有魯棒性。（6）作為損耗件的一部分，天線的價格必須非常便宜。因此，在選擇天線的時候，必須考慮如下因素：（1）天線的類型。（2）天線的阻抗。（3）在應用到電子標簽上時的射頻性能。（4）在有其他的物品圍繞標簽物品時的射頻性能。在實際應用中，標簽的使用方式有兩種，一種是標簽移動，通過固定的閱讀器進行識別；一種是標簽不動，通過手持機等移動的閱讀器來進行識別。在一個電子標簽中，標簽面積主要是由天線面積決定的。然而天線的物理尺寸受到工作頻率電磁波波長的限制，如超高頻（900MHz）的電磁波波長為30cm，因此應該在設計時考慮到天線的尺寸，一般設計為5~10cm的小天線。此外，考慮到天線的阻抗問題、輻射模式、局部結構、作用距離等因素的影響，為了以最大功率進行傳輸數據，天線后的芯片的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗相匹配。電子標簽天線的分類

RFID電子標簽主要有線圈型、微波RFID天線等。工作距離小于1m的近距離應用系統的RFID天線一般采用工藝簡單、成本低的線圈型天線，工作在中、低頻段。工作在1m以上遠距離的應用系統需要采用微帶貼片型或偶極子的RFID天線，工作在高頻及微波頻段。

1線圈型某些應用要求RFID的線圈天線外形很小，且需要一定的工作距離，如動物識別。為了增大RFID與讀寫器之間的天線線圈互感量，通常在天線線圈內部插入具有高磁導率μ的鐵氧體材料，來補償線圈橫截面小的問題。

2微波RFID天線微波RFID天線中常見微帶貼片天線是由貼在帶有金屬底板的介質基片上的輻射貼片導體構成的。微帶貼片天線質量輕，體積小，剖面薄，其饋線方式和極化制式的多樣化及饋電網絡、有源電路集成一體化等特點成為了印刷天線的主流。微帶貼片天線適用于通信方向變化不大的RFID應用系統中。線圈型

微波RFID天線的結構、圖片圖6.5給出了幾種實際RFID微波天線的圖片，由這些圖片可以看出各種微波RFID天線的結構以及與天線相連的芯片。微波RFID天線主要采用偶極子天線、微帶天線等遠距離RFID系統中，常用偶極子天線。信號從偶極子天線中間的兩個端點饋入，在偶極子的兩臂上產生一定的電流分布，從而在天線周圍空間激發起電磁場。RFID系統中，實際使用的偶極子天線多為印刷偶極子天線的變形。物聯網常用讀寫器天線在無線射頻識別系統中，閱讀器是主要的組成部分之一。它在射頻識別系統中起到了舉足輕重的作用。在射頻識別系統工作過程中，通常由閱讀器在一個區域內發送射頻能量形成電磁場。電子標簽通過這一區域時被觸發，發送存儲在電子標簽中的數據，或根據閱讀器的指令來改寫存儲在電子標簽中的數據。根據天線和閱讀器模塊是否分離，可以分為分離式閱讀器和集成式閱讀器。常見的分離式閱讀器有固定式閱讀器，而典型的集成式閱讀器有手持閱讀器。手持式電子標簽閱讀器功能簡介：

可讀寫和識別EPCClass1被動式電子標簽；

是一款基于EPC_Class1標準的UFH波段手持式電子標簽閱讀器;產品集成了ARM9硬件環境，Win_CE.net操作系統和UFH波段電子標簽識別模塊;同時可以支持移動數據庫，WiFi無線局域網，GPRS等多種應用需求，是一款資源豐富，功能完善的電子標簽移動識別產品。

UHF固定式閱讀器技術指標

工作頻率：902～928MHz

通信接口：串行接口RS232/RS485Wiegand26/34口。

工作模式：讀/寫雙工

讀寫速率：單張小于30ms

電源要求100～240VAC（自適應）

工作距離:讀取距離可調

讀取距離大于8m，寫操作距離大于5m產品特點

RF功率可調（0~+31.5dbm）

單天線輸出口

多標簽讀寫功能，最多每秒可讀寫30張

具備超強的抗干擾能力

能夠兼容多家公司標簽協議：SCS、ISO-18000-6等主要應用

廣泛應用于交通運輸車輛的自動化管理、工業生產數據自動管理、公路自動識別收費、商品防偽監控系統、倉儲/物流的自動化識別管理、人員/車輛門禁保安管理、電子防偽及自動識別門票管理、養殖業的動物自動跟蹤識別管理等。

讀寫器天線有很多種形式和結構，如平板天線、環形天線、螺旋天線等。在電感耦合RFID系統中主要使用環形天線。環形天線主要用于中、低頻射頻識別系統中，用來實現能量和數據的電磁耦合。讀寫器天線讀寫器天線在電磁散射RFID系統中常使用微帶天線。主要用于超高頻、微波頻段射頻識別系統中讀寫器天線讀寫器天線1：天線結構根據數據管理系統的功能需求以及不同設備制造商的生產習慣，閱讀器有不同的結構與外觀形式。物聯網中的天線GPS天線就是通過接收衛星信號，進行定位或者導航。而接收信號就必須用到天線。常用GPS衛星信號有L1波段1.57542GHz、L2波段1.22760GHz、L3波段1.38105GHz和L4波段1.84140GHz等，其中L1為開放的民用信號，信號為圓極化。GPS信號強度比較弱，這決定了要為GPS信號準備專門的接收天線。大部分GPS天線為陶瓷介質的右旋極化微帶天線，如圖。GPS天線物聯網中的天線無線局域網(WirelessLocalAreaNetwork，簡稱WLAN)由無線網卡和無線接入點(AccessPoint，AP)構成。簡單地說WLAN就是指不需要網線就可以通過無線方式發送和接收數據的局域網，只要通過安裝無線路由器或無線AP，在終端安裝無線網卡就可以實現無線連接。無線局域網中天線類型有很多，例如：鞭狀的單極天線、微帶天線等。無線局域網天線物聯網中的天線藍牙技術中常用一種特別小型化的陶瓷天線。該陶瓷天線的種類可分為塊狀陶瓷天線與多層陶瓷天線，前者是使用高溫將整塊陶瓷體一次燒結完成后再將天線的金屬部份印在陶瓷塊的表面上；后者則采用低溫共燒（LTTC）的方式將多層陶瓷迭壓對位后再低溫燒結，所以天線的金屬導體可以依設計需要印在每一層陶瓷介質層上，故可有效縮