RFID系統工作相關的電磁場基本理論
發布時間:2008/12/17 0:00:00 訪問次數:1239
了解電磁傳播規律,有助于更好地了解和應用射頻識別系統。
讀寫器和電子標簽通過各自的天線構建了兩者之間的非接觸信息傳輸信道。空間信息傳輸信道的性能完全由天線周圍的場區特性決定,這是電磁傳播的基本規律。射頻信息加載到天線上以后,在緊鄰天線的空間中,除了輻射場以外,還有一個非輻射場。該場與距離的高次冪成反比,隨著離開天線的距離迅速減小。在這個區域,由于電抗場占優勢,因此該區域被稱為電抗近場區,它的邊界約為1個波長。超過電抗近場區,就是輻射場區。按照離開天線距離的遠近,又把輻射場區分為輻射近場區和輻射遠場區。根據觀測點距離天線的距離的不同,天線周圍輻射的場呈現出來的性質也不相同。通常可以根據觀測點距離天線的距離將天線周圍的場劃分為3個區域:無功近場區、輻射近場區和輻射遠場區。
(1)無功近場區
無功近場區也被稱為電抗近場區,它是天線輻射場中緊鄰天線口徑的一個近場區域。在該區域中,電抗性儲能場占支配地位。通常,該區域的界限取為距天線口徑表面)λ/2π處。從物理概念上講,無功近場區是一個儲能場,其中的電場與磁場的轉換類似于變壓器中的電場、磁場之間的轉換。如果在其附近還有其他金屬物體,這些物體會以類似電容、電感耦合的方式影響儲能場,因而也可以將這些金屬物體看作組合天線(原天線與這些金屬物組成的新的天線)的一部分。在該區域中束縛于天線的電磁場沒有做功(只是進行相互轉換),因而將該區域稱為無功近場區。
(2)輻射近場區
超過電抗近場區就到了輻射場區,輻射場區的電磁能己經脫離了天線的束縛,并作為電磁波進入了空間。按照離開天線距離的遠近,又把輻射場區分為了輻射近場區和輻射遠場區。
在輻射近場區中,場區中輻射場占優勢,并且輻射場的角度分布與距離天線口徑的距離有關,天線各單元對觀察點輻射場的貢獻,其相對相位和相對幅度是天線距離的函數。對于通常的天線,此區域也被稱為菲涅爾區。由于大型天線的遠場測試距離很難滿足,因此研究該區域中場的角度分布對于大型天線的測試非常重要。
(3)輻射遠場區
輻射遠場區就是人們常說的遠場區,又稱為夫朗荷費區。在該區域中,輻射場的角分布與距離無關。嚴格地講,只有距離天線無窮遠處才到達天線的遠場區。但在某個距離上,輻射場的角度分布與無窮遠時的角度分布誤差在允許的范圍以內時,即把該點至無窮遠的區域稱為天線遠場區。
天線的方向圖即指該輻射區域中輻射場的角度分布,因此遠場區是天線輻射場區中最重要的一個。公認的輻射近場區與遠場區的分界距離r為:
其中,d為天線直徑,尻為天線波長,d≥λ。
對于天線而言,滿足天線的最大尺寸t zj、于波長兄時,天線周圍只存在無功近場區與輻射遠場區,沒有輻射近場區。無功近場區的外界約為λ/2π,超過了這個距離,輻射場就占主要地位。滿足l/λ<<1的天線一般稱為小天線。
對射頻識別系統和電子標簽而言,一般情況下,由于對電子標簽尺寸的限制,以及讀寫器天線應用時的尺寸限制,絕大多數情況下,采用l/λ<<1或l/λ<1的天線結構模式。天線的無功近場區和遠場區的距離可以根據波長進行估算。
表給出了常用射頻識別系統的工作頻率、對應的波長、無功近場區與輻射遠場區的距離估算結果。
表 不同頻率的波長、無功近場區、輻射遠場區距離估算值
表的計算數據是基本的數值參考。對于給定的工作頻率,無功近場區的外界基本上由波長決定,輻射遠場區的內界應該滿足大于無功近場區外界的約束。當天線尺寸(d或l)與波長可比或大于波長時,其輻射近場區的區域大致在r1與r2之間。
有關天線場區的劃分,一方面表示了天線周圍場的分布特點,即輻射場中的能量以電磁波的形式向外傳播,無功近場中的能量以電場、磁場的形式相互轉換不向外傳播;另一方面表示了天線周圍場強的分布情況,距離天線越近,場強越強。
歡迎轉載,信息來自維庫電子市場網(www.dzsc.com)
了解電磁傳播規律,有助于更好地了解和應用射頻識別系統。
讀寫器和電子標簽通過各自的天線構建了兩者之間的非接觸信息傳輸信道。空間信息傳輸信道的性能完全由天線周圍的場區特性決定,這是電磁傳播的基本規律。射頻信息加載到天線上以后,在緊鄰天線的空間中,除了輻射場以外,還有一個非輻射場。該場與距離的高次冪成反比,隨著離開天線的距離迅速減小。在這個區域,由于電抗場占優勢,因此該區域被稱為電抗近場區,它的邊界約為1個波長。超過電抗近場區,就是輻射場區。按照離開天線距離的遠近,又把輻射場區分為輻射近場區和輻射遠場區。根據觀測點距離天線的距離的不同,天線周圍輻射的場呈現出來的性質也不相同。通常可以根據觀測點距離天線的距離將天線周圍的場劃分為3個區域:無功近場區、輻射近場區和輻射遠場區。
(1)無功近場區
無功近場區也被稱為電抗近場區,它是天線輻射場中緊鄰天線口徑的一個近場區域。在該區域中,電抗性儲能場占支配地位。通常,該區域的界限取為距天線口徑表面)λ/2π處。從物理概念上講,無功近場區是一個儲能場,其中的電場與磁場的轉換類似于變壓器中的電場、磁場之間的轉換。如果在其附近還有其他金屬物體,這些物體會以類似電容、電感耦合的方式影響儲能場,因而也可以將這些金屬物體看作組合天線(原天線與這些金屬物組成的新的天線)的一部分。在該區域中束縛于天線的電磁場沒有做功(只是進行相互轉換),因而將該區域稱為無功近場區。
(2)輻射近場區
超過電抗近場區就到了輻射場區,輻射場區的電磁能己經脫離了天線的束縛,并作為電磁波進入了空間。按照離開天線距離的遠近,又把輻射場區分為了輻射近場區和輻射遠場區。
在輻射近場區中,場區中輻射場占優勢,并且輻射場的角度分布與距離天線口徑的距離有關,天線各單元對觀察點輻射場的貢獻,其相對相位和相對幅度是天線距離的函數。對于通常的天線,此區域也被稱為菲涅爾區。由于大型天線的遠場測試距離很難滿足,因此研究該區域中場的角度分布對于大型天線的測試非常重要。
(3)輻射遠場區
輻射遠場區就是人們常說的遠場區,又稱為夫朗荷費區。在該區域中,輻射場的角分布與距離無關。嚴格地講,只有距離天線無窮遠處才到達天線的遠場區。但在某個距離上,輻射場的角度分布與無窮遠時的角度分布誤差在允許的范圍以內時,即把該點至無窮遠的區域稱為天線遠場區。
天線的方向圖即指該輻射區域中輻射場的角度分布,因此遠場區是天線輻射場區中最重要的一個。公認的輻射近場區與遠場區的分界距離r為:
其中,d為天線直徑,尻為天線波長,d≥λ。
對于天線而言,滿足天線的最大尺寸t zj、于波長兄時,天線周圍只存在無功近場區與輻射遠場區,沒有輻射近場區。無功近場區的外界約為λ/2π,超過了這個距離,輻射場就占主要地位。滿足l/λ<<1的天線一般稱為小天線。
對射頻識別系統和電子標簽而言,一般情況下,由于對電子標簽尺寸的限制,以及讀寫器天線應用時的尺寸限制,絕大多數情況下,采用l/λ<<1或l/λ<1的天線結構模式。天線的無功近場區和遠場區的距離可以根據波長進行估算。
表給出了常用射頻識別系統的工作頻率、對應的波長、無功近場區與輻射遠場區的距離估算結果。
表 不同頻率的波長、無功近場區、輻射遠場區距離估算值
表的計算數據是基本的數值參考。對于給定的工作頻率,無功近場區的外界基本上由波長決定,輻射遠場區的內界應該滿足大于無功近場區外界的約束。當天線尺寸(d或l)與波長可比或大于波長時,其輻射近場區的區域大致在r1與r2之間。
有關天線場區的劃分,一方面表示了天線周圍場的分布特點,即輻射場中的能量以電磁波的形式向外傳播,無功近場中的能量以電場、磁場的形式相互轉換不向外傳播;另一方面表示了天線周圍場強的分布情況,距離天線越近,場強越強。
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