RFID系统工作相关的电磁场基本理论
发布时间:2008/12/17 0:00:00 访问次数:1266
了解电磁传播规律,有助于更好地了解和应用射频识别系统。
读写器和电子标签通过各自的天线构建了两者之间的非接触信息传输信道。空间信息传输信道的性能完全由天线周围的场区特性决定,这是电磁传播的基本规律。射频信息加载到天线上以后,在紧邻天线的空间中,除了辐射场以外,还有一个非辐射场。该场与距离的高次幂成反比,随着离开天线的距离迅速减小。在这个区域,由于电抗场占优势,因此该区域被称为电抗近场区,它的边界约为1个波长。超过电抗近场区,就是辐射场区。按照离开天线距离的远近,又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。根据观测点距离天线的距离的不同,天线周围辐射的场呈现出来的性质也不相同。通常可以根据观测点距离天线的距离将天线周围的场划分为3个区域:无功近场区、辐射近场区和辐射远场区。
(1)无功近场区
无功近场区也被称为电抗近场区,它是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域。在该区域中,电抗性储能场占支配地位。通常,该区域的界限取为距天线口径表面)λ/2π处。从物理概念上讲,无功近场区是一个储能场,其中的电场与磁场的转换类似于变压器中的电场、磁场之间的转换。如果在其附近还有其他金属物体,这些物体会以类似电容、电感耦合的方式影响储能场,因而也可以将这些金属物体看作组合天线(原天线与这些金属物组成的新的天线)的一部分。在该区域中束缚于天线的电磁场没有做功(只是进行相互转换),因而将该区域称为无功近场区。
(2)辐射近场区
超过电抗近场区就到了辐射场区,辐射场区的电磁能己经脱离了天线的束缚,并作为电磁波进入了空间。按照离开天线距离的远近,又把辐射场区分为了辐射近场区和辐射远场区。
在辐射近场区中,场区中辐射场占优势,并且辐射场的角度分布与距离天线口径的距离有关,天线各单元对观察点辐射场的贡献,其相对相位和相对幅度是天线距离的函数。对于通常的天线,此区域也被称为菲涅尔区。由于大型天线的远场测试距离很难满足,因此研究该区域中场的角度分布对于大型天线的测试非常重要。
(3)辐射远场区
辐射远场区就是人们常说的远场区,又称为夫朗荷费区。在该区域中,辐射场的角分布与距离无关。严格地讲,只有距离天线无穷远处才到达天线的远场区。但在某个距离上,辐射场的角度分布与无穷远时的角度分布误差在允许的范围以内时,即把该点至无穷远的区域称为天线远场区。
天线的方向图即指该辐射区域中辐射场的角度分布,因此远场区是天线辐射场区中最重要的一个。公认的辐射近场区与远场区的分界距离r为:
其中,d为天线直径,尻为天线波长,d≥λ。
对于天线而言,满足天线的最大尺寸t zj、于波长兄时,天线周围只存在无功近场区与辐射远场区,没有辐射近场区。无功近场区的外界约为λ/2π,超过了这个距离,辐射场就占主要地位。满足l/λ<<1的天线一般称为小天线。
对射频识别系统和电子标签而言,一般情况下,由于对电子标签尺寸的限制,以及读写器天线应用时的尺寸限制,绝大多数情况下,采用l/λ<<1或l/λ<1的天线结构模式。天线的无功近场区和远场区的距离可以根据波长进行估算。
表给出了常用射频识别系统的工作频率、对应的波长、无功近场区与辐射远场区的距离估算结果。
表 不同频率的波长、无功近场区、辐射远场区距离估算值
表的计算数据是基本的数值参考。对于给定的工作频率,无功近场区的外界基本上由波长决定,辐射远场区的内界应该满足大于无功近场区外界的约束。当天线尺寸(d或l)与波长可比或大于波长时,其辐射近场区的区域大致在r1与r2之间。
有关天线场区的划分,一方面表示了天线周围场的分布特点,即辐射场中的能量以电磁波的形式向外传播,无功近场中的能量以电场、磁场的形式相互转换不向外传播;另一方面表示了天线周围场强的分布情况,距离天线越近,场强越强。
欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com)
了解电磁传播规律,有助于更好地了解和应用射频识别系统。
读写器和电子标签通过各自的天线构建了两者之间的非接触信息传输信道。空间信息传输信道的性能完全由天线周围的场区特性决定,这是电磁传播的基本规律。射频信息加载到天线上以后,在紧邻天线的空间中,除了辐射场以外,还有一个非辐射场。该场与距离的高次幂成反比,随着离开天线的距离迅速减小。在这个区域,由于电抗场占优势,因此该区域被称为电抗近场区,它的边界约为1个波长。超过电抗近场区,就是辐射场区。按照离开天线距离的远近,又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。根据观测点距离天线的距离的不同,天线周围辐射的场呈现出来的性质也不相同。通常可以根据观测点距离天线的距离将天线周围的场划分为3个区域:无功近场区、辐射近场区和辐射远场区。
(1)无功近场区
无功近场区也被称为电抗近场区,它是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域。在该区域中,电抗性储能场占支配地位。通常,该区域的界限取为距天线口径表面)λ/2π处。从物理概念上讲,无功近场区是一个储能场,其中的电场与磁场的转换类似于变压器中的电场、磁场之间的转换。如果在其附近还有其他金属物体,这些物体会以类似电容、电感耦合的方式影响储能场,因而也可以将这些金属物体看作组合天线(原天线与这些金属物组成的新的天线)的一部分。在该区域中束缚于天线的电磁场没有做功(只是进行相互转换),因而将该区域称为无功近场区。
(2)辐射近场区
超过电抗近场区就到了辐射场区,辐射场区的电磁能己经脱离了天线的束缚,并作为电磁波进入了空间。按照离开天线距离的远近,又把辐射场区分为了辐射近场区和辐射远场区。
在辐射近场区中,场区中辐射场占优势,并且辐射场的角度分布与距离天线口径的距离有关,天线各单元对观察点辐射场的贡献,其相对相位和相对幅度是天线距离的函数。对于通常的天线,此区域也被称为菲涅尔区。由于大型天线的远场测试距离很难满足,因此研究该区域中场的角度分布对于大型天线的测试非常重要。
(3)辐射远场区
辐射远场区就是人们常说的远场区,又称为夫朗荷费区。在该区域中,辐射场的角分布与距离无关。严格地讲,只有距离天线无穷远处才到达天线的远场区。但在某个距离上,辐射场的角度分布与无穷远时的角度分布误差在允许的范围以内时,即把该点至无穷远的区域称为天线远场区。
天线的方向图即指该辐射区域中辐射场的角度分布,因此远场区是天线辐射场区中最重要的一个。公认的辐射近场区与远场区的分界距离r为:
其中,d为天线直径,尻为天线波长,d≥λ。
对于天线而言,满足天线的最大尺寸t zj、于波长兄时,天线周围只存在无功近场区与辐射远场区,没有辐射近场区。无功近场区的外界约为λ/2π,超过了这个距离,辐射场就占主要地位。满足l/λ<<1的天线一般称为小天线。
对射频识别系统和电子标签而言,一般情况下,由于对电子标签尺寸的限制,以及读写器天线应用时的尺寸限制,绝大多数情况下,采用l/λ<<1或l/λ<1的天线结构模式。天线的无功近场区和远场区的距离可以根据波长进行估算。
表给出了常用射频识别系统的工作频率、对应的波长、无功近场区与辐射远场区的距离估算结果。
表 不同频率的波长、无功近场区、辐射远场区距离估算值
表的计算数据是基本的数值参考。对于给定的工作频率,无功近场区的外界基本上由波长决定,辐射远场区的内界应该满足大于无功近场区外界的约束。当天线尺寸(d或l)与波长可比或大于波长时,其辐射近场区的区域大致在r1与r2之间。
有关天线场区的划分,一方面表示了天线周围场的分布特点,即辐射场中的能量以电磁波的形式向外传播,无功近场中的能量以电场、磁场的形式相互转换不向外传播;另一方面表示了天线周围场强的分布情况,距离天线越近,场强越强。
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