RFID大增益天線的增益概念

在RFID大增益超高頻天線的性能參數(shù)中，增益是核心指標(biāo)之一，尤其在RFID讀寫器配套的大增益天線設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。其定義主要有兩種：第一種是在相同輸入功率下，同一距離處任意RFID大增益超高頻天線在某一方向輻射的功率密度，與無損耗理想點(diǎn)源（即理想無向超高頻天線）在該方向的輻射功率密度之比值；第二種定義為，在同一接收點(diǎn)、相同電場強(qiáng)度條件下，無方向性超高頻天線的輸入功率與有方向性的RFID大增益超高頻天線的輸入功率之比。
   通常所說的無方向性超高頻天線，是一種理想無耗點(diǎn)輻射源，其輻射方向圖呈球形——能將輸入的全部能量輻射到空間，且各角度輻射強(qiáng)度一致，這一理想模型為RFID大增益天線增益提供了基準(zhǔn)，對應(yīng)的增益單位為dBi，理想全向超高頻天線的增益即為0dBi（對應(yīng)單位球面輻射）。

   實(shí)際應(yīng)用中，無論是通用RFID超高頻天線還是適配RFID讀寫器的場景化定制天線，大多具備方向性且以大增益為核心設(shè)計(jì)目標(biāo)。若這類RFID大增益天線無損耗且能輻射全部輸入能量，由于其輻射能量在空間分布不均（部分角度能量強(qiáng)、部分角度能量弱），會(huì)形成特定的空間分布曲線，即RFID大增益天線的方向性系數(shù)。當(dāng)輸入能量與理想全向超高頻天線相同時(shí)，空間不同位置的能量值存在差異，此時(shí)通常取RFID大增益天線輻射能量最大的角度，將該角度的能量值與理想全向超高頻天線的能量值相比，所得比值即為該RFID大增益天線的增益（單位dBi）。無耗方向性RFID大增益天線的增益必然大于0dBi，且增益值越大，說明其方向性越強(qiáng)，這一特性在RFID讀寫器的遠(yuǎn)距離識(shí)別場景中尤為關(guān)鍵，場景化定制天線會(huì)通過優(yōu)化增益來提升識(shí)別距離與精度。

RFID大增益天線增益的常見誤解

需要明確的是，我們討論的RFID大增益天線（尤其是RFID讀寫器常用的配套大增益天線）多為無源超高頻天線，其本身不具備能量放大功能，增益的本質(zhì)是“能量的空間分布調(diào)整”，而非“能量新增”。

   具體來說，當(dāng)輸入相同能量時(shí)，理想全向超高頻天線會(huì)將能量均勻輻射到各個(gè)角度；而方向性的RFID大增益天線（包括多數(shù)RFID讀寫器適配的場景化定制天線）則會(huì)改變能量分布——部分角度輻射能量增強(qiáng)，部分角度輻射能量減弱。我們所說的增益，正是輻射最強(qiáng)角度的能量值與理想全向超高頻天線能量值的比值。由于總輸入能量固定，某一角度能量的“增強(qiáng)”必然伴隨其他角度能量的“減弱”，且增益越大，能量集中的角度范圍越窄（方向性越強(qiáng)）。因此，RFID大增益天線的增益并非體現(xiàn)能量放大能力，而是反映其將能量集中到特定角度的能力，這一特性在場景化定制天線設(shè)計(jì)中尤為重要，例如針對倉庫密集貨架的RFID讀寫器，需定制高增益窄波束RFID大增益天線，以避免相鄰貨架標(biāo)簽干擾。

RFID大增益天線的增益、效率與方向性

表征RFID大增益天線性能的參數(shù)中，方向性系數(shù)、效率與增益緊密關(guān)聯(lián)，三者共同決定RFID大增益天線在實(shí)際場景（如RFID讀寫器系統(tǒng)）中的表現(xiàn)。

   對于無耗且阻抗完全匹配的RFID大增益天線，輸入的能量會(huì)全部輻射到空間，此時(shí)效率為1。但實(shí)際應(yīng)用的RFID大增益天線（包括RFID讀寫器的場景化定制天線）往往存在損耗（如材質(zhì)損耗、結(jié)構(gòu)損耗），且阻抗難以完全匹配，導(dǎo)致部分輸入能量被消耗或反射回饋電端，僅有部分能量被輻射，效率隨之小于1。尤其是電小尺寸RFID超高頻天線，效率通常極低（僅5%~15%）。此時(shí)，RFID大增益天線的增益不再僅由方向性決定，而是等于RFID大增益天線效率與方向性系數(shù)的乘積——這意味著增益既體現(xiàn)RFID大增益天線的能量集中能力（方向性），也反映其能量利用效率（輻射效率）。

   不過，對于設(shè)計(jì)優(yōu)良的RFID大增益天線（如專業(yè)RFID讀寫器配套的場景化定制天線），其效率通常較高（接近1），此時(shí)增益與方向性的相關(guān)性極強(qiáng)——增益越高，方向性越突出，能更好地滿足RFID讀寫器在特定場景下的精準(zhǔn)識(shí)別需求（如遠(yuǎn)距離盤點(diǎn)、定向讀取等）。

RFID超高頻大增益天線UA8020應(yīng)用案例

RFID半輻射大增益天線

當(dāng)前實(shí)用的RFID大增益天線（尤其是RFID讀寫器常用的大增益天線類型）中，多數(shù)帶有接地板或需貼近地面安裝，這類天線僅向單一方向輻射，反向輻射極低可忽略，被稱為半輻射RFID大增益天線。

   在理想無損耗的情況下，由于接地板限制，輸入RFID大增益天線的能量僅能在半個(gè)球體空間內(nèi)輻射，各角度的能量值為理想全向超高頻天線的2倍，對應(yīng)增益約3dBi——這意味著理想半空間輻射RFID大增益天線的增益下限通常為3dBi。但實(shí)際應(yīng)用中，接地板會(huì)改變輻射方向圖（靠近接地板的方向輻射較弱），因此實(shí)際產(chǎn)品的增益會(huì)有所差異。例如，RFID讀寫器常用的Patch型RFID大增益天線，其增益一般在4~6dBi；若需進(jìn)一步提升方向性（如滿足大型物流園區(qū)RFID讀寫器的遠(yuǎn)距離識(shí)別需求），可通過優(yōu)化接地板結(jié)構(gòu)、增加反射組件等方式定制場景化定制天線，此時(shí)半輻射RFID大增益天線的增益可達(dá)到10dBi以上。

RFID大增益天線UA4545應(yīng)用案例

RFID大增益天線的dBi與dBd單位換算

前文提到的理想無耗點(diǎn)輻射源是理論模型，現(xiàn)實(shí)中不存在，而半波振子超高頻天線是常見且結(jié)構(gòu)簡單的基準(zhǔn)天線，其理論增益為2.15dBi，常被用于實(shí)驗(yàn)室測試。

   在RFID大增益天線（包括RFID讀寫器場景化定制天線）的增益測試中，若以半波振子超高頻天線為基準(zhǔn)，比較待測RFID大增益天線與半波振子天線在空間的輻射能量比值，所得增益單位為dBd；若需將dBd換算為通用的dBi（以理想全向天線為基準(zhǔn)），只需在dBd數(shù)值基礎(chǔ)上加上2.15（工程應(yīng)用中通常簡化為加2）。

   這一換算關(guān)系在RFID讀寫器系統(tǒng)選型中尤為重要：場景化定制天線的增益標(biāo)注可能采用dBi或dBd，需通過換算統(tǒng)一基準(zhǔn)，確保大增益天線與RFID讀寫器的功率、識(shí)別距離需求匹配，避免因單位混淆導(dǎo)致性能不達(dá)標(biāo)。

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