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(xiě)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(wú)損耗理想點(diǎn)源(即理想無(wú)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(chǎng)強(qiáng)度條件下,無(wú)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(shuō)的無(wú)方向性超高頻天線,是一種理想無(wú)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(duì)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(duì)應(yīng)單位球面輻射)。
實(shí)際應(yīng)用中,無(wú)論是通用RFID超高頻天線還是適配RFID讀寫(xiě)器的場(chǎng)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(wú)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(wú)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(shuō)明其方向性越強(qiáng),這一特性在RFID讀寫(xiě)器的遠(yuǎn)距離識(shí)別場(chǎng)景中尤為關(guān)鍵,場(chǎng)景化定制天線會(huì)通過(guò)優(yōu)化增益來(lái)提升識(shí)別距離與精度。

需要明確的是,我們討論的RFID大增益天線(尤其是RFID讀寫(xiě)器常用的配套大增益天線)多為無(wú)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(lái)說(shuō),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(xiě)器適配的場(chǎng)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(shuō)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(chǎng)景化定制天線設(shè)計(jì)中尤為重要,例如針對(duì)倉(cāng)庫(kù)密集貨架的RFID讀寫(xiě)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。

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(chǎng)景(如RFID讀寫(xiě)器系統(tǒng))中的表現(xiàn)。
對(duì)于無(wú)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(xiě)器的場(chǎng)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(guò),對(duì)于設(shè)計(jì)優(yōu)良的RFID大增益天線(如專業(yè)RFID讀寫(xiě)器配套的場(chǎng)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(xiě)器在特定場(chǎng)景下的精準(zhǔn)識(shí)別需求(如遠(yuǎn)距離盤點(diǎn)、定向讀取等)。

當(dāng)前實(shí)用的RFID大增益天線(尤其是RFID讀寫(xiě)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(wú)損耗的情況下,由于接地板限制,輸入RFID大增益天線的能量?jī)H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(duì)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(xiě)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(xiě)器的遠(yuǎn)距離識(shí)別需求),可通過(guò)優(yōu)化接地板結(jié)構(gòu)、增加反射組件等方式定制場(chǎng)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。

前文提到的理想無(wú)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(jiàn)且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)試。
在RFID大增益天線(包括RFID讀寫(xiě)器場(chǎng)景化定制天線)的增益測(cè)試中,若以半波振子超高頻天線為基準(zhǔn),比較待測(cè)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(jiǎn)化為加2)。
這一換算關(guān)系在RFID讀寫(xiě)器系統(tǒng)選型中尤為重要:場(chǎng)景化定制天線的增益標(biāo)注可能采用dBi或dBd,需通過(guò)換算統(tǒng)一基準(zhǔn),確保大增益天線與RFID讀寫(xiě)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)。
請(qǐng)繼續(xù)瀏覽相關(guān)產(chǎn)品與解決方案,或點(diǎn)擊右邊下載: RFID讀寫(xiě)器和應(yīng)用方案PDF電子版彩頁(yè)
返回頂部