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世界杯买球干货教学:常见的天线与标签学习篇

发布时间:2021-12-2 15:42:57

经过20多年的努力发展,超高频世界杯买球技术已经成为物联网的核心技术之一,每年的出货量达到了200亿的级别。在这个过程中,中国逐步成为超高频世界杯买球标签产品的主要生产国,在国家对物联网发展的大力支持下,行业应用和整个生态的发展十分迅猛。

常见天线

在超高频 世界杯买球中常见的天线主要有两类,一类是偶极子,一类是微带天线(本节只讨论远场的天线,近场天线5.3.1节有详细讲解)。如图2-30所示的标签ALN9662(图2-30a))和一个白色平板(图2-30b))天线分别是偶极子天线和微带天线的代表。

偶极子天线(Dipole Antenna)(对称阵子)

对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线,单个半波对称振子可简单地独立使用或用作为抛物面天线的馈源,也可采用多个半波对称振子组成天线阵。

两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子,称半波对称振子,如图2-31a)所示。

另外,还有一种异型半波对称振子,可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框,并把全波对称振子的两个端点相叠,这个窄长的矩形框称为折合振子,注意,折合振子的长度也是为二分之一波长,故称为半波折合振子,如图2-31b)所示。

a)对称阵子                               b)半波折合振子

2-31对称振子与折合振子

在超高频 世界杯买球标签天线中,最常见的为偶极子天线的变形,包括一些手持机设备天线也是偶极子天线。偶极子天线的特点是制作简单,设计方便,极化方向为线极化,其缺点为抗环境影响差,标签周围若有其他物质,对其性能有较大影响。偶极子的天线增益一般情况下为2dBi左右,所以常见的标签天线(抗金属标签不算)、手持机天线(偶极子)增益都为2dBi左右,如果天线尺寸偏小,其增益就会变小,如0dBi或者-2dBi的标签天线很多。但是对于4dBi的标签天线,除非特殊工艺尺寸很大,否则很难实现。值得一提的是,偶极子天线没有前后比的概念,其辐射方向是全向的。

02微带天线

微带天线(Micro Strip Antenna)在一个薄介质基片上,一面附上金属薄层作为接地板,另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片,利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。按结构特征把微带天线分为两大类,即微带贴片天线和微带缝隙天线。

超高频世界杯买球中最常见的微带天线为贴片天线,如图2-32所示为一个最简单的贴片微带天线图。

2-32 一个简单的贴片微带天线图

微带天线利用接地板(反射板),把辐射能控制到单侧方向。如图2-33的水平面方向图说明了反射面的作用,反射面把功率反射到单侧方向,提高了增益。

2-33 水平反射板辐射方向图

阅读器使用的陶瓷天线就是利用这个原理,如图2-34为各种尺寸的陶瓷天线。陶瓷天线有很多弊端,比如其轴比很差(2dB-5dB不等),尤其在手持机使用上时,标签旋转一下,工作距离可能会大幅降低,给客户带来很多困扰(详细的阅读器天线应用讨论请见5.3.1节)。

2-34 陶瓷天线

如果仔细观察会发现陶瓷天线上会有各式各样的划痕,这些划痕是为了调整谐振频率。因为陶瓷的介电常数很高,在烧制的过程中由于工艺和材料的问题,每个批次的产品的介电常数都不太相同,这就需要进行调整。

如果对性能要求比较高,就需要稳定性比较高的天线,图2-35的天线就是一款常用的圆极化手持机天线(不是微带天线),其特点是一致性好、增益高、轴比小于2,其圆极化特性很好(水平方向与垂直方向工作距离一样远)。这个天线的工作原理是利用4个单极子天线,其相位各相差90°,最终形成一个轴比较好的圆极化天线。

2-35 四臂阵子手持机天线

超高频 世界杯买球固定式阅读器最常用的天线为平板天线,也是微带天线。总结一下微带天线的特点:

体积小,重量轻。超高频 世界杯买球应用中智能仓库中的货架和叉车都经常安装微带天线。

电性能多样化。不同设计的微带元,最大辐射方向可以从边射到端射范围内调整;易于得到各种极化。超高频 世界杯买球在交通应用中常使用线极化天线,而在智能书架多采用圆极化天线。

易集成。能和有源器件、电路集成为统一的组件。超高频 世界杯买球的许多PDA设备和手持设备都安装平板天线,还可以作为一体机使用。

2.2.5 天线实例学习

本节对一款超高频 世界杯买球中常用的天线Laird S8658WPR进行分析,对它的产品说明书(Datasheet)进行讲解,并讲解天线的每一个参数与超高频世界杯买球应用的关系。

01天线特性(AntennaCharacteristics

这款天线的天线特性如表2-4所示,其中:

天线编号(Antenna Part Number):S8658WPR72RTN

频率(Frequency):天线的工作频率为865-956MHz,是一个带宽接近100M的天线,可以在美国和中国以及欧洲使用。这个指标非常重要,许多天线的带宽很窄,在选择天线时要注意。

天线增益(Gain):6dBil maxdBil是指与全向天线比的线极化增益大小,可以理解为dB+i (isotropic)+llinearpolarization)。这里的天线增益为6dBil并非6dBi,请一定要注意。由于天线是圆极化天线,也可以理解为该天线是最大增益为9dBi的圆极化天线。

轴比(AxialRatio:2dB

天线阻抗(Nominal Impedance):50欧姆。

极化特性(Polarization):RHCPRightHand Circular Polarized)右手圆极化,常见的还有LHCP 为左手圆极化天线。超高频世界杯买球应用中主要使用右手圆极化天线。

电压驻波比(VSWR):小于1.4:1;这里强调Free Space表示在自由空间中的驻波比,而不是在其它介质中或正面靠近金属的驻波比。在超高频世界杯买球的应用中一般要求驻波比小于21即可使用,建议天线小于1.5:1

水平极化方向3dB波瓣宽度(Horizontal 3dB Beamwidth:65°(本节的辐射图部分会做详细解释)。

垂直极化方向3dB波瓣宽度(Vertical 3dB Beamwidth:65°

前后比(Front Back Ratio):18dB。在超高频 世界杯买球的应用中这个参数并不重要,只要达到15dB即可。

连接馈线(Pigtail):72英寸(1.8m);1英寸=0.0254米。Pigtail字面意思是猪尾巴,其实是指天线的馈线的长度。在超高频世界杯买球应用和项目中,一定要注意馈线的长度,是否要增加额外的馈线,比如智能交通系统的馈线长度为6m,而这个天线自带的馈线只有1.8m,就需要再采购4.2m的射频馈线。

射频接头(RF Connector):Rev-Polarity TNCM),反极性TNC接头(公头),其中(M)代表(Male)公头,如果是(F)代表(Female)母头,TNC是一种常用的接头,还有常用的为SMA接头和N型接头。在超高频世界杯买球的应用中一定要注意接头的型号,尤其是在有转接设备馈线的情况下,以免买回来的天线和阅读器馈线无法连接在一起。

输入功率(Power):最高输入功率2瓦,限制阅读器输出功率不能超过2瓦,否则天线会受损或天线的性能会发生变化。

重量(Weight):天线重量2.5lbs 其中1lbs=0.4532kg,天线重量约为1.1kg

RoHS认证通过:RoHS Compliant,现在的大公司都需要有RoHS认证的要求。

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