经过20多年的努力发展，超高频RFID技术已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。在这样的一个过程中，中国逐步成为超高频RFID标签产品的主要生产国，在国家对物联网发展的全力支持下，行业应用和整个生态的发展十分迅猛。然而，至今国内还没有一本全面介绍超高频RFID技术的书籍。

  为了填补这方面的空缺，甘泉老师花费数年之功，撰写的新书《物联网UHF RFID技术、产品及应用》正式出版发布，本书对UHF RFID最新的技术、产品与市场应用进行了系统性的阐述，干货满满！RFID世界网得到了甘泉老师独家授权，在RFID世界网公众号特设专栏，陆续发布本书内容。

  在超高频 RFID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（图2-30（a））和一个白色平板（图2-30（b））天线分别是偶极子天线和微带天线的代表。

  （a）标签偶极子天线 （b）阅读器平板微带天线 常见超高频RFID天线、

  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2-31（a）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2-31（b）所示。

  在超高频 RFID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dBi左右，所以常见的标签天线（抗金属标签不算）、手持机天线dBi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dBi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。

  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作而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RFID中最常见的微带天线所示为一个最简单的贴片微带天线 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。

  阅读器使用的陶瓷天线是利用这个原理，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度降低，给用户带来很多困扰（详细的阅读器天线 陶瓷天线

  如果仔仔细细地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，这就有必要进行调整。

  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）。这个天线个单极子天线°，最终形成一个轴比较好的圆极化天线 四臂阵子手持机天线

  易集成。能和有源器件、电路集成为统一的组件。超高频 RFID的许多PDA设备和手持设备都安装平板天线，还可当作一体机使用。

  本节对一款超高频 RFID中常用的天线WPR做多元化的分析，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RFID应用的关系。

  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RFID的应用中一般要求驻波比小于2：1就可以使用，建议天线dB波瓣宽度（Horizontal 3dB Beamwidth）:65°（本节的辐射图部分会做详细解释）。

  射频接头（RF Connector）：Rev-Polarity TNC（M），反极性TNC接头（），其中（M）代表（Male），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RFID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。

  如图2-36所示，为该天线在不同频率下的驻波比，从数据看这个天线M频率附近的驻波比最好，最适合用在中国频段和美国频段应用。一般正规的天线厂商都会提供VSWR频率图。

  天线所示，为天线辐射方向定义图，定义天线的垂直极化和水平极化的初始角度，方便理解后面的辐射图。

  图2-37 天线MHz时的天线辐射方向图，共三张，分别为A方向线极化增益图，B方向线极化增益图以及轴向的增益图。能够正常的看到图2-38（a）和图2-38（b）很相似，且轴向辐射图2-38（c）为一个圆形。一个圆极化微带天线的辐射图，基本都是通过三张辐射图的的形式展现。利用刚刚学过的天线知识，通过一系列分析图能够正常的看到天线dB波瓣宽度前后比等参数。同时，能够正常的看到旁瓣值很小基本都在主瓣的背后。图2-38（c）表明天线的轴比很好，圆极化特性很好。在超高频RFID项目中，选择天线，一定要关注主瓣和旁瓣的大小和位置，如果旁瓣很大或者位置靠近主瓣，在类似仓库管理的项目实施时会遇到很大问题，请慎重选择。

  如图2-41所示为天线在不同频率下的轴比图，从图中能够正常的看到，其轴比全部小于2dB，且在大部分频率范围只有1dB左右，说明这个天线的圆极化特性非常好。刚刚在天线（c）能够正常的看到天线的圆极化特性很好，但是具体轴比数据通过轴比图来了解更加准确。通过这一个参数就能更加了解并有效使用该天线，无论标签如何旋转贴放（面对面放置），其最远与最近工作距离差小于10%（1dB对应工作距离约10%，具体计算可参照2.3.1节）。

  如图2-42所示线极化增益角度与频率图。对于此图，我们着重关注天线辐射最大增益的时候，是不是在0°的位置。根据图2-24（a），A方向线°的位置，性能非常好。在超高频RFID的应用中这一点很重要，比如在车辆管理的时候，要求采集每个车道哪辆车通过，天线对车道的扫描范围要求很高，就需要准确了解天线（b）所示为B方向的线极化峰值增益角度与频率图，能够正常的看到其并不是在0°位置，而是在1°~5°之间，在要求严格的项目应用中需要调整并校准位置。

  如图2-43所示，分别为波瓣宽度与频率的关系和在两个极化方向的3dB波瓣宽度与频率的关系，其宽度随频率变大而变小。正常的情况下，天线在频率高的时候增益高，波瓣宽度窄。在超高频RFID的项目中，由于不一样的地区使用的频率不同，就要依据频率来确定波瓣宽度从而计算覆盖范围。具体的测试和应用方法会在6.1.3节进行详细讲解。

  图2-44为天线的前后比，其前后比随频率的增加而降低，最低点为16.8dB。该天线dB，在一般的超高频RFID项目中能够顺利使用。

  这里举一个关于超高频 RFID项目中关于前后比的实际案例。有一个通道天线固定在支架上，其前后比为12dB，天线正方向读取标签的距离为8m，在项目运行中经常发现莫名其妙多读到很多标签，经过检查发现，在天线m多的一些地方依然可以稳定的读取标签，原因是这个前后比太差。最终的处理方法就是在天线的背板后面又放了一个金属板才解决了平板天线背后读取标签的问题。

  图2-45为该天线的测试环境，分别为测试驻波比和测辐射方向图的测试环境。其中测试驻波比用的是安捷伦的E5071B网络分析仪，测试暗室为高36英寸、宽36英寸、深34英寸（能够理解为一个1m*1m*1m的立方体），其内部的吸波材料为底为22英寸高为5英寸的方锥。辐射方向图的暗室就大很多了，测试天线距离被测天线m，天线英寸）。测试时使用单轴、单测试源测试的方法（关于暗室的详细介绍请参照6.1.1节）。

  莱尔德让我们不难发现他的测试环境和测试方法，是想告诉我们他的天线是经过认真测试的，当然如果要设计和测试天线，可以直接照搬他的测试方法。

  莱尔德的天线说明书介绍完毕，其中还有一个很重要的指标说明书没有列出，就是增益与频率。这里通过Huber+Suhner公司的SPA8090这款天线天线是一个线所示，增益随频率变化是有波动的，960MHz增益比800MHz整整高1dB。在标签性能测试或高精度测试时需要精确的知道阅读器天线的频率增益曲线，一般高端的阅读器天线会提供对应报告。

  装配图是指天线的尺寸和固定孔位信息。对现场施工的影响很大，在前期做方案的时候就要考虑，如图2-47所示，为Alien公司的ALR-8696C的天线装配图。从这个装配图上一样能获得很多信息，如孔径，孔位置，馈线C的天线装配图

  在全球数字化浪潮的推动下，物联网产业正处于蒸蒸日上的阶段，作为关键的无线数据采集方式之一，RFID技术在各行各业的普及度正在快速拉升。

  近年来，随着物联网产业的快速地发展，产业数字化前进的步伐不断加快。在整个社会数字化水准不断提升的当下，以美国为首的西方国家对芯片出口严加管控，国内推动芯片国产化的呼声愈加高涨。

  本期 《湾区物道》，我们对话了雷士国际控股有限公司大中华区副总裁牛建涛先生，分享了“万物互联+消费升级+后疫情时代”，智能家居行业的最新革命。