天线与RFID

在所有的无线通信技术中，只有RFID系统的无线收发装置和天线的关系最为特殊。在RFID的家族中，天线和RFID是同样重要的成员，RFID和天线相互依存，不可分割。无论是阅读器还是标签，无论是高频RFID还是超高频RFID，都离不开天线。对于到底是先有RFID还是先有天线的问题，做射频和天线的人马上会跳出来说，当然是先有天线了。那么，到底是先有RFID天线还是先有RFID硬件呢？为什么高频RFID的频率是13.56MHz，而超高频RFID的频率是840M-960MHz呢？本节就针对超高频RFID来讲一下是先有鸡（天线）还是先有蛋（RFID）的故事。

超高频RFID由来：人们在长期使用条码之后发现条码有很多弊端，比如识别率比较低，容易被污染。这个时候就想是不是有一种技术可以通过电磁波来实现通信呢？因为电磁波通信不会被需要介质阻挡，不会出现无法识别的问题，加上电磁波的穿透能力可以实现多个物品一起识别。

有了这个想法的科学家们兴奋了，就开始深入研究，发现条码的尺寸基本固定，一般宽高分别小于3英寸（7.5cm）、5英寸（12.5cm），且总面积小于12平方英寸（75cm²）。通过观察超高频RFID的标签可以发现，大部分面积都是天线，只有中间的一个小黑点是芯片。也就是说，标签的大小主要由天线尺寸决定。

既然已经知道了天线尺寸，接下来就要选择工作频率了。人们通过一组测试数据：固定发射天线输出功率及接收天线（RFID标签天线）尺寸，记录不同频率下读距，得到如图所示为不同频率下的工作距离图。

从2-15图中可以看到，在800MHz~1GHz的频段范围内，标签工作距离最远。其实早期的手机频率也是在这个频率范围，因为早期的手机尺寸及手机天线尺寸与超高频RFID天线接近，最终做手机协议的科学家就定下了这个频率。随后的故事大家应该都知道了，就是做RFID的科学家由于是晚于手机的制定，只好跟做手机的科学家坐下来开了个会，从人家剩下的频段中找了一段给RFID用。这里声明一下这只是一个故事并非正史，也希望大家通过自己的方式来寻找“超高频RFID的正史”。

故事讲完了，有人就要发问了，为什么天线这么神奇，就只有在这个800M~1GHz的频率才工作距离最远呢？有两种回答：一种是“这就是天意，是上帝创造出来的”；另外一种就是通过经典天线原理或者麦克斯韦方程推算出来。比如通过标准偶极子天线长度与半波长尺寸相比拟，800MHz~1GHz的半波长为15cm~18cm，有宽度的偶极子长度比半波长尺寸略小，可以认为乘以一个系数0.8（宽度越大系数越小），这样就发现与12.5cm非常接近了。

最后插一句，915MHz为无源超高频最好工作频段，美国的RFID科学家就很聪明选择了902MHz到928MHz带宽中心频率915MHz。也难怪UHF RFID创始在美国，最好的频点在美国，最宽的带宽也在美国。实际上，在800MHz~1GHz范围内，超高频RFID标签在不同频率下实际工作距离差异很小，主要还是与标签具体的尺寸相关。