Unter den drahtlosen Kommunikationstechnologien ist die Beziehung zwischen dem drahtlosen Sende- und Empfangsgerät und der Antenne des RFID-Systems die speziellste. Antennen und RFID sind in der RFID-Familie gleichberechtigte Bestandteile. RFID und Antennen sind voneinander abhängig und untrennbar. Ob RFID-Lesegerät oder RFID-Tag, ob Hochfrequenz-RFID-Technologie oder Ultrahochfrequenz-RFID-Technologie – sie sind untrennbar miteinander verbunden.Antenne.
Ein RFID-SystemAntenneEin Konverter wandelt geführte Wellen, die sich auf einer Übertragungsleitung ausbreiten, in elektromagnetische Wellen um, die sich in einem unbegrenzten Medium (üblicherweise im freien Raum) ausbreiten, oder umgekehrt. Eine Antenne ist ein Bauteil von Funkgeräten, das zum Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen dient. Die vom Funksender abgegebene Hochfrequenzleistung wird über das Zuleitungskabel zur Antenne transportiert und von dieser in Form elektromagnetischer Wellen abgestrahlt. Nachdem die elektromagnetische Welle den Empfangsort erreicht hat, wird sie von der Antenne empfangen (nur ein kleiner Teil der Leistung) und über das Zuleitungskabel an den Funkempfänger weitergeleitet, wie in der Abbildung unten dargestellt.
Das Prinzip der Abstrahlung elektromagnetischer Wellen von RFID-Antennen
Wenn ein Draht von Wechselstrom durchflossen wird, strahlt er elektromagnetische Wellen ab. Die Stärke der Strahlung hängt von der Länge und Form des Drahtes ab. Bei geringem Abstand zwischen zwei Drähten ist das elektrische Feld auf diese beiden Drähte beschränkt, wodurch die Strahlung sehr schwach ist. Bei größerem Abstand breitet sich das elektrische Feld im umgebenden Raum aus, was die Strahlung verstärkt. Ist die Drahtlänge deutlich kleiner als die Wellenlänge der abgestrahlten elektromagnetischen Welle, ist die Strahlung ebenfalls sehr schwach. Ist die Drahtlänge vergleichbar mit der Wellenlänge, steigt der Strom im Draht stark an und die Strahlung wird intensiver. Ein gerader Draht, der eine signifikante Strahlung erzeugt, wird üblicherweise als Oszillator bezeichnet und kann als einfache Antenne dienen.
Je größer die Wellenlänge elektromagnetischer Wellen, desto größer die Antenne. Je mehr Leistung abgestrahlt werden muss, desto größer muss die Antenne sein.
Richtwirkung der RFID-Antenne
Die von der Antenne abgestrahlten elektromagnetischen Wellen sind gerichtet. Am Sendeende beschreibt die Richtwirkung die Fähigkeit der Antenne, elektromagnetische Wellen in eine bestimmte Richtung abzustrahlen. Am Empfangsende bezeichnet sie die Fähigkeit der Antenne, elektromagnetische Wellen aus verschiedenen Richtungen zu empfangen. Die grafische Darstellung der Antennenstrahlungseigenschaften in Abhängigkeit von den räumlichen Koordinaten ist das Antennendiagramm. Durch die Analyse des Antennendiagramms lassen sich die Strahlungseigenschaften der Antenne bestimmen, also ihre Fähigkeit, elektromagnetische Wellen in alle Richtungen im Raum zu senden (oder zu empfangen). Die Richtwirkung der Antenne wird üblicherweise durch Kurven in der Vertikal- und Horizontalebene dargestellt, die die Leistung der in verschiedene Richtungen abgestrahlten (oder empfangenen) elektromagnetischen Wellen repräsentieren.
Durch entsprechende Änderungen an der inneren Struktur der Antenne kann die Richtwirkung der Antenne verändert werden, wodurch verschiedene Antennentypen mit unterschiedlichen Eigenschaften entstehen.
RFID-Antennengewinn
Der Antennengewinn beschreibt quantitativ, wie konzentriert eine Antenne Eingangsleistung abstrahlt. Je schmaler die Hauptkeule, desto kleiner die Nebenkeule und desto höher der Gewinn. In der Technik dient der Antennengewinn zur Messung der Fähigkeit einer Antenne, Signale in eine bestimmte Richtung zu senden und zu empfangen. Eine Erhöhung des Gewinns kann die Reichweite des Netzwerks in einer bestimmten Richtung oder die Verstärkungsreserve innerhalb eines bestimmten Bereichs vergrößern. Unter gleichen Bedingungen gilt: Je höher der Gewinn, desto weiter breitet sich die Funkwelle aus.
Klassifizierung von RFID-Antennen
Dipolantenne: Auch symmetrische Dipolantenne genannt, besteht sie aus zwei geraden Drähten gleicher Dicke und Länge, die in einer geraden Linie angeordnet sind. Das Signal wird von den beiden Endpunkten in der Mitte eingespeist, wodurch eine bestimmte Stromverteilung in den beiden Armen des Dipols erzeugt wird. Diese Stromverteilung induziert ein elektromagnetisches Feld im Raum um die Antenne.
Spulenantenne: Sie ist eine der am häufigsten verwendeten Antennen in RFID-Systemen. Sie besteht üblicherweise aus Drähten, die zu kreisförmigen oder rechteckigen Strukturen gewickelt sind, um elektromagnetische Signale empfangen und senden zu können.
Induktiv gekoppelte HF-Antenne: Induktiv gekoppelte HF-Antennen werden üblicherweise zur Kommunikation zwischen RFID-Lesegeräten und RFID-Tags verwendet. Die Kopplung erfolgt über ein gemeinsames Magnetfeld. Diese Antennen sind in der Regel spiralförmig, um ein gemeinsames Magnetfeld zwischen dem RFID-Lesegerät und dem RFID-Tag zu erzeugen.
Mikrostreifen-Patchantenne: Sie besteht üblicherweise aus einer dünnen Metallschicht, die auf einer Grundebene angebracht ist. Mikrostreifen-Patchantennen sind leicht, klein und dünn. Zuleitung und Anpassungsnetzwerk können gleichzeitig mit der Antenne gefertigt werden und sind eng mit dem Kommunikationssystem verbunden. Die Leiterplatten sind integriert, und die Patches können mittels Fotolithografie hergestellt werden, was kostengünstig ist und eine einfache Massenproduktion ermöglicht.
Yagi-Antenne: Eine Yagi-Antenne ist eine Richtantenne, die aus zwei oder mehr Halbwellendipolen besteht. Sie wird häufig zur Verbesserung der Signalstärke oder für gerichtete drahtlose Kommunikation eingesetzt.
Hohlraumantenne: Hierbei handelt es sich um eine Antenne, bei der Antenne und Zuleitung im selben Hohlraum auf der Rückseite untergebracht sind. Sie werden häufig in Hochfrequenz-RFID-Systemen eingesetzt und bieten eine gute Signalqualität und -stabilität.
Mikrostreifen-Linearantenne: Es handelt sich um eine miniaturisierte und dünne Antenne, die üblicherweise in kleinen Geräten wie Mobilgeräten und RFID-Tags eingesetzt wird. Sie besteht aus Mikrostreifenleitungen, die eine gute Leistung bei geringer Größe ermöglichen.
SpiralantenneEine Antenne, die zirkular polarisierte elektromagnetische Wellen empfangen und senden kann. Sie besteht üblicherweise aus Metalldraht oder Blech und weist eine oder mehrere spiralförmige Strukturen auf.
Es gibt zahlreiche Antennentypen für unterschiedliche Anwendungsbereiche wie Frequenzen, Zwecke, Anlässe und Anforderungen. Jeder Antennentyp besitzt spezifische Eigenschaften und Einsatzgebiete. Bei der Auswahl einer geeigneten RFID-Antenne sollten Sie die konkreten Anwendungsanforderungen und Umgebungsbedingungen berücksichtigen.
Um mehr über Antennen zu erfahren, besuchen Sie bitte:
Telefon: 0086-028-82695327
Veröffentlichungsdatum: 15. Mai 2024
