3.4 影响UHF RFID系统识别距离的因素

通常，无源反向散射RFID系统的构架具有较低的成本，并且其识别距离主要受限于整个系统的效率。而天线特性对整个无源反向散射RFID系统的识别距离起着至关重要的作用。目前，虽然已有许多文献对无源RFID系统及其通信进行了研究，但是这些文献主要聚焦于标签的性能及其识别距离的增加和优化方面的研究，而全面研究天线各参数对识别距离影响的文献很少。因此本节尝试分析、阐述天线各参数对无源反向散射RFID系统识别距离的影响，为优化无源反向散射RFID系统及天线设计提供帮助。如前面章节所述，在无源反向散射RFID系统中，标签工作所需求的能量来源于读写器。所以，需要密切关注读写器和标签之间的无线链路性能如何影响系统的识别距离。通常，读写器的天线增益、雷达截面、工作频率、接收机的灵敏度等参数被认为是影响无源反向散射RFID系统识别距离的主要因素。

3.4.1 标签天线增益对标签激活距离的影响

假如标签的接收灵敏度Pth为-18dBm，读写器天线发射功率Pt为17dBm，标签天线增益2dBi，读写器天线8dBi，工作频率为f=915MHz，并且假定此时标签芯片与天线完全匹配，其工作距离根据式（3.15）可得：

通过式（3.15）计算可得不同类型增益的标签天线对标签激活距离的影响随读写器天线增益变化的曲线，如图3.8所示。

由图3.8可知，无源反向散射RFID系统的标签激活距离既与标签天线增益有关，也与读写器天线增益有关。

图3.8 天线增益对标签激活距离的影响

3.4.2 天线雷达截面对读写器检测距离的影响

雷达截面σ是对指定方向的功率散射的度量，它是定量表征目标散射强弱的物理量，其大小取决于一系列参数。雷达截面也是影响UHF RFID系统识别距离的一个重要参数。在反向散射传播环境中，雷达截面与识别距离R的关系如式（3.24）所示。当雷达截面分别为σ1=0.02m2，σ2=0.26m2，σ3=0.96m2。假设阅器天线增益为G=6dBi，并且标签天线与目标芯片阻抗匹配，则天线雷达截面对读写器的检测距离随天线频率变化的关系曲线示意图如图3.9所示。

图3.9 天线雷达截面对读写器的检测距离的影响

3.4.3 天线工作频率对标签激活距离的影响

通常，UHF RFID系统的工作频率为842.5MHz、868MHz、915MHz、922.5MHz、953.5MHz等，针对这些频率对应的工作波长分别为0.356m、0.346m、0.328m、0.325m、0.315m。

图3.10 天线工作频率对标签激活距离的影响

根据式（3.15）可知，UHF RFID系统的识别距离与其工作波长成正比。通过使用较低的工作频率，即较大的工作波长，可以增大系统的识别距离。天线工作频率对识别距离的影响如图3.10所示。在该图中，假定标签天线增益为2dBi。图中曲线描述了工作频率分别为842.5MHz、915MHz、953.5MHz时标签激活距离随读写器天线增益变化的情况。这里要补充一点的是，不同的天线在获得同样增益的情况下所需要的自身尺寸是不同的，频率低的天线比频率高的天线需要更大的尺寸才能达到2dBi的增益，因此在标签设计的实践中，频率、增益、体积等参数需要根据实际的项目需要去折中考虑。