RFID天線安裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、實(shí)訓(xùn)報(bào)告姓名 學(xué)號(hào) 系部 專業(yè) 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù) 班級(jí) _指導(dǎo)教師 實(shí)訓(xùn)名稱 天線安裝與調(diào)試 完成時(shí)間： 2013年 月 日 目錄1 物聯(lián)網(wǎng)常用天線簡(jiǎn)介32 物聯(lián)網(wǎng)天線常見(jiàn)參數(shù)33 物聯(lián)網(wǎng)常用器件安裝測(cè)量記錄及分析44 標(biāo)簽天線制作及測(cè)量分析13參考文獻(xiàn)151物聯(lián)網(wǎng)常用天線簡(jiǎn)介 物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）的定義：通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。天線的基本功能:將由發(fā)射機(jī)（或傳輸線

2、）送來(lái)的高頻電流（或?qū)Рǎ┠芰哭D(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線電波并傳送到空間；在接收端，則將空間傳來(lái)的無(wú)線電波能量轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚪邮諜C(jī)傳送的高頻電流能量，因此，天線可認(rèn)為是導(dǎo)波和輻射波的變換裝置，是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器。 天線種類 ：首先按天線用途分 ：可分為基地臺(tái)天線和移動(dòng)臺(tái)天線 (1) 按天線的輻射方向可劃分 ：可為全向天線和定向天線 (2) 按工作性質(zhì)劃分：可分為接收天線和發(fā)射天線 (3) 按天線的極化方向分還分為水平極化天線及垂直極化天線 (4) 按頻率分類：長(zhǎng)波天線，中波天線，短波天線，超短波天線，微波天線 2 物聯(lián)網(wǎng)天線常見(jiàn)參數(shù)(1)天線的增益:天線增益是用來(lái)衡量天線朝一個(gè)特定方向收發(fā)信號(hào)的能力，它是選擇基站 天

3、線最重要的參數(shù)之一。(2)帶寬:這也是一個(gè)重要但容易被忽略的問(wèn)題。天線是有一定帶寬的，這意味著雖然諧振頻率是一個(gè)頻率點(diǎn)，但是在這個(gè)頻率點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)，這付天線的性能都是差不多好的。這個(gè)范圍就是帶寬。(3)輸入阻抗：天線輸入端信號(hào)電壓與信號(hào)電流之比，稱為天線的輸入阻抗。(4)反射系數(shù)(): 反射電壓/入射電壓,為標(biāo)量。(5) 電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ration): 波腹電壓/波節(jié)電壓(6) (Return Loss):入射功率/反射功率,為dB數(shù)值(7) 波瓣寬度：主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3dB的兩點(diǎn)之間的夾角定義為主瓣寬度。主瓣寬度描述了天線輻射能

4、量在主瓣方向的集中程度。主瓣寬度越窄，天線的方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強(qiáng)。 (8) 前后比：主瓣與后瓣最大輻射強(qiáng)度之比。典型值為2030dB。 (9) 極化特征：電磁波的極化形式分為線極化、圓極化和橢圓極化。線極化又分為垂直極化和水平極化。移動(dòng)通信中常用垂直極化天線。3物聯(lián)網(wǎng)常用器件安裝測(cè)量記錄及分析3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馕锫?lián)網(wǎng)常用射頻同軸電纜的常規(guī)性能與測(cè)試方法。3.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 (1) 任一款網(wǎng)絡(luò)分析儀 1臺(tái)； (2) 射頻測(cè)試附件 1套； (3) 匹配負(fù)載 1只； (4) 待測(cè)電纜 1根 。3.3 實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)電纜的末端接上匹配負(fù)載時(shí),其輸入端的駐波比即是電纜的駐波比。儀器

5、接入電纜與不接入電纜時(shí),信號(hào)的減少即插損。3.4 實(shí)驗(yàn)步驟1. 接通網(wǎng)絡(luò)分析儀的電源，按下電源開(kāi)關(guān)，等待屏幕上顯示測(cè)量界面。2. 根據(jù)器件的工作頻率，設(shè)置儀表的測(cè)量頻率，儀表的測(cè)量頻率寬度一般大于器件的工作頻率寬度。設(shè)置儀表的起始頻率為10MHz，截止頻率為1300MHz。按鍵，進(jìn)入如圖頻率設(shè)置界面。在此界面下可以有以下軟鍵可以通過(guò)側(cè)面按鍵選中設(shè)置例：設(shè)置起始頻率為1MHz，截止頻率為1300MHz步驟如下：3. 調(diào)節(jié)掃頻信號(hào)源輸出電平的大小。按信號(hào)源輸出設(shè)置鍵，進(jìn)入如圖電平設(shè)置界面，設(shè)置幅度為0dBm，步驟如下：4. 設(shè)置參考電平按鍵進(jìn)入?yún)⒖茧娖皆O(shè)置，測(cè)量時(shí)按各項(xiàng)菜單對(duì)應(yīng)軟鍵可進(jìn)行相關(guān)通道參

6、考電平以及參考電平位置的設(shè)置。例：設(shè)置A通道參考電平為-40dB，步驟如下：5. 設(shè)置柵格幅度按此對(duì)應(yīng)軟鍵可以進(jìn)行相應(yīng)通道柵格對(duì)應(yīng)幅值設(shè)置，范圍在1-10dB。例：設(shè)置A通道柵格幅度為8dB，步驟如下：6. 通道校準(zhǔn)按儀器校準(zhǔn)設(shè)置鍵，進(jìn)入校準(zhǔn)界面。在此鍵狀態(tài)下可選擇“通道路徑校準(zhǔn)”、 “電橋校準(zhǔn)”、更加確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。通道校準(zhǔn)，主要是對(duì)用戶的線纜進(jìn)行校準(zhǔn)。通道校準(zhǔn)時(shí)連接如下圖，操作按鍵順序 。例：7傳輸參數(shù)（即，衰減或損耗）的測(cè)量。通道校準(zhǔn)后，用待測(cè)元件替換雙陰接頭（如下圖），此時(shí)顯示器上有一定的衰減數(shù)據(jù)。打開(kāi)頻標(biāo)的開(kāi)關(guān)并設(shè)置需要觀察的頻率點(diǎn)。通過(guò)頻標(biāo)的指示，可以讀出器件各個(gè)工作頻率值及相應(yīng)

7、的衰減或損耗數(shù)據(jù)，填入表1中的插損1。 表1頻率MHz20100200300400500600700800900插損1dB0-0.12-0.17-0.24-0.32-0.33-0.38-0.36-0.41-0.40插損2dB0.02-0.10-0.15-0.22-0.27-0.30-0.35-0.34-0.37-0.398. 將器件反向接入該連接線路中，重復(fù)以上步驟，記錄觀察的頻率點(diǎn)相應(yīng)數(shù)據(jù)。填入表1中的插損2中。9. 電橋校準(zhǔn)電橋校準(zhǔn)，主要是對(duì)駐波電橋及線纜等進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)，檢波器電纜線接射頻輸出端，通過(guò)駐波電橋，彼此連接。校準(zhǔn)操作按鍵順序 ，根據(jù)界面提示進(jìn)行操作，依次進(jìn)行開(kāi)路校準(zhǔn)。10.

8、 駐波比（或反射系數(shù)或回波損耗）的測(cè)量。根據(jù)反射系數(shù)，可以換算出輸入、輸出端的電壓駐波比，也可以換算為回波損耗。如果反射系數(shù)過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致反射損耗增大，并且影響系統(tǒng)的前后級(jí)匹配，使系統(tǒng)性能下降。電橋校準(zhǔn)后，將被測(cè)器件的一端接在電橋的輸出端，另一端用同軸匹配負(fù)載連接，如下圖：改變頻標(biāo)的頻率值，讀出各個(gè)頻率值及相應(yīng)數(shù)值，填入表2中的駐波比。 表2頻率MHz20100200300400500600700800900駐波比1.0451.0471.0431.0441.0461.0441.0451.0481.0451.061回波損耗dB27.1027.9027.7727.8127.2428.3827.89

9、28.2627.3627.37重復(fù)以上步驟10，只是改測(cè)回波損耗，記錄觀察的頻率點(diǎn)相應(yīng)數(shù)據(jù)。填入表2中回波損耗。3.5 測(cè)試分析1. 描繪出傳輸線插入損耗的頻率特性圖。2 描繪出傳輸線回波損耗的頻率特性圖。2. 計(jì)算當(dāng)反射系數(shù)為0.2時(shí)，對(duì)應(yīng)駐波比和回波損耗。 實(shí)驗(yàn)二 物聯(lián)網(wǎng)常用天線回波損耗的測(cè)量一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馕锫?lián)網(wǎng)常用微帶天線的常規(guī)性能與測(cè)試方法。二 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 (1) 任一款網(wǎng)絡(luò)分析儀 1臺(tái)； (2) 射頻測(cè)試附件 1套； (3) 轉(zhuǎn)接頭 1只； (4) 待測(cè)微帶天線 1個(gè) 。三 實(shí)驗(yàn)原理微帶天線是一塊厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的介質(zhì)板（稱為介質(zhì)基片）和覆蓋在他的兩面上的金屬片構(gòu)成，其中完全覆蓋

10、在介質(zhì)板的一面稱為接地板，而尺寸可以和波長(zhǎng)相比擬的那一面稱為輻射元。微帶天線以其重量輕、剖面低、平面結(jié)構(gòu)且易于其它電路集成等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。本次實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量天線的反射特性。四 實(shí)驗(yàn)步驟1. 接通網(wǎng)絡(luò)分析儀的電源，按下電源開(kāi)關(guān)，等待屏幕上顯示測(cè)量界面。2. 按下RF ON，使屏幕右上方的變?yōu)镽F ON。3. 關(guān)閉A通道，打開(kāi)B通道。如圖：4. 根據(jù)器件的工作頻率，設(shè)置儀表的測(cè)量頻率，儀表的測(cè)量頻率寬度一般大于器件的工作頻率寬度。如果這里被測(cè)器件的工作頻率為1.1MHz至1299MHz，可設(shè)置儀表的起始頻率為1MHz，截止頻率為1300MHz。這里，設(shè)置儀表的起始頻

11、率為10MHz，截止頻率為1300MHz。按鍵，進(jìn)入如圖頻率設(shè)置界面。在此界面下可以有以下軟鍵可以通過(guò)側(cè)面按鍵選中設(shè)置例：設(shè)置起始頻率為1MHz，截止頻率為1300MHz步驟如下：5. 調(diào)節(jié)掃頻信號(hào)源輸出電平的大小。按信號(hào)源輸出設(shè)置鍵，進(jìn)入如圖電平設(shè)置界面，設(shè)置幅度為0dBm，步驟如下：6. 設(shè)置參考電平按鍵進(jìn)入?yún)⒖茧娖皆O(shè)置，測(cè)量時(shí)按各項(xiàng)菜單對(duì)應(yīng)軟鍵可進(jìn)行相關(guān)通道參考電平以及參考電平位置的設(shè)置。這里是設(shè)置B通道參考電平。例：設(shè)置A通道參考電平為-40dB，步驟如下：7. 設(shè)置柵格幅度按此對(duì)應(yīng)軟鍵可以進(jìn)行相應(yīng)通道柵格對(duì)應(yīng)幅值設(shè)置，范圍在1-10dB。這里設(shè)置B通道柵格幅度為10dB。例：設(shè)置A通

12、道柵格幅度為8dB，步驟如下：8. 電橋校準(zhǔn)電橋校準(zhǔn)，主要是對(duì)駐波電橋及線纜等進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)，檢波器電纜線接射頻輸出端，通過(guò)駐波電橋，彼此連接，如圖。校準(zhǔn)操作按鍵順序 ，根據(jù)界面提示進(jìn)行操作，依次進(jìn)行開(kāi)路校準(zhǔn)。圖 校準(zhǔn)連接圖9. 回波損耗的測(cè)量。電橋校準(zhǔn)后，將被測(cè)器件的一端接在電橋的輸出端，測(cè)試連接示意圖如下： 10. 接上天線后得到天線的測(cè)試曲線，改變頻標(biāo)的頻率值，讀出各個(gè)頻率值及相應(yīng)數(shù)值，填入表中的回波損耗。 表1頻率MHz20100200300400500600700800900回波損耗dB-0.21-1.23-1.33-0.420.731.6216.473.603.245.68五 測(cè)

13、試分析1. 描繪出微帶天線回波損耗的頻率特性圖。2.當(dāng)回波損耗為20dB，換算出對(duì)應(yīng)的電壓駐波比和反射系數(shù)。4標(biāo)簽天線制作及測(cè)量分析4.1 制作及測(cè)試概要 根據(jù)文獻(xiàn)選一個(gè)天線結(jié)構(gòu)，再用銅皮按照文獻(xiàn)天線尺寸剪出來(lái)，貼在基板材料（可選用紙或塑料等）上，再用導(dǎo)電銀膠和膠帶等把芯片粘上，最后用讀寫器測(cè)試是否能讀到。通過(guò)對(duì)標(biāo)簽天線進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試其功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。若不能讀到，可用刻刀和尺子對(duì)銅皮進(jìn)行刻切調(diào)試。一種小型化頻段彎折標(biāo)簽天線本研究首先對(duì)折合振子標(biāo)簽天線進(jìn)行設(shè)計(jì)為了標(biāo)簽天線小型化和提高標(biāo)簽天線輸入口的電壓，提出將折合振子天線進(jìn)行彎折變形，通過(guò)改變天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和芯片的共軛匹配，標(biāo)簽芯片

14、選用公司提供的專用標(biāo)簽芯片，在輸入阻抗為，品質(zhì)因數(shù)可達(dá)到，提高了芯片輸入口的電壓，增加系統(tǒng)的識(shí)別距離天線結(jié)構(gòu)出處：電子資源數(shù)據(jù)庫(kù)天線結(jié)構(gòu)：UHF線極化12dbi天線天線特點(diǎn)：天線應(yīng)用常見(jiàn)的材料，且饋電方式簡(jiǎn)單，具有成本低、易加工等特點(diǎn)；此種天線的引入，極大地提高天線的軸比和阻抗帶寬。其讀寫距離遠(yuǎn)，而且數(shù)據(jù)處理速率很高，效率相對(duì)頻段要高性能參數(shù)：天線結(jié)構(gòu)示意圖如下： 4.2 測(cè)試步驟 測(cè)試的設(shè)備由于儀器、場(chǎng)地等各方面條件限制，不能測(cè)標(biāo)簽天線的具體技術(shù)指標(biāo)，主要通過(guò)閱讀器、閱讀器天線輔助測(cè)量能識(shí)別的最大距離。需要的設(shè)備有標(biāo)簽閱讀器、閱讀器天線、電腦等，測(cè)試步驟如下：1) 把讀寫器通過(guò)RS232口與

15、PC機(jī)連接2) 選用高頻電纜連接讀寫器和天線。3) 使用配套的電源變換器給讀寫器供電（+9V）。4) 在PC機(jī)上運(yùn)行讀寫器配套軟件，對(duì)讀寫器進(jìn)行工作參數(shù)設(shè)置和讀寫測(cè)試。5) 先將電子標(biāo)簽放在紙板上，考察閱讀器天線及標(biāo)簽天線擺放位置對(duì)讀取距離的影響：將標(biāo)簽天線先放在離閱讀器很近的地方測(cè)試，發(fā)現(xiàn)閱讀器能正常識(shí)別；慢慢增加標(biāo)簽天線與閱讀器的距離，測(cè)試閱讀器能識(shí)別其最大距離4.3 測(cè)試分析1、 填寫測(cè)試數(shù)據(jù)閱讀器天線擺放位置標(biāo)簽天線擺放位置讀取距離單位：米備注平放桌面水平0.4讀取時(shí)間為2s平放桌面垂直0.4讀取時(shí)間為3s平放桌面左旋轉(zhuǎn)45度0.45讀取時(shí)間為2s平放桌面右旋轉(zhuǎn)45度0.45讀取時(shí)間為2s2.若不能讀到，分析原因。（1） 由于介電常數(shù)不一樣導(dǎo)致的。（2） 天線的位置擺放不正確。2. 若能讀到，根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析所測(cè)試標(biāo)簽天線在何種情況讀取距離最大，給出分析結(jié)論，并分析原因。換句話說(shuō)，即天線在有的方向輻射或接收較強(qiáng)， 在有的方向則輻射或接收較弱，甚至為零。 收、發(fā)天線具有互易性。也就是說(shuō)， 對(duì)發(fā)射天線的分析，同樣適合于接收天線。但從接收的角度講， 要保證正常接收，必須使信號(hào)功率與噪聲功率的比值達(dá)到一定的數(shù)值。為此，對(duì)接收天線的方向性有以下要求：