RFID-Antennen: Strahlbreite und Richtwirkung

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Obwohl RFID-Antennen nicht die Köpfe eines RFID-Systems sind, sind sie immer noch komplexe Geräte, die ein RFID-System abhängig von der Anwendung und der gewählten Antenne behindern oder davon profitieren können. Zum Beispiel könnte die Auswahl der falschen Antenne für eine bestimmte Anwendung zu einem Lesebereich in Zoll statt Fuß führen. Neben den grundlegenden Richtlinien für die Auswahl einer Antenne, wie Verstärkung und Polarisation, existieren andere Faktoren, die den Lesebereich und die Ergebnisse eines Systems auf die nächste Ebene bringen könnten. Strahlbreite und Direktionalität sind zwei Grundprinzipien, die es zu erfassen gilt, um eine fundiertere Kaufentscheidung zu treffen.


Strahlbreite

Die Strahlbreite ist definiert als "der Winkel zwischen zwei Punkten auf der gleichen Ebene, an der die Strahlung auf" halbe Leistung "fällt, oder 3 dB unter dem Punkt maximaler Strahlung." ¹. Es kann auch als die maximale effektive Strahlungsleistung der Hauptkeule angesehen werden. Meistens wird die Strahlbreite als horizontaler Winkel eines Strahlungsmusters angesehen, aber es gibt zwei Strahlbreiten - Azimut (horizontal) und Elevation (vertikal).


Azimut gegen Elevation


Wenn sich die Antenne wie in der folgenden Abbildung auf einer 3D-Ebene befindet, können Sie die Azimut- und Elevations-Strahlenbreiten genau sehen. Das Verständnis der Azimuth- und Elevations-Strahlbreiten einer RFID-Antenne ermöglicht es einer Person, die beste Antenne für ihre Anwendung auszuwählen. In einigen Anwendungen wird eine sehr breite Azimuth- oder Elevations-Strahlbreite benötigt, um alle markierten Objekte zu lesen, die beispielsweise in einem kleinen Raum aufgereiht sind. In anderen Anwendungen, wie einem Förderband, ist ein dünnerer, akuter Strahl besser geeignet. Einige Antennen-Datenblätter zeigen tatsächlich das 3D-Modell der Azimut- und Elevations-Strahlbreiten, während die Datenblätter anderer Hersteller 2D-Modelle zeigen. Die 2D-Modelle sind einfacher, können aber die Strahlbreite in beiden Ebenen deutlich anzeigen.


Direktivität

Die Richtwirkung der Antenne wird definiert als "ihre Fähigkeit, sich in eine bestimmte Richtung zu fokussieren, um Energie zu übertragen oder zu empfangen" ¹. Die Art, wie eine Antenne ihre Energie leitet, ist ein großer Faktor sowohl bei der Auswahl einer Antenne als auch beim Einrichten einer Anwendung. Wenn eine Antenne in einer Anwendung eingerichtet ist und die Art und das Strahlungsmuster nicht bekannt sind, werden die markierten Objekte möglicherweise nicht gelesen oder durch Absorption, Beugung, Reflexion und Brechung beeinträchtigt. Antennen können in zwei verschiedenen Gruppen basierend auf Richtwirkung gruppiert werden - isotrop oder anisotrop, omnidirektional oder direktional.


Isotropisch vs. Anisotrop


Ein weiteres wichtiges Konzept zum Verständnis von Antennen ist, dass es zwei Haupttypen in Bezug auf Strahlen und Direktionalität gibt: isotrop und anisotrop. Eine isotrope Antenne ist eine Antenne, die ein RF-Feld gleichmäßig in alle Richtungen emittiert. Eine perfekte isotrope RFID-Antenne oder eine Antenne, die im Allgemeinen Radiowellen aussendet, existiert nicht, weil das Konzept gegen Maxwells Gleichungen verstößt. Obwohl es keine echten Isotopenantennen zum Kauf gibt, ist es immer noch nützlich, das Konzept zu verstehen, da es beim Lernen über den Gewinn helfen kann.


Wenn die Verstärkung als dBi anstelle von dBd geschrieben wird, wird sie über der Wertrate einer isotropen Antenne angezeigt. Die wahre Verstärkung einer Antenne wird in dBd angezeigt. Weil isotrope Antennen gleichmäßig in alle Richtungen abstrahlen, wird die Verstärkung in dBi im Wesentlichen nur aufgebläht. Verwenden Sie die folgenden Formeln, um verschiedene Antennenverstärkungen in dBd und dBi zu vergleichen.


dBi = Antennenverstärkung in dBd + 2,14 dB


Eine anisotrope Antenne impliziert nur das Gegenteil von isotrop und ist definiert als eine Antenne, die im Elevations- und Azimutfeld unterschiedlich und ungleich stark abstrahlt. Alle verkauften Antennen sind anisotrop.


Omni-Directional vs. Directional


Omnidirektionale und gerichtete Antennen unterscheiden sich in der Strahlrichtung. Omnidirektionale Antennen werden hauptsächlich in Annäherungsantennen verwendet, können jedoch auch in anderen Arten verwendet werden. Diese Antennen sind gebaut, um die Abdeckung der Azimutebene zu erhöhen und die Abdeckung in der Elevationsebene zu verringern; Dies geschieht, indem HF-Energie in einem sphärischen Muster emittiert wird. In einem 3D-Modell sieht die Strahlbreite dieser Antennen wie ein Donut oder eine Kugel aus und sie haben normalerweise eine mittlere Verstärkung.


Richtantennen sind häufiger und haben normalerweise externe Antennen. Richtantennen senden konzentrierte HF-Leistung in Richtung eines Zielbereichs aus. Diese Antennen haben manchmal eine Azimut- und Elevations-Strahlbreite von ungefähr dem gleichen Grad, um den perfekten "Strahl" der Abdeckung bereitzustellen. Die Strahlbreite (Azimut oder Elevation) wird direkt durch die Verstärkung der Antenne bestimmt - je höher die Verstärkung, desto fokussierter der Strahl. Alle Arten von Richtantennen existieren mit unterschiedlichen Azimuth- und Elevationswinkeln und Verstärkungen. Das Verständnis der Strahlbreite, der Verstärkung, der Direktionalität und der Art und Weise, wie diese miteinander interagieren, um ein Strahlungsmuster zu erzeugen, hilft bei der Auswahl der besten Antenne für eine Anwendung.

Last update: Jan 30, 2018

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