便携式RFID读写器：手持设计，广泛应用

图2-5 RFID发卡机

便携式读写器是典型的集成式读写器，是适合用户手持使用的一类RFID读写装置，常用于动物识别、巡检、付款扫描、测试、稽查、仓库盘点等方面。从外观上看，便携式读写器一般带有液晶显示屏，并配有键盘来进行操作或者输入数据，也可以通过各种接口来实现与计算机的通信。与固定式读写器不同，便携式（或简称为手持式）读写器可能会对系统本身的数据存储量有要求，同时它对某些功能进行了一定的缩减，如有些仅限于读取标签数据或读写距离有所缩短等。

便携式读写器一般采用大容量可充电的电池进行供电，可以采用WinCE、Linux等嵌入式操作系统。根据使用环境的不同，便携式读写器还需要具备一些其他特性，如防水、防尘等。

由于条形码的大量使用，可以在便携式读写器上加一个条形码扫描模块，使之同时具备RFID识别和条形码扫描的功能。部分读写器还加上了红外、蓝牙及GSM通信等功能。如图2-6所示为一款手持式RFID读写器。

从原理上讲，便携式读写器的基本工作原理与一般读写器大致相同，但便携式读写器还有其自身的一些特性：

省电设计：便携式读写器由于要自带电源工作，因而其所有电源需求大多由内部电池供给。由于读写功率要求、电源转换效率以及对设备长时间工作的期望等因素，省电设计已经成为便携式读写器需要考虑的重要问题之一。

自带操作系统或监控程序：由于便携式读写器在大多数情况下是独立工作的，因而必须具备小型操作系统。一种较为简便的处理方法是采用监控程序代替操作系统，但系统的可扩展性会受到较大影响。

图2-6 13.56MHz手持式RFID读写器

天线与读写器的一体化设计：便携式的特点决定了读写器主机与天线应当采用一体化的设计方案。在个别情况下，也可以采用可替换的外接天线以满足不同读写范围和距离的要求。

目前，便携式读写器的需求量很大，其价格也相对较低。通常情况下，便携式读写器是一种功能有所缩减、适合短时工作、成本相对低廉且方便手持的设备。在成熟的RFID应用系统中，便携式读写器很可能是应用最为广泛的一类设备，大多数RFID系统都需要配备便携式读写器。

以上介绍了读写器的基本工作原理及分类，下面再介绍读写器天线（主要指电磁反响耦合系统中的天线）。

天线可以理解为是一种能将接收到的电磁波转换成电流信号或者将电流信号转换成电磁波的装置。天线具有不同的形式和结构，如偶极子天线、阵列天线、平板天线、环形天线等。

天线的主要特性参数有：工作频率、频带宽度、方向性增益、极化方向、波瓣宽度等。(www.xing528.com)

（1）天线的工作频率和频带宽度

天线的工作频率和频带宽度应当符合RFID系统的频率要求，如我国市场上一种典型的超高频系统的天线工作频率为915MHz，带宽为26MHz。

（2）天线的方向性增益

天线的方向性增益定义为：在输入功率相等的条件下，实际天线在其最大辐射方向上某点产生的功率密度与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号功率密度之比。它定量描述了一个天线把输入功率集中辐射到某个方向上的程度。增益显然与天线的方向图有密切的联系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益就越高。增益的实质就是，从最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点辐射源相比把功率放大的倍数。例如，915MRFID系统中常用的一款天线的增益为6～8dB。

（3）天线的极化方向

天线向周围空间辐射电磁波，电磁波由电场分量和磁场分量构成，在RFID工程应用中，电场分量的方向定义为天线的极化方向（与电磁场理论中的定义不同）。天线的极化方式有线极化（水平极化和垂直极化）和圆极化（左旋圆极化和右旋圆极化）等。不同的RFID系统采用的天线极化方式可能不同。有些方向性比较明确的应用可以采用线极化的方式，但在大多数场合中，由于标签的放置方向可能是随机的，所以很多系统采用了圆极化和线极化相结合的方式，使得系统对标签的方位敏感性降低。

（4）天线的波瓣宽度

将天线最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（即功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度、主瓣宽度、半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强，但同时天线的覆盖范围也越小。实际应用中，要根据不同的环境进行选择。

具体到RFID系统的应用中，读写器必须通过天线来发射能量，形成电磁场，通过电磁场来对电子标签进行识别，因此天线也是RFID系统中的重要组成部分。按照天线的基本原理，它所形成的电磁场范围就是射频系统的可读区域。任意一个RFID系统至少应该包含一根天线（无论内置或外置）以发射和接收射频电磁信号。有些RFID读写器是由一根天线同时完成发射和接收的；也有的RFID读写器是由一根天线完成发射而另由一根天线承担接收的任务，所采用的天线形式及数量应视具体应用而定。

在电感耦合RFID系统中，根据读写器的频率范围，可以使用不同的方法将天线线圈连接到读写器发送器的射频输出端。通过功率匹配将功率输出级直接连接到天线，或者通过同轴电缆送到天线线圈。前者适用于低频读写器，而后者则适用于高频以及部分低频读写器。

这里需要强调的一个概念性问题是：在很多场合，人们喜欢将RFID的通信距离作为天线的性能指标，这是不妥的。通信距离主要由读写器发射功率、天线性能及标签灵敏度共同决定。例如，其他条件不变，读写器发射功率越大，通信距离就会越远；当其他条件不变，增益越高的天线，作用距离越远，但波束宽度会降低。

天线设计是RFID系统的关键技术之一。读写器天线有时候也作为独立的终端机具出售和使用，此时天线就是独立的产品。如果是有源标签，其天线设计类似于读写器天线；如果是无源标签，其微型天线的设计、加工、贴焊（有时是电镀或印刷）是标签的关键技术之一，也是标签附加值较高的部分。

天线设计内容丰富，在本书中不作为重点详述，请参阅专业的天线设计书籍。