物联网天线技术研究进展1.docxVIP

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物联网天线技术研究进展

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摘要：现阶段，我国已经全面进入了大数据时代，网络技术和计算机技术也得到了快速发展。物联网技术是信息时代的产物，大数据时代物联网技术对人们生活、学习和工作的方方面面都造成了巨大的影响，各个领域都充分利用物联网技术来促进行业发展，实现产业变革。

关键词：物联网技术；进展

引言

随着现代信息技术的快速演进，物联网应用的浪潮已经渗透到生活的各个领域。目前我国处于互联网的成熟期、物联网的起步期，在国家全力推进“互联网+”发展战略下，万物互联成为各运营商、科技企业和产业联盟积极布局的方向。物联网技术在垂直行业中的智能应用越来越广泛，基于物联网的各类智能系统为民生发展带来了极大的便利，整个产业链蕴含着巨大商机。

1物联网天线的发展概况

1.1射频识别天线

从RFID（radiofrequencyidentification，RFID）系统的基本构成来看，RFID天线可分为读写器天线（readerantenna）和标签天线（tagantenna）两大类；按工作机理及其传感范围区分，则可分为远场辐射型和近场感应型两大类。以900MHz超高频（UHF）RFID系统为例，兼容多标准RFID制式的宽带读写器天线是长期以来天线领域的研究热点之一，利用共享孔径（shared-aperture）概念还能在缩小天线体积的情况下将其拓展至多频段工作，而工作在高频近场感应状态下的读写器天线更是属于RFID天线设计领域的挑战性难题。与读写器天线相比，标签天线设计则更侧重于小型化，特别是适用于金属部件识别的小型标签天线。由于标签体积受限、工作环境多变而苛刻，因此如何在小型化基础上确保系统具有足够大的读出距离，成为RFID标签天线的研究难点和热点：通过引入各种折叠和介质加载手段，可成功地将标签天线的尺寸缩小至1/10波长以下而保持足够长的读出距离。而对于工作在高频（HF）的近场通信（NFC）天线，研究工作则侧重于与UHF频段天线的兼容设计，特别是与金属外壳的便携式终端、可穿戴设备等的集成化设计，其主要技术是利用涡流与NFC环天线之间的耦合增强来提升其读出性能。总而言之，随着物联网应用环境的多样化和复杂化，未来的RFID天线可能会工作在体积进一步受限、传播特性更加复杂恶劣的电磁环境中。在这一系列因素的制约下，RFID天线的小型化和宽带化设计仍是具有挑战性的难题。

1.2多物理量传感天线

物联网末梢采用各种传感器来精确拾取各种非电物理量（如压力、物质浓度/pH值、温度、湿度、声音等），准确地感知网络环境状态数据，于是催生出多物理量传感天线的概念设计。就其本质工作机理而言，可以不失合理地把多物理量传感天线视作RFID标签天线的一种外延类型，或将其称为“广义RFID标签天线”。通过将不同性质的新型信息材料集成到常规RFID标签天线上，就能将上述多种物理量映射成RFID标签天线的电参数，对多种物理参数进行精确传感和测量。目前已见报道的多物理量传感天线类型很多，主要包括湿敏天线、气敏天线（“电子鼻”天线）、压敏天线、热敏天线、pH值检测天线以及复合功能传感天线等。为了提高传感灵敏度，多物理量传感天线的工作带宽必须足够窄，然而这将导致系统传输数据率受限。如何在确保传感灵敏度的前提下，同时在一定程度上增加天线工作带宽、提高传感数据传输速率，可能成为天线领域与未来新型传感材料及制造工艺领域交叉的一大挑战性课题。

1.3能量收集天线

与前述天线类型相比，能量收集天线的定义并不唯一：第一种可能定义是整流天线（rectantenna），即其主要功能和作用并不是为了实现信息传输，而是为了解决物联网节点的能源问题，它能够将环境中的交变电磁能量转化成直流电能，存储在超级电容器中作为无线节点的备用电源，从而延长节点的生存周期；第二种可能定义是反向散射（backscattering）通信系统的收发天线，即能量收集天线应类似于无源RFID标签天线，主要针对物联网环境中海量低功耗、低速率节点的接入通信而设计。为了区别于RFID标签天线，此处将按照前一种定义来描述能量收集天线。常见的能量收集天线包括常规整流天线以及近年来出现的、采用铟化合物或纳米金属（金、银）材料制成的透明天线（transparentan-tenna）。能量收集天线比较常见的工作频段是2.4GHzISM波段，也可以覆盖超宽频段或多个无线通信/广播频段，甚至覆盖至太赫兹及红外波段。通过工作原理的分析可知，能量收集天线的性能在很大程度上取决于整流电路效率以及环境电磁能量密度，故如何结合新材料（如研制具有低损耗和光学透明特性的新型导体材料）、新器件和新工艺（如研制具有极低导通电压的精密整流二极管）、优化提升其整流效率及口径效率，或将