Výskum technológie UHF RFID antény

0 Predslov

Aplikácia technológie rádiofrekvenčnej identifikácie RFID (Radio Frequency Identification, RFID) má dlhú históriu. Dá sa to vystopovať späť k systému identifikácie lietadiel používaného lietadlami britského letectva počas druhej svetovej vojny. V poslednej dobe sa technológia RFID rádiofrekvenčnej identifikácie široko používa pri riadení položiek, určovaní polohy vozidiel a určovaní polohy personálu v podzemí. Táto technológia je bezkontaktná technológia automatickej identifikácie, ktorá využíva rádiofrekvenčné signály na dosiahnutie bezkontaktného prenosu informácií prostredníctvom priestorovej väzby (striedavé magnetické pole alebo elektromagnetické pole) a dosahuje účel automatickej identifikácie prostredníctvom prenášaných informácií.

1 Prehľad vysokofrekvenčnej technológie RFID

1.1 Základné zloženie RFID bezdrôtového identifikačného systému

Bezdrôtový identifikačný systém RFID sa skladá hlavne z elektronických štítkov RFID, čítačiek RFID, antén a systémov správy hostiteľských počítačov. Informácie medzi RFID elektronickým štítkom a RFID čítačkou sa prenášajú bezdrôtovo, preto sú medzi nimi bezdrôtové moduly transceiveru a antény (indukčné cievky). Diagram účinku je znázornený na obrázku 1.

Výskum technológie UHF RFID antény

(1) Elektronický štítok RFID (Tag): Elektronický štítok RFID je nosič údajov systému rádiofrekvenčnej identifikácie. Každý elektronický štítok RFID, zložený zo spojovacích prvkov a čipov, má jedinečný elektronický kód EPC (Electronic ProductCode), ktorý je pripojený k objektu na identifikáciu cieľového objektu. V porovnaní s tradičnými čiarovými kódmi môžu EPC kódy nielen odrážať určitý typ produktu, ale môžu byť špecifické pre určitý produkt.

(2) Čítačka RFID (Reader): Čítačka je zariadenie schopné čítať alebo zapisovať informácie z elektronických štítkov. Jeho základnou funkciou je prenos dát s tagom. Môže byť navrhnutý ako ručná čítačka alebo pevná čítačka.

(3) Anténa (anténa): prenáša vysokofrekvenčné signály medzi štítkom a čítačkou.

1.2 Princíp fungovania systému RFID

Keď elektronický štítok RFID vstúpi do magnetického poľa vyžarovaného čítačkou RFID, prijme rádiofrekvenčný signál odoslaný čítačkou a odošle informácie o produkte (pasívny štítok, pasívny štítok alebo pasívny štítok) uložené v čipe na základe energia získaná indukovaným prúdom, alebo Tag aktívne vysiela signál určitej frekvencie (Active Tag, aktívny tag alebo aktívny tag) a dekodér informáciu načíta a dekóduje a následne ju odošle do centrálneho informačného systému pre relevantné dáta. spracovanie. Schematický diagram procesu rádiofrekvenčnej identifikácie je znázornený na obrázku 2.

2 Index výkonu antény RFID tagu

Z procesu identifikácie systému RFID nie je ťažké vidieť, že anténa hrá dôležitú úlohu ako mostík pre čítačku RFID na prenos rádiofrekvenčných signálov medzi elektronickým štítkom RFID a čítačkou RFID v procese snímania elektronických zariadení RFID. tag. Anténa čítačky RFID, Výkon antény elektronických štítkov RFID má veľký význam pre zlepšenie výkonu celého identifikačného systému. Keďže elektronický štítok RFID je pripevnený k označenému predmetu, anténa elektronického štítku RFID bude ovplyvnená tvarom a fyzikálnymi vlastnosťami označeného predmetu. Ovplyvňujúce faktory zahŕňajú materiál označeného objektu, pracovné prostredie označeného predmetu atď. Okrem toho v RFID rádiofrekvenčnom zariadení, keď sa prevádzková frekvencia zvýši do mikrovlnnej oblasti, problém zhody medzi anténou a RFID elektronickým čip štítku sa stáva závažnejším. Tieto faktory kládli vyššie požiadavky na dizajn antén RFID elektronických štítkov, ale priniesli aj veľké výzvy.

Anténa je zariadenie, ktoré prijíma alebo vyžaruje výkon predného rádiofrekvenčného signálu vo forme elektromagnetických vĺn. Je to zariadenie na rozhraní medzi obvodom a priestorom a používa sa na realizáciu premeny energie medzi vedenou vlnou a vlnou voľného priestoru. Súčasné RFID bezdrôtové rádiofrekvenčné systémy sú sústredené hlavne v nízkofrekvenčných, vysokofrekvenčných, ultravysokofrekvenčných a mikrovlnných frekvenčných pásmach. Princípy a konštrukcie antén systému RFID v rôznych prevádzkových frekvenčných pásmach sú zásadne odlišné:

(1) Smerové charakteristiky

Anténne žiarenie je smerové. Krivka vzťahu medzi amplitúdou a smerom žiarenian pole sa nazýva smerový diagram, čo je vlastne krivka vzťahu intenzity poľa v bode v ľubovoľnom smere poľa vzdialeného poľa v rovnakom smere. Smerový diagram sa vo všeobecnosti vzťahuje na normalizovaný smerový diagram, to znamená na krivku vzťahu v rovnakom smere, ako je pomer intenzity poľa v bode v akomkoľvek smere poľa vzdialeného poľa k maximálnemu poľu v rovnakej vzdialenosti.

(2) Smerový koeficient

Smerový koeficient je parameter, ktorý sa používa na označenie miery, do akej anténa vyžaruje elektromagnetické vlny v určitom smere. Smerový koeficient akejkoľvek smerovej antény sa týka pomeru celkového vyžarovacieho výkonu nesmerovej antény k celkovému vyžarovaciemu výkonu smerovej antény za podmienky rovnakej intenzity elektrického poľa v prijímacom bode. Podľa tejto definície, keďže intenzita žiarenia smerovej antény sa mení vo všetkých smeroch, mení sa aj smerový koeficient antény s polohou pozorovacieho bodu. V smere, kde je elektrické pole žiarenia najväčšie, je najväčší aj koeficient smerovosti. Vo všeobecnosti je smerový koeficient smerovej antény smerovým koeficientom maximálneho smeru žiarenia, to znamená, že v určitej vzdialenosti od antény je hustota toku vyžarovacieho výkonu Smax antény v maximálnom smere vyžarovania rovnaká ako ideálnej nesmerovej antény s rovnakým výkonom žiarenia Pomer hustoty toku výkonu žiarenia So v rovnakej vzdialenosti označujeme ako D.

(3) Účinnosť antény

Účinnosť antény je index používaný na meranie účinnosti antény pri premene energie. Všetky účinnosti antény sú menšie ako 1, čo znamená, že časť vstupného výkonu antény sa premení na vyžiarený výkon a časť z neho stratí výkon. Účinnosť antény je definovaná ako pomer vyžarovacieho výkonu antény k príkonu, označovaný ako ηA.

(4) Zisk antény

Koeficient antény odráža len najkoncentrovanejší stupeň energie vyžarovania antény a zisk antény odráža nielen vyžarovaciu schopnosť antény, ale zohľadňuje aj stratový faktor antény. Za podmienky rovnakého príkonu je pomer hustoty vyžiareného výkonu S(θ, φ) smerovej antény v určitom smere (θ, φ) v priestore k hustote vyžiareného výkonu So bezstratovej antény bodového zdroja v r. tento smer sa nazýva zisk antény, označuje sa ako G(θ, φ).

Koeficient zisku je parameter, ktorý komplexne meria premenu energie a smerovú charakteristiku veľkého vedenia. Je to súčin smerového koeficientu a účinnosti antény, ktorý sa označuje ako G, a to:

G=D·ηA

Pre UHF a mikrovlnné RFID rádiofrekvenčné identifikačné systémy je zisk antény obmedzený kvôli malej ploche antény RFID elektronického štítku. Veľkosť zisku závisí od typu vyžarovacieho diagramu antény.

(5) Charakteristiky impedancie

Vstupná impedancia antény môže byť vyjadrená ako pomer napätia k prúdu v bode napájania antény, zvyčajne ako funkcia frekvencie. Impedancia RFID antény by mala byť navrhnutá tak, aby bola 50 Ω alebo 70 Ω, aby sa dosiahlo impedančné prispôsobenie sa konvenčnému napájaču. Anténa RFID je ekvivalentná záťaži terminálu čítačky a výstupu elektronického štítku a vstupná impedancia Zin je definovaná ako pomer vstupného napätia antény k vstupnému prúdu Io.

Vyžiarený výkon P∑ RFID antény je ekvivalentný strate v ekvivalentnej impedancii. Táto ekvivalentná impedancia sa nazýva impedancia žiarenia Z∑,

3 Záver

S neustálym objasňovaním aplikačných požiadaviek bezdrôtovej rádiofrekvenčnej technológie RFID a neustálym rozširovaním oblasti použitia sa návrh a výskum antény ako kľúčového komponentu systému RFID stal veľmi naliehavým a naliehavým. Anténna technológia je jednou z kľúčových technológií systému RFID a má teoretický význam a praktickú hodnotu pre vyspelosť a široké uplatnenie technológie RFID.