UHF RFID -antennisuunnitteluteknologian tutkimus

0 Esipuhe

RFID-radiotaajuustunnistustekniikan (Radio Frequency Identification, RFID) soveltamisella on pitkä historia. Se voidaan jäljittää Britannian ilmavoimien lentokoneiden toisen maailmansodan aikana käyttämään lentokoneiden tunnistusjärjestelmään. Viime aikoina RFID-radiotaajuustunnistusTekniikkaa on käytetty laajasti tavaranhallinnassa, ajoneuvojen paikantamisessa ja maanalaisessa henkilöstön paikantamisessa. Tämä tekniikka on kosketukseton automaattinen tunnistustekniikka, joka käyttää radiotaajuisia signaaleja kontaktittoman tiedonsiirron aikaansaamiseksi spatiaalisen kytkennän (vaihtuva magneettikenttä tai sähkömagneettinen kenttä) kautta ja saavuttaa automaattisen tunnistamisen tarkoituksen lähetetyn tiedon avulla.

1 Yleiskatsaus RFID-radiotaajuusteknologiaan

1.1 Langattoman RFID-tunnistusjärjestelmän perusrakenne

Langaton RFID-tunnistusjärjestelmä koostuu pääasiassa elektronisista RFID-tunnisteista, RFID-lukijoista, antenneista ja isäntätietokoneiden hallintajärjestelmistä. Elektronisen RFID-tunnisteen ja RFID-lukijan välinen tieto välitetään langattomasti, joten niiden välissä on langattomat lähetin-vastaanotinmoduulit ja antennit (induktiokelat). Vaikutuskaavio on esitetty kuvassa 1.

UHF RFID -antennisuunnitteluteknologian tutkimus

(1) Elektroninen RFID-tunniste (Tag): Elektroninen RFID-tunniste on radiotaajuustunnistusjärjestelmän tietoväline. Kytkentäelementeistä ja siruista koostuva jokaisella elektronisella RFID-tunnisteella on ainutlaatuinen EPC (Electronic ProductCode) elektroninen koodi, joka liitetään kohteeseen kohdeobjektin tunnistamiseksi. Perinteisiin viivakoodeihin verrattuna EPC-koodit eivät voi kuvastaa vain tietyntyyppistä tuotetta, vaan ne voivat myös olla tietylle tuotteelle ominaisia.

(2) RFID-lukija (Reader): Lukija on laite, joka pystyy lukemaan tai kirjoittamaan sähköisiä tunnistetietoja. Sen perustehtävä on lähettää dataa tunnisteen kanssa. Se voidaan suunnitella kädessä pidettäväksi tai kiinteäksi lukijaksi.

(3) Antenni (Antenna): lähettää radiotaajuussignaaleja tunnisteen ja lukijan välillä.

1.2 RFID-järjestelmän toimintaperiaate

Kun elektroninen RFID-tunniste tulee RFID-lukijan lähettämään magneettikenttään, se vastaanottaa lukijan lähettämän radiotaajuussignaalin ja lähettää sirulle tallennetut tuotetiedot (Passive Tag, Passive Tag tai Passive Tag) indusoidun virran saamaa energiaa tai Tunniste lähettää aktiivisesti tietyn taajuuden signaalin (Active Tag, aktiivinen tunniste tai aktiivinen tunniste), ja dekooderi lukee ja dekoodaa tiedot ja lähettää sen sitten keskustietojärjestelmään tarvittavia tietoja varten käsittelyä. Kaavakuva radiotaajuustunnistusprosessista on esitetty kuvassa 2.

2 RFID-tunnisteantennin suorituskykyindeksi

RFID-järjestelmän tunnistusprosessista ei ole vaikea nähdä, että antennilla on tärkeä rooli RFID-lukijan siltana radiotaajuisten signaalien välittämisessä elektronisen RFID-tunnisteen ja RFID-lukijan välillä RFID-elektroniikan havaitsemisprosessissa. tag. RFID-lukijaantenni, Elektronisen RFID-tunnisteantennin suorituskyky on erittäin tärkeä koko tunnistusjärjestelmän suorituskyvyn parantamiseksi. Koska elektroninen RFID-tunniste on kiinnitetty merkittyyn kohteeseen, merkityn kohteen muoto ja fyysiset ominaisuudet vaikuttavat RFID-elektroniikkatunnisteantenniin. Vaikuttavia tekijöitä ovat merkityn esineen materiaali, merkityn esineen työympäristö jne. Lisäksi RFID-radiotaajuuslaitteessa toimintataajuuden kasvaessa mikroaaltoalueelle antennin ja RFID-elektroniikan välinen sovitusongelma tag siru muuttuu vakavammaksi. Nämä tekijät ovat asettaneet korkeampia vaatimuksia elektronisten RFID-tunnisteantennien suunnittelulle, mutta tuoneet myös suuria haasteita.

Antenni on laite, joka vastaanottaa tai säteilee etupään radiotaajuussignaalin tehoa sähkömagneettisten aaltojen muodossa. Se on piirin ja tilan rajapinnassa oleva laite, ja sitä käytetään ohjatun aallon ja vapaan tilan aallon välisen energian muuntamisen toteuttamiseen. Nykyiset langattomat RFID-radiotaajuusjärjestelmät keskittyvät pääasiassa matalataajuisille, korkeataajuuksisille, ultrakorkeille taajuuksille ja mikroaaltotaajuuskaistoille. RFID-järjestelmän antennien periaatteet ja mallit eri toimintataajuuskaistoilla ovat pohjimmiltaan erilaisia:

(1) Suuntausominaisuudet

Antennisäteily on suunnattua. Säteilyn amplitudin ja suunnan välinen suhdekäyrän-kenttää kutsutaan suuntadiagrammiksi, joka on itse asiassa kentän voimakkuuden suhdekäyrä pisteessä missä tahansa kaukokentän suunnassa samassa suunnassa. Suuntakaavio viittaa yleensä normalisoituun suuntakaavioon eli suhdekäyrään, joka on samassa suunnassa kuin kaukokentän missä tahansa suunnassa olevan pisteen kentänvoimakkuuden suhde samalla etäisyydellä olevaan maksimikenttään.

(2) Suuntauskerroin

Suuntauskerroin on parametri, jota käytetään osoittamaan, missä määrin antenni säteilee sähkömagneettisia aaltoja tiettyyn suuntaan. Minkä tahansa suunnatun antennin suuntauskerroin tarkoittaa suuntaamattoman antennin kokonaissäteilytehon suhdetta suunnatun antennin kokonaissäteilytehoon, kun vastaanottopisteessä on sama sähkökenttävoimakkuus. Tämän määritelmän mukaan, koska suunta-antennin säteilyintensiteetti vaihtelee kaikkiin suuntiin, myös antennin suuntauskerroin vaihtelee havaintopisteen sijainnin mukaan. Siinä suunnassa, jossa säteilyn sähkökenttä on suurin, suuntauskerroin on myös suurin. Yleensä suunta-antennin suuntauskerroin on suurimman säteilysuunnan suuntakerroin, eli tietyllä etäisyydellä antennista antennin säteilytehovuon tiheys Smax maksimisäteilysuunnassa on sama kuin Ihanteellisesta suuntaamattomasta antennista samalla säteilyteholla Säteilytehon vuotiheyden So suhdetta samalla etäisyydellä merkitään D.

(3) Antennin hyötysuhde

Antennitehokkuus on indeksi, jota käytetään mittaamaan antennin tehokkuutta energian muuntamisessa. Antennin hyötysuhteet ovat kaikki alle 1, mikä tarkoittaa, että osa antennin ottotehosta muunnetaan säteilytehoksi ja osa siitä häviää. Antennin hyötysuhde määritellään antennin säteilytehon suhteeksi syöttötehoon, jota merkitään ηA.

(4) Antennivahvistus

Antennikerroin heijastaa vain antennin säteilyenergian keskittyneintä astetta, ja antennin vahvistus ei heijasta vain antennin säteilykykyä, vaan ottaa huomioon myös antennin häviökertoimen. Saman syöttötehon ehdolla suunta-antennin säteilytehontiheyden S(θ, φ) tietyssä suunnassa (θ, φ) avaruudessa suhteessa häviöttömän pistelähdeantennin säteilytehontiheyteen So tätä suuntaa kutsutaan antennin vahvistukseksi, jota merkitään G(θ, φ).

Vahvistuskerroin on parametri, joka mittaa kattavasti suuren linjan energian muunnos- ja suuntaominaisuudet. Se on suuntauskertoimen ja antennin hyötysuhteen tulo, jota merkitään G:llä, nimittäin:

G=D·ηA

UHF- ja mikroaalto-RFID-radiotaajuustunnistusjärjestelmissä antennin vahvistus on rajoitettu elektronisen RFID-tunnisteantennin pienen alueen vuoksi. Vahvistuksen määrä riippuu antennin säteilykuvion tyypistä.

(5) Impedanssiominaisuudet

Antennin tuloimpedanssi voidaan ilmaista jännitteen ja virran suhteena antennin syöttöpisteessä, yleensä taajuuden funktiona. RFID-antennin impedanssin tulee olla 50 Ω tai 70 Ω, jotta saavutetaan impedanssisovitus tavanomaisen syöttölaitteen kanssa. RFID-antenni vastaa lukijan päätekuormaa ja elektronisen tunnisteen lähtöä, ja tuloimpedanssi Zin määritellään antennin tulojännitteen suhteeksi tulovirtaan Io.

RFID-antennin säteilyteho P∑ vastaa ekvivalentin impedanssin häviötä. Tätä ekvivalenttiimpedanssia kutsutaan säteilyimpedanssiksi Z∑,

3 Johtopäätös

Langattoman RFID-radiotaajuustekniikan sovellusvaatimusten jatkuvan selkiytymisen ja sovelluskentän jatkuvan laajentamisen myötä antennin suunnittelusta ja tutkimuksesta RFID-järjestelmän avainkomponenttina on tullut erittäin kiireellistä ja kiireellistä. Antennitekniikka on yksi RFID-järjestelmän avainteknologioista, ja sillä on teoreettista merkitystä ja käytännön arvoa RFID-teknologian kypsyyden ja laajan soveltamisen kannalta.