UHF RFID-antennide disainitehnoloogia uuringud

0 Eessõna

RFID-raadiosagedustuvastuse tehnoloogia (Radio Frequency Identification, RFID) rakendamisel on pikk ajalugu. Selle ajalugu ulatub tagasi Teise maailmasõja ajal Briti õhujõudude lennukite poolt kasutatud õhusõidukite identifitseerimissüsteemini. Hiljuti on RFID-raadiosagedustuvastuse tehnoloogiat laialdaselt kasutatud esemete haldamisel, sõidukite positsioneerimisel ja maa-aluse personali positsioneerimisel. See tehnoloogia on kontaktivaba automaatne identifitseerimistehnoloogia, mis kasutab raadiosagedussignaale kontaktivaba teabe edastamiseks ruumilise sidestuse (vahelduva magnetvälja või elektromagnetvälja) abil ja saavutab edastatud teabe abil automaatse tuvastamise eesmärgi.

1 RFID-raadiosagedustehnoloogia ülevaade

1.1 RFID-traadita identifitseerimissüsteemi põhikoostis

RFID-traadita identifitseerimissüsteem koosneb peamiselt RFID-elektroonilistest siltidest, RFID-lugeritest, antennidest ja hostarvuti haldussüsteemidest. Teave RFID-elektroonilise sildi ja RFID-lugeri vahel edastatakse juhtmevabalt, seega on nende vahel traadita saatja-vastuvõtja moodulid ja antennid (induktsioonimähised). Efekti diagramm on näidatud joonisel 1.

UHF-i RFID-antennide disainitehnoloogia uuring

(1) RFID-elektrooniline silt (Tag): RFID-elektrooniline silt on raadiosagedusliku identifitseerimissüsteemi andmekandja. Igal RFID-elektroonilsel sildil, mis koosneb ühenduselementidest ja kiipidest, on unikaalne EPC (elektrooniline tootekood) elektrooniline kood, mis kinnitatakse objektile sihtobjekti tuvastamiseks. Võrreldes traditsiooniliste vöötkoodidega ei saa EPC-koodid mitte ainult kajastada teatud tüüpi toodet, vaid olla ka konkreetsele tootele omased.

(2) RFID-lugeja (lugeja): lugeja on seade, mis on võimeline lugema või kirjutama elektroonilise sildi teavet. Selle põhifunktsioon on andmete edastamine sildi abil. See võib olla konstrueeritud pihuarvuti või statsionaarse lugejana.

(3) Antenn (antenn): edastab raadiosageduslikke signaale sildi ja lugeja vahel.

1.2 RFID-süsteemi tööpõhimõte

Pärast seda, kui RFID-elektrooniline silt siseneb RFID-lugeri kiiratavasse magnetvälja, võtab see vastu lugeja saadetud raadiosagedussignaali ja saadab indutseeritud voolu abil saadud energia abil kiibile salvestatud tooteteabe (passiivne silt, passiivne silt või passiivne silt) või saadab silt aktiivselt teatud sagedusega signaali (aktiivne silt, aktiivne silt või aktiivne silt) ning dekooder loeb ja dekodeerib teabe ning saadab selle seejärel asjakohaseks andmetöötluseks kesksesse infosüsteemi. Raadiosagedusliku identifitseerimise protsessi skemaatiline diagramm on näidatud joonisel 2.

2 RFID-märgise antenni jõudlusindeks

RFID-süsteemi identifitseerimisprotsessist pole raske näha, et antennil on oluline roll sillana RFID-lugeja jaoks, et edastada raadiosageduslikke signaale RFID-elektroonilise märgise ja RFID-lugeja vahel RFID-elektroonilise märgise tuvastamise protsessis. RFID-lugeja antenn. RFID-elektroonilise märgise antenni jõudlus on kogu identifitseerimissüsteemi jõudluse parandamiseks väga oluline. Kuna RFID-elektrooniline märgis on kinnitatud märgistatud objektile, mõjutavad RFID-elektroonilise märgise antenni märgistatud objekti kuju ja füüsikalised omadused. Mõjutavate tegurite hulka kuuluvad märgistatud objekti materjal, märgistatud eseme töökeskkond jne. Lisaks süveneb RFID-raadiosagedusseadmes antenni ja RFID-elektroonilise märgise kiibi vaheline sobitusprobleem, kui töösagedus suureneb mikrolaineahju piirkonda. Need tegurid on esitanud RFID-elektrooniliste siltide antennide disainile kõrgemad nõuded, kuid toonud kaasa ka suuri väljakutseid.

Antenn on seade, mis võtab vastu või kiirgab esiotsa raadiosagedussignaali võimsust elektromagnetlainete kujul. See on seade vooluringi ja ruumi vahelisel liidesel ning seda kasutatakse suunatud laine ja vaba ruumi laine vahelise energia muundamiseks. Praegused RFID-traadita raadiosagedussüsteemid on peamiselt koondunud madalsagedus-, kõrgsagedus-, ülikõrgsagedus- ja mikrolaine sagedusribadesse. RFID-süsteemi antennide põhimõtted ja konstruktsioonid erinevates töösagedusribades on põhimõtteliselt erinevad:

(1) Suunaomadused

Antenni kiirgus on suunatud. Kiirguse amplituudi ja suuna vaheline seoskõvern-välja nimetatakse suunadiagrammiks, mis on tegelikult väljatugevuse suhe kõver kaugväljavälja mis tahes suunas asuvas punktis samas suunas. Suunadiagramm viitab üldiselt normaliseeritud suunadiagrammile, st samas suunas olevale suhtekõverale kui kaugväljavälja mis tahes suuna punkti väljatugevuse suhe samal kaugusel asuvasse maksimaalsesse väljatugevusse.

(2) Suunategur

Suunategur on parameeter, mida kasutatakse antenni elektromagnetlainete kiirgamise ulatuse näitamiseks teatud suunas. Mis tahes suunantenni suunategur viitab mittesuunatud antenni kogukiirgusvõimsuse ja suunantenni kogukiirgusvõimsuse suhtele vastuvõtupunktis võrdse elektrivälja tugevuse korral. Selle definitsiooni kohaselt, kuna suunantenni kiirgusintensiivsus varieerub igas suunas, varieerub ka antenni suunategur vastavalt vaatluspunkti asukohale. Suunas, kus kiirguse elektriväli on suurim, on ka suunategur suurim. Üldiselt on suunantenni suunategur maksimaalse kiirgussuuna suunategur, see tähendab, et teatud kaugusel antennist on antenni kiirgusvõimsuse vootihedus Smax maksimaalses kiirgussuunas sama, mis ideaalsel mittesuunatud antennil sama kiirgusvõimsusega. Kiirgusvõimsuse vootiheduse suhet So samal kaugusel tähistatakse D-ga.

(3) Antenni efektiivsus

Antenni efektiivsus on indeks, mida kasutatakse antenni energia muundamise efektiivsuse mõõtmiseks. Antenni efektiivsused on kõik väiksemad kui 1, mis tähendab, et osa antenni sisendvõimsusest muundatakse kiirgusvõimsuseks ja osa sellest on kaduvõimsus. Antenni efektiivsus on defineeritud kui antenni kiirgusvõimsuse ja sisendvõimsuse suhe, mida tähistatakse kui ηA.

(4) Antenni võimendus

Antenni koefitsient peegeldab ainult antenni kiirgusenergia kõige kontsentreeritumat astet ning antenni võimendus ei peegelda mitte ainult antenni kiirgusvõimet, vaid arvestab ka antenni kadutegurit. Sama sisendvõimsuse korral nimetatakse teatud suunas (θ, φ) ruumis suunatud suunantenni kiirgusvõimsuse tiheduse S(θ, φ) ja kadudeta punktallika antenni kiirgusvõimsuse tiheduse So suhet selles suunas antenni võimenduseks ja tähistatakse kui G(θ, φ).

Võimendustegur on parameeter, mis mõõdab ulatuslikult suure joone energiamuundust ja suunaomadusi. See on suunateguri ja antenni efektiivsuse korrutis, mida tähistatakse G-ga, nimelt:

G=D·ηA

UHF-i ja mikrolaine RFID-raadiosageduslike tuvastussüsteemide puhul on antenni võimendus piiratud RFID-elektroonilise sildi antenni väikese pindala tõttu. Võimendus sõltub antenni kiirgusmustri tüübist.

(5) Takistuse karakteristikud

Antenni sisendtakistust saab väljendada pinge ja voolu suhtena antenni toitepunktis, tavaliselt sageduse funktsioonina. RFID-antenni takistus peaks olema projekteeritud 50 Ω või 70 Ω suuruseks, et saavutada takistuse vastavus tavapärase toiteliiniga. RFID-antenn on samaväärne lugeja klemmide koormuse ja elektroonilise sildi väljundiga ning sisendtakistus Zin on defineeritud kui antenni sisendpinge ja sisendvoolu Io suhe.

RFID-antenni kiirgusvõimsus P∑ on samaväärne ekvivalenttakistuse kaotusega. Seda ekvivalenttakistuse nimetatakse kiirgustakistuseks Z∑,

3. Kokkuvõte

RFID-traadita raadiosagedustehnoloogia rakendusnõuete pideva selgitamise ja rakendusvaldkonna pideva laienemisega on antenni kui RFID-süsteemi põhikomponendi projekteerimine ja uurimine muutunud väga pakiliseks ja pakiliseks. Antennitehnoloogia on RFID-süsteemi üks võtmetehnoloogiaid ning sellel on teoreetiline tähtsus ja praktiline väärtus RFID-tehnoloogia küpsuse ja laialdase rakendamise seisukohast.