Výzkum technologie UHF RFID antény

0 Předmluva

Aplikace technologie RFID radiofrekvenční identifikace (Radio Frequency Identification, RFID) má dlouhou historii. To lze vysledovat zpět k identifikačnímu systému letadla používanému letadly britského letectva během druhé světové války. V poslední době je technologie RFID radiofrekvenční identifikace široce používána při správě položek, určování polohy vozidel a určování polohy personálu v podzemí. Tato technologie je bezkontaktní technologie automatické identifikace, která využívá vysokofrekvenční signály k dosažení bezkontaktního přenosu informací prostřednictvím prostorové vazby (střídavé magnetické pole nebo elektromagnetické pole) a dosahuje účelu automatické identifikace prostřednictvím přenášených informací.

1 Přehled radiofrekvenční technologie RFID

1.1 Základní složení RFID bezdrátového identifikačního systému

Bezdrátový identifikační systém RFID se skládá hlavně z elektronických štítků RFID, čteček RFID, antén a systémů správy hostitelských počítačů. Informace mezi RFID elektronickým štítkem a RFID čtečkou jsou přenášeny bezdrátově, takže jsou mezi nimi bezdrátové moduly transceiveru a antény (indukční cívky). Diagram efektů je znázorněn na obrázku 1.

Výzkum technologie UHF RFID antény

(1) Elektronický štítek RFID (Tag): Elektronický štítek RFID je nosič dat systému radiofrekvenční identifikace. Každý elektronický štítek RFID, složený ze spojovacích prvků a čipů, má jedinečný elektronický kód EPC (Electronic ProductCode), který je připojen k objektu pro identifikaci cílového objektu. Ve srovnání s tradičními čárovými kódy mohou EPC kódy nejen odrážet určitý typ produktu, ale také být specifické pro určitý produkt.

(2) Čtečka RFID (čtečka): Čtečka je zařízení schopné číst nebo zapisovat informace z elektronických štítků. Jeho základní funkcí je přenos dat s tagem. Může být navržena jako ruční čtečka nebo pevná čtečka.

(3) Anténa (anténa): přenáší vysokofrekvenční signály mezi štítkem a čtečkou.

1.2 Princip činnosti RFID systému

Poté, co elektronický štítek RFID vstoupí do magnetického pole vyzařovaného čtečkou RFID, přijme radiofrekvenční signál odeslaný čtečkou a odešle informace o produktu (pasivní štítek, pasivní štítek nebo pasivní štítek) uložené v čipu díky energii získané indukovaným proudem, nebo štítek aktivně vyšle signál o určité frekvenci (aktivní štítek, aktivní štítek nebo aktivní štítek) a odešle informace do centrálního dekódovacího systému pro přečtení informací a odešle informace do centrálního dekodéru pro přečtení zpracování. Schematický diagram procesu radiofrekvenční identifikace je znázorněn na obrázku 2.

2 Index výkonu antény RFID tag

Z identifikačního procesu systému RFID není těžké vidět, že anténa hraje důležitou roli jako most pro čtečku RFID pro přenos vysokofrekvenčních signálů mezi elektronickým štítkem RFID a čtečkou RFID v procesu snímání elektronického štítku RFID. Anténa čtečky RFID, Výkon antény elektronického štítku RFID má velký význam pro zlepšení výkonu celého identifikačního systému. Protože je elektronický štítek RFID připevněn k označenému předmětu, bude anténa elektronického štítku RFID ovlivněna tvarem a fyzickými vlastnostmi označeného předmětu. Ovlivňující faktory zahrnují materiál označeného předmětu, pracovní prostředí označeného předmětu atd. Navíc v RFID radiofrekvenčním zařízení, když se provozní frekvence zvýší do mikrovlnné oblasti, se problém s přizpůsobením mezi anténou a čipem elektronického štítku RFID stává závažnějším. Tyto faktory vyvolaly vyšší požadavky na konstrukci antén RFID elektronických štítků, ale také přinesly velké výzvy.

Anténa je zařízení, které přijímá nebo vyzařuje výkon předního radiofrekvenčního signálu ve formě elektromagnetických vln. Je to zařízení na rozhraní mezi obvodem a prostorem a používá se k realizaci přeměny energie mezi řízenou vlnou a vlnou volného prostoru. Současné bezdrátové radiofrekvenční systémy RFID se soustřeďují hlavně v nízkofrekvenčních, vysokofrekvenčních, ultravysokofrekvenčních a mikrovlnných frekvenčních pásmech. Principy a konstrukce antén systému RFID v různých provozních frekvenčních pásmech se zásadně liší:

(1) Směrové charakteristiky

Anténní záření je směrové. Křivka vztahu mezi amplitudou a směrem zářenín pole se nazývá směrový diagram, což je vlastně křivka vztahu intenzity pole v bodě v libovolném směru pole vzdáleného pole ve stejném směru. Směrový diagram obecně odkazuje na normalizovaný směrový diagram, to je křivka vztahu ve stejném směru jako poměr intenzity pole v bodě v libovolném směru pole vzdáleného pole k maximálnímu poli ve stejné vzdálenosti.

(2) Koeficient směrovosti

Koeficient směrovosti je parametr používaný k označení stupně, do kterého anténa vyzařuje elektromagnetické vlny v určitém směru. Koeficient směrovosti jakékoli směrové antény se vztahuje k poměru celkového vyzařovacího výkonu nesměrové antény k celkovému vyzařovacímu výkonu směrové antény za podmínky stejné intenzity elektrického pole v přijímacím bodě. Podle této definice, protože intenzita záření směrové antény se mění ve všech směrech, mění se také směrový koeficient antény s polohou pozorovacího bodu. Ve směru, kde je elektrické pole záření největší, je také největší koeficient směrovosti. Obecně platí, že směrový koeficient směrové antény je směrový koeficient maximálního směru záření, to znamená, že v určité vzdálenosti od antény je hustota toku výkonu záření Smax antény ve směru maximálního záření stejná jako u ideální nesměrové antény se stejným výkonem záření Poměr hustoty toku výkonu záření So ve stejné vzdálenosti se označuje jako D.

(3) Účinnost antény

Účinnost antény je index používaný k měření účinnosti antény při přeměně energie. Všechny účinnosti antény jsou menší než 1, což znamená, že část vstupního výkonu antény je přeměněna na vyzářený výkon a část je ztracena. Účinnost antény je definována jako poměr vyzařovacího výkonu antény ke vstupnímu výkonu, označovaný jako ηA.

(4) Zisk antény

Koeficient antény odráží pouze nejkoncentrovanější stupeň vyzařovací energie antény a zisk antény odráží nejen vyzařovací schopnost antény, ale také bere v úvahu ztrátový faktor antény. Za podmínky stejného příkonu se poměr hustoty vyzařovaného výkonu S(θ, φ) směrové antény v určitém směru (θ, φ) v prostoru k hustotě vyzařovaného výkonu So bezztrátové antény bodového zdroje v tomto směru nazývá zisk antény, označovaný jako G(θ, φ).

Koeficient zisku je parametr, který komplexně měří přeměnu energie a směrovou charakteristiku velkého vedení. Je to součin směrového koeficientu a účinnosti antény, který je označen jako G, a to:

G=D·ηA

Pro UHF a mikrovlnné RFID radiofrekvenční identifikační systémy je zisk antény omezený kvůli malé ploše RFID elektronické štítkové antény. Velikost zisku závisí na typu vyzařovacího diagramu antény.

(5) Impedanční charakteristiky

Vstupní impedanci antény lze vyjádřit jako poměr napětí k proudu v bodě napájení antény, obvykle jako funkce frekvence. Impedance RFID antény by měla být navržena na 50 Ω nebo 70 Ω, aby bylo dosaženo impedančního přizpůsobení konvenčnímu napáječi. RFID anténa je ekvivalentní zátěži terminálu čtečky a výstupu elektronického štítku a vstupní impedance Zin je definována jako poměr vstupního napětí antény ke vstupnímu proudu Io.

Vyzařovaný výkon P∑ RFID antény je ekvivalentní ztrátě v ekvivalentní impedanci. Tato ekvivalentní impedance se nazývá radiační impedance Z∑,

3 Závěr

S neustálým objasňováním aplikačních požadavků bezdrátové radiofrekvenční technologie RFID a neustálým rozšiřováním aplikačního pole se návrh a výzkum antény jako klíčové součásti systému RFID stal velmi naléhavým a naléhavým. Anténní technologie je jednou z klíčových technologií systému RFID a má teoretický význam i praktickou hodnotu pro vyspělost a široké uplatnění technologie RFID.