Investigació sobre la tecnologia de disseny d'antenes RFID UHF

0 Pròleg

L'aplicació de la tecnologia d'identificació de radiofreqüència RFID (Radio Frequency Identification, RFID) té una llarga història. Es pot remuntar al sistema d'identificació d'aeronaus utilitzat per l'avió de la Força Aèria Britànica durant la Segona Guerra Mundial. Recentment, la tecnologia d'identificació de radiofreqüència RFID s'ha utilitzat àmpliament en la gestió d'articles, el posicionament de vehicles i el posicionament del personal subterrani. Aquesta tecnologia és una tecnologia d'identificació automàtica sense contacte, que utilitza senyals de radiofreqüència per aconseguir la transmissió d'informació sense contacte mitjançant l'acoblament espacial (camp magnètic alternatiu o camp electromagnètic) i aconsegueix el propòsit d'identificació automàtica mitjançant la informació transmesa.

1 Visió general de la tecnologia de radiofreqüència RFID

1.1 Composició bàsica del sistema d'identificació sense fil RFID

El sistema d'identificació sense fil RFID es compon principalment d'Etiquetes electròniques RFID, lectors RFID, antenes i sistemes de gestió de l'ordinador amfitrió. La informació entre l'etiqueta electrònica RFID i el Lector RFID es transmet sense fil, de manera que hi ha mòduls transceptors sense fil i antenes (bobines d'inducció) entre ells. El diagrama d'efectes es mostra a la figura 1.

Investigació sobre la tecnologia de disseny d'antenes RFID UHF

(1) Etiqueta electrònica RFID (etiqueta): l'etiqueta electrònica RFID és el portador de dades del sistema d'identificació de radiofreqüència. Composta per elements d'acoblament i xips, cada etiqueta electrònica RFID té un codi electrònic únic EPC (Electronic ProductCode), que s'adjunta a l'objecte per identificar l'objecte objectiu. En comparació amb els codis de barres tradicionals, els codis EPC no només poden reflectir un determinat tipus de producte, sinó que també poden ser específics per a un determinat producte.

(2) Lector RFID (Lector): El lector és un dispositiu capaç de llegir o escriure informació d'etiquetes electròniques. La seva funció bàsica és transmetre dades amb l'etiqueta. Es pot dissenyar com un lector de mà o un lector fix.

(3) Antena (Antena): transmet senyals de radiofreqüència entre l'etiqueta i el lector.

1.2 Principi de funcionament del sistema RFID

Després que l'etiqueta electrònica RFID entri al camp magnètic emès pel lector RFID, rep el senyal de radiofreqüència enviat pel lector i envia la informació del producte (etiqueta passiva, etiqueta passiva o etiqueta passiva) emmagatzemada al xip en virtut del energia obtinguda pel corrent induït, o L'etiqueta envia activament un senyal d'una determinada freqüència (etiqueta activa, etiqueta activa o etiqueta activa) i el descodificador llegeix i descodifica la informació i després l'envia a el sistema d'informació central per al tractament de dades rellevants. El diagrama esquemàtic del procés d'identificació per radiofreqüència es mostra a la figura 2.

2 Índex de rendiment de l'antena d'etiquetes RFID

No és difícil veure des del procés d'identificació del sistema RFID que l'antena té un paper important com a pont perquè el lector RFID transmeti senyals de radiofreqüència entre l'etiqueta electrònica RFID i el lector RFID en el procés de detecció de l'electrònica RFID. etiqueta. L'antena del lector RFID, el rendiment de l'antena de l'etiqueta electrònica RFID és de gran importància per millorar el rendiment de tot el sistema d'identificació. Com que l'etiqueta electrònica RFID s'adjunta a l'objecte marcat, l'antena de l'etiqueta electrònica RFID es veurà afectada per la forma i les característiques físiques de l'objecte marcat. Els factors que influeixen inclouen el material de l'objecte marcat, l'entorn de treball de l'article marcat, etc. A més, en el dispositiu de radiofreqüència RFID, quan la freqüència de funcionament augmenta a la regió de microones, el problema de concordança entre l'antena i l'electrònica RFID El xip d'etiqueta es fa més greu. Aquests factors han plantejat requisits més elevats per al disseny d'antenes d'etiquetes electròniques RFID, però també han suposat grans reptes.

L'antena és un dispositiu que rep o irradia la potència del senyal de radiofreqüència frontal en forma d'ones electromagnètiques. És un dispositiu a la interfície entre el circuit i l'espai, i s'utilitza per realitzar la conversió d'energia entre l'ona guiada i l'ona d'espai lliure. Els sistemes de radiofreqüència sense fil RFID actuals es concentren principalment en bandes de freqüència baixa, alta, ultra alta i microones. Els principis i dissenys de les antenes del sistema RFID en diferents bandes de freqüència de funcionament són fonamentalment diferents:

(1) Característiques direccionals

La radiació de l'antena és direccional. La corba de relació entre l'amplitud i la direcció de la radiación camp s'anomena diagrama de direcció, que en realitat és la corba de relació de la intensitat del camp en un punt en qualsevol direcció del camp de camp llunyà en la mateixa direcció. El diagrama de direcció generalment es refereix al diagrama de direcció normalitzat, és a dir, la corba de relació en la mateixa direcció que la relació entre la intensitat del camp en un punt en qualsevol direcció del camp de camp llunyà i el camp màxim a la mateixa distància.

(2) Coeficient de directivitat

El coeficient de directivitat és un paràmetre utilitzat per indicar el grau en què l'antena irradia ones electromagnètiques en una direcció determinada. El coeficient de directivitat de qualsevol antena direccional es refereix a la relació entre la potència de radiació total de l'antena no direccional i la potència de radiació total de l'antena direccional amb la mateixa intensitat del camp elèctric al punt receptor. Segons aquesta definició, com que la intensitat de radiació de l'antena direccional varia en totes les direccions, el coeficient de directivitat de l'antena també varia amb la posició del punt d'observació. En la direcció on el camp elèctric de radiació és més gran, el coeficient de directivitat també és el més gran. En general, el coeficient de directivitat d'una antena direccional és el coeficient de directivitat de la direcció de radiació màxima, és a dir, a una certa distància de l'antena, la densitat de flux de potència de radiació Smax de l'antena en la direcció de radiació màxima és la mateixa que la d'una antena no direccional ideal amb la mateixa potència de radiació La relació de la densitat de flux de potència de radiació Per tant, a la mateixa distància es denota D.

(3) Eficiència de l'antena

L'eficiència de l'antena és un índex utilitzat per mesurar l'eficàcia d'una antena en la conversió d'energia. Les eficiències de l'antena són totes inferiors a 1, el que significa que una part de la potència d'entrada de l'antena es converteix en potència radiada i una part es perd. L'eficiència de l'antena es defineix com la relació entre la potència de radiació de l'antena i la potència d'entrada, denotada com a ηA.

(4) Guany d'antena

El coeficient de l'antena només reflecteix el grau més concentrat de l'energia de radiació de l'antena, i el guany de l'antena no només reflecteix la capacitat de radiació de l'antena, sinó que també té en compte el factor de pèrdua de l'antena. Amb la mateixa potència d'entrada, la relació entre la densitat de potència radiada S(θ, φ) de l'antena direccional en una certa direcció (θ, φ) a l'espai amb la densitat de potència radiada So de l'antena de font puntual sense pèrdues en aquesta direcció s'anomena guany de l'antena, denotada com G(θ, φ).

El coeficient de guany és un paràmetre que mesura de manera exhaustiva la conversió d'energia i les característiques direccionals de la línia gran. És el producte del coeficient de directivitat i l'eficiència de l'antena, que es denota com a G, és a dir:

G=D·ηA

Per als sistemes d'identificació de radiofreqüència RFID UHF i microones, el guany de l'antena està limitat a causa de la petita àrea de l'antena de l'etiqueta electrònica RFID. La quantitat de guany depèn del tipus de patró de radiació de l'antena.

(5) Característiques d'impedància

La impedància d'entrada d'una antena es pot expressar com la relació entre la tensió i el corrent al punt d'alimentació de l'antena, normalment en funció de la freqüència. La impedància de l'Antena RFID s'ha de dissenyar per ser de 50 Ω o 70 Ω per tal d'aconseguir que la impedància coincideixi amb l'alimentador convencional. L'antena RFID és equivalent a la càrrega terminal del lector i la sortida de l'etiqueta electrònica, i la impedància d'entrada Zin es defineix com la relació entre la tensió d'entrada de l'antena i el corrent d'entrada Io.

La potència radiada P∑ de l'antena RFID és equivalent a la pèrdua d'una impedància equivalent. Aquesta impedància equivalent s'anomena impedància de radiació Z∑,

3 Conclusió

Amb l'aclariment continu dels requisits d'aplicació de la tecnologia de radiofreqüència sense fil RFID i l'expansió contínua del camp d'aplicació, el disseny i la investigació de l'antena com a component clau del sistema RFID s'ha tornat molt urgent i urgent. La tecnologia d'antena és una de les tecnologies clau del sistema RFID, i té un significat teòric i un valor pràctic per a la maduresa i l'amplia aplicació de la tecnologia RFID.