Forskning i UHF RFID-antennedesignteknologi

0 Forord

Anvendelsen af RFID-radiofrekvensidentifikationsteknologi (Radio Frequency Identification, RFID) har en lang historie. Det kan spores tilbage til det flyidentifikationssystem, der blev brugt af det britiske luftvåbens fly under Anden Verdenskrig. For nylig er RFID-radiofrekvensidentifikationsteknologi blevet brugt i vid udstrækning i varehåndtering, køretøjspositionering og underjordisk personalepositionering. Denne teknologi er en berøringsfri automatisk identifikationsteknologi, som bruger radiofrekvenssignaler til at opnå berøringsfri informationstransmission gennem rumlig kobling (vekslende magnetfelt eller elektromagnetisk felt) og opnår formålet med automatisk identifikation gennem den transmitterede information.

1 Oversigt over RFID-radiofrekvensteknologi

1.1 Grundlæggende sammensætning af RFID trådløst identifikationssystem

Det trådløse RFID-identifikationssystem består hovedsageligt af elektroniske RFID-tags, RFID-læsere, antenner og værtscomputerstyringssystemer. Informationen mellem den elektroniske RFID-tag og RFID-læseren transmitteres trådløst, så der er trådløse transceivermoduler og antenner (induktionsspoler) imellem dem. Effektdiagrammet er vist i figur 1.

Forskning i UHF RFID-antennedesignteknologi

(1) RFID elektronisk tag (Tag): RFID elektronisk tag er databæreren for radiofrekvensidentifikationssystemet. Består af koblingselementer og chips, hver RFID elektronisk tag har en unik EPC (Electronic ProductCode) elektronisk kode, som er knyttet til objektet for at identificere målobjektet. Sammenlignet med traditionelle stregkoder kan EPC-koder ikke kun afspejle en bestemt type produkt, men også være specifikke for et bestemt produkt.

(2) RFID-læser (læser): Læseren er en enhed, der kan læse eller skrive elektronisk taginformation. Dens grundlæggende funktion er at overføre data med tagget. Den kan designes som en håndholdt læser eller en fast læser.

(3) Antenne (Antenne): transmitter radiofrekvenssignaler mellem mærket og læseren.

1.2 Arbejdsprincip for RFID-system

Efter at den elektroniske RFID-tag kommer ind i det magnetiske felt, der udsendes af RFID-læseren, modtager den radiofrekvenssignalet sendt af læseren og udsender produktinformationen (passiv tag, passiv tag eller passiv tag), der er gemt i chippen i kraft af energi opnået af den inducerede strøm, eller Tagget sender Aktivt et signal med en bestemt frekvens (Active Tag, active tag eller active tag), og dekoderen læser og afkoder informationen og sender den derefter til det centrale informationssystem for relevante data forarbejdning. Det skematiske diagram over radiofrekvensidentifikationsprocessen er vist i figur 2.

2 RFID tag antenne ydeevneindeks

Det er ikke svært at se ud fra RFID-systemets identifikationsproces, at antennen spiller en vigtig rolle som en bro for RFID-læseren til at transmittere radiofrekvenssignaler mellem den elektroniske RFID-tag og RFID-læseren i processen med at registrere den elektroniske RFID. tag. RFID-læserantennen, Ydeevnen af den elektroniske RFID-tag-antenne er af stor betydning for at forbedre ydeevnen af hele identifikationssystemet. Da den elektroniske RFID-tag er fastgjort til den markerede genstand, vil den elektroniske RFID-tag-antenne blive påvirket af formen og fysiske egenskaber af den markerede genstand. Påvirkningsfaktorer omfatter materialet af den markerede genstand, arbejdsmiljøet for den markerede genstand osv. Derudover, i RFID-radiofrekvensenheden, når driftsfrekvensen stiger til mikrobølgeområdet, vil matchningsproblemet mellem antennen og RFID-elektronikken være. tag-chip bliver mere alvorlig. Disse faktorer har stillet højere krav til designet af RFID elektroniske tag-antenner, men også medført Store udfordringer.

Antennen er en enhed, der modtager eller udsender kraften fra front-end radiofrekvenssignalet i form af elektromagnetiske bølger. Det er en enhed i grænsefladen mellem kredsløbet og rummet og bruges til at realisere energiomdannelsen mellem den guidede bølge og den frie rumbølge. De nuværende RFID trådløse radiofrekvenssystemer er hovedsageligt koncentreret i lavfrekvente, højfrekvente, ultrahøje frekvensbånd og mikrobølgefrekvensbånd. Principperne og designet af RFID-systemantenner i forskellige driftsfrekvensbånd er fundamentalt forskellige:

(1) Retningskarakteristika

Antennestråling er retningsbestemt. Sammenhængskurven mellem amplitude og retning af strålingenn felt kaldes retningsdiagrammet, som faktisk er sammenhængskurven for feltstyrken i et punkt i en hvilken som helst retning af det fjerne feltfelt i samme retning. Retningsdiagrammet refererer generelt til det normaliserede retningsdiagram, det vil sige forholdskurven i samme retning som forholdet mellem feltstyrken i et punkt i enhver retning af fjernfeltsfeltet og det maksimale felt i samme afstand.

(2) Direktivitetskoefficient

Direktivitetskoefficienten er en parameter, der bruges til at angive, i hvilken grad antennen udsender elektromagnetiske bølger i en bestemt retning. Direktivitetskoefficienten for enhver retningsbestemt antenne refererer til forholdet mellem den samlede strålingseffekt af den ikke-retningsbestemte antenne og den samlede strålingseffekt af retningsantennen under betingelsen af ens elektrisk feltstyrke ved modtagepunktet. Ifølge denne definition, da strålingsintensiteten af retningsantennen varierer i alle retninger, varierer retningskoefficienten for antennen også med placeringen af observationspunktet. I den retning, hvor det elektriske strålingsfelt er størst, er retningskoefficienten også størst. Generelt er retningskoefficienten for en retningsbestemt antenne retningskoefficienten for den maksimale strålingsretning, det vil sige i en vis afstand fra antennen er strålingseffektfluxtætheden Smax for antennen i den maksimale strålingsretning den samme som af en ideel ikke-retningsbestemt antenne med den samme strålingseffekt Forholdet mellem strålingseffektfluxtætheden Så ved samme afstand betegnes D.

(3) Antenneeffektivitet

Antenneeffektivitet er et indeks, der bruges til at måle effektiviteten af en antenne til at konvertere energi. Antennevirkningsgraderne er alle mindre end 1, hvilket betyder, at en del af antennens indgangseffekt omdannes til udstrålet effekt, og en del af den er tabt effekt. Antenneeffektivitet er defineret som forholdet mellem antennestrålingseffekt og inputeffekt, angivet som ηA.

(4) Antenneforstærkning

Antennekoefficienten afspejler kun den mest koncentrerede grad af antennestrålingsenergien, og antenneforstærkningen afspejler ikke kun antennens strålingsevne, men tager også hensyn til antennens tabsfaktor. Under betingelse af den samme indgangseffekt er forholdet mellem den udstrålede effekttæthed S(θ, φ) af retningsantennen i en bestemt retning (θ, φ) i rummet og den udstrålede effekttæthed So for den tabsfri punktkildeantenne i denne retning kaldes antennens Gain, betegnet som G(θ, φ).

Forstærkningskoefficienten er en parameter, der omfattende måler energiomsætningen og retningsegenskaberne for den store linje. Det er produktet af retningskoefficienten og antenneeffektiviteten, som er betegnet som G, nemlig:

G=D·ηA

For UHF og mikrobølge RFID-radiofrekvensidentifikationssystemer er forstærkningen af antennen begrænset på grund af det lille område af den elektroniske RFID-tag-antenne. Mængden af forstærkning afhænger af typen af antennestrålingsmønster.

(5) Impedanskarakteristika

En antennes indgangsimpedans kan udtrykkes som forholdet mellem spænding og strøm ved antennetilførselspunktet, normalt som en funktion af frekvensen. RFID-antennens impedans bør designes til at være 50 Ω eller 70 Ω for at opnå impedanstilpasning med den konventionelle feeder. RFID-antennen svarer til læserens terminalbelastning og udgangen af den elektroniske tag, og indgangsimpedansen Zin er defineret som forholdet mellem antennens indgangsspænding og indgangsstrømmen Io.

Den udstrålede effekt P∑ fra RFID-antennen svarer til tabet i en tilsvarende impedans. Denne ækvivalente impedans kaldes strålingsimpedansen Z∑,

3 Konklusion

Med den kontinuerlige afklaring af applikationskravene til RFID trådløs radiofrekvensteknologi og den kontinuerlige udvidelse af applikationsområdet er design og forskning af antennen som en nøglekomponent i RFID-systemet blevet meget presserende og presserende. Antenneteknologi er en af nøgleteknologierne i RFID-systemet, og den har teoretisk betydning og praktisk værdi for modenheden og den brede anvendelse af RFID-teknologi.