Ricerca sulla tecnologia di progettazione delle antenne RFID UHF

0 Prefazione

L'applicazione della tecnologia di identificazione a radiofrequenza RFID (Radio Frequency Identification, RFID) ha una lunga storia. Può essere fatta risalire al sistema di identificazione degli aeromobili utilizzato dagli aerei dell'aeronautica militare britannica durante la seconda guerra mondiale. Di recente, la tecnologia di identificazione a radiofrequenza RFID è stata ampiamente utilizzata nella gestione degli articoli, nel posizionamento dei veicoli e nel posizionamento del personale sotterraneo. Questa tecnologia è una tecnologia di identificazione automatica senza contatto, che utilizza segnali a radiofrequenza per ottenere la trasmissione di informazioni senza contatto tramite accoppiamento spaziale (campo magnetico alternato o campo elettromagnetico) e raggiunge lo scopo dell'identificazione automatica tramite le informazioni trasmesse.

1 Panoramica della tecnologia a radiofrequenza RFID

1.1 Composizione di base del sistema di identificazione wireless RFID

Il sistema di identificazione wireless RFID è composto principalmente da Tag elettronici RFID, lettori RFID, antenne e sistemi di gestione del computer host. Le informazioni tra il tag elettronico RFID e il Lettore RFID vengono trasmesse in modalità wireless, quindi ci sono moduli transceiver wireless e antenne (bobine di induzione) tra di loro. Il diagramma dell'effetto è mostrato nella Figura 1.

Ricerca sulla tecnologia di progettazione dell'Antenna RFID UHF

(1) Tag elettronico RFID (Tag): il tag elettronico RFID è il supporto dati del sistema di identificazione a radiofrequenza. Composto da elementi di accoppiamento e chip, ogni tag elettronico RFID ha un codice elettronico EPC (Electronic ProductCode) univoco, che è attaccato all'oggetto per identificare l'oggetto di destinazione. Rispetto ai tradizionali codici a barre, i codici EPC possono non solo riflettere un certo tipo di prodotto, ma anche essere specifici per un certo prodotto.

(2) Lettore RFID (lettore): il lettore è un dispositivo in grado di leggere o scrivere informazioni sul tag elettronico. La sua funzione di base è quella di trasmettere dati con il tag. Può essere progettato come lettore portatile o lettore fisso.

(3) Antenna (antenna): trasmette segnali a radiofrequenza tra il tag e il lettore.

1.2 Principio di funzionamento del sistema RFID

Dopo che il tag elettronico RFID entra nel campo magnetico emesso dal lettore RFID, riceve il segnale a radiofrequenza inviato dal lettore e invia le informazioni sul prodotto (tag passivo, tag passivo o tag passivo) memorizzate nel chip in virtù dell'energia ottenuta dalla corrente indotta, oppure il tag invia attivamente un segnale di una certa frequenza (tag attivo, tag attivo o tag attivo) e il decodificatore legge e decodifica le informazioni, quindi le invia al sistema informativo centrale per l'elaborazione dei dati pertinenti. Lo schema del processo di identificazione a radiofrequenza è mostrato nella Figura 2.

2 Indice di prestazione dell'antenna del tag RFID

Non è difficile vedere dal processo di identificazione del sistema RFID che l'antenna svolge un ruolo importante come ponte per il lettore RFID per trasmettere segnali a radiofrequenza tra il tag elettronico RFID e il lettore RFID nel processo di rilevamento del tag elettronico RFID. L'antenna del lettore RFID, Le prestazioni dell'antenna del tag elettronico RFID sono di grande importanza per migliorare le prestazioni dell'intero sistema di identificazione. Poiché il tag elettronico RFID è attaccato all'oggetto contrassegnato, l'antenna del tag elettronico RFID sarà influenzata dalla forma e dalle caratteristiche fisiche dell'oggetto contrassegnato. I fattori che influenzano includono il materiale dell'oggetto contrassegnato, l'ambiente di lavoro dell'articolo contrassegnato, ecc. Inoltre, nel dispositivo a radiofrequenza RFID, quando la frequenza operativa aumenta fino alla regione delle microonde, il problema di corrispondenza tra l'antenna e il chip del tag elettronico RFID diventa più grave. Questi fattori hanno posto requisiti più elevati per la progettazione di antenne per tag elettronici RFID, ma hanno anche portato grandi sfide.

L'antenna è un dispositivo che riceve o irradia la potenza del segnale di radiofrequenza front-end sotto forma di onde elettromagnetiche. È un dispositivo all'interfaccia tra il circuito e lo spazio e viene utilizzato per realizzare la conversione di energia tra l'onda guidata e l'onda dello spazio libero. Gli attuali sistemi di radiofrequenza wireless RFID sono principalmente concentrati in bande di frequenza a bassa frequenza, alta frequenza, ultra alta frequenza e microonde. I principi e i progetti delle antenne del sistema RFID in diverse bande di frequenza operative sono fondamentalmente diversi:

(1) Caratteristiche direzionali

La radiazione dell'antenna è direzionale. La curva di relazione tra l'ampiezza e la direzione della radiazn field è chiamato diagramma di direzione, che è in realtà la curva di relazione dell'intensità di campo in un punto in qualsiasi direzione del campo di campo lontano nella stessa direzione. Il diagramma di direzione si riferisce generalmente al diagramma di direzione normalizzato, ovvero la curva di relazione nella stessa direzione del rapporto tra l'intensità di campo in un punto in qualsiasi direzione del campo di campo lontano e il campo massimo alla stessa distanza.

(2) Coefficiente di direttività

Il coefficiente di direttività è un parametro utilizzato per indicare il grado in cui l'antenna irradia onde elettromagnetiche in una determinata direzione. Il coefficiente di direttività di qualsiasi antenna direzionale si riferisce al rapporto tra la potenza di radiazione totale dell'antenna non direzionale e la potenza di radiazione totale dell'antenna direzionale in condizioni di uguale intensità di campo elettrico nel punto di ricezione. Secondo questa definizione, poiché l'intensità di radiazione dell'antenna direzionale varia in tutte le direzioni, anche il coefficiente di direttività dell'antenna varia con la posizione del punto di osservazione. Nella direzione in cui il campo elettrico di radiazione è più grande, anche il coefficiente di direttività è più grande. In generale, il coefficiente di direttività di un'antenna direzionale è il coefficiente di direttività della direzione di massima radiazione, ovvero, a una certa distanza dall'antenna, la densità di flusso di potenza di radiazione Smax dell'antenna nella direzione di massima radiazione è la stessa di quella di un'antenna non direzionale ideale con la stessa potenza di radiazione. Il rapporto della densità di flusso di potenza di radiazione Quindi alla stessa distanza è indicato come D.

(3) Efficienza dell'antenna

L'efficienza dell'antenna è un indice utilizzato per misurare l'efficacia di un'antenna nella conversione dell'energia. Le efficienze dell'antenna sono tutte inferiori a 1, il che significa che parte della potenza di ingresso dell'antenna viene convertita in potenza irradiata e parte di essa è potenza persa. L'efficienza dell'antenna è definita come il rapporto tra la potenza di radiazione dell'antenna e la potenza di ingresso, indicata come ηA.

(4) Guadagno dell'antenna

Il coefficiente dell'antenna riflette solo il grado più concentrato dell'energia di radiazione dell'antenna e il guadagno dell'antenna non riflette solo la capacità di radiazione dell'antenna, ma considera anche il fattore di perdita dell'antenna. In condizioni di stessa potenza di ingresso, il rapporto tra la densità di potenza irradiata S(θ, φ) dell'antenna direzionale in una certa direzione (θ, φ) nello spazio e la densità di potenza irradiata So dell'antenna puntiforme senza perdite in questa direzione è chiamato guadagno dell'antenna, indicato come G(θ, φ).

Il coefficiente di guadagno è un parametro che misura in modo completo la conversione di energia e le caratteristiche direzionali della linea grande. È il prodotto del coefficiente di direttività e dell'efficienza dell'antenna, che è indicata come G, vale a dire:

G=D·ηA

Per i sistemi di identificazione a radiofrequenza RFID UHF e a microonde, il guadagno dell'antenna è limitato a causa della piccola area dell'antenna del tag elettronico RFID. La quantità di guadagno dipende dal tipo di diagramma di radiazione dell'antenna.

(5) Caratteristiche di impedenza

L'impedenza di ingresso di un'antenna può essere espressa come il rapporto tra tensione e corrente nel punto di alimentazione dell'antenna, solitamente in funzione della frequenza. L'impedenza dell'antenna RFID deve essere progettata per essere 50 Ω o 70 Ω per ottenere l'adattamento dell'impedenza con l'alimentatore convenzionale. L'antenna RFID è equivalente al carico terminale del lettore e all'uscita del tag elettronico, e l'impedenza di ingresso Zin è definita come il rapporto tra la tensione di ingresso dell'antenna e la corrente di ingresso Io.

La potenza irradiata P∑ dell'antenna RFID è equivalente alla perdita in un'impedenza equivalente. Questa impedenza equivalente è chiamata impedenza di radiazione Z∑,

3 Conclusione

Con la continua chiarificazione dei requisiti applicativi della tecnologia a radiofrequenza wireless RFID e la continua espansione del campo di applicazione, la progettazione e la ricerca dell'antenna come componente chiave del sistema RFID sono diventate molto urgenti e urgenti. La tecnologia dell'antenna è una delle tecnologie chiave del sistema RFID e ha un significato teorico e un valore pratico per la maturità e l'ampia applicazione della tecnologia RFID.