Pesquisa sobre tecnologia de design de antena UHF RFID

0 Prefácio

A aplicação da tecnologia de identificação por radiofrequência RFID (Radio Frequency Identification, RFID) tem uma longa história. Ela pode ser rastreada até o sistema de identificação de aeronaves usado pela Força Aérea Britânica durante a Segunda Guerra Mundial. Recentemente, a tecnologia de identificação por radiofrequência RFID tem sido amplamente usada no gerenciamento de itens, posicionamento de veículos e posicionamento de pessoal subterrâneo. Esta tecnologia é uma tecnologia de identificação automática sem contato, que usa sinais de radiofrequência para obter transmissão de informações sem contato por meio de acoplamento espacial (campo magnético alternado ou campo eletromagnético) e atinge o propósito de identificação automática por meio das informações transmitidas.

1 Visão geral da tecnologia de radiofrequência RFID

1.1 Composição básica do sistema de identificação sem fio RFID

O sistema de identificação sem fio RFID é composto principalmente de Etiquetas eletrônicas RFID, leitores RFID, antenas e sistemas de gerenciamento de computador host. As informações entre a etiqueta eletrônica RFID e o Leitor RFID são transmitidas sem fio, portanto, há módulos transceptores sem fio e antenas (bobinas de indução) entre eles. O diagrama de efeito é mostrado na Figura 1.

Pesquisa sobre tecnologia de design de Antena RFID UHF

(1) Etiqueta eletrônica RFID (Tag): A etiqueta eletrônica RFID é o portador de dados do sistema de identificação por radiofrequência. Composto por elementos de acoplamento e chips, cada etiqueta eletrônica RFID tem um código eletrônico EPC (Electronic ProductCode) exclusivo, que é anexado ao objeto para identificar o objeto alvo. Comparados aos códigos de barras tradicionais, os códigos EPC podem não apenas refletir um certo tipo de produto, mas também ser específicos para um certo produto.

(2) Leitor RFID (Reader): O leitor é um dispositivo capaz de ler ou escrever informações de etiquetas eletrônicas. Sua função básica é transmitir dados com a etiqueta. Ele pode ser projetado como um leitor portátil ou um leitor fixo.

(3) Antena (Antenna): transmite sinais de radiofrequência entre a etiqueta e o leitor.

1.2 Princípio de funcionamento do sistema RFID

Após a etiqueta eletrônica RFID entrar no campo magnético emitido pelo leitor RFID, ela recebe o sinal de radiofrequência enviado pelo leitor e envia as informações do produto (etiqueta passiva, etiqueta passiva ou etiqueta passiva) armazenadas no chip em virtude da energia obtida pela corrente induzida, ou a etiqueta envia ativamente um sinal de uma determinada frequência (etiqueta ativa, etiqueta ativa ou etiqueta ativa), e o decodificador lê e decodifica as informações e, em seguida, as envia ao sistema de informações central para processamento de dados relevantes. O diagrama esquemático do processo de identificação por radiofrequência é mostrado na Figura 2.

2 Índice de desempenho da antena de Etiqueta RFID

Não é difícil ver no processo de identificação do sistema RFID que a antena desempenha um papel importante como uma ponte para o leitor RFID transmitir sinais de radiofrequência entre a etiqueta eletrônica RFID e o leitor RFID no processo de detecção da etiqueta eletrônica RFID. A antena do leitor RFID, O desempenho da antena da etiqueta eletrônica RFID é de grande importância para melhorar o desempenho de todo o sistema de identificação. Como a etiqueta eletrônica RFID é fixada ao objeto marcado, a antena da etiqueta eletrônica RFID será afetada pelo formato e pelas características físicas do objeto marcado. Os fatores de influência incluem o material do objeto marcado, o ambiente de trabalho do item marcado, etc. Além disso, no dispositivo de radiofrequência RFID, quando a frequência operacional aumenta para a região de micro-ondas, o problema de correspondência entre a antena e o chip da etiqueta eletrônica RFID se torna mais grave. Esses fatores apresentaram requisitos mais altos para o design de antenas de etiquetas eletrônicas RFID, mas também trouxeram grandes desafios.

A antena é um dispositivo que recebe ou irradia a potência do sinal de radiofrequência frontal na forma de ondas eletromagnéticas. É um dispositivo na interface entre o circuito e o espaço e é usado para realizar a conversão de energia entre a onda guiada e a onda do espaço livre. Os atuais sistemas de radiofrequência sem fio RFID estão concentrados principalmente em bandas de frequência de baixa frequência, alta frequência, ultra alta frequência e micro-ondas. Os princípios e designs de antenas de sistema RFID em diferentes bandas de frequência operacional são fundamentalmente diferentes:

(1) Características direcionais

A radiação da antena é direcional. A curva de relação entre a amplitude e a direção da radiaçãon campo é chamado de diagrama de direção, que é na verdade a curva de relacionamento da intensidade do campo em um ponto em qualquer direção do campo de campo distante na mesma direção. O diagrama de direção geralmente se refere ao diagrama de direção normalizado, ou seja, a curva de relacionamento na mesma direção que a razão da intensidade do campo em um ponto em qualquer direção do campo de campo distante para o campo máximo na mesma distância.

(2) Coeficiente de diretividade

O coeficiente de diretividade é um parâmetro usado para indicar o grau em que a antena irradia ondas eletromagnéticas em uma determinada direção. O coeficiente de diretividade de qualquer antena direcional se refere à razão entre a potência total de radiação da antena não direcional e a potência total de radiação da antena direcional sob a condição de intensidade de campo elétrico igual no ponto de recepção. De acordo com esta definição, uma vez que a intensidade de radiação da antena direcional varia em todas as direções, o coeficiente de diretividade da antena também varia com a posição do ponto de observação. Na direção em que o campo elétrico de radiação é maior, o coeficiente de diretividade também é maior. Em geral, o coeficiente de diretividade de uma antena direcional é o coeficiente de diretividade da direção máxima de radiação, ou seja, a uma certa distância da antena, a densidade de fluxo de potência de radiação Smax da antena na direção máxima de radiação é a mesma de uma antena não direcional ideal com a mesma potência de radiação. A razão da densidade de fluxo de potência de radiação So na mesma distância é denotada como D.

(3) Eficiência da antena

A eficiência da antena é um índice usado para medir a eficácia de uma antena na conversão de energia. As eficiências da antena são todas menores que 1, o que significa que parte da potência de entrada da antena é convertida em potência irradiada e parte dela é potência perdida. A eficiência da antena é definida como a razão entre a potência de radiação da antena e a potência de entrada, denotada como ηA.

(4) Ganho da antena

O coeficiente da antena reflete apenas o grau mais concentrado da energia de radiação da antena, e o ganho da antena não reflete apenas a capacidade de radiação da antena, mas também considera o fator de perda da antena. Sob a condição da mesma potência de entrada, a razão da densidade de potência irradiada S(θ, φ) da antena direcional em uma determinada direção (θ, φ) no espaço para a densidade de potência irradiada So da antena de fonte pontual sem perdas nesta direção é chamada de Ganho da antena, denotado como G(θ, φ).

O coeficiente de ganho é um parâmetro que mede de forma abrangente a conversão de energia e as características direcionais da linha grande. É o produto do coeficiente de diretividade e da eficiência da antena, que é denotado como G, a saber:

G=D·ηA

Para sistemas de identificação por radiofrequência RFID UHF e micro-ondas, o ganho da antena é limitado devido à pequena área da antena de etiqueta eletrônica RFID. A quantidade de ganho depende do tipo de padrão de radiação da antena.

(5) Características de impedância

A impedância de entrada de uma antena pode ser expressa como a razão entre tensão e corrente no ponto de alimentação da antena, geralmente como uma função de frequência. A impedância da antena RFID deve ser projetada para ser 50 Ω ou 70 Ω para atingir a correspondência de impedância com o alimentador convencional. A antena RFID é equivalente à carga terminal do leitor e à saída da etiqueta eletrônica, e a impedância de entrada Zin é definida como a razão entre a tensão de entrada da antena e a corrente de entrada Io.

A potência irradiada P∑ da antena RFID é equivalente à perda em uma impedância equivalente. Essa impedância equivalente é chamada de impedância de radiação Z∑,

3 Conclusão

Com o esclarecimento contínuo dos requisitos de aplicação da tecnologia de radiofrequência sem fio RFID e a expansão contínua do campo de aplicação, o design e a pesquisa da antena como um componente-chave do sistema RFID tornaram-se muito urgentes e urgentes. A tecnologia de antena é uma das principais tecnologias do sistema RFID e tem significado teórico e valor prático para a maturidade e ampla aplicação da tecnologia RFID.