Investigación sobre la tecnología de diseño de antenas UHF RFID

0 Prefacio

La aplicación de la tecnología de identificación por radiofrecuencia RFID (Radio Frequency Identification, RFID) tiene una larga historia. Se remonta al sistema de identificación de aviones utilizado por los aviones de la Fuerza Aérea Británica durante la Segunda Guerra Mundial. Recientemente, la tecnología de identificación por radiofrecuencia RFID se ha utilizado ampliamente en la gestión de artículos, posicionamiento de vehículos y posicionamiento de personal subterráneo. Esta tecnología es una tecnología de identificación automática sin contacto, que utiliza señales de radiofrecuencia para lograr la transmisión de información sin contacto mediante acoplamiento espacial (campo magnético alterno o campo electromagnético) y logra el propósito de identificación automática a través de la información transmitida.

1 Descripción general de la tecnología de radiofrecuencia RFID

1.1 Composición básica del sistema de identificación inalámbrico RFID

El sistema de identificación inalámbrica RFID se compone principalmente de Etiquetas electrónicas RFID, lectores RFID, antenas y sistemas de gestión de computadoras host. La información entre la etiqueta electrónica RFID y el Lector RFID se transmite de forma inalámbrica, por lo que existen módulos transceptores inalámbricos y antenas (bobinas de inducción) entre ellos. El diagrama de efectos se muestra en la Figura 1.

Investigación sobre la tecnología de diseño de antenas UHF RFID

(1) Etiqueta electrónica RFID (Etiqueta): La etiqueta electrónica RFID es el soporte de datos del sistema de identificación por radiofrecuencia. Compuesta por elementos de acoplamiento y chips, cada etiqueta electrónica RFID tiene un código electrónico EPC (Electronic ProductCode) único, que se adjunta al objeto para identificar el objeto objetivo. En comparación con los códigos de barras tradicionales, los códigos EPC no sólo pueden reflejar un determinado tipo de producto, sino que también pueden ser específicos de un determinado producto.

(2) Lector RFID (Reader): El lector es un dispositivo capaz de leer o escribir información de etiquetas electrónicas. Su función básica es transmitir datos con la etiqueta. Puede diseñarse como lector portátil o como lector fijo.

(3) Antena (Antenna): transmite señales de radiofrecuencia entre la etiqueta y el lector.

1.2 Principio de funcionamiento del sistema RFID

Después de que la etiqueta electrónica RFID ingresa al campo magnético emitido por el lector RFID, recibe la señal de radiofrecuencia enviada por el lector y envía la información del producto (etiqueta pasiva, etiqueta pasiva o etiqueta pasiva) almacenada en el chip en virtud de la energía obtenida por la corriente inducida, o La etiqueta envía activamente una señal de una determinada frecuencia (Etiqueta activa, etiqueta activa o etiqueta activa), y el decodificador lee y decodifica la información, y luego la envía al sistema de información central para obtener datos relevantes Procesando. El diagrama esquemático del proceso de identificación por radiofrecuencia se muestra en la Figura 2.

2 índice de rendimiento de la antena de etiqueta RFID

No es difícil ver en el proceso de identificación del sistema RFID que la antena juega un papel importante como puente para que el lector RFID transmita señales de radiofrecuencia entre la etiqueta electrónica RFID y el lector RFID en el proceso de detección del sistema electrónico RFID. etiqueta. La antena lectora de RFID. El rendimiento de la antena de etiqueta electrónica RFID es de gran importancia para mejorar el rendimiento de todo el sistema de identificación. Dado que la etiqueta electrónica RFID está adherida al objeto marcado, la antena de la etiqueta electrónica RFID se verá afectada por la forma y las características físicas del objeto marcado. Los factores que influyen incluyen el material del objeto marcado, el entorno de trabajo del artículo marcado, etc. Además, en el dispositivo de radiofrecuencia RFID, cuando la frecuencia de funcionamiento aumenta a la región de microondas, el problema de coincidencia entre la antena y el dispositivo electrónico RFID El chip de la etiqueta se vuelve más severo. Estos factores han planteado mayores requisitos para el diseño de antenas de etiquetas electrónicas RFID, pero también han planteado grandes desafíos.

La antena es un dispositivo que recibe o irradia la potencia de la señal de radiofrecuencia frontal en forma de ondas electromagnéticas. Es un dispositivo en la interfaz entre el circuito y el espacio y se utiliza para realizar la conversión de energía entre la onda guiada y la onda del espacio libre. Los sistemas de radiofrecuencia inalámbricos RFID actuales se concentran principalmente en las bandas de frecuencia de baja frecuencia, alta frecuencia, ultra alta frecuencia y microondas. Los principios y diseños de las antenas del sistema RFID en diferentes bandas de frecuencia operativas son fundamentalmente diferentes:

(1) Características direccionales

La radiación de la antena es direccional. La curva de relación entre la amplitud y la dirección del campo de radiación se llama diagrama de dirección, que en realidad es la curva de relación de la intensidad del campo en un punto en cualquier dirección del campo lejano en la misma dirección. El diagrama de dirección generalmente se refiere al diagrama de dirección normalizado, es decir, la curva de relación en la misma dirección que la relación entre la intensidad del campo en un punto en cualquier dirección del campo lejano y el campo máximo a la misma distancia.

(2)

Coeficiente de directividad

El coeficiente de directividad es un parámetro que se utiliza para indicar el grado en que la antena irradia ondas electromagnéticas en una determinada dirección. El coeficiente de directividad de cualquier antena direccional se refiere a la relación entre la potencia de radiación total de la antena no direccional y la potencia de radiación total de la antena direccional bajo la condición de igual intensidad de campo eléctrico en el punto de recepción. Según esta definición, dado que la intensidad de radiación de la antena direccional varía en todas las direcciones, el coeficiente de directividad de la antena también varía con la posición del punto de observación. En la dirección donde el campo eléctrico de radiación es mayor, el coeficiente de directividad también es mayor. En general, el coeficiente de directividad de una antena direccional es el coeficiente de directividad de la dirección de radiación máxima, es decir, a una cierta distancia de la antena, la densidad de flujo de potencia de radiación Smax de la antena en la dirección de radiación máxima es la misma que de una antena no direccional ideal con la misma potencia de radiación. La relación entre la densidad de flujo de potencia de radiación So a la misma distancia se denota como D.

(3) Eficiencia de la antena

La eficiencia de la antena es un índice que se utiliza para medir la eficacia de una antena en la conversión de energía. Todas las eficiencias de la antena son menores que 1, lo que significa que parte de la potencia de entrada de la antena se convierte en potencia radiada y parte de ella se pierde. La eficiencia de la antena se define como la relación entre la potencia de radiación de la antena y la potencia de entrada, denotada como ηA.

(4) Ganancia de antena

El coeficiente de la antena solo refleja el grado más concentrado de energía de radiación de la antena, y la ganancia de la antena no solo refleja la capacidad de radiación de la antena, sino que también considera el factor de pérdida de la antena. Bajo la condición de la misma potencia de entrada, la relación entre la densidad de potencia radiada S(θ, φ) de la antena direccional en una determinada dirección (θ, φ) en el espacio y la densidad de potencia radiada So de la antena de fuente puntual sin pérdidas en esta dirección se llama ganancia de la antena y se denota como G(θ, φ).

El coeficiente de ganancia es un parámetro que mide de manera integral la conversión de energía y las características direccionales de la línea grande. Es el producto del coeficiente de directividad y la eficiencia de la antena, que se denota como G, a saber:

G=D·ηA

Para los sistemas de identificación por radiofrecuencia RFID UHF y microondas, la ganancia de la antena está limitada debido al área pequeña de la antena de la etiqueta electrónica RFID. La cantidad de ganancia depende del tipo de patrón de radiación de la antena.

(5) Características de impedancia

La impedancia de entrada de una antena se puede expresar como la relación entre voltaje y corriente en el punto de alimentación de la antena, generalmente en función de la frecuencia. La impedancia de la Antena RFID debe diseñarse para que sea de 50 Ω o 70 Ω para lograr una adaptación de impedancia con la del alimentador convencional. La antena RFID es equivalente a la carga terminal del lector y la salida de la etiqueta electrónica, y la impedancia de entrada Zin se define como la relación entre el voltaje de entrada de la antena y la corriente de entrada Io.

La potencia radiada P∑ de la antena RFID es equivalente a la pérdida en una impedancia equivalente. Esta impedancia equivalente se llama impedancia de radiación Z∑,

3 Conclusión

Con la continua aclaración de los requisitos de aplicación de la tecnología de radiofrecuencia inalámbrica RFID y la continua expansión del campo de aplicación, el diseño y la investigación de la antena como componente clave del sistema RFID se han vuelto muy urgentes y urgentes. La tecnología de antenas es una de las tecnologías clave del sistema RFID y tiene importancia teórica y valor práctico para la madurez y la amplia aplicación de la tecnología RFID.