Luận Văn Nghiên cứu và thiết kế một anten cho hệ thống RFID, hoạt động ở dải tần 2.45GHz

MỤC LỤC


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ANTEN VÀ ANTEN

MẠCH DẢI 2

1.1 Một số kiến thức cơ bản về anten 2 1.1.1 Mục đích, chức năng, nhiệm vụ của anten 2

1.1.2 Cấu trúc chung của hệ anten 2

1.1.3 Các thông số đặc trưng của anten 3

1.1.3.1 Trường bức xạ 3

1.1.3.2 Đặc tính định hướng của trường bức xạ 4

1.1.3.3 Đặc tính phân cực của trường bức xạ 9

1.1.3.4 Hệ số định hướng và hệ số tăng ích 10

1.1.4 Phối hợp trở kháng cho anten 12

1.2 Đường truyền vi dải và anten mạch dải 13

1.2.1 Đường truyền vi dải 13

1.2.1.1 Cấu trúc hình học của đường truyền vi dải 13

1.2.1.2 Các tham số cơ bản 14

1.2.1.3 Trở kháng đặc tính biến thiên của theo tần số 17

1.2.2 Anten mạch dải 17

1.2.2.1 Khái niệm 17

1.2.2.2 Cấu trúc và đặc tính cơ bản 17

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG RFID 21

2.1 Hệ thống RFID 2.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID) 21

2.1.1.1 Hệ thống mã vạch 21

2.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học 22

2.1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh 22

2.1.2 Khái niệm về hệ thống RFID 23

2.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống RFID 24

2.1.3.1 Tag / thẻ 24

2.1.3.2 Đầu đọc (Reader) 25

2.1.3.3 Middleware 25

2.1.4 Phân loại hệ thống RFID 25

2.1.4.1 RFID trường gần 26

2.1.4.2 RFID trường xa 26

2.1.5 Các tần số, quy định được sử dụng trong hệ thống RFID 27

2.1.6 Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống RFID 29

2.1.6.1 Ưu điểm 29

2.1.6.2 Nhược điểm 30

2.1.7 Ứng dụng và xu hướng phát triển của RFID 30

2.1.7.1 Ứng dụng 30

2.1.7.2 Xu hướng phát triển 32

2.2 Anten trong hệ thống RFID 35

2.2.1 Nguyên lý hoạt động 35

2.2.1.1 Trường gần 35

2.2.1.2 Trường xa 36

2.2.2 Các loại anten dùng trong hệ thống RFID 37

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ANTEN CHO THẺ RFID TRƯỜNG XA 39

3.1 Đường Radio 41

3.2 EIRP và ERP 43

3.3 Độ tăng ích của anten thẻ 44

3.4 Hệ số phối hợp phân cực 44

3.5 Hệ số truyền công suất 44

3.6 RCS của anten 47

3.7 Tính toán khoảng đọc 50

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ ANTEN 52

4.1 Mô phỏng, thiết kế anten mạch dải có cấu trúc zíc zắc hoạt động tại dải tần

2.45GHz dung cho hệ thống RFID 52

4.2 Đo đạc thực nghiệm 60

4.3 Nhận xét- đánh giá 64

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67




DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

EIRP: Equivalent Isotropically Radiated Power

ERP: Effective Radiated Power

FR-4: Flame Resistant 4

HF: High Frequency

HFSS: High Frequency Structure Simulator

ISM: Industrial Scientific and Medical radio band

LF: Low Frequency

MWF: Microwave Frequency

RCS: Radar Cross Section

RFID: Radio Frequency Identification

UHF: Ultra High Frequency


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Các hệ thống RFID trường gần và trường xa với các thống số liên quan.

Bảng 2: Giới hạn về công suất và tần số trong các hệ thống RFID tại một số các

quốc gia khác nhau.

Bảng3 : Số anten được cấp bằng sáng chế của một số nước từ năm 1991 đến

tháng 8 năm 2006.

Bảng 4 Hệ số phản xạ và hệ số truyền công suất là một hàm của tổn hao trả về.

Bảng 5: Hệ số K trong một vài trường hợp điện trở tải của anten khác nhau







DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1: Cấu trúc chung của hệ thống anten

Hình 2: Bản đồ hướng tính không gian trong mặt phẳng theo tọa độ

Hình 3: Giản đồ phương hướng chuẩn hóa trong hệ tọa độ cực

Hình 4: Giản đồ phương hướng chuẩn hóa trong hệ tọa vuông góc

Hình 5: Mạch phối hợp phối hợp trở kháng giữa trở kháng tải bất kỳ và đường truyền sóng

Hình 6: Đường truyền vi dải

Hình 7: Phân bố trường của đường truyền vi dải

Hình 8: Đường truyền vi dải đặt trong hệ toạ độ Đecac

Hình 9: Trở kháng đặc tính và hệ số điện môi hiệu ứng của đường truyền vi dải được tính theo phương pháp của Wheeler

Hình 10: Anten mạch dải

Hình 11: Anten mạch dải nhìn từ mặt bên

Hình 12: Khe bức xạ Anten mạch dải

Hình 13: Các dạng anten mạch dải điển hình

Hình 14: Tiếp điện cho anten mạch dải

Hình 15: Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động

Hình 16: Sơ đồ khối hệ thống RFID ứng dụng trong công ty

Hình 17 : Cấu trúc cơ bản của hệ thống RFID

Hình 18: Dải tần chính dành cho ứng dụng RFID

Hình 19: Các phương pháp xử lý dữ liệu

Hình 20: Ứng dụng RFID điển hình

Hình 21 : Biểu đồ tăng trưởng số anten được cấp bằng sáng chế của một số nước từ năm 1981 đến tháng 8 năm 2006

Hình 22: Biểu đồ phân bố số anten được cấp bằng sáng chế của một số nước tính đến tháng 8 năm 2006


Hình 23: Truyền công suất và thông tin giữa thẻ và đầu đọc trong hệ thống RFID ghép cảm ứng.

Hình 24: Cơ chế cấp nguồn và giao tiếp trong hệ thống RFID trường xa

Hình 25: Các loại anten dùng trong hệ thống

Hình 26: Nguyên lý hoạt giữa đầu đọc và thẻ trong một hệ thống RFID thụ động trường xa

Hình 27: Cơ chế hoạt động truyền năng lượng và thông tin cho các hệ thống RFID trường xa

Hình 28: Công suất truyền trong thẻ RFID và mạch tương đương của nó

Hình 29: Quan hệ giữa hệ số truyền công suất với tổn hao trả về

Hình 30: Biểu đồ công suất bức xạ trở lại của một anten phối hợp lien hợp phức được chuẩn hoá bởi công suất bức xạ trở lại của một anten tương tự khi ngắn mạch bởi tỉ số giá trị tuyệt đối điện kháng chia cho điện trở anten

Hình 31: Đo khoảng đọc trong một phòng không có tiếng vọng

Hình 32: Cấu trúc anten zíc zắc

Hình 33: Hình 3-D mô phỏng anten bằng phần mềm Ansoft HFSS

Hình 34: Phân bố trường E theo biên độ ở bề mặt anten

Hình 35: Bức xạ 3-D của anten

Hình 36: Giản đồ bức xạ của anten trong mặt phẳng

Hình 37: Hệ số khuyếch đại Gain của anten

Hình 38: Thông số tổn hao trả về_return loss của anten

Hình 39: Hệ số sóng đứng và return loss của anten

Hình 40: Hình 3-D mô phỏng bằng phần mềm Ansoft HFS của anten zíc zắc hình chữ nhật tiếp điện ở giữa

Hình 41: Thông số return loss của anten zíc zắc hình chữ nhật tiếp điện ở giữa

Hình 42: Bức xạ 3-D của anten zíc zắc hình chữ nhật tiếp điện ở giữa

Hình 43: Hệ số khuyếch đại Gain của anten zíc zắc hình chữ nhật tiếp điện ở giữa

Hình 44: Hình 3-D mô phỏng bằng phần mềm Ansoft HFSS của anten zíc zắc hình tam giác tiếp điện ở giữa

Hình 45: Thông số return loss của anten zíc zắc hình tam giác tiếp điện ở giữa

Hình 46: Bức xạ 3-D của anten zíc zắc hình tam giác tiếp điện ở giữa

Hình 47: Hệ số khuyếch đại Gain của anten zíc zắc hình tam giác tiếp điện ở giữa

Hình 48: Cấu trúc anten thực nghiệm

Hình 48: Thông số return loss của anten thực nghiệm

Hình50: Độ rộng băng thông

Hình 51: Hệ số sóng đứng và return loss của anten thực nghiệm

Hình 52: Đồ thị Smith của anten thực nghiệm

Hình 53: Thông số return loss mô phỏng và thực nghiệm