Luận Văn Thiết kế tối ưu anten của thẻ RFID ở tần số 2.45GHz

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification ) đã được ứng dụng nhiều trong thực tế. Từ vấn đề cần giám sát các vật nuôi trong trang trại, hàng hóa trong các kho hàng, hay lượng xe tại một trạm kiểm soát, tất cả đều có thể quản lý tốt, an toàn và có hiệu quả cao bằng các thiết bị thuộc hệ thống RFID.
Hiện nay ở Việt Nam, công nghệ RFID ngày càng được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên công nghệ này còn mới so với nền kỹ thuật trong nước nên đang được nghiên cứu mạnh mẽ. Chính từ vấn đề này, luận văn đã bước đầu tiếp cận với công nghệ, và tập trung nghiên cứu cách thức thiết kế, chế tạo anten của thẻ RFID-một thành phần không thể thiếu trong toàn bộ hệ thống .
Tùy vào tần số làm việc của hệ thống mà ta thiết kế loại anten phù hợp nhưng phải đạt được các tiêu chí sau: phải có độ lợi cao giúp tăng khoảng đọc giữa thẻ tag và reader, có một kích thước phù hợp tùy loại ứng dụng( kiện hàng, container, xe, vật nuôi ), có tính kinh tế cao
Cụ thể, trong giới hạn của luận văn sẽ đề cập các nội dung sau:
· Chương 1: Giới thiệu tổng quan hệ thống RFID
Chương này sẽ tập trung giới thiệu hế thống RFID một cách tổng quan nhất:cấu trúc hệ thống, cách tương tác qua lại để truyền thông tin qua đường vô tuyến giữa thẻ RFID và reader ,các tần số được sử dụng cho công nghệ RFID .Trong hệ thống, người viết sẽ tập trung vào thẻ tag RFID: các loại thẻ RFID (thụ động, tích cực), cấu tạo bên trong của một thẻ RFID, các loại anten thường thiết kế cho thẻ. Từ đó lựa chọn một loại anten thiết kế thích hợp với ứng dụng cụ thể như hình dạng anten, tần số hoạt động.
· Chương 2: Anten vi dải
Do tần số hoạt động được sử dụng cho anten là microwave 2.45GHz, nên người viết tập trung tìm hiểu anten vi dải microstrip patch (MSA).Chương này đề cập tới các tính năng khuyết điểm, ưu điểm của MSA, các công thức thiết kế cho một anten vi dải (đặc tính trở kháng, tần số cộng hưởng, các ảnh hưởng của chất nền và vật liệu anten ). Đây là cơ sở để thiết kế anten trong chương sau.
· Chương 3: Thiết kế anten
Nếu các chương trên tập trung vào lý thuyết cơ bản của anten microstrip, chương này sẽ giới thiệu lưu đồ giải thuật cho thiết kế anten đi từ quá trình chọn lựa vật liệu, tần số hoạt động, đến giải thuật tối ưu Genetic Algorithm nhằm tăng độ lợi,giảm kích thước cho anten. Các công thức tính toán đều sử dụng trong chương 2, và được mô phỏng trên CST 2009. Sau khi có được các thông số thiết kế tốt nhất sẽ đến quá trình đo đạc thực tế để đánh giá kết quả đạc được.
· Chương 4: Đo đạc trên ZBV8
Chương này đề cập tới kết quả đo được trên máy Network Analyzer ZBV8. Do anten RFID thiết kế có tính đối xứng qua mặt phẳng đất nên kết quả sẽ được đo trên một monopole. Đây là một trong những phương pháp dùng để đánh giá kết quả đo anten RFID.
· Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
Chương này tổng kết toàn bộ các kết quả đạc được trong luận văn và đưa ra các ứng dụng có tính khả thi cho những đề tài khác trong tương lai cũng như nên lên các hạn chế gặp phải trong quá trình thiết kế thi công anten.
Dù đã có nhiều cố gắng nhưng có thể không tránh khỏi những sai sót trong quá trình nghiên cứu, thi công anten. Người viết rất mong sự đóng góp quý giá của thầy cô và các bạn để đạt được kết quả tối ưu hơn.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ RFID
1.1 Lịch sử phát triển của RFID 1
1.2 Tổng quan hệ thống RFID . 2
1.2.1 Khuyết điểm của hệ thống RFID . 4
1.3 RFID tag . 4
1.3 .1 Các khả năng cơ bản của tag . 4
1.3.2. Tần số hoạt động . 5
1.3.3. Phân loại tag 6
1.3.3.1 Tag thụ động 6
1.3.3.1.1 Vi mạch . 7
1.3.3.1.2 Anten 7
1.3.3.2. Tag tích cực 9
1.3.3.3 Tag bán tích cực (Semi-Passive) 10

CHƯƠNG 2 ANTEN VI DẢI
2.1 Giới Thiệu Chung Về Anten Vi Dải (MICROSTRIP PATCH) . 12
2.1.1 Các hình dạng cơ bản của anten vi dải 13
2.1.2 Đặc tính của Microstrip Antennas (MSA) 14
2.2 Các thông số cơ bản của anten . 14
2.2.1 Trở kháng vào . 14
2.2.2 Hệ số phản xạ 15
2.2.3 Băng thông và hệ số phẩm chất 16
2.2.4 Các miền bức xạ và đồ thị bức xạ 17
2.2.5 Hệ số định hướng, độ lợi và hiệu suất anten . 17
2.2.6 Sự phân cực . 18
2.2.7 Phương trình truyền sóng Friis . 19
2.2.8 Phương trình tầm radar 19
2.3 Các mô hình phân tích cho anten vi dải . 20
2.3.1 Mô hình đường truyền (Transmission line) 21
2.3.1.1 Hiệu ứng viền (Fringing Effects) . 21 2.3.1.2 Chiều dài hiệu dụng, tần số cộng hưởng và chiều rộng hiệu dụng . 22
2.3.1.3 Công thức cho thiết kế Patch Microstrip Antenna . 23
2.3.1.3.1 Ảnh hưởng của chiều rộng và hằng số điện môi . 23
2.3.1.3.2 Tính chất phối hợp trở kháng Z0 (f) . 24
2.3.1.3.3 Sự mở rộng của trường Fringing . 25
2.3.1.3.4 Ảnh hưởng của hằng số tổn hao . 26
2.3.2 Mô hình hốc cộng hưởng 26
2.3.2.1 Các mode trường – TMx 27­
2.3.2.2 Trường bức xạ - Mode TMx010 31
2.3.2.3 Độ định hướng 33

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ ANTEN
3.1 Giải thuật thiết kế anten 36
3.2 Chọn loại anten thiết kế 37
3.3 Chọn chất liệu và chip 37
3.4 Thiết kế anten microstrip patch, tần số cộng hưởng 2.45GHz 37
3.5 Tối ưu anten thiết kế 39
3.5.1 Thuật toán Genetic Algorithm . 40
3.5.1.1 Tạo một quần thể ban đầu 41 3.5.1.2 Giá trị cho hàm Cost . 42 3.5.1.3 Sự chọn lọc tự nhiên . 43 3.5.1.4 Sự lựa chọn lai ghép 44 3.1.4.1.4a Lựa chọn theo Roulette Wheel 44 3.5.4.1.4b Lựa chọn theo TOURNAMENT . 46 3.5.1.5 Tạo thế hệ sau (Offspring) . 46 3.5.1.6 Tạo đột biến . 49 3.5.1.7 Kết thúc việc chạy . 49 3.5.2 Giải thuật cho Genetic Algorithm 50 3.5.3 Kết quả mô phỏng cho GA 50

CHƯƠNG 4 ĐO ĐẠC TRÊN ZBV 8
4.1 Thực hiện quá trình đo đạc . 53
4.2Nhận xét kết quả đo 54

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Kết luận . 55
5.2 Hướng phát triển 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO