Forschung zur Designtechnologie von UHF-RFID-Antennen

0 Vorwort

Die Anwendung der RFID-Radiofrequenz-Identifikationstechnologie (Radio Frequency Identification, RFID) hat eine lange Geschichte. Es lässt sich auf das Flugzeugidentifikationssystem zurückführen, das die Flugzeuge der britischen Luftwaffe während des Zweiten Weltkriegs verwendeten. In jüngster Zeit wird die RFID-Radiofrequenz-Identifikationstechnologie häufig in der Artikelverwaltung, der Fahrzeugortung und der Ortung von Personen im Untergrund eingesetzt. Bei dieser Technologie handelt es sich um eine berührungslose automatische Identifikationstechnologie, die Hochfrequenzsignale verwendet, um eine berührungslose Informationsübertragung durch räumliche Kopplung (magnetisches Wechselfeld oder elektromagnetisches Feld) zu erreichen und den Zweck der automatischen Identifikation durch die übertragenen Informationen zu erreichen.

1 Überblick über die RFID-Hochfrequenztechnologie

1.1 Grundaufbau des drahtlosen RFID-Identifikationssystems

Das drahtlose RFID-Identifikationssystem besteht hauptsächlich aus elektronischen RFID-Tags, RFID-Lesegeräten, Antennen und Host-Computer-Verwaltungssystemen. Die Informationen zwischen dem elektronischen RFID-Tag und dem RFID-Lesegerät werden drahtlos übertragen, daher befinden sich zwischen ihnen drahtlose Transceivermodule und Antennen (Induktionsspulen). Das Wirkungsdiagramm ist in Abbildung 1 dargestellt.

Forschung zur Designtechnologie von UHF-RFID-Antennen

(1) Elektronisches RFID-Tag (Tag): Das elektronische RFID-Tag ist der Datenträger des Radiofrequenz-Identifikationssystems. Jedes elektronische RFID-Tag besteht aus Kopplungselementen und Chips und verfügt über einen einzigartigen elektronischen EPC-Code (Electronic ProductCode), der am Objekt angebracht wird, um das Zielobjekt zu identifizieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Barcodes können EPC-Codes nicht nur einen bestimmten Produkttyp widerspiegeln, sondern auch spezifisch für ein bestimmtes Produkt sein.

(2) RFID-Lesegerät (Reader): Das Lesegerät ist ein Gerät, das elektronische Tag-Informationen lesen oder schreiben kann. Seine Grundfunktion besteht darin, Daten mit dem Tag zu übertragen. Es kann als Handlesegerät oder als stationäres Lesegerät konzipiert sein.

(3) Antenne (Antenne): Überträgt Hochfrequenzsignale zwischen dem Tag und dem Lesegerät.

1.2 Funktionsprinzip des RFID-Systems

Nachdem das elektronische RFID-Tag in das vom RFID-Lesegerät ausgesendete Magnetfeld eintritt, empfängt es das vom Lesegerät gesendete Hochfrequenzsignal und sendet die im Chip gespeicherten Produktinformationen (Passiv-Tag, Passiv-Tag oder Passiv-Tag) aus Energie, die durch den induzierten Strom gewonnen wird, oder Das Tag sendet aktiv ein Signal einer bestimmten Frequenz (aktives Tag, aktives Tag oder aktives Tag), und der Decoder liest und dekodiert die Informationen und sendet sie dann an das zentrale Informationssystem für relevante Daten wird bearbeitet. Das schematische Diagramm des Radiofrequenz-Identifizierungsprozesses ist in Abbildung 2 dargestellt.

2 Leistungsindex der RFID-Tag-Antenne

Aus dem Identifikationsprozess des RFID-Systems ist nicht schwer zu erkennen, dass die Antenne eine wichtige Rolle als Brücke für den RFID-Leser spielt, um Hochfrequenzsignale zwischen dem elektronischen RFID-Tag und dem RFID-Leser beim Erfassen der RFID-Elektronik zu übertragen Etikett. Die RFID-Leseantenne. Die Leistung der RFID-Antenne für elektronische Tags ist von großer Bedeutung für die Verbesserung der Leistung des gesamten Identifikationssystems. Da das elektronische RFID-Tag am markierten Objekt angebracht ist, wird die Antenne des elektronischen RFID-Tags von der Form und den physikalischen Eigenschaften des markierten Objekts beeinflusst. Zu den Einflussfaktoren gehören das Material des markierten Objekts, die Arbeitsumgebung des markierten Objekts usw. Darüber hinaus besteht beim RFID-Hochfrequenzgerät das Anpassungsproblem zwischen der Antenne und der RFID-Elektronik, wenn die Betriebsfrequenz in den Mikrowellenbereich ansteigt Tag-Chip wird schwerwiegender. Diese Faktoren haben höhere Anforderungen an das Design von RFID-Antennen für elektronische Tags gestellt, aber auch große Herausforderungen mit sich gebracht.

Die Antenne ist ein Gerät, das die Leistung des Front-End-Hochfrequenzsignals in Form elektromagnetischer Wellen empfängt oder ausstrahlt. Es handelt sich um ein Gerät an der Schnittstelle zwischen Schaltkreis und Raum und dient zur Energieumwandlung zwischen der geführten Welle und der Freiraumwelle. Die aktuellen drahtlosen RFID-Hochfrequenzsysteme konzentrieren sich hauptsächlich auf Niederfrequenz-, Hochfrequenz-, Ultrahochfrequenz- und Mikrowellenfrequenzbänder. Die Prinzipien und Designs von RFID-Systemantennen in verschiedenen Betriebsfrequenzbändern unterscheiden sich grundlegend:

(1) Richtungseigenschaften

Antennenstrahlung ist gerichtet. Die Beziehungskurve zwischen der Amplitude und der Richtung der StrahlungDas N-Feld wird als Richtungsdiagramm bezeichnet, bei dem es sich tatsächlich um die Beziehungskurve der Feldstärke an einem Punkt in jeder Richtung und dem Fernfeldfeld in derselben Richtung handelt. Das Richtungsdiagramm bezieht sich im Allgemeinen auf das normalisierte Richtungsdiagramm, dh auf die Beziehungskurve in derselben Richtung wie das Verhältnis der Feldstärke an einem Punkt in einer beliebigen Richtung des Fernfeldfelds zum maximalen Feld in derselben Entfernung.

(2) Richtkoeffizient

Der Richtwirkungskoeffizient ist ein Parameter, der angibt, in welchem Ausmaß die Antenne elektromagnetische Wellen in eine bestimmte Richtung ausstrahlt. Der Richtwirkungskoeffizient einer Richtantenne bezieht sich auf das Verhältnis der Gesamtstrahlungsleistung der ungerichteten Antenne zur Gesamtstrahlungsleistung der Richtantenne unter der Bedingung gleicher elektrischer Feldstärke am Empfangspunkt. Da sich nach dieser Definition die Strahlungsintensität der Richtantenne in alle Richtungen ändert, variiert auch der Richtkoeffizient der Antenne mit der Position des Beobachtungspunkts. In der Richtung, in der das elektrische Strahlungsfeld am größten ist, ist auch der Richtkoeffizient am größten. Im Allgemeinen ist der Richtwirkungskoeffizient einer Richtantenne der Richtwirkungskoeffizient der maximalen Strahlungsrichtung, d. h. in einem bestimmten Abstand von der Antenne ist die Strahlungsleistungsflussdichte Smax der Antenne in der maximalen Strahlungsrichtung gleich einer idealen ungerichteten Antenne mit gleicher Strahlungsleistung Das Verhältnis der Strahlungsleistungsflussdichte So im gleichen Abstand wird mit D bezeichnet.

(3) Antenneneffizienz

Der Antennenwirkungsgrad ist ein Index zur Messung der Wirksamkeit einer Antenne bei der Energieumwandlung. Die Antennenwirkungsgrade liegen alle unter 1, was bedeutet, dass ein Teil der Eingangsleistung der Antenne in Strahlungsleistung umgewandelt wird und ein Teil davon verloren geht. Der Antennenwirkungsgrad ist definiert als das Verhältnis der Antennenstrahlungsleistung zur Eingangsleistung, bezeichnet als ηA.

(4) Antennengewinn

Der Antennenkoeffizient spiegelt nur den konzentriertesten Grad der Antennenstrahlungsenergie wider, und der Antennengewinn spiegelt nicht nur die Strahlungsfähigkeit der Antenne wider, sondern berücksichtigt auch den Verlustfaktor der Antenne. Unter der Bedingung gleicher Eingangsleistung ist das Verhältnis der Strahlungsleistungsdichte S(θ, φ) der Richtantenne in einer bestimmten Richtung (θ, φ) im Raum zur Strahlungsleistungsdichte So der verlustfreien Punktquellenantenne in Diese Richtung wird als Antennengewinn bezeichnet und mit G(θ, φ) bezeichnet.

Der Verstärkungskoeffizient ist ein Parameter, der die Energieumwandlung und die Richtungseigenschaften der großen Leitung umfassend misst. Es ist das Produkt aus dem Richtwirkungskoeffizienten und der Antenneneffizienz, das mit G bezeichnet wird, nämlich:

G=D·ηA

Bei UHF- und Mikrowellen-RFID-Radiofrequenz-Identifikationssystemen ist der Antennengewinn aufgrund der kleinen Fläche der RFID-Antenne für elektronische Tags begrenzt. Die Höhe des Gewinns hängt von der Art des Antennenstrahlungsmusters ab.

(5) Impedanzeigenschaften

Die Eingangsimpedanz einer Antenne kann als Verhältnis von Spannung zu Strom am Antenneneinspeisepunkt ausgedrückt werden, normalerweise als Funktion der Frequenz. Die Impedanz der RFID-Antenne sollte auf 50 Ω oder 70 Ω ausgelegt sein, um eine Impedanzanpassung an die herkömmliche Einspeisung zu erreichen. Die RFID-Antenne entspricht der Anschlusslast des Lesegeräts und dem Ausgang des elektronischen Etiketts, und die Eingangsimpedanz Zin ist definiert als das Verhältnis der Antenneneingangsspannung zum Eingangsstrom Io.

Die Strahlungsleistung P∑ der RFID-Antenne entspricht dem Verlust einer äquivalenten Impedanz. Diese äquivalente Impedanz wird Strahlungsimpedanz Z∑ genannt,

3 Fazit

Mit der kontinuierlichen Klärung der Anwendungsanforderungen der drahtlosen RFID-Hochfrequenztechnologie und der kontinuierlichen Erweiterung des Anwendungsbereichs ist das Design und die Erforschung der Antenne als Schlüsselkomponente des RFID-Systems sehr dringend und dringend geworden. Die Antennentechnologie ist eine der Schlüsseltechnologien des RFID-Systems und hat theoretische Bedeutung und praktischen Wert für die Reife und breite Anwendung der RFID-Technologie.