Recherche sur la technologie de conception d'antennes RFID UHF

0 Préface

L'application de la technologie d'identification par radiofréquence RFID (Radio Frequency Identification, RFID) a une longue histoire. Elle remonte au système d'identification des avions utilisé par les avions de l'armée de l'air britannique pendant la Seconde Guerre mondiale. Récemment, la technologie d'identification par radiofréquence RFID a été largement utilisée dans la gestion des articles, le positionnement des véhicules et le positionnement du personnel souterrain. Cette technologie est une technologie d'identification automatique sans contact, qui utilise des signaux de radiofréquence pour réaliser une transmission d'informations sans contact par couplage spatial (champ magnétique alternatif ou champ électromagnétique) et atteint l'objectif d'identification automatique grâce aux informations transmises.

1 Présentation de la technologie de radiofréquence RFID

1.1 Composition de base du système d'identification sans fil RFID

Le système d'identification sans fil RFID est principalement composé d'étiquettes électroniques RFID, de lecteurs RFID, d'antennes et de systèmes de gestion d'ordinateur hôte. Les informations entre l'étiquette électronique RFID et le Lecteur RFID sont transmises sans fil, il y a donc des modules émetteurs-récepteurs sans fil et des antennes (bobines d'induction) entre eux. Le diagramme d'effet est illustré à la figure 1.

Recherche sur la technologie de conception d'Antenne RFID UHF

(1) Étiquette électronique RFID (Tag) : L'étiquette électronique RFID est le support de données du système d'identification par radiofréquence. Composée d'éléments de couplage et de puces, chaque étiquette électronique RFID possède un code électronique EPC (Electronic ProductCode) unique, qui est attaché à l'objet pour identifier l'objet cible. Par rapport aux codes-barres traditionnels, les codes EPC peuvent non seulement refléter un certain type de produit, mais aussi être spécifiques à un certain produit.

(2) Lecteur RFID (Reader) : Le lecteur est un appareil capable de lire ou d'écrire des informations sur l'étiquette électronique. Sa fonction de base est de transmettre des données avec l'étiquette. Il peut être conçu comme un lecteur portable ou un lecteur fixe.

(3) Antenne (Antenne) : transmet des signaux radiofréquence entre l'étiquette et le lecteur.

1.2 Principe de fonctionnement du système RFID

Une fois que l'étiquette électronique RFID entre dans le champ magnétique émis par le lecteur RFID, elle reçoit le signal radiofréquence envoyé par le lecteur et envoie les informations sur le produit (étiquette passive, étiquette passive ou étiquette passive) stockées dans la puce en vertu de l'énergie obtenue par le courant induit, ou L'étiquette envoie activement un signal d'une certaine fréquence (étiquette active, étiquette active ou étiquette active), et le décodeur lit et décode les informations, puis les envoie au système d'information central pour le traitement des données pertinentes. Le schéma du processus d'identification par radiofréquence est illustré à la figure 2.

2 Indice de performance de l'antenne d'étiquette RFID

Il n'est pas difficile de voir à partir du processus d'identification du système RFID que l'antenne joue un rôle important en tant que pont pour le lecteur RFID pour transmettre des signaux de radiofréquence entre l'étiquette électronique RFID et le lecteur RFID dans le processus de détection de l'étiquette électronique RFID. L'antenne du lecteur RFID, Les performances de l'antenne de l'étiquette électronique RFID sont d'une grande importance pour améliorer les performances de l'ensemble du système d'identification. Étant donné que l'étiquette électronique RFID est fixée à l'objet marqué, l'antenne de l'étiquette électronique RFID sera affectée par la forme et les caractéristiques physiques de l'objet marqué. Les facteurs d'influence comprennent le matériau de l'objet marqué, l'environnement de travail de l'article marqué, etc. De plus, dans le dispositif de radiofréquence RFID, lorsque la fréquence de fonctionnement augmente jusqu'à la région des micro-ondes, le problème de correspondance entre l'antenne et la puce de l'étiquette électronique RFID devient plus grave. Ces facteurs ont mis en avant des exigences plus élevées pour la conception des antennes d'étiquettes électroniques RFID, mais ont également apporté de grands défis.

L'antenne est un dispositif qui reçoit ou rayonne la puissance du signal radiofréquence frontal sous forme d'ondes électromagnétiques. Il s'agit d'un dispositif à l'interface entre le circuit et l'espace, et est utilisé pour réaliser la conversion d'énergie entre l'onde guidée et l'onde de l'espace libre. Les systèmes de radiofréquence sans fil RFID actuels sont principalement concentrés dans les bandes de fréquence basse fréquence, haute fréquence, ultra haute fréquence et micro-ondes. Les principes et les conceptions des antennes du système RFID dans différentes bandes de fréquences de fonctionnement sont fondamentalement différents :

(1) Caractéristiques directionnelles

Le rayonnement de l'antenne est directionnel. La courbe de relation entre l'amplitude et la direction du rayonnementLe champ n est appelé diagramme de direction, qui est en fait la courbe de relation de l'intensité du champ en un point dans n'importe quelle direction du champ de champ lointain dans la même direction. Le diagramme de direction fait généralement référence au diagramme de direction normalisé, c'est-à-dire à la courbe de relation dans la même direction que le rapport de l'intensité du champ en un point dans n'importe quelle direction du champ de champ lointain au champ maximal à la même distance.

(2) Coefficient de directivité

Le coefficient de directivité est un paramètre utilisé pour indiquer le degré auquel l'antenne rayonne des ondes électromagnétiques dans une certaine direction. Le coefficient de directivité de toute antenne directionnelle fait référence au rapport de la puissance de rayonnement totale de l'antenne non directionnelle à la puissance de rayonnement totale de l'antenne directionnelle dans des conditions d'intensité de champ électrique égale au point de réception. Selon cette définition, comme l'intensité de rayonnement de l'antenne directionnelle varie dans toutes les directions, le coefficient de directivité de l'antenne varie également avec la position du point d'observation. Dans la direction où le champ électrique de rayonnement est le plus grand, le coefficient de directivité est également le plus grand. En général, le coefficient de directivité d'une antenne directionnelle est le coefficient de directivité de la direction de rayonnement maximale, c'est-à-dire qu'à une certaine distance de l'antenne, la densité de flux de puissance de rayonnement Smax de l'antenne dans la direction de rayonnement maximale est la même que celle d'une antenne non directionnelle idéale avec la même puissance de rayonnement. Le rapport de la densité de flux de puissance de rayonnement So à la même distance est noté D.

(3) Efficacité de l'antenne

L'efficacité de l'antenne est un indice utilisé pour mesurer l'efficacité d'une antenne à convertir l'énergie. Les efficacités d'antenne sont toutes inférieures à 1, ce qui signifie qu'une partie de la puissance d'entrée de l'antenne est convertie en puissance rayonnée et qu'une partie est une puissance perdue. L'efficacité de l'antenne est définie comme le rapport entre la puissance de rayonnement de l'antenne et la puissance d'entrée, noté ηA.

(4) Gain d'antenne

Le coefficient d'antenne reflète uniquement le degré le plus concentré de l'énergie de rayonnement de l'antenne, et le gain d'antenne reflète non seulement la capacité de rayonnement de l'antenne, mais prend également en compte le facteur de perte de l'antenne. Dans des conditions de même puissance d'entrée, le rapport entre la densité de puissance rayonnée S(θ, φ) de l'antenne directionnelle dans une certaine direction (θ, φ) dans l'espace et la densité de puissance rayonnée So de l'antenne à source ponctuelle sans perte dans cette direction est appelé gain de l'antenne, noté G(θ, φ).

Le coefficient de gain est un paramètre qui mesure de manière exhaustive la conversion d'énergie et les caractéristiques directionnelles de la grande ligne. Il s'agit du produit du coefficient de directivité et de l'efficacité de l'antenne, noté G, à savoir :

G=D·ηA

Pour les systèmes d'identification par radiofréquence RFID UHF et micro-ondes, le gain de l'antenne est limité en raison de la petite surface de l'antenne de l'étiquette électronique RFID. La quantité de gain dépend du type de diagramme de rayonnement de l'antenne.

(5) Caractéristiques d'impédance

L'impédance d'entrée d'une antenne peut être exprimée comme le rapport entre la tension et le courant au point d'alimentation de l'antenne, généralement en fonction de la fréquence. L'impédance de l'antenne RFID doit être conçue pour être de 50 Ω ou 70 Ω afin d'obtenir une adaptation d'impédance avec l'alimentation conventionnelle. L'antenne RFID est équivalente à la charge terminale du lecteur et à la sortie de l'étiquette électronique, et l'impédance d'entrée Zin est définie comme le rapport entre la tension d'entrée de l'antenne et le courant d'entrée Io.

La puissance rayonnée P∑ de l'antenne RFID est équivalente à la perte d'une impédance équivalente. Cette impédance équivalente est appelée impédance de rayonnement Z∑,

3 Conclusion

Avec la clarification continue des exigences d'application de la technologie de radiofréquence sans fil RFID et l'expansion continue du champ d'application, la conception et la recherche de l'antenne en tant que composant clé du système RFID sont devenues très urgentes et urgentes. La technologie des antennes est l'une des technologies clés du système RFID, et elle a une importance théorique et une valeur pratique pour la maturité et la large application de la technologie RFID.