TÌM HIỂU về đề tài ANTEN TRÊN cơ THỂ NGƯỜI và ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LIÊN QUAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Điện – Bộ môn  Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp Radio Frequency Instrumentation and Industrial Informatics TÌM HIỂU VỀ ĐỀ TÀI ANTEN TRÊN CƠ THỂ NGƯỜI VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG LIÊN QUAN Sinh viên : Nguyễn Văn Mạnh - Hà Nội – T8/2020 - 2 Mục lục An-ten thể người Tìm hiểu thiết kế anten phù hợp với thiết bị RFID 3.Phương hướng mở rộng nghiên cứu Anten thể người Ứng dụng: Anten thể người ngày phát triển đa dạng, với mục đích theo dõi sức khỏe, trạng thái hoạt động ngày tích hợp nhiều tính khác… Thiết bị đeo Thiết bị mặc 1 Anten thể người Các thiết bị tích hợp anten với mục đích đo trạng thái thể người đnag ngày phát triển mạnh mẽ Đối với thiết bị đeo: Hiện thị trường giới nước nghiên cứu phát triển, tung thị trường nhiều loại sản phẩm với cấu tạo nguyên lý khác Đối với thiết bị gắn may mặc: Vẫn tiếp tục nghiên cứu, thị trường sản phẩm, có tiềm phát triển cao Anten thể người - Kích thước vật lý nhỏ - Anten có độ mềm dẻo độ bền cao Yêu cầu Anten - Cấu hình thấp Tính khả thi cho hoạt động khơng pin Thực linh hoạt chi phí thấp Thiết bị RFID Anten thể người - RFID (viết tắt thuật ngữ tếng Anh: Radio Frequency Identfcaton), hay Nhận dạng qua tần số vơ tuyến, một cơng nghệ dùng kết nối sóng vô tuyến để tự động xác định theo dõi thẻ nhận dạng gắn vào vật thể.(Wikipedia) - Công nghệ cho phép nhận biết đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ giám sát, quản lý lưu vết đối tượng học i (Đ lự Điện c) Anten RFID 1.1 Công nghệ RFID - RFID cơng nghệ nhận dạng khơng dây sóng vơ tuyến (Radi Frequency Identification) - Hệ thống RFID thiết lập liên lạc tần số vô tuyến phần: đầu đọc thẻ Khơng u cầu nhìn thẳng hệ thống mã vạch - Ưu điểm Có thể nhận dạng nhiều đối tượng thời điểm - Hệ thống bao gồm thành phần chính: Đầu đọc (Reader), Thẻ(Tags), Máy tính( Phần mềm Middleware) - Mỗi thẻ có mã định danh riêng - Đầu đọc nhận gửi thơng tin từ thẻ sau gửi đến máy tính 2.1.1 Hệ thống RFID trường gần - Đầu đọc truyền dòng điện xoay chiều qua cuộn dây tạo từ trường biến thiên xung quanh anten đầu đọc - Khi thẻ RFID nằm vùng từ trường đầu đọc xuất dòng điện xoay chiều anten thẻ tượng cảm ứng điện từ Kỹ thuật điều chế sử dụng việc truyền thông tin từ thẻ đến đầu đọc - Tín hiệu giải mã nhờ thay đổi cường độ điện trường Đầu đọc phát thay đổi nhỏ dòng điện gây biến thiên từ trường - Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm lớn khoảng cách phát ngắn, đặc biệt, tần số cao khoảng cách phát nhỏ 1 1.1.2 Hệ thống RFID trường xa + Nguyên lý hoạt động: dựa tượng cảm ứng điện từ sóng điện từ + Kỹ thuật tán xạ ngược sử dụng để truyền liệu Anten lưỡng cực đầu đọc truyền nhận sóng + Sóng điện từ, cảm ứng anten thẻ, tạo điện áp xoay chiều cực anten + IC điều chỉnh điện áp cungcấp dòng điện chiều (DC) cần thiết từ điện áp xoay chiều Tín hiệu kích hoạt IC mang theo thơng tin ghi vào nhớ IC + Thẻ điều chế tín hiệu số để truyền thơng tin lưu trữ vào IC + Đầu đọc bắt sóng truyền từ thẻ chuyển đổi thông tin nhận thành mã nhị phân Dữ liệu nhị phân chuyển đến máy tính xử lý 1 10 2.2.1 Thẻ (Tag) - Thẻ: có chức thu phát, thiết kế vừa có khả thu tín hiệu vơ tuyến vừa có khả phát tín hiệu trả lời Cấu tạo thẻ gồm phần chính: Anten chip (IC) Thẻ có loại: tích cực, bán thụ động, thụ động + Thẻ RFID thụ động: nguồn cung cấp Thẻ mạch cộng hưởng, hấp thụ nguồn cung cấp phát từ anten đầu đọc => cần sử dụng tính chất trường điện từ gọi trường gần => khoảng cách tương đối gần + Thẻ RFID tích cực: có nguồn cung cấp bên Vì có lượng để cung cấp cho mạch điện tử cách độc lập, khơng phụ thuộc vào reader nên không bị giới hạn phạm vi trường gần tương tác với reader xa 1 2.2.1 Thẻ (Tag) + Chức anten thu trường điện từ xạ đầu đọc tần số xác định + Năng lượng điện từ nhận được chuyển đổi thành lượng điện cung cấp cho mạch tích hợp + Chip gắn thẻ có khả lưu trữ thông tin, thực thi chuỗi lệnh trao đổi thông tin với đầu đọc + Anten thẻ hoạt động tần số cộng hưởng xác định Vì vậy, đầu đọc truyền tín hiệu RF với tần số xác định, thẻ nhận tín hiệu cung cấp cho chip Sau nhận đủ điện áp chip truyền lại tín hiệu tần số đến đầu đọc + Mục đích việc phối hợp trở kháng anten với tải để đảm bảo cơng suất tối đa truyền từ anten sang chip Công suất truyền từ anten đến tải hay chip tính theo công thức sau: 11 12 2.1.2 Đầu đọc (Reader) - Đầu đọc thu phát ( transceiver ) n chức đọc thẻ - Đầu đọc có tích hợp anten bên anten rời - Cịn có thành phần khác đầu đọc giao diện hệ thống cổng nối tiếp RS - 232 hay Ethernet , mạch mã hoá giải mã , nguồn cung cấp , mạch điều khiển giao tiếp - Anten đầu đọc có kích thước đa dạng từ vài cm hàng chục , trăm cm Mỗi reader có nhiều anten tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể 13 Anten thể người - Gốm - Sứ - Giấy - Composite v.v… Vật liệu Ưu điểm: Ưu điểm vật liệu giá thành rẻ Nhược điểm: khơng có độ mềm dẻo, khơng có độ bền cao trọng lượng nhẹ ôGoos Cần tìm chất liệu mềm dẻo, cố độ bền cao, nhẹ chống chịu thời tết, tác nhân ngoại lực tốt Vải cách điện 14 15 Mục tiêu Những nội dung cần tiếp tục tìm hiểu: Kiến thức Anten sóng cao tần, Lý thuyết mạch, Trường điện từ v.v Thẻ RFID: Trở kháng đầu vào, Băng thông, Hệ số định hướng Anten, Hệ số tăng ích, Hiệu suất xạ, Phân cực, khoảng đọc Anten Anten lưỡng cực, Anten phân cực trịn, Anten tích hợp Vật liệu đế điện môi, kĩ thuật dệt, Kĩ thuật phun v.v Thiết kế Anten thẻ RFID tích hợp sử dụng cấu trúc dệt 16 Tài liệu tham khảo - Lessons Learned about the Design and Active Characterization of On-Body Antennas in the 2.4 GHz Frequency Band (David Naranjo-Hernández * , Javier Reina-Tosina and Laura M Roa) - Antennas in Body-Centric Sensor Network Devices (Leena Ukkonen and Yahya Rahmat-Samii) - Nghiên cứu thiết kế anten RFID thụ động sử dụng cấu trúc dệt bề mặt dẫn từ nhân tạo (Luận án tiến sĩ Đoàn Thị Ngọc Hiền) - Anten kích thước nhỏ sử dụng vật liệu cấu trúc đặc biệt DGS kép, DS-EBG CRLH-CPW ứng dụng thiết bị đầu cuối di động (Luận án tiến sĩ Dương Thị Thanh Tú) ...1 2 Mục lục An-ten thể người Tìm hiểu thiết kế anten phù hợp với thiết bị RFID 3.Phương hướng mở rộng nghiên cứu Anten thể người Ứng dụng: Anten thể người ngày phát triển đa dạng,... tiếp - Anten đầu đọc có kích thước đa dạng từ vài cm hàng chục , trăm cm Mỗi reader có nhiều anten tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể 13 Anten thể người - Gốm - Sứ - Giấy - Composite v.v… Vật liệu... v.v Thẻ RFID: Trở kháng đầu vào, Băng thông, Hệ số định hướng Anten, Hệ số tăng ích, Hiệu suất xạ, Phân cực, khoảng đọc Anten Anten lưỡng cực, Anten phân cực tròn, Anten tích hợp Vật liệu đế điện