THIẾT KẾ ANTEN CHO THẺ RFID UHF (868MHz)

THIẾT KẾ ANTEN CHO THẺ RFID UHF (868MHz)

Trường đại học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Điện Tử Viễn Thông Báo cáo tốt nghiệp THIẾT KẾ ANTEN CHO THẺ RFID UHF (868MHz) SVTH: HDKH: TS Lê Hữu Phúc CN Nguyễn Thanh Việt Nội Dung Tổng Quan Hệ Thống RFID Phân tích yêu cầu thiết kế Thiết kế mô anten Kết luận hướng phát triển đề tài 1.1 Các hệ thống nhận dạng tự động Bar code Voice Biometric Optical Finger print Automatic Identification system … RFID Smart Card Hình 2: Các phương thức nhận dạng tự động 1.2 RFID (Radio Frequency Identification) Hình 1: Hệ thống RFID ● Thế giới: phát triển mạnh, doanh thu 2650 triệu USD (2005); ứng dụng logistic, kho hàng, thư viện, thu phí, ● Việt Nam: nhiều dự án lớn hệ thống xe điện ngầm TP HCM, vận tải hành khách công cộng Đà Nẵng, thu phí xa lộ Hà Nội (TP.HCM) … 1.3 Ưu điểm RFID Bảng 1. Ưu điểm của RFID 1.4 Tần số hoạt động RFID Bảng 2: Tần số hoạt động RFID Tên Dãy tần số Dãy bước sóng Các tần số ISM Tầm đọc cho thẻ thụ động Tần số thấp (LF) 30 – 300 kHz 10 km – km < 135 kHz < 50 cm 6,78 MHz 8,11 MHz 13,56 MHz 27,12 MHz Tần số cao (HF) – 30 MHz 100 m – 10 m Siêu cao tần (UHF) 300 MHz – GHz m – 10 cm 433 MHz 869 MHz 915 MHz Microwave GHz – 300 GHz 30 cm – mm 2,44 GHz 5,80 GHz Các qui định CEPT/ETSI hành: CEPT REC 70-03 Phụ lục 1, ETSI EN 330 220-1 b => Đề nghị cho qui định CEPT/EITS tương lai c => Các qui định FCC, Phần 15 Mục 247 d => Trong nhiều quốc gia khác, qui định áp dụng tương tự FCC CEPT/ETSI 2.1 Hệ Thống RFID • Trong hệ thống RFID có thành phần chính: thẻ, đầu đọc middleware Hình 3. Kiến trúc hệ thống RFID 2.2.1 Thẻ RFID Hình 4: Các thành phần thẻ Hình 5: Sơ đồ chip 2.2.2 Phân lọai thẻ RFID ● Thẻ thụ động: khơng có nguồn điện riêng ● Thẻ bán thụ động: có nguồn điện riêng khơng kích khởi giao tiếp ● Thẻ tích cực: có nguồn điện riêng khởi kích giao tiếp 10 4.2.7 Đặc tính anten thiết kế 1(tt) Hình 23 Return loss Tầm đọc  của anten r  4 Pt Gt Gr  12.16 m Pth 29 Pt   =  2W Gt  =  1 λ    =  0,345m   Pth  =  ­18 dBm 4.3.1 Thiết kế Hình 24. Thiết kế 2 a b c d e f g h wt l w 5.7 18.4 6.2 21 5.7 5.7 23 23 0.7 70 32 30 4.3.2 Đặc tính anten thiết kế Hình 25. Đặc tính trở kháng 31 4.3.3 Đặc tính anten thiết kế (tt) Hình 26. Giản đồ bức xạ Hình 27. Độ lợi 32 4.3.4 Đặc tính anten thiết kế 2(tt) Hình 28. Return loss Tầm đọc  của anten r  4 Pt Gt Gr  12.094 m Pth 33 Pt   =  2W Gt  =  1 λ    =  0,345m   Pth  =  ­18 dBm 4.4.1 Thiết kế Hình 29. Thiết kế 3 a 4.7 b c d 9.4 4.63 13.4 e f g h i j 5.2 17 5.7 17 5.8 19 34 k m wt 5.8 24.9 0.7 l w 70 32 4.4.2 Đặc tính anten thiết kế Hình 30. Đặc tính trở kháng 35 4.4.3 Đặc tính anten thiết kế (tt) Hình 31. Giản đồ bức xạ Hình 32. Độ lợi 36 4.3.4 Đặc tính anten thiết kế 3(tt) Hình 33. Return loss Tầm đọc  của anten r  4 Pt Gt Gr  11.824 m Pth 37 Pt   =  2W Gt  =  1 λ    =  0,345m   Pth  =  ­18 dBm 4.4 Balun •Do điều kiện thực tế khơng thể gắn chip đề tài phải thiết kế thêm balun nhằm phục vụ cho việc đo đạc thực tế Z l 30  j 211 Z d 100 Z co 50 Z BB Z d => => Z L  jZ d tg (  d ) 1  Z d 5.41 Z d  jZ L tg (  d ) 1  d 0.319 110 mm / 4  Z ct  Z co Z BB 16.43 38 Với  ZL  Zd ZL  Zd c *10^8  0.0864m 86.4mm f 868 *10^ 4.4 Balun (tt) •Để thiết kế Balun cho anten đề tài sử dụng phần mềm Ansoft 4.0 kết sau: Hình 34. Balun  39 5.1 So sánh thiết kế Tác giả Hình dạng K.V Seshagiri, Pavel V Nikitin, Sander F Lam Gaetano Marrocco Kích thước mm 100 × 20 Độ lợi (dB), Tầm đọc (m) 1,5 dB 5,5 m 39 × 40 0,61 dB 0,66 m Dicen (UHF RFID Windshield Tag-03) 125 × 20 10 cm – m ALIEN (ALN-9662 “Short” Inlay) 70 × 17 10 m 70 × 32 1.8 dB/12,16m 2.0 dB/12,09m 1.9 dB/11,9m (Nửa anten) Thiết kế # Thiết kế # Thiết kế # 40 5.2 Kết luận •Kết • • Tìm hiểu kỹ thuật RFID Tìm hiểu cấu trúc họat động thẻ đầu đọc • Trình bày kỹ thuật thiết kế anten thẻ RFID • Thiết kế thành công anten thẻ RFID theo điều kiện ứng dụng Việt Nam Các kết mô đo đạc đặc tính anten tốt, vượt xa yêu cầu đòi hỏi Những thiết kế đạt ứng dụng vào việc thu phí xe, quản lý thiết bị, kiểm sốt hàng hóa, … •Hướng phát triển đề tài • Gắn chip vào anten thẻ đo đặc tính anten • Nghiên cứu cách giao thức đầu đọc thẻ, để hòan chỉnh sản phẩm ứng dụng vào sống 41 Tài liệu tham khảo [1] GS.TSKH Phan Anh Trường điện từ truyền sóng, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội [2] GS.TSKH Phan Anh Lý thuyết kỹ thuật anten, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] GS.TSKH Phan Anh Giáo trình Lý thuyết Kỹ thuật siêu cao tần, Bộ môn Thông tin vô tuyến, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công Nghệ, ĐHQGHN [4] Phạm Minh Việt Kỹ thuật siêu cao tần, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Klaus Finkenzeller, RFID Handbook Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification, John Wiley & Sons Ltd, England 2003 [6] Paul Sanghera, RFID+Study Guide and Practice Exam, Syngress, Rockland 2007 [7] K V Seshagiri Rao, Pavel V Nikitin, Sander F.Lam, Antenna Design for UHF RFID Tags: A Review and a Practical Application, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.53, No.12, 2005 [8] Pavel V Nikitin, K V S Rao, Performance Limitations of Passive UHF RFID Systems, IEEE, 2006 [9] Gaetano Marroco, The art of UHF RFID antenna design: impedance matching and sizereduction techniques, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol.50, No.1, 2008 [10] http://www.rfidjournal.com/article/view/ [11] http://www.alien.com 42 Cảm ơn thầy cô bạn lắng nghe! LOGO ... chính: thẻ, đầu đọc middleware Hình 3. Kiến trúc hệ thống RFID 2.2.1 Thẻ RFID Hình 4: Các thành phần thẻ Hình 5: Sơ đồ chip 2.2.2 Phân lọai thẻ RFID ● Thẻ thụ động: khơng có nguồn điện riêng ● Thẻ. .. thiết kế Phân tích yêu cầu thiết kế Chọn vật liệu, chip Chọn hình dạng anten Mơ thiết kế, tối ưu đặc tính Thành phẩm Hình 14 Quy trình thiết kế 17 3.2 Phân tích u cầu thiết kế • Tần số họat động:... “đọc thẻ nên gọi “Reader” Reader đóng vai trò hệ thần kinh trung ương tồn hệ thống phần cứng RFID Nó điều khiển trình thiết lập kết nối, cung cấp lượng cho thẻ hoạt động, chứng thực cho thẻ