Nhận dạng bằng sóng vô tuyến (RFID - Radio Frequency Identification) đã và đang được ứng dụng phổ biến trong nhiều hệ thống nhằm cung cấp thông tin về con người, động vật, hàng hóa,.. trong quá trình di chuyển. Giống như tên gọi, công nghệ được sử dụng trong các hệ thống RFID được phát triển dựa trên truyền dẫn sóng vô tuyến. Giao tiếp giữa thiết bị mang thông tin và thiết bị đọc thông qua sóng vô tuyến thay vì được thực hiện không qua cơ chế tiếp xúc, khi đó vai trò của ăng ten trong các hệ thống này đặc biệt quan trọng. Trong bài báo này, nhóm tác giả thiết kế và chế tạo một ăng ten Logo có thể tích hợp trên phù hiệu hay đồng phục của nhân viên nhằm tăng tính linh hoạt cho hệ thống quản lí nhân sự bằng RFID.
THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Xây dựng ăng ten Logo ứng dụng hệ thống nhận dạng sóng vơ tuyến Design of Logo antenna application in radio frequency identification technology Phạm Trung Minh, Ngô Quốc Vinh, Cao Đức Hạnh, Nguyễn Trọng Đức Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, minhpt@vimaru.edu.vn Tóm tắt Nhận dạng sóng vơ tuyến (RFID - Radio Frequency Identification) ứng dụng phổ biến nhiều hệ thống nhằm cung cấp thông tin người, động vật, hàng hóa, q trình di chuyển Giống tên gọi, công nghệ sử dụng hệ thống RFID phát triển dựa truyền dẫn sóng vơ tuyến Giao tiếp thiết bị mang thông tin thiết bị đọc thơng qua sóng vơ tuyến thay thực không qua chế tiếp xúc, vai trò ăng ten hệ thống đặc biệt quan trọng Trong báo này, nhóm tác giả thiết kế chế tạo ăng ten Logo tích hợp phù hiệu hay đồng phục nhân viên nhằm tăng tính linh hoạt cho hệ thống quản lí nhân RFID Từ khóa: Nhận dạng tự động, nhận dạng dùng sóng vơ tuyến, ăng ten, logo Abstract Radio Frequency Identification (RFID) has been widely applied in many systems to provide information of people, animals, cargo, in transportation processes As the name indicated, technologies in RFID systems were developed based on radio frequency transmission Communication between a data carrier and a reader is contactless, through radio environment In this scenario, antenna plays the most important role In this paper the authors present a method for designing and developing a Logo antenna which can be attached on the badge or uniform of staffs to enhance the flexibility of human resource management system using RFID Keywords: Auto-Identification, RFID, logo, logo Antenna Mở đầu Tự động nhận dạng (Auto-Identification) ứng dụng phổ biến nhiều hệ thống như: hệ thống công nghiệp, phân phối bán hàng, hệ thống, công ty sản xuất, nhằm cung cấp thông tin người, động vật, hàng hóa q trình di chuyển Khởi đầu cho cách mạng nhận dạng phải kể đến hệ thống mã vạch, nhiên hệ thống bộc lộ nhiều hạn chế nhớ lưu trữ thấp khơng thể lập trình lại [1-3] Dạng chung thiết bị điện tử lưu trữ liệu ngày thẻ thơng minh dựa trường thông tin liên lạc (thẻ thông minh telephone, thẻ ngân hàng) sử dụng phương pháp tiếp xúc khí để đọc liệu Tuy nhiên, việc lưu trữ đọc thông tin thẻ thông minh không thực tế đòi hỏi phải có giải pháp truyền liệu không tiếp xúc thiết bị mang liệu thiết bị đọc Khi đó, nhận dạng dùng sóng vô tuyến RFID xem giải pháp ưu tiên hàng đầu Giống tên gọi, công nghệ sử dụng hệ thống RFID phát triển dựa truyền dẫn sóng vơ tuyến Giao tiếp thiết bị mang thông tin thiết bị đọc thông qua sóng vơ tuyến thay thực khơng qua chế tiếp xúc, vai trò ăng ten hệ thống đặc biệt quan trọng Trong báo này, nhóm tác giả thiết kế chế tạo ăng ten Logo [4] tích hợp phù hiệu hay đồng phục nhân viên nhằm tăng tính linh hoạt cho hệ thống quản lí nhân RFID Nội dung báo bao gồm mục Mục - Mở đầu, mục - Hệ thống RFID, tập trung vào việc phân tích hoạt động hệ thống RFID, đặc tính ăng ten sử dụng hệ thống HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 435 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Mục - Thiết kế ăng ten, sở phân tích trên, ăng ten logo VMU thiết kế chế tạo Mục kết luận hướng phát triển nhóm nghiên cứu Hệ thống RFID 2.1 Kiến trúc hệ thống Hình kiến trúc hệ thống RFID Hình Hệ thống RFID Hệ thống bao gồm hai thành phần chính: Thiết bị đọc (reader) bao gồm mộ đun truyền/nhận sóng vô tuyến, đơn vị điều khiển thành phần kết nối đến thiết bị thu phát Ngoài ra, nhiều đọc hỗ trợ chuẩn giao tiếp khác RS232, RS485, để giúp hệ thống truyền liệu nhận đến hệ thống khác PC, hệ thống điều khiển robot,… Thiết bị thu phát (transponder): thành phần mang liệu hệ thống RFID, bao gồm thành phần kết nối đến thiết bị đọc (ăng ten) microchip (hình 2) Hình Kiến trúc chung thiết bị thu phát 2.2 Hoạt động hệ thống Khi transponder thiết bị thông thường (không vùng hoạt động thiết bị đọc) transponder chế độ thụ động hoàn toàn Transponder kích hoạt vào vùng phủ sóng reader Năng lượng để transponder hoạt động truyền nhờ đơn vị liên kết coupling sử dụng công nghệ không tiếp xúc Đơn vị liên kết dùng để chuyển xung thời gian liệu Tần số hoạt động transponder: tần số mà ăng ten transponder dùng để thu phát tín hiệu Các dải tần phổ biến sử dụng hệ thống RFID: LF (Low Frequency), HF (High Frequency), UHF (Ultra High Frequency) SHF (Super High Frequency) Bảng dải tần phổ biến đặc tính ăng ten hoạt động dải tần HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 436 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Bảng Các dải tần phổ biến sử dụng hệ thống RFID Tên Khoảng tần số Khoảng cách đọc LF 30 - 300 KHz 50 cm HF - 30 MHz 300 cm UHF 300 - 3000 MHz 900 cm SHF - 30 GHz 1000 cm Khoảng cách đọc transponder phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tần số làm việc, công suất đầu đọc, can nhiễu,… Trong khuôn khổ báo, thiết bị transponder thụ động (chỉ kích hoạt người dùng mặc đồng phục đeo thẻ Nhà trường) nên ăng ten thiết kế ăng ten thụ động, hoạt động dải tần UHF, SHF Ăng ten có hình dạng Logo Trường Đại học Hàng hải Việt Nam (hình 5a) Thiết kế ăng ten 3.1 Cấu trúc hình học ăng ten Ăng ten thiết kế ăng ten vi dải [5] hoạt động băng tần 2.4GHz (WLAN, WiMAX, Bluetooth, ) Hình cấu trúc hình học ăng ten, thơng số ăng ten (sau tối ưu) bảng Bảng Các tham số ăng ten Kích thước Tham số (mm) wg 45 hg 45 h 1.6 r 13.5 wf 1.8 hch 13 wch 8.2 wpin 12.5 h1 h2 hpin 15 Hình Cấu trúc hình học ăng ten logo VMU Tấm phát xạ: dạng hình học cách điệu từ logo trường Đại học Hàng hải Việt Nam, sử dụng dẫn điện PEC (Perfect Electrical Conductor) Tấm điện môi: sử dụng chất điện mơi FR4 có Ɛ = 4.4 Tấm xạ, mặt phẳng đất: sử dụng dẫn điện PEC 02 ngắn mạch kim loại có đường kính 0.5 mm Ăng ten tiếp điện SMA có trở kháng đặc trưng 50 Ω Hình mơ hình 3D ăng ten thiết kế mơ phần mềm CST Microwave Studio version 2014 HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 437 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Hình Giao diện thiết kế Hình dạng ăng ten (logo) hệ số tổn hao ngược S11 ăng ten hình Hình Ăng ten logo VMU: a) Logo, b) Top view, c) Back view Ăng ten hoạt động với tần số hội tụ 2.4GHz, hệ số tổn hao ngược S11= -29.05 dB, băng thông -10 dB 321 MHz (12.9%) tỷ số sóng đứng VSMR < (1.08) Hình Hệ số tổn hao ngược S11 HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 438 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Hình đồ thị xạ (3D) ăng ten đạt được, độ tăng ích ăng ten tần số 2.4GHz 3.012 dBi Hình Đồ thị xạ ăng ten logo VMU 3.2 Chế tạo ăng ten Ăng ten in chất điện mơi FR4 có ε = 4.4, chiều dày h = 1.6 mm Các tham số ăng ten bảng Hình hình ảnh ăng ten chế tạo Hình Hình ảnh ăng ten chế tạo Tần số ăng ten đo có sai khác đơi chút (58 MHz) so với kết mô phỏng, sai số giải thích độ xác chế tạo Tuy nhiên ăng ten hội tụ tần số 2.4 GHz với băng thông 400 MHz Hình Tần số hoạt động ăng ten mơ thực nghiệm HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 439 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Kết luận Nhóm tác giả thiết kế chế tạo thành công ăng ten Logo VMU hoạt động băng tần 2.4 GHz Các tham số mô thực nghiệm ăng ten đạt khẳng định ăng ten đáp ứng tốt môi trường truyền thông không dây Bên cạnh đó, cấu trúc kích thước ăng ten hồn tồn phù hợp cho việc tích hợp ăng ten phù hiệu, đồng phục nhân viên, làm tiền đề cho hướng phát triển nhóm nghiên cứu việc phát triển hệ thống nhận dạng nhân công nghệ RFID Tài liệu tham khảo [1] LiYang, Amin Rida, and Manos M.Tentzeris Design and Development of Radio Frequency Identification (RFID) and RFID-Enabled Sensorson Flexible Low Cost Substrates, Morgan & Claypool 2009 [2] Klaus Finkenzeller, RFID Handbook Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification, John Wiley & Sons 2003 [3] Nguyễn Trọng Đức Xây dựng ăng ten Logo dùng nhận dạng sóng vô tuyến Đề tài NCKH cấp Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 2016 [4] Md Shaad Mahmud, Shuvashis Dey, Design Performance and Implementation of UWB Wearable Logo Textile Antenna 15th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics (ANTEM) 2012 [5] Trong Duc, N., et al Optimization Of PIFA Antenna Using An Auto-embedded Genetic Algorithm International Conference on Communications and Electronics (ICCE 2010) 2010 HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 440 ... Thiết kế ăng ten, sở phân tích trên, ăng ten logo VMU thiết kế chế tạo Mục kết luận hướng phát triển nhóm nghiên cứu Hệ thống RFID 2.1 Kiến trúc hệ thống Hình kiến trúc hệ thống RFID Hình Hệ thống. .. ten logo VMU 3.2 Chế tạo ăng ten Ăng ten in chất điện mơi FR4 có ε = 4.4, chiều dày h = 1.6 mm Các tham số ăng ten bảng Hình hình ảnh ăng ten chế tạo Hình Hình ảnh ăng ten chế tạo Tần số ăng ten. .. NGHỆ HÀNG HẢI 2016 437 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Hình Giao diện thiết kế Hình dạng ăng ten (logo) hệ số tổn hao ngược S11 ăng ten hình Hình Ăng ten logo