Bảng sau sẽ cho các thông số kỹ thuật của một chip. Ta thấy trở kháng đầu vào của là ZT = 11.5 – j422Ω và công suất hoạt động ngưỡng là -13 dBm (0.05mW) tại 915MHz.
Ký hiệu Thông số Điều kiện Trị số Đơn vị
Z867 Trở kháng vào T=220C, f = 867MHz 12.7 – j457 Ω
Z915 T=220C, f = 915MHz 11.5 – j422 Ω
Z1450 T=220C, f = 2450MHz 3.7 – j60.2 Ω
Z867 Công suất ngưỡng của chip
f = 867MHz -14 dBm
Z915 f = 915MHz -13 dBm
Z1450 f = 2450MHz -8 dBm
Một số loại anten sau đây được xem xét sử dụng làm anten thẻ trường-xa thụ động kết hợp với chip trên: anten meander line gấp khúc, anten dipole uốn khúc, anten vòng, anten khe, anten dải...Trong trong trường hợp này sử dụng anten meander line uốn khúc. Do trở kháng của anten meander line có thể dễ dàng thay đổi bằng cách điều chỉnh độ dài, độ rộng và số vòng uốn khúc của anten. Anten được xây dựng trên một đế Polyester có độ dày khoảng 1 mm (Hình 3.18).
Từ điều kiện ban đầu trên, ta có mục tiêu thiết kế sau:
Anten cần thiết kế phải có trở kháng ZA = 11.5 + j422Ω hoặc càng gần giá trị này càng tốt tại tần số 915MHz để có được khoảng đọc lớn nhất giữa anten thẻ và reader.
Khảo sát anten meander line gấp khúc có kích thước như sau:
- Độ dài: 96mm - Độ rộng: 16mm - Độ rộng dải: 1mm
- Độ rộng đường gấp khúc: 5mm - Độ dài đường gấp khúc: 14mm - Số đường gấp khúc: 9
Kinh nghiệm thiết kế cho thấy cũng giống như trong trường hợp của anten nhiều vòng HF, đó là đầu tiên thì tăng số đường gấp khúc, độ dài/ độ rộng lên rồi sau đó giảm dần cho đến khi đạt được giá trị mong muốn.
Hình 3.7 Mô phỏng anten meander line gấp khúc với MGrid (IE3D)
Sử dụng chương trình IE3D thiết kế anten meander line gấp khúc trong Hình 3.18 trên đây. Trở kháng đầu vào tính được của anten được cho trong Hình 3.20.
Phần thực từ 23 đến 25Ω, phần ảo từ 259 đến 650Ω trong dải 800 – 1GHz. Trở kháng ZA = 34.0 + j428.8Ω tại tần số 915MHz. Từ kết quả mô phỏng, cho thấy trở kháng của anten lớn hơn trở kháng nguồn của chip. Kết quả không cho thấy sự khác nhau nhiều lắm. Song vẫn cần phải tối ưu hơn nữa về kích thước và hình dạng của anten để có được sự phối hợp trở kháng tốt hơn.
Hình 3.8 Thiết lập các thông số mô phỏng.
Hình 3.9. Thực hiện quá trình mô phỏng bằng IE3D
Hình 3.10 Cấu trúc 3D của anten meader line mô phỏng bằng phần mềm IE3D .
Hình 3.11 (a)Biểu đồ bức xạ của anten meander line gấp khúc
Hình 3.11 (b)Biểu đồ bức xạ của anten meander line gấp khúc
Biểu đồ bức xạ của anten meander line gấp khúc khảo sát trên có dạng hình quá táo dẹt theo trục z, trục vuông góc với anten, và trục z cũng là hướng bức xạ cực đại của anten. Và độ tăng ích của anten là tương đối nhỏ do chưa có được sự phối hợp trở kháng tốt đối với trở kháng của chip. Anten vẫn còn phải tối ưu hơn nữa về kích thước, và hình dáng để có được sự phù hợp trở kháng trên.
Hình 3.12 Độ tăng ích của anten meander line gấp khúc, chưa tính đến tổn hao không phù hợp trở kháng, tính bằng phần mềm IE3D.
Hình 3.13 Tính toán trở kháng bằng IE3D
Hình 3.14. Tính toán tổn hao trả về và hệ số truyền công suất
Hình 3.15 Tính RCS của anten meander line gấp khúc bằng IE3D.
Mô phỏng RCS của anten tại hai giá trị trở kháng được cho trong hình trên đây, trong đó σ là -13.96 dBsm đối với điều kiện ngắn mạch và -16.11dBsm khi Zt
= 11.5–j422 Ω.
Khoảng đọc của hệ thống:
Giả thiết hệ thống sử dụng reader có các thông số sau: f = 915MHz; EIRP = 4W (Preader-tx = 33dBm (2W), Greader-ant = 6dBic); Preader-ngưỡng = -65dBm.
Cùng với các thông số của anten thẻ vừa tìm được: Độ tăng ích của anten
Gthẻ-ant = 0.94dB; hệ số truyền công suất τ = -1.32dB; RCS của thẻ σ = -16.11 dBsm;
hệ số phù hợp phân cực χ là -3 dB (coi anten reader là phân cực tròn, còn anten meander line uốn khúc thì phân cực tuyến tính); Pthẻ-ngưỡng = -13 dBm. Sử dụng công thức (2.12) và (2.16) từ Chương 2:
(3.3) Rcấp nguồn ~ 7 m, (3.4) Rtán xạ trở lại ~ 17.78 m.
Kết quả cho thấy Rcấp nguồn ngắn hơn Rtán xạ trở lại. Khoảng đọc của hệ thống sẽ được xác định bởi khoảng cách nhỏ hơn. Ta thấy có sự khác biệt rất lớn giữa hai khoảng cách này, hướng tán xạ trở lại lớn hơn nhiều là do độ tăng ích của anten reader và độ nhạy của anten reader lớn (-65dBm) hơn nhiều so với anten của thẻ.
Với khoảng đọc như trên, hệ thống có khả năng ứng dụng rất lớn. Cụ thể là trong ứng dụng quản lý kho hàng, quản lý và theo dõi hệ thống băng tải…
CH¦¥NG 4