Планарные конструкции антенн для систем радиочастотной идентификации

• Автор: Попов, Алексей Леонидович
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. История развития систем RFID
1.2. Основные характеристики и принципы
функционирования систем RFID
1.3. Радиочастотные метки
1.4. RFID считыватели
1.5. Антенны RFID считывателей
Глава 2. Универсальная метка «PatchTag»
2.1. Конструкция и характеристики антенны метки
2.2. Экспериментальные данные
Глава 3. Исследование характеристик антенны PIFA
3.1. Постановка задачи
3.2. Микрополосковая антенна
3.2.1. Модель линии передачи
3.2.2. Резонаторная модель
3.3. Антенна типа PIFA
3.4. Аналитическая модель конструкции PIFA
3.4.1. Расчет входного сопротивления
3.4.2. Расчет диаграммы направленности
3.5. Результаты численного моделирования
конструкции PIFA
3.5.1. Модель с экраном бесконечных размеров
3.5.2. Оценка влияния размера экрана
на ДН антенны
3.6. Конструкция PIFA для настольного RFID ридера

Глава 4. Рамочная антенна для считывающих устройств
УВЧ диапазона
4.1. Задачи исследования
4.2. Конструкция рамочной антенны
4.3. Измерения образца и доработка конструкции
4.4. Аналитическая модель для расчета топологии
антенны
4.5. Аналитическая модель для оценки влияния экрана
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
1. Актуальность темы исследования.
Радиочастотная идентификация (более известная по аббревиатуре RFID - Radio Frequency Identification) - это стремительно развивающаяся технология, ежегодно значительно расширяющая масштаб и области применения в нашей современной жизни. Бесконтактная передача информации об объекте, хранящейся в памяти прикрепляемой к нему радиочастотной метки, открывает широкие возможности по созданию автоматических систем на производстве, в цепях поставок и хранения товаров, розничной торговле. Эта же технология позволяет существенно сэкономить наше время при ее использовании в точках контроля доступа, системах оплаты проезда в общественном транспорте, автоматизированных библиотечных системах. В целом, откры-
v»vjj7''W'v ! < iK'iWi1'1'Лг*ч >4/,
вающиеся при использовании систем RFID, возможности ограничены лишь1 нашим воображением и способностью найти разумный компромисс между знаниями в соответствующих технических областях и возможностями современных технологических процессов. Над усовершенствованием элементов систем радиочастотной идентификации на текущий момент трудятся тысячи инженеров и научных работников. Значительные усилия при этом направлены на совершенствование антенных конструкций, как важного элемента, характеристики которого влияют на эксплуатационные показатели всей системы в целом.
Конструкцией используемых антенн считывающего устройства и радиочастотных меток определяются максимальная дистанция регистрации радио-1 * частотных меток, форма и размеры идентификационной зоны, надежность
регистрации меток и защита от нежелательных чтений вне зоны регистрации. Перечисленные параметры в немалой степени определяют надежность реги-
В Главе 3 данной работы исследуются вопросы проектирования PIFA антенны для моноблочных считывающих устройств систем радиочастотной идентификации. Проводится анализ конструкции на основе аналитической и трехмерной электродинамической модели структуры антенны.
Поскольку в RFID-системах УВЧ диапазона относительно недавно начались использоваться преимущества индуктивной связи между антенной считывающего устройства и меткой, то вопросы, касающиеся конструирования оптимальных структур соответствующих антенн считывателей на текущий момент глубоко не исследованы и имеют высокую актуальность.
Для обеспечения максимальной эффективности антенны данного типа необходимо выполнить два основных условия:
1) обеспечить максимальную напряженность магнитного поля, формируемого антенной в ближней зоне;
2) добиться равномерного распределения магнитного поля над поверхностью антенны.
, .i Хорошо известно, .что наиболее, эффективной. конструкцией, .удовле-творяющей первому условию, является рамочная‘антенна!*’Однако для наилучшего функционирования подобной структуры в качестве RFID антенны УВЧ диапазона требуется найти решение одной существенной проблемы. Дело в том, что периметр антенного контура, обеспечивающего необходимый размер идентификационной зоны, часто сопоставим по размеру с длиной волны рабочей частоты. При этом фаза тока при его распределении по периметру рамки подобных размеров значительно изменяется. В результате суммарное магнитное поле может существенно уменьшаться из-за сложения полей, источниками которых являются противофазные поверхностные токи. Чтобы избежать этого, необходимо обеспечить квазистационарное распределение тока по периметру антенны. Эта задача на данный момент является од-*' ним из основных моментов приложения усилий при проектировании ближ-непольных антенн RFID-систем УВЧ диапазона.