UHF RFID 안테나 설계 기술 연구

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RFID 무선 주파수 식별 기술(Radio Frequency Identification, RFID)의 적용은 오랜 역사를 가지고 있습니다. 이는 제2차 세계대전 당시 영국 공군 항공기가 사용한 항공기 식별 시스템에서 유래합니다. 최근 RFID 무선 주파수 식별 기술은 품목 관리, 차량 위치 확인 및 지하 인력 위치 확인에 널리 사용되고 있습니다. 본 기술은 무선 주파수 신호를 이용하여 공간적 결합(교류 자기장 또는 전자기장)을 통해 비접촉 정보 전송을 이루고, 전송된 정보를 통해 자동 식별 목적을 달성하는 비접촉 자동 식별 기술입니다.

1 RFID 무선 주파수 기술 개요

1.1 RFID 무선 식별 시스템의 기본 구성

RFID 무선 식별 시스템은 주로 RFID 전자 태그, RFID 리더, 안테나 및 호스트 컴퓨터 관리 시스템으로 구성됩니다. RFID 전자 태그와 RFID 리더 사이의 정보는 무선으로 전송되므로 그 사이에는 무선 송수신 모듈과 안테나(유도 코일)가 있습니다. 효과 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다.

UHF RFID 안테나 설계 기술 연구

(1) RFID 전자 태그(Tag): RFID 전자 태그는 무선 주파수 식별 시스템의 데이터 매체입니다. 결합 요소와 칩으로 구성된 각 RFID 전자 태그에는 고유한 EPC(전자 제품 코드) 전자 코드가 있으며, 이 코드는 대상 개체를 식별하기 위해 개체에 부착됩니다. 기존 바코드와 비교하여 EPC 코드는 특정 제품 유형을 반영할 수 있을 뿐만 아니라 특정 제품에만 적용됩니다.

(2) RFID 리더(Reader) : 리더는 전자태그 정보를 읽거나 쓸 수 있는 장치이다. 기본 기능은 태그와 함께 데이터를 전송하는 것입니다. 휴대용 리더기나 고정식 리더기로 설계할 수 있습니다.

(3) 안테나(Antenna): 태그와 리더기 사이에 무선 주파수 신호를 전송합니다.

1.2 RFID 시스템의 작동 원리

RFID 전자 태그는 RFID 리더가 방출하는 자기장에 들어간 후 리더가 보내는 무선 주파수 신호를 수신하고 칩에 저장된 제품 정보(패시브 태그, 패시브 태그 또는 패시브 태그)를 전송합니다. 유도된 전류에 의해 얻어지는 에너지 또는 태그가 특정 주파수(Active Tag, active tag 또는 active tag)의 신호를 능동적으로 보내고, 디코더는 그 정보를 읽고 디코딩한 후 해당 데이터를 중앙정보시스템으로 보낸다. 처리. 무선 주파수 식별 프로세스의 개략도는 그림 2에 나와 있습니다.

2 RFID 태그 안테나 성능 지수

RFID 전자태그와 RFID 리더 사이에 RFID 전자태그와 RFID 전자태그를 감지하는 과정에서 안테나가 RFID 리더의 브리지 역할을 하는 중요한 역할을 한다는 것은 RFID 시스템의 식별과정을 보면 어렵지 않게 알 수 있다. 꼬리표. RFID 리더 안테나, RFID 전자 태그 안테나의 성능은 전체 식별 시스템의 성능을 향상시키는 데 매우 중요합니다. RFID 전자 태그는 표시된 물체에 부착되므로 RFID 전자 태그 안테나는 표시된 물체의 모양과 물리적 특성에 영향을 받습니다. 영향을 미치는 요인으로는 마킹된 물체의 재질, 마킹된 아이템의 작업 환경 등이 있다. 또한, RFID 무선 주파수 장치에서는 동작 주파수가 마이크로파 영역까지 증가하게 되면 안테나와 RFID 전자 장치 간의 매칭 문제가 발생한다. 태그 칩이 더욱 심해집니다. 이러한 요인으로 인해 RFID 전자 태그 안테나 설계에 대한 요구 사항이 더 높아졌지만 큰 과제도 발생했습니다.

안테나는 전자파의 형태로 프런트엔드 무선 주파수 신호의 전력을 수신하거나 방사하는 장치입니다. 회로와 공간 사이의 경계면에 있는 장치로, 유도파와 자유 공간파 사이의 에너지 변환을 구현하는 데 사용됩니다. 현재 RFID 무선 주파수 시스템은 주로 저주파, 고주파, 초고주파 및 마이크로파 주파수 대역에 집중되어 있습니다. 다양한 작동 주파수 대역에서 RFID 시스템 안테나의 원리와 디자인은 근본적으로 다릅니다.

(1) 방향성 특성

안테나 방사는 방향성입니다. 방사선의 진폭과 방향 사이의 관계 곡선n 필드를 방향 다이어그램이라고 부르는데, 이는 실제로 같은 방향의 원거리 필드 필드 중 임의 방향의 한 지점에서 필드 강도의 관계 곡선입니다. 방향 다이어그램은 일반적으로 정규화된 방향 다이어그램, 즉 원거리 필드의 임의 방향에 있는 한 지점의 필드 강도와 동일한 거리의 최대 필드의 비율과 같은 방향의 관계 곡선을 나타냅니다.

(2) 지향성 계수

지향성 계수는 안테나가 특정 방향으로 전자파를 방사하는 정도를 나타내는 데 사용되는 매개 변수입니다. 지향성 안테나의 지향성 계수는 수신점에서 동일한 전계 강도 조건에서 지향성 안테나의 총 방사 전력에 대한 무지향성 안테나의 총 방사 전력의 비율을 나타냅니다. 이 정의에 따르면 지향성 안테나의 방사세기는 모든 방향에서 다르기 때문에 안테나의 지향성계수도 관측점의 위치에 따라 달라진다. 복사 전계가 가장 큰 방향에서는 지향성 계수도 가장 크다. 일반적으로 지향성 안테나의 지향성 계수는 최대 방사 방향의 지향성 계수, 즉 안테나로부터 일정 거리에서 최대 방사 방향에 대한 안테나의 방사 전력속 밀도 Smax는 와 동일하다. 동일한 방사 전력을 갖는 이상적인 무지향성 안테나의 동일한 거리에서 방사 전력 자속 밀도 So의 비율은 D로 표시됩니다.

(3) 안테나 효율

안테나 효율은 안테나가 에너지를 변환하는 효율성을 측정하는 데 사용되는 지수입니다. 안테나 효율은 모두 1보다 작습니다. 이는 안테나의 입력 전력 중 일부가 방사 전력으로 변환되고 일부는 손실되는 전력임을 의미합니다. 안테나 효율은 입력 전력에 대한 안테나 방사 전력의 비율로 정의되며, θA로 표시됩니다.

(4) 안테나 이득

안테나 계수는 안테나 방사 에너지의 가장 집중된 정도만 반영하며, 안테나 이득은 안테나의 방사 성능을 반영할 뿐만 아니라 안테나의 손실 계수도 고려합니다. 동일한 입력 전력 조건에서 공간 내 특정 방향(θ, ψ)에 대한 지향성 안테나의 방사 전력 밀도 S(θ, ψ)와 무손실 점 소스 안테나의 방사 전력 밀도 So의 비율 이 방향을 안테나 이득이라고 하며 G(θ, ψ)로 표시됩니다.

이득계수는 대형선의 에너지 변환 및 방향성 특성을 종합적으로 측정하는 매개변수이다. 이는 지향성 계수와 안테나 효율의 곱으로, G로 표시됩니다. 즉:

G=D·θA

UHF 및 마이크로파 RFID 무선 주파수 식별 시스템의 경우 RFID 전자 태그 안테나의 작은 영역으로 인해 안테나 이득이 제한됩니다. 이득의 양은 안테나 방사 패턴의 유형에 따라 다릅니다.

(5) 임피던스 특성

안테나의 입력 임피던스는 안테나 급전점에서의 전압과 전류의 비율로 표현될 수 있으며 일반적으로 주파수의 함수로 나타납니다. RFID 안테나의 임피던스는 기존 급전선과 임피던스 정합을 이루기 위해 50Ω 또는 70Ω으로 설계되어야 한다. RFID 안테나는 리더기의 단말 부하와 전자태그의 출력과 동일하며, 입력임피던스(Zin)는 입력전류(Io)에 대한 안테나 입력전압의 비로 정의된다.

RFID 안테나의 방사 전력 P∑는 등가 임피던스의 손실과 동일합니다. 이 등가 임피던스를 방사 임피던스 Z∑라고 합니다.

3 결론

RFID 무선 주파수 기술의 응용 요구 사항이 지속적으로 명확해지고 응용 분야가 지속적으로 확장됨에 따라 RFID 시스템의 핵심 구성 요소인 안테나의 설계 및 연구가 매우 시급하고 시급해졌습니다. 안테나 기술은 RFID 시스템의 핵심기술 중 하나로서 RFID 기술의 성숙도와 폭넓은 적용에 있어 이론적 의의와 실용가치를 갖고 있다.