บทความเกี่ยวกับเสาอากาศ RFID

การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการออกแบบเสาอากาศ UHF RFID

0 คำนำ


การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการระบุความถี่วิทยุ RFID (Radio Frequency Identification, RFID) มีประวัติอันยาวนาน สามารถย้อนกลับไปที่ระบบระบุเครื่องบินที่ใช้โดยเครื่องบินของกองทัพอากาศอังกฤษในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เมื่อเร็ว ๆ นี้ เทคโนโลยีการระบุความถี่วิทยุ RFID ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการจัดการรายการ การวางตำแหน่งยานพาหนะ และการวางตำแหน่งบุคลากรใต้ดิน เทคโนโลยีนี้เป็นเทคโนโลยีระบุตัวตนอัตโนมัติแบบไม่สัมผัส ซึ่งใช้สัญญาณความถี่วิทยุเพื่อให้เกิดการส่งข้อมูลแบบไม่สัมผัสผ่านการมีเพศสัมพันธ์เชิงพื้นที่ (สนามแม่เหล็กสลับหรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) และบรรลุวัตถุประสงค์ของการระบุตัวตนอัตโนมัติผ่านข้อมูลที่ส่ง


1 ภาพรวมของเทคโนโลยีความถี่วิทยุ RFID


1.1 องค์ประกอบพื้นฐานของระบบระบุตัวตนแบบไร้สาย RFID


ระบบระบุตัวตนแบบไร้สาย RFID ส่วนใหญ่ประกอบด้วยแท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID เครื่องอ่าน RFID เสาอากาศ และระบบการจัดการคอมพิวเตอร์โฮสต์ ข้อมูลระหว่างแท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID และเครื่องอ่าน RFID จะถูกส่งแบบไร้สาย ดังนั้นจึงมีโมดูลตัวรับส่งสัญญาณไร้สายและเสาอากาศ (ขดลวดเหนี่ยวนำ) อยู่ระหว่างกัน แผนภาพเอฟเฟกต์แสดงในรูปที่ 1


การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการออกแบบเสาอากาศ UHF RFID


(1) แท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID (แท็ก): แท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID เป็นตัวพาข้อมูลของระบบระบุความถี่วิทยุ แท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID แต่ละตัวประกอบด้วยองค์ประกอบเชื่อมต่อและชิป มีรหัสอิเล็กทรอนิกส์ EPC (Electronic ProductCode) ที่ไม่ซ้ำกัน ซึ่งติดอยู่กับวัตถุเพื่อระบุวัตถุเป้าหมาย เมื่อเปรียบเทียบกับบาร์โค้ดแบบเดิม รหัส EPC ไม่เพียงสะท้อนถึงผลิตภัณฑ์บางประเภทเท่านั้น แต่ยังสะท้อนถึงผลิตภัณฑ์เฉพาะเจาะจงอีกด้วย


(2) เครื่องอ่าน RFID (Reader): เครื่องอ่านเป็นอุปกรณ์ที่สามารถอ่านหรือเขียนข้อมูลแท็กอิเล็กทรอนิกส์ได้ หน้าที่พื้นฐานของมันคือส่งข้อมูลด้วยแท็ก สามารถออกแบบให้เป็นเครื่องอ่านมือถือหรือเครื่องอ่านแบบตายตัวได้


(3) เสาอากาศ (เสาอากาศ): ส่งสัญญาณความถี่วิทยุระหว่างแท็กและเครื่องอ่าน


1.2 หลักการทำงานของระบบ RFID


หลังจากที่แท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID เข้าสู่สนามแม่เหล็กที่ปล่อยออกมาจากเครื่องอ่าน RFID จะรับสัญญาณความถี่วิทยุที่ส่งโดยเครื่องอ่านและส่งข้อมูลผลิตภัณฑ์ (แท็กแบบพาสซีฟ แท็กแบบพาสซีฟ หรือแท็กแบบพาสซีฟ) ที่จัดเก็บไว้ในชิปโดยอาศัยอำนาจของ พลังงานที่ได้รับจากกระแสเหนี่ยวนำ หรือแท็กจะส่งสัญญาณความถี่ที่แน่นอน (แท็กแอคทีฟ แท็กแอคทีฟ หรือแท็กแอคทีฟ) จากนั้นตัวถอดรหัสจะอ่านและถอดรหัสข้อมูลแล้วส่งไปยังระบบข้อมูลส่วนกลางเพื่อรับข้อมูลที่เกี่ยวข้อง กำลังประมวลผล. แผนผังของกระบวนการระบุความถี่วิทยุแสดงในรูปที่ 2


2 ดัชนีประสิทธิภาพเสาอากาศแท็ก RFID


จากกระบวนการระบุตัวตนของระบบ RFID นั้นไม่ยากที่จะเห็นได้ว่าเสาอากาศมีบทบาทสำคัญในฐานะสะพานสำหรับเครื่องอ่าน RFID เพื่อส่งสัญญาณความถี่วิทยุระหว่างแท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID และเครื่องอ่าน RFID ในกระบวนการตรวจจับ RFID อิเล็กทรอนิกส์ แท็ก เสาอากาศเครื่องอ่าน RFID ประสิทธิภาพของเสาอากาศแท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID มีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบระบุตัวตนทั้งหมด เนื่องจากแท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID ติดอยู่กับวัตถุที่ทำเครื่องหมายไว้ เสาอากาศแท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID จะได้รับผลกระทบจากรูปร่างและลักษณะทางกายภาพของวัตถุที่ทำเครื่องหมายไว้ ปัจจัยที่มีอิทธิพล ได้แก่ วัสดุของวัตถุที่ทำเครื่องหมาย สภาพแวดล้อมการทำงานของรายการที่ทำเครื่องหมาย ฯลฯ นอกจากนี้ ในอุปกรณ์ความถี่วิทยุ RFID เมื่อความถี่ในการทำงานเพิ่มขึ้นถึงบริเวณไมโครเวฟ ปัญหาการจับคู่ระหว่างเสาอากาศกับอิเล็กทรอนิกส์ RFID ชิปแท็กจะรุนแรงขึ้น ปัจจัยเหล่านี้ทำให้เกิดข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับการออกแบบเสาอากาศแท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID แต่ก็นำมาซึ่งความท้าทายที่ยิ่งใหญ่เช่นกัน


เสาอากาศเป็นอุปกรณ์ที่รับหรือแผ่พลังงานของสัญญาณความถี่วิทยุส่วนหน้าในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อระหว่างวงจรกับช่องว่าง และใช้เพื่อรับรู้ถึงการแปลงพลังงานระหว่างคลื่นนำทางและคลื่นอวกาศว่าง ระบบความถี่วิทยุไร้สาย RFID ในปัจจุบันส่วนใหญ่เน้นในย่านความถี่ต่ำ ความถี่สูง ความถี่สูงพิเศษ และความถี่ไมโครเวฟ หลักการและการออกแบบเสาอากาศระบบ RFID ในช่วงความถี่การทำงานที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกันโดยพื้นฐาน:


(1) ลักษณะทิศทาง


การแผ่รังสีของเสาอากาศเป็นทิศทาง เส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างแอมพลิจูดและทิศทางของการแผ่รังสีสนาม n เรียกว่าแผนภาพทิศทาง ซึ่งจริงๆ แล้วคือเส้นโค้งความสัมพันธ์ของความแรงของสนาม ณ จุดหนึ่งในทิศทางใดๆ ของสนามสนามไกลในทิศทางเดียวกัน แผนภาพทิศทางโดยทั่วไปหมายถึงแผนภาพทิศทางปกติ นั่นคือ เส้นโค้งความสัมพันธ์ในทิศทางเดียวกันกับอัตราส่วนของความแรงของสนามที่จุดหนึ่งในทิศทางใดๆ ของสนามระยะไกลต่อสนามสูงสุดที่ระยะทางเดียวกัน


(2) ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทาง


ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางเป็นพารามิเตอร์ที่ใช้ระบุระดับที่เสาอากาศแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปในทิศทางที่กำหนด ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางของเสาอากาศกำหนดทิศทางใดๆ หมายถึงอัตราส่วนของกำลังการแผ่รังสีทั้งหมดของเสาอากาศไม่มีทิศทางต่อกำลังการแผ่รังสีทั้งหมดของเสาอากาศกำหนดทิศทางภายใต้เงื่อนไขของความแรงของสนามไฟฟ้าเท่ากันที่จุดรับ ตามคำนิยามนี้ เนื่องจากความเข้มของการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบกำหนดทิศทางจะแปรผันในทุกทิศทาง ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางของเสาอากาศจึงแปรผันตามตำแหน่งของจุดสังเกตด้วย ในทิศทางที่สนามไฟฟ้าการแผ่รังสีใหญ่ที่สุด ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางก็จะใหญ่ที่สุดเช่นกัน โดยทั่วไป ค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางของเสาอากาศกำหนดทิศทางคือค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางของทิศทางการแผ่รังสีสูงสุด กล่าวคือ ที่ระยะหนึ่งจากเสาอากาศ ความหนาแน่นฟลักซ์ของพลังงานการแผ่รังสี Smax ของเสาอากาศในทิศทางการแผ่รังสีสูงสุดจะเหมือนกับค่านั้น ของเสาอากาศไร้ทิศทางในอุดมคติที่มีกำลังการแผ่รังสีเท่ากัน อัตราส่วนของความหนาแน่นฟลักซ์ของกำลังการแผ่รังสี ดังนั้นที่ระยะห่างเท่ากันจึงเขียนแทนด้วย D


(3) ประสิทธิภาพของเสาอากาศ


ประสิทธิภาพของเสาอากาศเป็นดัชนีที่ใช้ในการวัดประสิทธิภาพของเสาอากาศในการแปลงพลังงาน ประสิทธิภาพของเสาอากาศทั้งหมดน้อยกว่า 1 ซึ่งหมายความว่าส่วนหนึ่งของกำลังไฟฟ้าเข้าของเสาอากาศจะถูกแปลงเป็นพลังงานที่แผ่ออกมา และส่วนหนึ่งสูญเสียพลังงานไป ประสิทธิภาพของเสาอากาศหมายถึงอัตราส่วนของกำลังการแผ่รังสีของเสาอากาศต่อกำลังไฟฟ้าเข้า ซึ่งแสดงเป็น ηA


(4) อัตราขยายของเสาอากาศ


ค่าสัมประสิทธิ์เสาอากาศสะท้อนเฉพาะระดับพลังงานรังสีของเสาอากาศที่มีความเข้มข้นมากที่สุดเท่านั้น และอัตราขยายของเสาอากาศไม่เพียงสะท้อนความสามารถในการแผ่รังสีของเสาอากาศเท่านั้น แต่ยังพิจารณาปัจจัยการสูญเสียของเสาอากาศด้วย ภายใต้เงื่อนไขของกำลังไฟฟ้าเข้าเดียวกัน อัตราส่วนของความหนาแน่นของพลังงานที่แผ่ออกมา S(θ, φ) ของเสาอากาศทิศทางในทิศทางที่กำหนด (θ, φ) ในอวกาศต่อความหนาแน่นของพลังงานที่แผ่ออกมา ดังนั้น ของเสาอากาศแหล่งกำเนิดจุดแบบไม่สูญเสียใน ทิศทางนี้เรียกว่าเกนของเสาอากาศ ซึ่งแสดงเป็น G(θ, φ)


ค่าสัมประสิทธิ์เกนเป็นพารามิเตอร์ที่ใช้วัดการแปลงพลังงานและลักษณะทิศทางของเส้นขนาดใหญ่อย่างครอบคลุม มันเป็นผลคูณของค่าสัมประสิทธิ์ทิศทางและประสิทธิภาพของเสาอากาศซึ่งแสดงเป็น G กล่าวคือ:


G=D·ηA


สำหรับระบบระบุความถี่วิทยุ UHF และ RFID ไมโครเวฟ อัตราขยายของเสาอากาศจะถูกจำกัดเนื่องจากพื้นที่ขนาดเล็กของเสาอากาศแท็กอิเล็กทรอนิกส์ RFID ปริมาณเกนขึ้นอยู่กับประเภทของรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ


(5) ลักษณะความต้านทาน


ความต้านทานอินพุตของเสาอากาศสามารถแสดงเป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าต่อกระแสที่จุดป้อนเสาอากาศ โดยปกติจะเป็นฟังก์ชันของความถี่ ความต้านทานของเสาอากาศ RFID ควรได้รับการออกแบบให้เป็น 50 Ω หรือ 70 Ω เพื่อให้บรรลุการจับคู่อิมพีแดนซ์กับเครื่องป้อนทั่วไป เสาอากาศ RFID เทียบเท่ากับโหลดเทอร์มินัลของเครื่องอ่านและเอาต์พุตของแท็กอิเล็กทรอนิกส์ และอิมพีแดนซ์อินพุต Zin ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าอินพุตของเสาอากาศต่อกระแสอินพุต Io


กำลังที่แผ่ออกมา P∑ ของเสาอากาศ RFID เทียบเท่ากับการสูญเสียในอิมพีแดนซ์ที่เท่ากัน อิมพีแดนซ์ที่เทียบเท่านี้เรียกว่าอิมพีแดนซ์การแผ่รังสี Z∑


3 บทสรุป


ด้วยการชี้แจงข้อกำหนดการใช้งานเทคโนโลยีความถี่วิทยุไร้สาย RFID อย่างต่อเนื่องและการขยายขอบเขตการใช้งานอย่างต่อเนื่อง การออกแบบและการวิจัยเสาอากาศซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบ RFID ได้กลายเป็นเรื่องเร่งด่วนและเร่งด่วนมาก เทคโนโลยีเสาอากาศเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญของระบบ RFID และมีความสำคัญทางทฤษฎีและคุณค่าในทางปฏิบัติสำหรับความสมบูรณ์และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี RFID ในวงกว้าง


Scan the qr codeclose
the qr code