( nositelné. Milan Švanda, Milan Polívka. X17NKA Návrh a konstrukce antén



Podobné dokumenty
Návrh a Konstrukce Antén

Návrh a Konstrukce Antén

Elektromagnetické vlastnosti UHF RFID zářičů v blízkosti lidského těla

Dvoupásmová aktivní anténa s kruhovou polarizací

Anténní řada 2x2 pro přenos digitálního TV signálu v pásmu 4,4 až 5 GHz

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

Anténní systém pro DVB-T

EXPOZICE ELEKTROMAGNETICKÝM POLÍM V OKOLÍ VYSÍLAČŮ NOVÝCH TECHNOLOGIÍ. Pavel Buchar elmag@szu

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Zkouškové otázky z A7B31ELI

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ EMULÁTOR HF RFID TAGU BAKALÁŘSKÁ PRÁCE FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV RADIOELEKTRONIKY


Elektromagnetická vlna a její využití v telekomunikacích

Systémy pro sběr a přenos dat. metalická přenosová cesta optická přenosová cesta bezdrátová přenosová cesta

Elektromagnetické vlny

Odolný LNA pro 1296 MHz s E-PHEMT prvkem

ABSTRAKT KLÍČOVÁ SLOVA ABSTRACT KEYWORDS

ČSN EN ed. 2 OPRAVA 1

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Rovinná harmonická elektromagnetická vlna

Základy fyzikálněchemických

ZDROJE MĚŘÍCÍHO SIGNÁLU MĚŘÍCÍ GENERÁTORY

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v PRAZE Fakulta elektrotechnická katedra elektromagnetického pole DIPLOMOVÁ PRÁCE Milan Švanda

Pracovní třídy zesilovačů

9 Impedanční přizpůsobení

OK1GTH - ukázka oboru mé činnosti kavalir.t@seznam.cz

Aplikovaná optika. Optika. Vlnová optika. Geometrická optika. Kvantová optika. - pracuje s čistě geometrickými představami

Radioklub OK2KOJ při VUT v Brně: Kurz operátorů 1 ANTÉNY A NAPÁJEČE. Kurz operátorů Radioklub OK2KOJ při VUT v Brně 2016/2017

TECOMAT TC700 ZÁKLADNÍ DOKUMENTACE K SUBMODULU. MR-0155 a MR vydání 3. - listopad 2005

Daniel Tokar

MS5308. Uživatelský manuál. 1. Obecné instrukce

Hřebenová trychtýřová anténa

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Úloha D - Signál a šum v RFID

Externí paměť pro elektroniku (a obory příbuzné)

Univerzita Pardubice. Dopravní fakulta Jana Pernera

Rozsah měřené veličiny

AKTIVNÍ RFID SYSTÉMY. Ing. Václav Kolčava vedoucí vývoje HW COMINFO a.s.

Instalace detekční sondy s bezdrátovým napájením na zakládací přípravek pro natlačování a lepení

Výpis. platného rozsahu akreditace stanoveného dokumenty: HES, s.r.o. kalibrační laboratoř U dráhy 11, , Ostopovice.

Příloha č. 3 k č. j. Č.j. PPR /ČJ EC Počet listů: 6. Technické podmínky

Venkovní detektory poplachových systémů

Seznámení s přístroji, používanými při měření. Nezatížený a zatížený odporový dělič napětí, měření a simulace PSpice

Rádiové přijímače a vysílače

REKAPITULACE. Princip dálkoměrných měření GNSS

o zkoušce elektromagnetické slučitelnosti LED svítidlo stube

VYUŽÍTÍ SYSTÉMŮ AUTOMATICKÉ IDENTIFIKACE V KONFEKČNÍ VÝROBĚ

Bezdrátový přenos energie uvnitř automobilu

Datum tvorby

Integrovaná dvoupásmová flíčkovo-monopólová anténa

AKUSTICKÉ VADY A PORUCHY NA STAVBÁCH

BCC stack match, neboli slučovač antén na KV

Identifikace zkušebního postupu/metody

Osciloskopické sondy.

Umělé zátěže 250, 800 a 3000 W

1.1 Úvod do problematiky správné volby, montáže a užívání antén a anténních systémů

Rádiové funkční bloky X37RFB Krystalové filtry

SIGNÁLNÍ GENERÁTORY DDS2, DDS7 A DDS20 - PROVOZNÍ MANUÁL

Návod k použití digitálních multimetrů řady MY6xx

A-ISOMETR iso-f1. (IR155-1 / IR155-2) Hlídač izolačního stavu stejnosměrných IT sítí pro speciální aplikace. Preliminary data sheet

Čtyřnásobný přepínač RX antén pro 144 a 432MHz

Elektronické sirény MAESTRO

Dvoukanálový monitor absolutního chvění MMS 6120

Obrázek č. 1 : Operační zesilovač v zapojení jako neinvertující zesilovač

zařízení 3. přednáška Fakulta elektrotechniky a informatiky prof.ing. Petr Chlebiš, CSc.

OCHRANA VOJENSKÝCH OBJEKTŮ PROTI ÚČINKŮM VÝKONOVÝCH ELEKTROMAGNETICKÝCH POLÍ, SIMULACE EMC FILTRŮ

Návod k instalaci VIDEOMULTIPLEX

Bezpečnostní aplikace s RFID kde jsme a kam směřujeme. Lukas Vojtech

[ db ; - ] Obrázek č. 1: FPCH obecného zesilovače

Systémy pozemní pohyblivé služby

Zdroj NTPI2EU ze setkání v ČB. Milan Horkel. Parametr Hodnota Poznámka. 50 x 72 x 28mm 50 x 35 x 28mm. Hmotnost 57g Zváženo včetně kabelu

České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky. Komunikace po silových vedeních Úvod do problematiky

VYHLÁŠKA o způsobu stanovení pokrytí signálem zemského rozhlasového vysílání šířeného ve vybraných kmitočtových pásmech Vymezení pojmů

Mini příručka pro WiFi bezdrátové sítě Jan Maštalíř - Informační technologie, Chuchelna 304, Semily

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ. Ústav radioelektroniky. Diplomová práce. magisterský navazující studijní obor Elektronika a sdělovací technika

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ MĚŘENÍ VODIVOSTI KAPALIN BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Multifunkční přístroje pro revize elektrických instalací

Porovnání korelátorů dodávaných firmou Halma Water Management

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Vypracoval: David Říha Vedoucí práce: doc. Ing. Karel Draxel CSc. Rok: 2011

DUM 11 téma: Bezdrátové sítě

10a. Měření rozptylového magnetického pole transformátoru s toroidním jádrem a jádrem EI

ŠROUBOVICOVÁ DVOUPÁSMOVÁ ANTÉNA PRO WIFI PÁSMO

Radiové rozhraní GSM prakticky. Karel Mikuláštík

TZB - VZDUCHOTECHNIKA

výdrž baterie až 12 hodin data lze stáhnout do software pro správu dat

Příloha č.: 1 ze dne: je nedílnou součástí osvědčení o akreditaci č.: 456/2012 ze dne: List 1 z 6

ANTÉNA S NÍZKOŠUMOVÝM ZESILOVAČEM PRO PÁSMO VHF

Implementace RFID v zahradnickém sektoru. David Vodehnal Area Manager

Opravné prostředky na výstupu měniče kmitočtu (LU) - Vyšetřování vlivu filtru na výstupu z měniče kmitočtu

SPECIÁLNÍ TELEFONy, Y, zzvvonkkyy a A h HOu UkKa AčČkKyY

Jak na instalaci WLAN

Senzorika a senzorické soustavy

SMĚŠOVAČ 104-4R

Pokyny pro instalaci a provoz

Odolné LNA pro 144 a 432MHz

Experimentální analýza hluku

VYSOKÉ UCENÍ TECHNICKÉ V BRNE


RFID RadioFrekvenční IDentifikace. Vladislav Zvelebil

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ANTÉNY PRO PÁSMO MILIMETROVÝCH VLN ANTENNAS FOR MILIMETER-WAVE BANDS

Transkript:

Návrh a konstrukce antén Antény ny pro RFID a wearable ( nositelné é ) ) antény ny Milan Švanda, Milan Polívka Katedra elektromagnetického pole www.svandm1.elmag.org svandm1@fel.cvut.cz 624 / B2

Obsah Úvod Trocha historie Co je RFID Rozdělení Používaná kmitočtová pásma Aplikace Problematika antén TAGů v UHF pásmu Aplikace UHF RFID systému pro identifikaci osob (např. sportovců a zaměstnanců) Specifika měření RFID antén 2/66

Trocha historie 1948 Harry Stockman Communications by means of Reflected Power 1950 US armáda IFF (Ident., Friend or Foe) 1960 EAS (1 bitové) bezpečnostní aplikace 1978 Pasivní TAGy 1980 Komerční použití 3/66 90-tá léta masový rozvoj (technologie) a standardizace

RFID RadioFrequency Identification BEZKONTAKTNÍ IDENTIFIKACE KONTAKTNÍ IDENTIFIKACE Části systému TAG (transpondér) Čtečka Pevné antény (jiná vazba) 4/66

TAG (transpond( transpondér) Anténa (cívka, jiný vazební prvek) Polovodičový čip (komplexní impedance) Baterie (u aktivních systémů) 5/66

Pevné antény ny (jiná vazba) Patchové antény Yagi-Uda antény Kapacitní vazba Induktivní vazba 6/66

Čtečky 125 khz a 13,56 MHz 7/66

Čtečky UHF (869 MHz) 8/66

Rozdělen lení RFID dle napájen jení Aktivní TAG obsahuje baterii -Drahé - Omezená životnost + Nízký výkon čtečky Pasivní Energie z elmag pole + Nižší cena + Neomezená životnost - Velký výkon čtečky (1 W) 9/66

Rozdělen lení RFID dle principu Jednobitové (2 stavy) - bezpečnostní aplikace N-bitové (unikátní kód - čip) 10/66

Rozdělen lení RFID dle principu 1. Jednobitové (2 stavy) 1.1 Radiofrekvenční - Čtečka generátor proměnného elmag pole - TAG resonanční obvod na stejné f - TAG způsobí pokles amplitudy 11/66

Rozdělen lení RFID dle principu 1. Jednobitové (2 stavy) 1.2 Mikrovlnné - Čtečka vysílá nosnou vlnu modulovanou např. 1kHz ASK - TAG vytvoří dvojnásobný kmitočet (varikap) - Ten je identifikován 12/66

Rozdělen lení RFID dle principu 1. Jednobitové (2 stavy) 1.3 Frekvenční dělič - Čtečka generuje elmag pole 100 130 khz - TAG vytvoří poloviční kmitočet - Ten je identifikován 13/66

Rozdělen lení RFID dle principu 1. Jednobitové (2 stavy) 1.4 Elektromagnetické - Silné magnetické pole 10 Hz 20 khz - TAG obsahuje magneticky měkký materiál (je přemagnetováván) - Vznik vyšších harmonických - Ty lze detekovat 14/66

Rozdělen lení RFID dle principu 1. Jednobitové (2 stavy) 1.5 Akusticko-magnetické - Magnetostrikce - TAG obsahuje prvek, který je v magnetickém poli rozkmitán - Při vypnutí zdrojového pole prvek stále kmitá detekce 15/66

Rozdělen lení RFID dle principu 2. N-bitové (kód - čip) 2.1 Induktivní vazba - Základ čtečky i TAGu je rezonanční obvod - Čtečka vyšle napájecí impuls - Ten je na TAGu přijat, usměrněn a nabije kondenzátor - Slouží jako zdroj energie pro vysílání TAGu - TAG vyšle zpět kód (např. ASK) 16/66

Rozdělen lení RFID dle principu 2. N-bitové (kód - čip) 2.2 Systémy s backscatter modulací - Radiový přenos - Čtečka vysílá nepřetržitě nosnou kontinuální vlnu - Nabije se opět kondenzátor pro práci TAGu - Dle kódu je nosná vlna modulována a vyslána zpět Čip mění dle kódu impedanci antény (odraz) 17/66

Rozdělen lení RFID dle principu 2. N-bitové (kód - čip) 2.3 Uzavřená vazba - TAG je v těsné blízkosti čtečky - Vinutí TAGu tvoří s vinutím čtečky transformátor - Nebo deskový kondenzátor 18/66

Kmitočtov tová pásma Pásmo VDV,DV KV VKV UKV Mikrovlnné Kmitočtový rozsah 0-135kHz 6,78MHz, 13,56MHz, 27,125MHz 40,68MHz 433,92MHz, 869MHz, 915MHz, 2,45GHz 5,8GHz, 24,125GHz 19/66

Aplikace 125 a 135 khz Přístupové systémy do budov 20/66

Aplikace 125 a 135 khz Parkovací systémy Lyžařské vleky Logistika 21/66

Aplikace 125 a 135 khz Značkování zvířat 22/66

Aplikace 13,56 MHz Přístupové systémy do budov Odbavování zavazadel Registrace knih Garance značkového zboží 23/66

Aplikace UHF pásmop Náhrada čárového kódu 869 MHz Sledování palet 24/66

Aplikace mikrovlnné pásmo Lokalizace vagónů Přístupové systémy pro automobily (TELIDES 5,8 GHz) 25/66

Problematika antén TAGů v UHF pásmu 26/66

Komerční RFID antény ny v UHF pásmup Dipolové Mikropáskové patche (flíčkové) 27/66

Parametry čipů pro UHF RFID TAGy Vstupní impedance čipu Z chip = 76 - j340 Ω vstupní impedance antény Z in = 76 + j340 Ω Z in Citlivost Pmin ~ -7 až -18 dbm Konverzní ztráty TAGu Lkonv ~ 6 db (starší až 20 db) 28/66

Vliv blízkých kovových (dielektrických) objektů na anténn nní vlastnosti Dipól (72 Ω) nad vodivým povrchem U Z 1 11 1 Z IN = = + I1 I1 I Z12I I 1 2 Z IN = Z 11 Z 12 pro d/λ 0: Z 11 ~ Z 12 => Z IN 0 (R vyz 0) η rad = R rad R + rad R loss => L ident zmenšuje se 29/66 Antenna efficiency [%] 100 80 60 40 20 0 0,8 0,9 1,0 Frequency [GHz] free space d/λ = 0.05 d/λ = 0.025 d/λ = 0.01 d/λ = 0.005

Řešení = distanční podložka Distanční podložka 30/66

Řešení = anténa na se zemní rovinou Patchovka 869 MHz velké rozměry malá účinnost při nízkém profilu efic( h) := 1 + erhed( h) ld + Rs πη0 µr 1 h λ0 erhed( h) 3 16 εr ph ( ) c1 Le( h) We( h) 1 h λ0 Lee K. F., Chen W.: Advances in Microstrip and Printed Antennas, New York: John Wiley & Sons, 1997 31/66

Řešení = anténa na se zemní rovinou Patchovka 869 MHz velké rozměry malá účinnost při nízkém profilu 32/66

Řešení = AMC povrch Stínící stěna z ideálního/umělého magnetického vodiče PMC (AMC) potřebná výška 6-7 mm komplikovaná výroba DPS (prokovené díry) 33/66

Použití UHF RFID systému pro identifikaci sportovců v hromadných závodech 34/66

Motivace a cílec Dosud identifikace nf RFID systémy 35/66

Motivace a cílec Požadavek - použít UHF RFID systém 36/66

Motivace a cílec Požadavek - použít UHF RFID systém 37/66

Parametry systému Pracovní kmitočet Max. vysílaný výkon (trvale) Citlivost přijímače Citlivost TAGu Konverzní ztráty Polarizace všech antén 869,5 869,7 MHz 3,5 W (34 dbm) -64 dbm -6,9 dbm ~ 20 db Lineární 38/66

Systémov mové úniky Vícecestné šíření 39/66

Systémov mové úniky Vícecestné šíření Vliv směrových charakteristik antén 40/66

Systémov mové úniky Předklon závodníka 41/66

Systémov mové úniky Zastínění 42/66

Systémov mové úniky Polarizační ztráty 43/66

Systémov mové úniky Vliv těla na vlastnosti antény TAGu d/λ se snižuje R vyz se snižuje d/λ = free space, 0.05, 0.025, 0.01 Antenna efficiency [%] 100 80 60 40 20 0 0,8 0,9 1,0 Frequency [GHz] 44/66 free space d/λ = 0.05 d/λ = 0.025 d/λ = 0.01 d/λ = 0.005

Výkonová bilance pro meander dipól 45/66

Řešení = anténa na se zemní rovinou Patchovka zemní rovina 141 x 61.5 x 3 mm, ε 869 MHz velké rozměry r =3.05 malá účinnost při nízkém profilu G ~ 0 dbi 46/66

Skutečně nositelná anténa na Pěnové dielektrikum (h=4.8 mm, h/λ 0 =0.014, ε r ~1.3) Vodivá tkanina Rozměry 165 x 74 mm Hmotnost ~ 20 g Lze integrovat do čísla 47/66

Porovnání zisků antén Antena Meandr, volný prostor Meandr, 20 mm od těla Test patch, volný prostor Test patch, 0 mm od těla Wearable RFID patch, volný prostor Wearable RFID patch, 0 mm od těla G [dbi] 2.2-5.7-3.0-0.1 6.3 5.0 48/66

Výkonová bilance 49/66

Komerční wearable antény ny 50/66

Použit ití UHF RFID systému pro identifikaci zaměstnanc stnanců 51/66

Systémov mové úniky viz. sportovci Menší rychlost menší nároky na zisk (0 dbi) 52/66

Návrh badge TAG antény 1/2 Požadované parametry Kladný zisk (alespoň 0 dbi) Nositelnost Minimální vliv lidského těla Rozměry visačky Vstupní impedance Z in = 76 + j340 Ω (Z chip komplexně sdružená) 53/66

Návrh badge TAG antény y 2/22 Nová badge TAG anténa Minimální vliv podložky Jednovrstvý substrát Rozumná velikost 60 x 100 x 0.76 mm (~ 0.2 x 0.3 x 0.002 λ) Dobrá účinnost (cca 60 %) 54/66

Měření badge TAG antény y 1/31 Přizpůsobení (koeficient přenosu) xx simulace, volný prostor --- měření, bez fantomu --- měření, s agarem --- měření, s kovovou podložkou 55/66

Měření badge TAG antény y 2/32 Vyzařovací a anténní účinnost xx simulace, volný prostor --- měření, bez fantomu --- měření, s agarem 56/66 --- měření, s kovovou podložkou

Měření badge TAG antény 3/3 Vyzařovací diagramy (f = 869 MHz) - normované z x y x y x --- simulace --- měření 57/66 z

Specifika měření RFID antén 58/66

Měření anténn nních parametrů 1/6 Přizpůsobení Komplexní charakter (Z in = 76 + j340 Ω) Měření vektorové impedance (umí i SiteMaster nutná kalibrace na SMA v rovině konektoru) Výpočet odrazu mezi naměřenou Z in a Z chipu (změřeno nebo katalogová hodnota) Γ = Z Z 2 1 Z + Z 1 2 59/66

Měření anténn nních parametrů 2/6 Zisk Komplexní charakter (Z in = 76 + j340 Ω) Měření klasicky s 50 Ω konektorem Korekce odrazu Γ = Z Z Korigovaný zisk antény (do čipu) 2 1 Z + Z korig L odrazem 1 2 G = G + Ztráta odrazem L odrazem = 10 log(( Γ) 2 ) 60/66

Měření anténn nních parametrů 3/6 Směrové charakteristiky Patch Normované klasicky Nenormované úprava normovaných pomocí rozdílu v zisku Symetrické antény (dipóly, smyčky) Nutná symetrizace jinak sklon charakteristiky 61/66

Měření anténn nních parametrů 4/6 Wheelerova metoda + monopolove provedeni Wheelerova metoda kde η rad = R rad R + Z = R + mer mer rad R jx loss mer Ve volném prostoru Uvnitř CAP R rad + R loss R loss 62/66

Měření anténn nních parametrů 5/6 Wheelerova metoda + monopolove provedeni Monopólové provedení SMA 50 Ω konektor Vstupní impedance Z inhalf-loop = Z in /2 = 38 + j170 Ω Zrcadlící rovina 145 x 145 mm 63/66

Měření anténn nních parametrů 6/6 Wheelerova metoda Někdy problém s rezonancemi CAPu propady nutno změnit velikost CAPu Náš CAP navržen pro jiná měření (2.44 GHz) na 869 MHz propad 64/66

Cvičen ení Vzorky antén Výpočet dosahu UHF systému Srovnání s reálným systémem Rozdělení A: 11:00 11:45 B: 11:45 12:30 65/66

Vybrané publikace [1] Finkenzeller, K., RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification, 2nd edition, John Wiley & Sons, 2005. [2] http://trolleyscan.com, 5.6.2006 [3] Wong K. L., Compact and broadband microstrip antennas, New York, John Wiley & Sons, 2002 [4] www.svandm1.elmag.org 66/66

Děkuji za pozornost Ptejte se měm na co chcete já na co chci odpovím