|
|
發表於 2012-5-17 22:03:12
|
顯示全部樓層
http://tw.myblog.yahoo.com/jw!pf ... 50/article?mid=1503
RFID天線介紹
http://nk210-203-70-161.adsl.static.apol.com.tw/index.cfm/4,646,html
作者：高信家
所謂RFID(Raid frequency identification)無線射頻辨識系統，主要由SI + RF射頻讀取器 + 天線 (Reader端)，另外一端(Tag端)則是RFID晶片 + 天線。這兩者用一共同之Protocol(通訊協定)來傳遞資料。現今之RFID的Protocol各廠家並不相同，並不能達成互相通訊，然而這樣的趨勢已漸被標準化的呼聲所改變。在美國MIT的Auto-ID Center更名為Auto-ID lab後，已歸入EPC global，針對RFID的標準化工作，已進行了一段日子規格之研討；另一方面，由東京大學的坂村 健教授所帶領的TRON專案為中心，於2002年2月成立了Ubiquitous ID Center，並有日立製研所，NEC，大日本印刷，凸版印刷等等廠商之加入。在美國方面主要以860~960 MHz (UHF)為RFID主要發展頻段，在歐洲Phillip、Infineon以13.56 MHz為RFID主要發展頻段，在Hitachi方面則採取2.45GHz與wireless LAN相同之頻段發展RFID ，其他歐美各大廠如Alien tech，savi，OROM也都各有自行發展的RFID，因此RFID之規格繁多，呈現不統一之狀況，但其基本原理則是大同小異。
本文的目的，在介紹天線在RFID上基本規格定義及應用，並大略分析一下13.56 MHz，UHF，2.45GHz RFID上天線設計之不同點。
首先要介紹三個不同的名詞db/ dbi / dbm。這都是用來測量天線增益的單位，但意義並不相同。db和dbi是相對單位。而dbm是絕對單位。在做天線的量測時，一般我們需要一支標準天線，而天線的增益和此天線的比例我們叫db=10 log A/B。假設A=2B，10 log 2=3 (db)，因此我們常以3db代表天線增為2倍。 而dbi，則是以理論上isotropical Antenna做為基準的增益比，但這種Antenna並不在現實中，現實中最接近之Antenna是dipole Antenna (偶極化天線)，它的增益大約是2dbi，也就是 和isotropical Antenna比，它的增益還不到2倍。dbm則是以RF輸出1 mw做為基準，其發射功率和1mw之比值。如100 mw可經由以下 10 log 100mw/1mw=20 dbm計算得知為20 dbm ，這是一個可度量的絕對單位，也是電信法規上所用之單位。基本上若RF輸出為20 dbm，若天線增益為3 dbi (2X)，在不考慮其他耗損的狀況下，則天線端的功率輸出則相當於23 dbm，也就是200 mw，這樣的計算是不是很容易？
從物理學之能量守恆定理，能量不會無中生有，能量的形式可以互相轉換，但不會平空消失。所以天線也是從RF輸出中獲得能量。只是天線的不同設計可以改變天線電磁波之場形，將電磁波蓄績在某一個角度之內，造成天線增益的現象。 我們通常以天線發出之最大電磁波方向之值來定義天線的增益，由此可知，天線必然有指向性，並且不是均勻的從各個角度去幅射能量，在其幅射主幅有一增益之最大值，由此定義天線之dbi，通常high Gain Antenna也通常是指高指向性天線。
天線的指向性是指天線相對於Tag之位置是否必須是在某一種特定角度中才能運作，比如我們常用之八木天線就是一種高指向性天線，天線必須對準UHF電波發射源才可獲得清晰之接收影像，而dipole天線相對於八木天線就小很多，但天線增益也小很多。
在天線上有個名詞叫Beam width (波束寬)，通常是以天線發射主幅最大dbi再減去3 dbi之內的角度作為定義。在這個角度中幅射能量總是可以達到Peak energy的50%以上。在現實世界中，也有人以減10 dbi來定Beam angle，各個標準並不相同。
對於應用微帶天線(Patch Antenna)則有另外一個名詞值得介紹就是liner polarization (線極化)及circular polarization (圓極化)。以dipole天線之Tag為例，若用在linear polarization Antenna上只有 1個方向(X)可以讀取，Y方向幾乎不能讀取，而circular polarization則可以讀取2個方向。由能量守恆定律可以推知，若兩隻天線大小相同，則linear polarization的增益會比circular polarization多大約2 dbi，而circular polarization天線則有較佳之讀取場形，但最大讀取距離會近一些。
在天線的設計上除了天線增益外，另一個重點是在於天線匹配。主要是由VSWR電壓駐波比與Return loss反射耗損所定義。我們可以把電流在傳輸線上之流動想像是水流在水管中流動。當水由管徑大之水管流經小水管之時，常有部份之水流逆流會去水源，造成能量無法100%傳遞，而回溯之水流通常和前進之水形成駐波，而由最大駐波之震幅及最小駐波震幅之相對比值，我們可以測之反射之能量耗損。當然最佳之狀況是沒有能量耗損，那就是說總是以同樣口徑之水管相接，可以達成這樣的目標。在傳輸線上通常以50Ω / 75Ω作為最低阻抗，天線在設計之時需要調整阻抗以使反射耗損能降至最低。通常的標準是設在1≦VSWR≦2及Return loss≦-10 dbi。
對於13.56 MHz，UHF，及2.45 GHz之RFID，其天線的原理有所不同。13.56 MHz主要靠的是電磁感應，有點像是發電機之變電器，但感應距離通常不會太遠，大約為70 cm左右，而UHF及2.45 GHz則是利用天線共振所產生之電磁波，由Tag之天線接收，故其有高指向性，尤其是2.45 GHz之電磁波幾乎是直排前進。對於UHF天線來說有讀取距離遠之優勢，而對於2.45 GHz之天線則有小型化及天線材料花費少之優點，可做為低成本之Tag，然而不管是13.56 MHz，UHF及2.45 GHz都不大能讀取Tag貼於金屬表面上，水及其他液體則對2.45 GHz造成干擾，但這些問題漸可由Tag之改良及配置，避開此種潛在的問題。
另一方面，由於C=λ* f，我們可以得知，當f增加，λ減少，而天線以1/2λ為佳，以下是13.56 MHz，UHF及2.45 GHz之對照表：
13.56 MHz
915 MHz
2.45 GHz
波長 λ
22.12 cm
0.33 m
0.12 m
半波長 1/2 λ
11.06 cm
16.5 cm
6 cm
電磁波傳遞方式
電磁感應
天線共振
天線共振
現今各個RFID系統開發廠商，無不絞盡腦汁改進技術，增長讀取距離，並建立實測之環境與模型，來實驗RFID的實用性。在讀取率來說，一般之RFID仍未能在高速下做大量同時讀取，會有資料碰撞(data collision)之發生，然而技術之日新月異，新一代RFID Tag功能也會愈來愈強，接近實用並且降低成本。我們在此也向這些研發人員致意，感謝他們對新科技的研發，使得網路無所不在(network ubiquitous)之概念又有新一層之進展，期待RFID能帶來物流、資訊、通信及各方面應用之革新。
日晶科技之理念係秉持著迅速、嚴謹的研發精神與誠信、務實的經營態度，涉入RFID的應用技術開發領域。
策略上獲得日本日立製作所（Hitachi）及世界前三大半導體供應商瑞薩科技（Renesas）的技術授權及銷售支援外，更結合國內知名學術機構、半導體封測廠、RFID專業封裝廠、系統開發及整合業者，共同進行RFID應用技術、設備及系統的研發與製造。
產品包括RFID的IC Tag、天線、封裝技術、讀卡機、控制器、介面軟體整合、防偽系統、盤點系統、門禁系統、停車場或展示場IC票卡系統、定位追蹤系統及會員卡系統等產品與解決方案。
技術團隊囊括電機、電子、資工、微波、IC封裝及天線設計的專才，並專長應用於RFID應用技術的研發。 除專業的技術人員外，日晶科技更擁有卓越的經營團隊，藉由團隊與協力廠商的密切合作，讓客戶得到完整與貼心的支援與服務 |
|
[複製鏈接]
/1 
