应用于射频辨识(RFID.PDF

(三)報告內容 (3.1)前言及研究目的 隨著科技的蓬勃發展 以及雲端科技的興起，應用於射頻辨識(RFID)之感測器 設計、量測方法與物聯網 (Internet of Things, IoT)相關應用等技術漸趨 成熟，其中 物聯網之研究範疇相當廣泛，包括電磁、通訊、 IC 、中介軟體、安全及隱私、物 流、網路與雲端等跨領域技術研發。以電磁領域而言，物聯網研究項目包含了： 天線設計、電波傳播與散射、微波電路、電磁相容、量測技術、感測器 、射頻積 體電路、跨領域整合等方面 。 於RFID 天線設計方面，為了提昇RFID 近距離辨識效能，本研究提出一款 具備四組彎曲金屬帶線及耦合殘段之900 MHz迴路型近場天線，其可產生兩組 反相的共振電流，以磁耦合方式來感應迴路型標籤。此外，亦探討電耦合之近場 辨識技術，來設計2.4 GHz射頻辨識讀取器近場天線，以解決近距離讀取多個偶 極標籤天線所產生的相互耦合效應。另外，也研發了 900 MHz RFID 金屬標籤天 線以及微型化標籤天線，來進行長距離辨識之用。 於量測技術方面，本研究針對三維射頻辨識靜態驗測系統，提出驗測系統的 架構，運用 Impinj讀取器，並且整合球面近場無反射實驗室，以開發三維之驗 測系統 ，其中所開發的驗測系統可動態地調整不同的參數 ，提供不同的射頻辨識 標籤種類、不同射頻辨識標籤讀取器及不同射頻辨識標籤排列方式之驗測。 於物流業應用方面，本研究結合一項 與工業技術研究院的產學合作計畫 ，針 對恆溫箱之溫度感測器藍芽 天線進行設計 ，其中由於金屬貨櫃內之恆溫箱堆疊環 境會產生多變的多重路徑干擾與衰減(fading)現象，天線設計 乃採用平面式倒 F 天線結構，以產生側向輻射場型。 於射頻技術方面，因應未來3C電子產品高品質及便利性，本研究提出 一應 用於 手持式裝置之近場通訊(Near Field Communication, NFC) 與無線傳能射頻天 線設計，並且發展相關量測技術來驗證各種天線參數以及效能。 天線設計、電波傳播及相關微波電路設計於物聯網中扮演著相當重要的角 色 ，而透過良好的天線設計 、準確的量測技術及電波傳播分析，不僅可有效地提 升整體系統的效能，並可節省額外的人力、物力、相關成本等資源，實有利於上 述各種技術導入於物聯網中。 (3.2) 文獻探討與研究方法 1. 近場磁耦合天線設計 關於近場磁耦合天線方面，可以迴路天線（ Loop Antenna ）[1][2]型式來設計 之，如圖 1.1所示。 1 (a) (b) 圖 1.1 近場磁耦合迴路天線 (a)圓形迴路天線 (b)具多重耦合線段之方形迴路天線 圖 1.2 為此近場天線之架構圖，基板是使用 0.8 mm厚度之 FR4 ，並以單面 板完成設計 。為了使天線產生較強之近場磁場，本研究 以環形天線為基本架構， 並於環形天線中加入四個耦合線段方便達到阻抗匹配。調整天線半徑與耦合線段 長度可改變其共振頻率，因此當環形天線周長接近一個波長時，天線之表面會產 生兩個反向電流，造成雙偶極天線的效應，進一步產生強大的側向磁場。 (a) (b) 圖 1.2 近場天線(a)模擬圖(b)實體圖 經過適當調整天線半徑尺寸與耦合線段長度後，不同L2所產生之反射損失 如圖 1.3(a)所示，發現 L2愈長其天線之共振頻率隨之下降 。另一方面，藉由調 整耦合線段之寬度亦可使天線之共振頻率下降 ，如圖1.3(b)所示。 天線較佳匹配尺寸整理於表 1.1中，當內半徑 R2=45 mm 、外半徑R1=80 mm 且耦合線段L2=28.5 mm時，所得的電流分佈 如圖 1.4所示，圖中顯示電流密度 集中於饋入端及其對面之金屬，加上整體周長接近一個波長時，此天線產生兩個 大小相近且旋轉方向相反之電流，因此所產生的磁場在天線中央為建設性，可使 整體磁場強度更加集中於天線上下方。 2 0