Kā izveidot RFID antenu?

- Sep 05, 2018-

RFID ANTENNA.png

Pirmkārt, elektromagnētisko viļņu ģenerēšanas pamatprincips

Saskaņā ar Maksvela elektromagnētiskā lauka teoriju mainīgais elektriskais lauks savā apkārtējā telpā rada mainīgu magnētisko lauku, un mainīgais magnētiskais lauks rada mainīgu elektrisko lauku. Tādējādi mainīgais elektriskais lauks un mainīgais magnētiskais lauks ir savstarpēji atkarīgi, savstarpēji satraukti, pārmaiņus ģenerēti un pavairoti telpā no tuviem un tālu zināmā ātrumā.

Periodiski mainīgais magnētiskais lauks stimulē periodiski mainīgu elektrisko lauku, un regulāri mainīgais elektriskā lauks izsauc periodiski mainīgu magnētisko lauku.

Elektromagnētiskie viļņi atšķiras no mehāniskiem viļņiem. To izplatīšanās nav atkarīga no elastīgās vides. Tas tikai izplatās ar mehānismu "mainīt elektrisko lauku, lai radītu mainīgu magnētisko lauku un mainītu magnētisko lauku, lai radītu mainīgu elektrisko lauku".

Ja elektromagnētisko viļņu frekvence ir zema, to var pārsūtīt galvenokārt materiālais elektriskais vadītājs; kad pakāpeniski palielinās frekvence, elektromagnētiskais vilnis izlādējas ārpus diriģenta, un vide var pārnest enerģiju bez barotnes. Tas ir starojuma veids. Zemfrekvences elektrisko svārstību gadījumā savstarpējā maiņa starp magnētiskajiem elementiem ir relatīvi lēna, un gandrīz visa enerģija tiek atgriezta sākotnējā ķēdē bez enerģijas starojuma. Tomēr augstfrekvences elektriskajās svārstībās magnetoelektriskā mijiedarbība kļūst ļoti ātra, un enerģiju nevar atgriezt pret sākotnējo svārstību ķēdi, lai elektriskā enerģija un magnētiskā enerģija izplatītos uz telpu elektromagnētisko viļņu veidā, jo elektriskais lauks un magnētiskais lauks periodiski mainās.

Saskaņā ar iepriekš minēto teoriju, katrai stieples daļai, kas plūst caur augstfrekvences strāvu, būs elektromagnētiskais starojums. Pārraidei tiek izmantoti daži vadi, un nav vēlams, lai enerģija tiktu zaudēta pārāk daudz elektromagnētiskā starojuma; daži vadi tiek izmantoti kā antenas, un ir vēlams pēc iespējas vairāk pārveidot enerģiju elektromagnētiskajos viļņos. Tad ir pārvades līnijas un antenas. Neatkarīgi no tā, vai tā ir antena vai pārvades līnija, tas ir elektromagnētisko viļņu teorijas vai Maxwella vienādojuma pielietojums dažādās situācijās.

Pārvades līnijām šādam vadītājam jābūt spējīgam pārraidīt elektromagnētisko enerģiju, izstarojot to ārā; antenai šāda dzīsla struktūra būtu jāspēj pārsūtīt elektromagnētisko enerģiju pēc iespējas vairāk. Caur dažādu formu un izmēru vadiem ir atšķirīga efektivitāte, kad raidot un saņemot radio signālus ar noteiktu frekvenci. Tāpēc, lai sasniegtu vēlamo saziņas efektu, jāizmanto piemērota antena!

Studējot, kāda veida stieņa struktūra var sasniegt efektīvu pārraidi un uztveršanu, tā arī veido zināšanas par antenu.

Augsta frekvences elektromagnētiskie viļņi izplatās pa gaisu. Diriģenta gadījumā rodas indukcija, un vadītājā tiek ģenerēta augstfrekvences strāva, kas ļauj mums saņemt radiosignālus no tālā atrašanās vietas.

Otrkārt, antena

Bezvadu sakaru sistēmā ir jāpārveido vadāmā viļņa enerģija no raidītāja radioviļņā vai jāpārvērš radioviļņā virzītajā viļņu enerģijā, un ierīci radioviļņu izstarošanai un uztveršanai sauc par antenu. Modulētā raidītāja augstfrekvences enerģija (vai virzīta viļņu enerģija), ko rada raidītājs, pārnes uz raidītāja antenu, izmantojot barošanu, un pārveido par polarizētu elektromagnētisko viļņu enerģiju caur antenu un dzēš vēlamajā virzienā. Sasniedzot pieņemšanas punktu, uztverošā antena pārveido noteiktas polarizācijas elektromagnētisko enerģiju no noteiktā kosmosa virziena modulētās augstfrekvences strāvas enerģijā, kas tiek nosūtīta uz uztvērēja ievadi, izmantojot padevēju.

Kopumā antenai vajadzētu būt šādām funkcijām:

1. Antenai vajadzētu būt iespējai pēc iespējas vairāk pārvērst vadīto viļņu enerģiju elektromagnētisko viļņu enerģijā. Vispirms ir nepieciešams, lai antena būtu laba elektromagnētiskā atvērta sistēma un, otrkārt, lai antena atbilstu raidītājam vai uztvērējam.

2. Antenai jābūt tādai, lai elektromagnētiskais vilnis tiktu koncentrēts cik vien iespējams noteiktā virzienā vai maksimāli pieļaujamā ienākošā viļņa noteiktā virzienā, tas ir, virziens ir virziens.

3. Antenai jābūt tādai, kas spēj pārraidīt vai saņemt noteiktas polarizācijas elektromagnētiskos viļņus, ti, antena ir pareizi polarizēta.

4. Antenai jābūt pietiekamai darba frekvenču joslai.

Šie četri punkti ir antenas visbūtiskākās funkcijas, un antenu projektēšanai un novērtēšanai var noteikt vairākus parametrus.

Sistēmu, kas savieno antenu ar raidītāju vai uztvērēju, sauc par padeves sistēmu. Padeves veids ir sadalīts elektropārvades līnijā, koaksiālajā elektropārvades līnijā, viļņvada vai mikrostrāvas līnijā utt atkarībā no frekvences. Tāpēc tā sauktais padevējs ir faktiski pārvades līnija.

Antenas elektriskie parametri

Antenas pamatfunkcija ir enerģijas pārveidošana un virziena starojums. Antenas tā sauktie elektriskie parametri ir daudzumi, kas var kvantitatīvi raksturot enerģijas pārveidošanu un virziena starojumu.

1. Antenas virziens

Izmēriet antenas spēju izstarot enerģiju vēlamajā virzienā.

Galvenās ligzdas platums:

Galvenais daivu platums ir fizisks daudzums, kas mēra antenas lielākās starojuma zonas apjomu. Jo plašāks, jo labāk.

Sēdekļa līmenis:

Balstuma pakāpes līmenis attiecas uz pirmās sānu malu līmeni, kas ir vistuvāk galvenajai daiļai un ir augstākais līmenis. Patiesībā sabiezējumu rajonā ir reģions, kuram nav nepieciešams starojums, jo jo zemāks līmenis, jo labāk.

(Antenas galvenā dībeņa izstaro spektru, kas līdzinās kvadrātveida viļņu signālam)

Pirms un pēc attiecības:

Priekšējā un pretējā attiecība ir maksimālā starojuma virziena (priekšējā) līmeņa attiecība pret pretējo (atpakaļ) līmeni. Jo lielāka ir priekšējā un aizmugurējā attiecība, jo mazāka ir antenas atpakaļspiediens (vai uztveršana). F / B priekšējā un aizmugurējā attiecība ir ļoti vienkārša --- F / B = 10 Lg ((jaudas uz priekšu) / (atpakaļgaitas jaudas blīvums)}

Virziena koeficients:

Antenas izstarotās jaudas plūsmas blīvuma attiecība maksimālā starojuma virzienā līdz izstarotā jaudas plūsmas blīvumam tajā pašā attālumā no ideālās antenas, kas nav virziena antena, ar tādu pašu izstaroto jaudu attālumā no antenas. Tas ir vissvarīgākais virzības rādītājs. Tas var precīzi salīdzināt dažādu antenu virzienu un attēlot antenas komplekta enerģijas elektriskos parametrus.

2. Antenas efektivitāte

Antenas efektivitāte ir definēta kā antenas izstarotās jaudas attiecība pret ieejas jaudu.

Parasti izmantotās antenas radiācijas pretestība R tiek izmantota, lai pārbaudītu antenas spēju izstarot enerģiju. Antenas starojuma pretestība ir virtuālais daudzums, kas definēts šādi: ir nodrošināts rezistors R, un, ja tajā ietvertā strāva ir vienāda ar antenas maksimālo strāvu, zaudētā jauda ir vienāda ar tā izstaroto jaudu. Acīmredzot, starojuma pretestības līmenis ir svarīgs rādītājs antenas radiācijas spējas mērīšanai. Jo lielāka ir pretestība pret starojumu, jo spēcīgāka ir antenas radiācijas spēja.

3. Pielāgošanas koeficients

Iegūšanas koeficients ir parametrs, kas visaptveroši mēra antenas enerģijas konversijas un virziena īpašības. Tas ir definēts kā virziena koeficienta un antenas efektivitātes produkts, ko ieraksta kā:

D ir virziena koeficients un antenas efektivitāte.

Var redzēt, ka jo augstāks ir antenas virziena koeficients, jo augstāks ir gaistes koeficients.

Fiziskā nozīme: antenas pieauguma koeficients apraksta izejas jaudas daudzumu, ko antena pastiprina maksimālā starojuma virzienā, salīdzinot ar ideālu bez virziena antenu. Parastā veidā var saprast, ka virziena antenas attiecība pret ideālu visaptverošu antenu (kuras starojums ir vienāds visos virzienos) rada noteiktu lielumu signālu noteiktā attālumā noteiktā attālumā.

Piemērs: ja raidīšanas antenai tiek izmantots ideāls ne-virziena punkts avots, ir nepieciešama 100W ieejas jauda, un, ja raidīšanas antenai tiek izmantota virziena antena ar guvumu G = 13 dB = 20, ieejas jauda ir tikai 100/20 = 5W. Citiem vārdiem sakot, antenas pieaugums, ņemot vērā starojuma efektu maksimālajā radiācijas virzienā, ir daudzkārtējs ieejas jaudas pastiprinājums, salīdzinot ar ideālu punkta avotu bez virziena.

4. Polarizācijas virziens

Polarizācijas raksturlielums atsaucas uz likumu, ka elektriskā lauka vektora virziens laika gaitā mainās antenas maksimālā starojuma virzienā.

Polarizācijas virziens ir antenas elektriskā lauka virziens. Antenas polarizācijas režīms ir vadu polarizācija (vadu polarizācija un vertikālā polarizācija) un apļveida polarizācija (kreisās puses polarizācija un labās puses polarizācija).

Kā saprast lineāru polarizāciju? Vispirms iedomājieties klasisko elektromagnētisko viļņu izplatīšanās diagrammu. Elektriskais lauks izplatās plaknē ar sinusoidālu viļņu. Magnētiskais lauks arī izplatās sinusoidālajā plaknē elektriskā lauka taisnleņķa plaknē. Mēs skatāmies uz elektrisko lauku no sākuma punkta pavairošanas virzienā. Tā ir īsa līnija, šī polarizācija ir lineārā polarizācija. Tad kā nosaka lineārās polarizācijas virzienu? Ja augstfrekvences strāva nokļūst pa antenu, antenai tiek ģenerēts augstfrekvences spriegums, veidojot augstas frekvences elektrisko lauku. Šis elektriskā lauka virziens parasti atbilst antenas virzienam, tas ir, lineārās polarizācijas polarizācijas virzienam. Tas atbilst antenas virzienam. Ja antena ir horizontāli veidots vadītājs, ģenerētais elektriskais lauks ir arī horizontāls, saukts par "horizontālās polarizācijas" antenu; ja antena ir perpendikulāra zemei, ģenerētais elektriskais lauks ir arī vertikāls, ko sauc par "vertikālās polarizācijas" antenu. (Parasti taisnas stieples konstrukcijas antena ir lineāri polarizēta)

Kā saprast apļveida polarizāciju? Tā ir arī klasiska elektromagnētisko viļņu izplatīšanās shēma, bet elektriskā lauka lielums vienmēr ir vienāds, bet virziens mainās ap x asi, bet jebkuras plaknes projekcija ir sine. Viļņi, kas ir nedaudz līdzīgi mūsu signālu apstrādei, amplitūda ir nemainīga, bet fāze pastāvīgi mainās. Šajā brīdī, aplūkojot elektrisko lauku no izcelsmes līdz pavairošanas virzienam, ko jūs redzat, ir aplis, kurš ir cirkulāri polarizēts. Protams, pagriežot pa kreisi, ir kreisā ass polarizācija, un pagrieziens pa labi ir labās puses polarizācija. (Parasti spirālveida struktūras antena ir cirkulāri polarizēta)

Tikai uztverošās antenas polarizācijas virziens atbilst saņemtā elektromagnētiskā viļņa polarizācijas virzienam, lai izraisītu lielāko signālu. Pamatojoties uz šo principu, mēs varam secināt šādus secinājumus.

Lineārās polarizācijas gadījumā, kad uztverošās antenas polarizācijas virziens atbilst lineārās polarizācijas virzienam (elektriskā lauka virzienam), induktīvais signāls ir lielākais (elektromagnētiskais vilnis visvairāk tiek projicēts polarizācijas virzienā); ar uztverošās antenas polarizācijas virzienu Ja novirze no lineārās polarizācijas virziena ir vairāk un vairāk, mazāks ir izraisītais signāls (projekcija samazinās); ja uztverošās antenas polarizācijas virziens ir ortogonāls lineārās polarizācijas virzienā (magnētiskā lauka virzienā), induktīvais signāls ir Nulle (projekcija ir nulle). Lineārās polarizācijas metode prasa augstāku antenas virzienu. Protams, faktiskajos apstākļos, kad elektromagnētiskais vilnis izplatās, tas izraisīs atspulgu un refrakciju, kas novedīs pie polarizācijas virziena novirzīšanās. Dažreiz signālu var saņemt horizontālā antena vai vertikālā antena, bet jebkurā gadījumā bieži vien ir nepieciešams antenas polarizācijas virziens. Apsveriet svarīgus jautājumus.

Apļveida polarizācijai induktīvie signāli ir vienādi neatkarīgi no uztverošās antenas polarizācijas virziena, un nav atšķirības (elektromagnētisko viļņu projekcija jebkurā virzienā ir vienāda). Tādēļ tiek izmantota apļveida polarizācija, lai sistēma kļūtu jutīgāka pret antenas novietojumu (ja orientācija ir antenas orientācija, un iepriekš minētā virziena sistēma orientēta atšķirīgi). Tāpēc vairākkārt ir izmantota apļveida polarizācija.

Lai izveidotu attēla metaforu, lineārā polarizācija ir līdzīga čūskai, kas izliekas uz zemes, un apļveida polarizācija atgādina čūsku aptinumu pa koka nūju. Vēl viena analoģija ir tā, ka jūs lietojat virvi un pavelciet to uz augšu un uz leju. Virves, ko pārnes virve, ir lineāras polarizācijas formā; aplis vienmēr tiek vilktas, un pārraidītais vilnis ir cirkulāri polarizēts.

5. Joslas platums

Antenas elektriskie parametri ir saistīti ar frekvenci. Tas nozīmē, ka iepriekš minētie elektriskie parametri ir paredzēti konkrētai darba frekvencei. Ja darba frekvence atšķiras no projektēšanas frekvences, antenas parametri bieži mainās. Mainoties darba frekvencei, attiecīgās antenas elektriskie parametri nedrīkst pārsniegt norādīto diapazonu. Šo frekvenču diapazonu sauc par joslas platumu, ko vienkārši sauc par antenas joslas platumu.

6. Ieejas pretestība

Pārraidītājam antena ir slodze. Kā antenai iegūt vislielāko enerģiju, vienmēr ir jāatrisina spēles. Tikai tad, ja pati antenas pretestība ir vienāda ar raidītāja pretestību, var iegūt maksimālo pārraides jaudu!

Augstas frekvences signālam antena ir ļoti garš vads. Laiks, kas nepieciešams, lai augstfrekvences signāls plūst no barošanas punkta līdz antenas galam un atpakaļ no gala punkta, ir pietiekams, lai radītu lielas atšķirības antenas katras daļas sprieguma un strāvas amplitūdā un fāzē , kā rezultātā rodas dažādi garumi, struktūras un pozīcijas barošanas punktos. Iesniegtā pretestība ir arī atšķirīga. Piemēram, centrā barotais dipola oscilators, kad katras rokas garums ir ceturtdaļa no viļņa garuma, tā izturība ir apmēram 50 līdz 75 omi, kas ir viegli savienojams tieši ar barošanas kabeli un raidītāju.

Ja stāvoklis ir ierobežots, antenas garumu nevar samazināt līdz atbilstošai vērtībai. Parasti rezonanses komponentu, piemēram, induktoru un kondensatoru, pievieno antenas ķēdē, lai atceltu pašas antenas pretestību, un dažreiz impedances transformators ir vajadzīgs, lai pārveidotu antenas pretestību pārraidīšanas ķēdes prasībām. Vērtība, ierīce, kas sastāv no šiem papildu komponentiem, tiek dēvēta par "antenas uztvērēju" vai "antenas mērītāju".

7. Efektīvs garums

Efektīvais garums ir vēl viens svarīgs rādītājs antenas radiācijas spējas mērīšanai.

Antenas faktiskais garums ir definēts šādi: ar nosacījumu, ka lauka intensitātes vērtība faktiskās antenas maksimālā starojuma virzienā tiek uzturēta nemainīga, ekvivalentais antenas garums, kad pašreizējais antenas sadalījums ir vienmērīgi sadalīts, ir pieņemts Jo ilgāks ir faktiskais garums, jo spēcīgāka ir antenas radiācijas spēja.

Grāmatā ir piemērs, lai uzlabotu uztveres zināšanas: īsā vibratora lauka stiprums ar 2 stundu garumu un nevienmērīgs strāvas sadalījums ir vienāds maksimālā starojuma virzienā maksimālā starojuma virzienā un vibratora lauka intensitātei ar vienmērīgu strāvas sadalījumu maksimālajā starojuma virzienā. Tas nozīmē, ka īso oscilatoru faktiskais garums ir h.

Saņemt antenas teoriju

Augsta frekvences elektromagnētiskie viļņi izplatās pa gaisu. Diriģenta gadījumā rodas indukcija, un vadītājā tiek ģenerēta augstfrekvences strāva, kas ļauj mums saņemt radiosignālus no tālā atrašanās vietas. Elektromagnētisko viļņu saņemšanai izmantoto vadu parasti sauc par "uztveršanas antenu".

1. Efektīva saņemšanas zona

Efektīva uztveršanas zona ir svarīgs rādītājs antenas spēju uztvert radioviļņus. To definē kā: kad antena tiek uztverta ierašanās virzienā maksimālās uztveršanas virzienā, vidējā jauda, ko uztverošā antena pārraida uz saskaņoto slodzi, ir PLmax, un tiek pieņemts, ka jauda tiek pārtverta perpendikulāri uz ienākošo viļņu virzienu. Šo zonu sauc par efektīvo saņemšanas antenas uztveršanas zonu.

Jo lielāka ir faktiskā uztveršanas zona, jo spēcīgāka ir antenas spēja saņemt radioviļņus.

2 ekvivalenta trokšņu temperatūra

Saņemtā antena līdzvērtīga trokšņu temperatūra ir svarīgs elektriskais parametrs, kas atspoguļo antenas veiktspēju, kas saņem vājus signālus.

Process, ar kura palīdzību uztvērēja antena nosūta uztvērējam saņemto trokšņa līmeni no apkārtējās telpas, ir līdzīgs trokšņa rezistoram, kas nodrošina ar to pieslēgto rezistoru tīklu troksni. Tāpēc uztvērēja antena ir ekvivalenta temperatūras Ta rezistoram. Jo augstāks ir Ta, jo lielāks troksnis, ko antena nosūta uztvērēju, un otrādi.

Treškārt, pārvades līnija

Pārvades līnija ir vispārējs termins dažādu veidu pārvades sistēmām mikroviļņu informācijas un enerģijas pārraidīšanai. Tās funkcija ir orientēt elektromagnētiskos viļņus, kas jāpārraida noteiktā virzienā, un tāpēc to sauc arī par vadītu viļņu sistēmu. Vadošo elektromagnētisko viļņu sauc par vadītu viļņu.

Pārvades līnija ir arī sava veida diriģents, bet atšķirībā no antenas nav vēlams radīt starojumu, kad tur izplatās elektromagnētiskais viļņojums. Tādēļ no metāla izgatavotas pārvades līnijas struktūra ir maksimāli izstarot enerģiju.

Kā piemēru visbiežāk lietojot koaksiālo kabeli, vidējā vadā ir ap to vērsts gredzens, un elektromagnētiskais vilnis izplatās tādā telpā, kas neizstaro gaismu.