无线射频辨识

无线射频辨识第一页，共十六页，2022年，8月28日摘要本專題是進行無線射頻辨識(RFID)天線之研究，RFID之架構主要包括前端的標籤、讀取器及後端應用管系統等，其中天線為標籤及讀取器中不可或缺之關鍵。先是以理論分析模擬軟體進行RFID天線之設計。天線耦合、阻抗匹配、基板介電材料之選用等進行設計分析。為了驗證模擬與實作之正確及一致性，進行RFID天線之製作及功能測試驗證。無線射頻辨識(RFID)天線設計第二页，共十六页，2022年，8月28日研究背景與動機第一個RFID產品出現於1980年代並僅運用於資產之追蹤，未來RFID還將被用在如地方公共交通、汽車遙控鑰匙、傳送輪胎氣壓以及在行動電話等領域內。快速的識別對於公司的物流程式、大型倉庫、診所或者貨物的運輸以及在商業中都很重要。RFID技術可以基本分為頻率為13.56MHz的高頻(HF)系統以及頻段在900MHz左右的超高頻系統(UHF)，還有工作在2.4GHz或者5.8GHz微波頻段的系統。除了頻率範圍外的另外一個分類是取決於電源，分為被動式及主動式，被動式RFID主要用在物流和目標追蹤，此類RFID之標籤本身並沒有電源，而是從讀取器的RF電場獲得能量，而主動式RFID之標籤本身是由電池供應電源，因此體積較大及價格較貴，多於貴重物品及特殊應用上（例如病人追蹤及老人看護管理)。無線射頻辨識(RFID)天線設計第三页，共十六页，2022年，8月28日研究背景與動機目前在RFID天線研究發展趨勢上，除了性能及品質之提昇外，並朝向寬頻及多頻應用上發展，另外在製作技術上則是朝向小型化、平面化及易製化方面發展。無線射頻辨識(RFID)天線設計第四页，共十六页，2022年，8月28日研究方法本專題之研究方法首先是以理論分析模擬軟體進行RFID天線之設計，主要是以915MHz及2.45GHz之讀取器天線(ReaderAntenna)為設計之標的，由於讀取器天線要能讀取各種不同極化方向之標籤天線(TagAntenna)信號，所以一般是以圓形極化為設計考量。在本專題中將採用IE3D電磁模擬軟體(EMSimulationSoftware)來設計分析RFID天線，將對天線之形狀及尺寸、介電材料之選擇、信號饋入方式、阻抗匹配及天線之場型(包括增益、波束寬度、極化方向及軸長比等)進行設計與模擬。另外，將嘗試製作915MHz之讀取器微帶天線並進行功能之測試及驗證。無線射頻辨識(RFID)天線設計第五页，共十六页，2022年，8月28日研究步驟

一、RFID天線之原理及應用研究本專題研究之RFID天線是屬微帶天線，此類天線一般是用一個兩面鍍銅箔之介電材料平板製作，平板之上表面(正面)之銅箔是以蝕刻或雕铣方式形成所需要之天線形狀及尺寸，而介電材料平板之下表面(底面)銅箔則作為形成迴路通道之接地平面(GroundPlane)，例如一矩形微帶天線之基本構型如圖2所示。無線射頻辨識(RFID)天線設計圖2矩形微帶天線結構圖

第六页，共十六页，2022年，8月28日研究步驟當天線之形狀及尺寸初步決定後，其次要考量天線信號之饋入方式，可利用同軸探針(CoaxialProbe)

饋入方式如圖3a，或可利用槽孔耦合(CouplingAperture)

饋入方式如圖3b。不論選擇何種饋入方式，但均要以能達到線形極化要求來設計饋入點及耦合器之形狀及尺寸。無線射頻辨識(RFID)天線設計圖3a

同軸探針饋入方式圖3b槽孔耦合饋入方式第七页，共十六页，2022年，8月28日研究步驟二、電磁分析軟體選擇及理論模式研究

本專題研究擬採用IE3D

電磁模擬軟體進行RFID天線之設計分析及模擬，此軟體之理論模式是以Maxwell積分式為基礎，再用矩量法(MethodofMoment)及等效電流與邊界條件代入求解。由圖4中之比較，可知IE3D

電磁模擬軟體在分析微帶天線上是一適用之選擇。無線射頻辨識(RFID)天線設計圖4電磁分析軟體之比較(摘自國立台灣科技大學廖文照教授簡報)第八页，共十六页，2022年，8月28日研究步驟圖5a為散射參數(ScatteringParameters)及圖5b發射場型(radiationpattern)之模擬結果範例。無線射頻辨識(RFID)天線設計圖5a

散射參數之模擬結果範例圖5b發射場型之模擬結果範例第九页，共十六页，2022年，8月28日研究步驟三、RFID微帶天線之設計分析及模擬與最佳化由IE3D

電磁模擬軟體獲得RFID天線之設計分析及模擬結果後，將針對一些設計參數如天線尺寸、介電平板之厚度及介電常數等進行微調及取捨(trade-off)，以求得最佳化之設計。無線射頻辨識(RFID)天線設計第十页，共十六页，2022年，8月28日研究步驟四、RFID微帶天線製作及功能測試本專題中擬以蝕刻方式製作915MHz之RFID微帶天線，以此方式製作其設備較簡易，但在蝕刻過程中要注意蝕刻液之濃度及溫度，以控制銅箔浸蝕之速度來獲得較佳之天線品質。為了驗證模擬與實作之正確及一致性，完成製作之天線要進行功能測試，量測方式及項目可包括下列兩項:RFID天線的反射及傳輸性能量測:以網路分析儀量測天線的散射參數，此結果可用來研判天線之阻抗匹配是否良好及其反射及傳輸性能是否合乎需求。RFID天線的發射場型量測：天線之最終功能驗證主要是測試天線之幅射場型，以確定實作天線之增益、波束寬度、極化方向及軸長比等是否符合需求。此項量測最好是用天線測試平台在微波暗室（AnechoicChamber）中執行，不過由於此兩項設備均屬價格高之貴重精密儀具，獲得不易，本專題擬向長庚大學借用器材。無線射頻辨識(RFID)天線設計第十一页，共十六页，2022年，8月28日預期成果學習RFID之基本原理及應用學習天線基本理論獲得以電磁分析軟體設計及模擬RFID天線之基礎能力獲得RFID天線製作及測試之經驗完成RFID微帶天線之設計分析及模擬與最佳化完成RFID微帶天線製作及功能測試完成結果分析及報告撰寫無線射頻辨識(RFID)天線設計第十二页，共十六页，2022年，8月28日進度表無線射頻辨識(RFID)天線設計

工作期程工作項目第1月第2月第3月第4月第5月第6月第7月第8月第9月第10月第11月第12月RFID天線之原理及應用研究●●電磁分析軟體選擇及理論模式研究●●●●RFID微帶天線之計分析及模擬與最佳化●●●●RFID微帶天線製作及功能測試●●●●●結果分析及報告撰寫●●預定進度累計百分比

(%)10%20%25%30%35%45%55%65%75%85%95%100%第十三页，共十六页，2022年，8月28日小組成員分工表

無線射頻辨識(RFID)天線設計呂宗益洪若鳳黃國峰龍柏村盧盈如收集文獻資料●●●●●研究分析及製作●●●●●計畫書及網頁●●第十四页，共十六页，2022年，8月28日參考文獻

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