Учебно-методическое пособие по дисциплине Системы радиочастотной идентификации

11

Задача 3.16. Определить количество витков антенны, обеспечивающей дальность связи 65 мм, создающей при токе 50 мА и диаметре витка 25 мм магнитное поле напряжённостью H=50 мА/м.

Задача 3.17. Определить ток 11-витковой антенны, обеспечивающей дальность связи 45 мм и создающей при диаметре витка 40 мм магнитное поле напряжённостью H=200 мА/м.

Задача 3.18. Определить оптимальный диаметр витка антенны для обеспечения дальности связи 45 мм.

Задача 3.19. Определить напряжённость электромагнитного поля многовитковой антенны с диаметром витка 25 мм, числом витков NR=8, при токе 20 мА на расстоянии х=70 мм по оси катушки от её центра.

Задача 3.20. Определить количество ампер-витков антенны, создающей при диаметре витка 30 мм магнитное поле напряжённостью H=80 мА/м. Дальность связи 40 мм.

4.Радиолокационное отражение в СРЧИ

Врасчётах распространения сферических радиоволн используется величина, называемая интенсивностью излучения – мощность на единицу площади. Она же называется вектором Пойтинга

.

Через параметры поля интенсивность излучения определяется как векторное произведение

, H – напряжённость магнитного поля.

Напряжённости электрического и магнитного поля (модули) связаны постоянным коэффициентом, который называют характеристическим волновым импедансом:

где Гн/м - магнитная проницаемость вакуума,

Ф/м - электрическая проницаемость вакуума

[Ф/м]=[м-3 кГ-1с4А2].

12

где – эффективная площадь отражения.

Обратная волна, которая возвратилась на антенну считывателя, имеет плотность мощности:

.

Для вибраторов есть ещё эффективная длина (высота) антенны. Это отношение наведённого в ней напряжения к напряжённости электрического поля:

Зная усиление антенн, излучённую и отражённую мощность, можно определить дальность считывания метки

13

5. Задачи по теме «Радиолокационное отражение в СРЧИ»

Задача 5.1. Определить плотность потока мощности отражённой волны на приёмной антенне считывателя, если эффективная площадь отражения антенны транспондера составляет = 0,5 см2, мощность передатчика Pиз = 0,2 Вт, а расстояние считыватель–метка составляет r=8 см.

Задача 5.2. Определить эффективную площадь отражения согласованной антенны транспондера. Коэффициент усиления антенны G2 = 0 дБ, диапазон

2400 МГц.

Задача 5.3. Определить действующую длину вибраторной антенны, если при

Задача 5.5. Определить плотность потока мощности отражённой волны на приёмной антенне считывателя , если эффективная площадь отражения

антенны транспондера = 5 см2, мощность передатчика = 0,2 Вт, а

расстояние считыватель–метка составляет r=8 см.

Задача 5.6. Определить действующую длину l0 вибраторной антенны, если при интенсивности электромагнитной волны S=2 мкВт/м2 на ней наводится напряжение 15 мВ.

Задача 5.7. Определить эффективную площадь отражения согласованной антенны транспондера. Коэффициент усиления антенны Gm 3 дБ, диапазон

868 МГц.

Задача 5.8. Определить сопротивление излучения R антенны диапазона 868 МГц по её эффективной длине l0 , равной 11 см, и коэффициенту усиления Gm , равному 2 дБ.

Задача 5.9. Определить эффективную площадь отражения согласованной антенны транспондера. Коэффициент усиления антенны Gm = 4 дБ, диапазон частот 868 МГц.

14

Задача 5.10. Определить эффективную площадь отражения согласованной антенны транспондера. Коэффициент усиления антенны Gm 10 дБ, диапазон

2450 МГц.

Задача 5.11. Определить напряжённость магнитной составляющей поля электромагнитной волны, если электрическая составляющая равна 10 мкВ/м.

Задача 5.12. Определить плотность потока мощности, если напряжённость электрического поля равна 20 мкВ/м.

Задача 5.13. Определить эффективную площадь отражения согласованной антенны транспондера. Коэффициент усиления антенны Gm 13 дБ, диапазон

5800 МГц.

Задача 5.14. Определить плотность потока мощности, если напряжённость магнитного поля равна 2 мА/м.

Задача 5.15. Рассчитать резонансную частоту LC контура, если ёмкость C=10 пФ, число витков катушки N=5, длина катушки l=20 мм, диаметр витка

Гн/м - магнитная проницаемость вакуума.

Задача 5.16. Определить напряжённость магнитной составляющей поля электромагнитной волны, если электрическая составляющая равна 10 мВ/м.

Задача 5.17. Определить индуктивность магнитной антенны с ферритовым сердечником с относительной магнитной проницаемостью 600, диаметром витка 20 мм и длиной 50 мм.

Задача 5.18. Определить, каким активным сопротивлением должна обладать катушка антенны, настроенной на частоту 13 МГц и имеющей ёмкость 100 пФ, чтобы обеспечить добротность последовательного антенного контура 15.

Задача 5.19. Определить, какую ёмкость надо включить в резонансный контур с индуктивностью L=10 мкГн, чтобы обеспечить его настройку на частоту 13, 56 МГц.

Задача 5.20. Определить напряжённость электрической составляющей поля электромагнитной волны, если магнитная составляющая равна100 мкА/м.

15

6.Типы антенн систем РЧИ

6.1.Линейный разрезной вибратор

/ 2

Состоит из двух проводников общей длиной

l / 2 .

Между проводниками небольшой промежуток \

d 0, 05 .

Подключение генератора в месте разрыва. Входное сопротивление 73 Ом. Полоса частот

f 15% . f

Сопротивление излучения R 73 .

6.2. Линейный неразрезной полуволновый вибратор

l= /2

t

Входное сопротивление зависит от

16

6.3. Двухпроводный (петлевой) шлейф-вибратор

l= /2

d2

D

d1

Промежуток между входными контактами d 0, 05 . Питается двухпроводным шлейфом Rвх = 100 Ом. Сопротивление излучения R 240 280 Ом.

6.4. Трёхпроводный (двухпетлевой) шлейф-вибратор

сопротивлением стандартного кабеля (они бывают на 50 и на 75 Ом).

17

6.5. Рамочная антенна

Рамочная антенна представляет собой петлю из проводника. Она может рассматриваться как растянутый по вертикали двухпроводный шлейфвибратор. Форма рамки и параметры приведены на следующем рисунке:

Диаграмма направленности рамочной антенны аналогична диаграмме вибратора, размещённого вдоль оси рамки:

Рамочная антенна низких частот может быть выполнена в виде многовитковой катушки с проводом, которая может иметь сердечник из магнетика (например, ферритовый).

18

Индуктивность такой катушки достаточна велика, что позволяет создавать резонансные антенны нижних диапазонов частот, выделенных для систем радиоидентификации (НЧ-ВЧ).

6.6. Антенна типа волновой канал

Состоит из активного излучателя (двухпроводный шлейф-вибратор). Сзади – пассивный диполь-отражатель (рефлектор), спереди – несколько (4) пассивных диполей (директоры). Благодаря тому, что длина диполей уменьшается, возникает одностороннее излучение, направленное в сторону уменьшения длины вибраторов.

Ширина рабочей полосы частот составляет 8-10%. Коэффициент усиления:

трехэлементная 9 дБ; семиэлементная 12 дБ; 10-15 элементов 15 дБ.

Из-за больших размеров директорных антенн их применяют только в считывателях.

19

6.7. Микрополосковые антенны

Образованы полосками и площадками печатного монтажа на фольгированном фторопласте (это пластина из слоёв армированного второпласта, покрытая с двух сторон медной фольгой). Печатные платы бывают и из пластин на основе стекловолокна (стеклотекстолит), а также на эпоксидно-бумажных пластинах (гетинакс). Они уступают фторопласту как высокочастотные диэлектрики (больше потери). Микрополосковые антенны выгодно отличаются размерами и технологичностью изготовления, применяются во многих гаджетах (сотовых телефонах, навигаторах и, конечно, в системах РЧИ). Простейшая микрополосковая антенна - пластина, на которой с одной стороны - узкая полоска и площадка из фольги печатного монтажа, с другой стороны - сплошная фольга, которая заземлена.

DA

SA

Размеры прямоугольной площадки определяют резонансные свойства антенны.

SA - длина определяет резонансную частоту

SA h

2 ,

DA - ширина определяет сопротивление излучения, h - толщина пластины.

Сопротивление излучения микрополосковой антенны:

20

При группировании микрополосковых элементов можно получить направленную антенную решётку. Для этого перемычки и пластины должны

Микрополосковая решётка выглядит следующим образом:

6.8. Щелевые антенны

Щелевая антенна образована отверстиями на проводящей поверхности, которые излучают или принимают радиоволны.

Если щель прорезана в плоском экране, то мощность подводится к ней с помощью радиочастотного кабеля, подключённого непосредственно к краям щели. Если мощность подводится по волноводному фидеру, то щели можно прорезать прямо в нём.

Элементарный щелевой излучатель представляет собой щель, прорезанную в идеально проводящем плоском экране неограниченных размеров. Параметры такого излучателя могут быть определены с помощью принципа двойственности, предложенного А.А. Пистолькорсом. Принцип двойственности применительно к элементарному щелевому излучателю гласит: векторы Е и Н электромагнитного поля щели имеют такое же направление в пространстве и являются такими же функциями координат, как соответственно Н и Е поля элементарного электрического вибратора тех же размеров, что и щель. Характеристики направленности одиночной щели рассчитываются по следующим формулам. В плоскости Н, которая располагается вдоль щели и перпендикулярна металлическому листу,