Учебно-методическое пособие по дисциплине Системы радиочастотной идентификации

21

В плоскости Е, которая располагается поперёк щели, антенна всенаправленная.

F 1,

и - угловые координаты точки наблюдения, 2l - длина щели.

Щелей может быть и несколько, тогда они располагаются с интервалом .

В этом случае синфазно возбуждаемые щелевые антенны представляют собой антенную решётку

Щелевые антенны отличаются сравнительной простотой конструкции; удобством их установки, например, на летательных аппаратах: они не ухудшают аэродинамических свойств.

7. Задачи по теме «Типы антенн систем РЧИ»

Задача 7.1. Определить сопротивление излучения двухпроводного шлейфвибратора при d1=10 мм, d2=6 мм, D=25 мм.

Задача 7.2. Определить сопротивление излучения трёхпроводного шлейфвибратора при d1=8 мм, d2=5 мм, D=15 мм.

Задача 7.3. Размеры микрополосковой антенны h=1,5 мм, DA=10 мм. Рабочая частота 2,4 ГГц. Определить размер SA антенны, при котором обеспечивается резонанс на рабочей частоте, а также сопротивление излучения. Диэлектрическая проницаемость фторопласта =2.

22

Задача 7.4. Определить сопротивление излучения микрополосковой антенны на частоте 2,6 ГГц при DA=30 мм, h=1,5 мм, r =2.

Задача 7.5. Размеры микрополосковой антенны h=2 мм, DA=45 мм. Рабочая частота 2 ГГц. Определить размер SA антенны, при котором обеспечивается резонанс на рабочей частоте, а также сопротивление излучения. Диэлектрическая проницаемость фторопласта =2.

Задача 7.6. Определить сопротивление излучения двухпроводного шлейфвибратора при d1=8 мм, d2=8 мм, D=20 мм.

Задача 7.7. Определить сопротивление излучения трёхпроводного шлейфвибратора при d1=6 мм, d2=6 мм, D=15 мм.

Задача 7.8. Определить сопротивление излучения микрополосковой антенны на частоте 4 ГГц при DA=20 мм, h=2 мм, r =2.

Задача 7.9. Определить сопротивление излучения микрополосковой антенны на частоте 2,6 ГГц при DA=38 мм, h=2 мм, r =2.

Задача 7.10. Размеры микрополосковой антенны h=2 мм, DA=8 мм. Рабочая частота 6 ГГц. Определить размер SA антенны, при котором обеспечивается резонанс на рабочей частоте, а также сопротивление излучения. Диэлектрическая проницаемость фторопласта =2.

Задача 7.11. Определить сопротивление излучения двухпроводного шлейфвибратора при d1=10 мм, d2=10 мм, D=25 мм.

Задача 7.12. Определить сопротивление излучения трёхпроводного шлейфвибратора при d1=6 мм, d2=6 мм, D=18 мм.

Задача 7.13. Размеры микрополосковой антенны h=2 мм, DA=6 мм. Рабочая частота 4 ГГц. Определить размер SA антенны, при котором обеспечивается резонанс на рабочей частоте, а также сопротивление излучения. Диэлектрическая проницаемость фторопласта =2.

Задача 7.14. Определить сопротивление излучения трёхпроводного шлейфвибратора при d1=5 мм, d2=5 мм, D=12 мм.

Задача 7.15. Определить сопротивление излучения трёхпроводного шлейфвибратора при d1=8 мм, d2=8 мм, D=18 мм.

Задача 7.16. Размеры микрополосковой антенны h=2 мм, DA=10 мм. Рабочая частота 6,8 ГГц. Определить размер SA антенны, при котором обеспечивается резонанс на рабочей частоте, а также сопротивление излучения. Диэлектрическая проницаемость фторопласта r =2.

23

Задача 7.17. Определить сопротивление излучения микрополосковой антенны h=2 мм, DA=15 мм. Рабочая частота 5 ГГц. Диэлектрик - фторопласт r =2.

Задача 7.18. Определить сопротивление излучения трёхпроводного шлейфвибратора при d1=5 мм, d2=5 мм, D=20 мм.

Задача 7.19. Определить сопротивление излучения микрополосковой антенны на частоте 8 ГГц при DA=15 мм, h=2 мм, r =2.

Задача 7.20. Определить сопротивление излучения микрополосковой антенны h=2 мм, DA=16 мм. Рабочая частота 6 ГГц. Диэлектрик - фторопласт r =2.

8. Расчёт энергоснабжения транспондера

Электропитание транспондера осуществляется за счёт наведённого сигнала передатчика считывателя согласно схеме:

пространстве;

P - мощность передатчика;

1

G1 , G2 - коэффициенты усиления антенн приёмника и передатчика;

cf - длина волны.

Формула для затухания, в предположении, что считыватель и транспондер находятся в свободном пространстве, имеет вид:

24

При расчёте в децибелах эта же формула для затухания преобразуется к виду: ar dB 10 lg ar 147, 6 20 lg r 20 lg f 10 lg G2 10 lg G1 ,

r - расстояние в метрах; f - частота в Герцах.

9. Задачи по теме «Расчёт энергоснабжения транспондера»

Пример

Определите максимальное расстояние, на котором обеспечивается электропитание транспондера с энергопотреблением 5 мкВт при КПД выпрямителя 10% и мощности передатчика считывающего устройства 0,5 Вт. Частота передатчика 868 МГц. Антенны считывателя и транспондера полагать ненаправленными

Задачи 9.1. – 9.20. Определите максимальное расстояние, на котором обеспечивается электропитание транспондера при следующих условиях:

Антенны считывателя и транспондера полагать ненаправленными.

25

10. Кодирование передаваемых данных в системах радиочастотной идентификации

Код NRZ

Это кодирование бит потенциалами двоичной логики: для нуля низкий потенциал, для единицы высокий. Отличие кода от других последующих в том, что если передаётся единица, то в течение такта потенциал высокий и в ноль не возвращается. Этим NRZ отличается от других кодов, в которых при передаче «1» бывают оба потенциала. NRZ означает

«non return to zero» (без возврата к нулю).

Недостаток – не обладает свойством синхронизации. При передаче однополярной комбинации – постоянный ток, а не импульсы, поэтому границ тактовых интервалов не видно. Другой недостаток в том, что постоянный ток из отсчета с единичным потенциалом при отсутствии гальванической связи по постоянному току (связь осуществляется через трансформатор или разделительный конденсатор) превратится из последовательности единиц в последовательность нулей. Достоинство: евклидово расстояние между нулём и единицей больше, чем в кодах с возвратом к нулю, поэтому выше помехоустойчивость.

Код RZ

Это код с возвращением к нулю «return to zero». «1» - полтакта высокий, полтакта - низкий потенциал. «0» - только низкий потенциал. Такой код пройдёт через разделительный конденсатор, но проблемы синхронизации при передаче серии нулей остаются.

Манчестерский код

Двоичным символам ставятся в соответствие не уровни, а перепады потенциала. «1» от низкого уровня к высокому, то есть полтакта низкий, полтакта высокий; «0» - от высокого (полтакта) к низкому (вторые полтакта). Достоинство: можно выделить сигнал тактовой синхронизации по перепадам в середине такта. Недостаток – избыточность, так как один бит кодируется двумя.

Дифференциальный манчестерский код

Представляет собой модификацию манчестерского, он является самосинхронизирующимся. Особенности:

- переход в середине каждого тактового интервала есть всегда (он только для синхронизации);

-«0» - обозначается переходом в начале тактового интервала;

-«1» - переход в начале тактового интервала отсутствует.

Дифференциальный бифазный код

В начале тактового интервала – всегда перепад (любой: положительный или отрицательный).

«0» - перепад в середине (любой: положительный или отрицательный).

«1». Перепада в середине нет.

26

Код Миллера

«1» - в середине бита есть переход (положительный или отрицательный);

«0» - в середине бита перехода нет, а вначале – это зависит от предыдущего бита.

Передавался «10» - в начале бита нет перехода; Передавался «00» в начале бита переход.

Модифицированный код Миллера

Это код Миллера, в котором каждый переход заменяется отрицательным импульсом. Причём импульс короткий, так что большую часть времени потенциал единичный. Удобно детектировать напряжение питания.

следующим импульсом.

Причём импульс короткий, так что большую часть времени потенциал единичный. Удобно детектировать напряжение питания.

В начале передачи «старт» – импульс с оригинальной паузой 3t и «синх» – импульс с двойной паузой.

11. Задачи по теме «Кодирование передаваемых данных в системах радиочастотной идентификации»

Задачи 11.1-11.20. Нарисуйте графики изменения напряжения сигнала с цифровой информацией, указанной в таблице , которая представлена в виде кодов: NRZ, RZ, манчестерский, дифференциальный манчестерский, дифференциальный бифазный, Миллера, модифицированный код Миллера,

код PPC.

27

12. Антиколлизионная процедура ALOHA-S

Процедура основана на временном разделении откликов меток. Пусть в поле обзора считывателя доступны пять меток:

Выделение номеров меток осуществляется процедурой, составленной из команд, необходимых для синхронизации и управления транспондерами:

REQUEST. Это команда синхронизирует все транспондеры в зоне опроса считывателя и предлагает транспондерам сообщить свои серийные номера считывателю в одном из последующих временных слотов. В нашем примере всегда доступны три временных слота.

SELECT(SNR). Отправляет транспондеру в качестве параметра заранее определенный порядковый номер SNR. Тем самым транспондеру с этим порядковым номером предлагается выполнить команды считывания и записи. Транспондеры с другими серийными номерами продолжают реагировать только на команду REQUEST.

28

READ_DATA. Выбранный транспондер отправляет считывателю хранимые данные. (В реальной системе используются также команды для выполнения записи, аутентификации и т.п.).

Выполнение антиколлизионной процедуры рассмотрим на следующем примере. Считыватель передает транспондерам через циклические промежутки времени команду опроса REQUEST (Запрос). Как только транспондеры приняли команду REQUEST, каждый из них выбирает с помощью собственного генератора случайных чисел один из трех доступных временных слотов для того, чтобы отправить считывателю свой серийный номер (номера в примере восьмибитовые).

транспондерами слотов возникают коллизии между транспортерами в слотах 1 и 2. Только в слоте 3 серийный номер транспондера 4 может быть передан без коллизий.

Если порядковый номер транспондера принят считывателем без ошибок, тогда этот транспондер может быть выбран считывателем с помощью команды SELECT (Выбрать), и затем считыватель проводит с ним необходимые операции считывания или записи без коллизий с другими транспондерами. После команды SELECT (11010100) транспондер с выделенным номером не будет откликаться на команду REQUEST. Если при первой попытке ни один порядковый номер транспондера не выявлен, считыватель снова повторяет команду опроса REQUEST в циклическом режиме.

После обработки выбранного транспондера считыватель переходит к поиску остальных транспондеров в зоне опроса с помощью новой команды опроса REQUEST.

Блокировку команды REQUEST можно снять, если транспондер удалить из зоны обзора считывателя и затем поместить его обратно в эту зону.

13. Задачи по теме «Антиколлизионная процедура ALOHA-S»

Пример. В поле считывателя находятся пять транспондеров. Серийные номера и порядок случайного выделения слотов в транспондерах указаны в таблице.

29

Каждый транспондер после команды запроса выдаёт сигнал ответа со своим номером, который случайно размещается в одном из трех выделенных слотов (номера выделенных слотов приведены в этой же таблице).

Изложите поэтапно порядок выполнения слотовой антиколлизионной процедуры ALOHA-S.

Решение.

После команды REQUEST:

-в слоте 2 коллизия откликов транспондеров 2 и 3;

-в слоте 3 коллизия откликов транспондеров 1 и 4;

-в слоте 1 коллизий нет, и выделен отклик транспондера 5 с номером 11010101.

Подаётся команда SELECT (11010101), после которой транспондер 5 исключается из поиска и на команду команды REQUEST больше не отвечает.

После команды SELECT (11010101) подаётся команда READ_DATA для считывания данных транспондера 5 с номером 11010101.

После повторной команды REQUEST:

- в слоте 2 коллизия откликов транспондеров 1 и 4.

Выделены транспондеры 2 и 4 в слотах 1 и 3, соответственно. Для этих транспондеров подаётся команда SELECT (10010100) и READ_DATA для считывания данных из второго транспондера, а затем SELECT (10010101) и READ_DATA DATA для считывания данных транспондера 4 с номером

10010101.

30

После третьей команды REQUEST:

В слотах коллизий нет.

Выделены транспондеры 1 и 4 в слотах 2 и 3, соответственно.

На них подаются команды SELECT 1000100 и READ_DATA для считывания данных транспондера 1, а также SELECT 11010100 и READ_DATA (для транспондера 4).

После этого процедура антиколлизии завершается.

Задачи 13.1-13.20. В поле считывателя находятся пять транспондеров. Серийные идентификационные номера и порядок случайного выделения слотов в транспондерах указаны в таблице с вариантами заданий:

Варианты заданий

Изложите поэтапно порядок выполнения слотовой антиколлизионной процедуры ALOHA-S, как это показано в приведённом выше примере.