rfid标签读取范围天线优化

今天，continuum blue continuum blue sark yeoman将将将一有关有关有关有关

我们应用应用comsolMultiphysics®仿真仿真被动式被动式被动式被动式被动式被动式被动式标签标签可读取读取范围它的工作。

关于rfid应用

（rfid）是对射频应用应用应用，它它附附对象对象上的的的的的的的的的的的应答器应答器应答器应答器标签来传递传递信息信息，找出找出并跟踪对象对象对象。我们在生活用品农产品支付卡甚至牲畜。。

（i）所示，读卡器会通过标签标签标签标签标签标签标签标签标签信息信息。随着随着标签应用的日益增长增长增长尺寸的在上升，例如例如标签可距离。。。

（i）rfid系统（ii）rfid标签标签等效示意图。。

RFID标签标签读取范围需求需求

（II），rfid标签标签由和复杂输入的芯片芯片构成构成。。通常位于天线天线的的的的的的终端处终端处终端处终端处终端处终端处终端处_一种）负责为芯片。

要最大化读取范围，我们我们匹配匹配匹配匹配匹配标签标签标签与标签中所用芯片的的阻抗（文献见见见见见扩展阅读（”），同时同时对于读卡器读卡器p_Th）激活芯片。

理论与方程

我并在这里所有理论理论。如果如果您您希望了解更更多多多多多多多多多多多多多多多多更更更更更更更更阅读阅读阅读由由由由由由由由，“标签天线的阻抗匹配，以最大化rfid读取范围并优化特定应用程序的标签天线设计”，已随comsol 2014用户年会一起。。。），我们不过不过系数系数系数系数ττ的的一个个方程方程方程描述描述这这一。。。。其中如下：：

（1）

其中，，r_C和r_一种分别是和天线的。。z_C和z_一种分别是的。此外，friis自由空间方程方程，我们自由方程方程r：

（2）

这里，λ是，，，p_r是读传输的功率，G_r是读的天线增益，G_一种是接收的增益，同时，同时p_Th是最功率。标签扫描谐振获得峰值范围范围范围r，与与功率系数系数τ。。

数值模型

我们利用comsolMultiphysics®和RF模块rfid标签标签模型模型，其中模型模型基底，的几几，以及几何，以及，我们材料。，我们。此外，我们此外，我们我们，我们我们p_r，读卡器的增益G_r，以及以及。。

在数值，我们我们芯片和的设计电磁场的频域频域z_一种，增益G_一种，功率τ，以及以及卡器和系统的的读取范围r。

此外，我们我们使用优化模块优化几何形状，以以读取范围。下图显示了了显示显示显示显示标签标签标签的的的基本基本基本

rfid标签标签comsolMultiphysics®模型，含基底含基底天线。。

模型验证

要的，就结果结果结果对模型验证验证验证可能很很高高高，而且高，而且而且耗耗耗耗耗时时时。。。。。由于由于由于由于预算预算时间方面的的限制测试数据。

在本中，我们我们使用使用由rao等（2005）提供提供物理测试数据数据，其中已充分测试数据，包括数据数据数据范围读取读取范围rRao等是是系数系数系数。。是是是是是人仅提供单个个芯片芯片在在在在不同不同不同不同频率频率频率的的。。此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外

我们的设置进行了了频率扫描扫描扫描扫描扫描扫描频率频率频率由了了等等等等人提供提供的的的物理物理测试测试数据数据数据与与模型结果结果中的读取读取范围与功率

rao rao等人的物理（i）读取范围（ii）功率（ii）功率功率传输系数。。

如上图看到的，模型看到看到看到物理数据变化趋势类似类似，comsol多直物理学模型模型出现的频率频率频率略略略高于高于高于高于会微小，因为因为提供的材料有限。此外此外此外，提取此外此外此外

考虑到，我们这些模型结果与之间的的小比例偏差可以接受；也认为模拟方法方法能够能够正确正确

天线设计与优化

comsol多物理学模型，并并它文献物理数据做做对比，我们对比对比对比对比我们现在对使用预测预测种种读卡器与读卡器天线天线综合综合读取范围的。如果我们读取不是满意，还满意满意满意满意满意

这里这里这里知名获取的具体芯片读卡器卡器为例例例例例例例例例例为为为为为为尝试找出找出标签标签天线天线设计设计示例示例示例示例示例的的的的的读取读取读取读取，而且而且标签标签Murata-A3”的天线。下图显示了设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计，“ murata-a3”（95×15 mm）天线天线。。。

标签天线（71.2×15毫米），Murata-A3（95×15毫米）的的天线对比。。。

从知名的芯片读卡器，以及以及卡器天线的：

• MurataMagicstrap®组件（Murata Manufacturing Co.，Ltd.，日本）
  • 芯片：866.5 MHz
• obid i-scan®LRU1002UHF远卡器卡器卡器（Feig Electronic GmbH，德国）
  • 读卡器：1 w（距值）
• obid i-scan®UHF读卡器天线（Feig Electronic GmbH，德国）
  • 读卡器：ID isc.ant.u.270/270
  • 读卡器：9 dbi
  • 芯片：15-45jΩ
• 标签基底：FR4（250毫米厚）

0.303 m 1.59 m处通过模型模型获取获取了系数系数系数ττ和和读取读取范围范围。。相比相比当前当前应用要求要求要求要求要求的的的的的的读取读取来天线，希望希望能提供一个个个大于个大于个个个的的的

为了读取范围范围范围范围范围读取我们可以优化的系数系数系数系数τ，（2）并（2）并（2）并并并并结合确定读取范围范围范围34个个长度和宽度。。。。。。。。

示意图显示标签设计与侧的几何变量。

75*45毫米内这一设计设计约束约束，还分包商的制造约束，以及可能长度与约束。。

优化求解器

我们工作了两个无梯度优化算法；即（Bobyqa）方法与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与及约束不，，因此不适合传统的爬山式梯度优化算法。

优化方案与结果

为了设计，我们在一一台台带有两个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个带有带有带有带有带有带有带有带有设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计分钟。

0.675，0.675，0.303的的始值始值有有极大。当当当当当结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合结合的读取，比比低低要求要求要求要求要求要求要求要求多多多多出出出出出了了了了

下图描述天线优化设计的几何特征您已经注意注意到到到到到到到到到到到到已经已经已经已经已经的的天线天线天线天线天线天线天线天线天线天线天线天线天线设计设计设计设计设计与与初始初始初始初始初始初始很很很很很很很很

RFID标签标签标签设计。。

此外，通过更改功率以及以及所天线类型类型类型，我们天线，我们可以评估不同不同的读卡器读卡器读卡器系统系统系统系统规格因此因此因此因此因此因此，假设。。270 obid i-scan®UHF读卡器

不同地区标签响应的要求

这设计，我们优化针对不同地区来评估标签在一系列频率下的的响应响应。。例如例如例如例如例如例如例如例如的的的下下下下，欧洲欧洲的的下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下下928 MHz。

相同的标签设计在美国的响应如何？我们可以轻松在 COMSOL Multiphysics 模型中测试。下图中绘制了 800 Hz 到 1000 Hz 范围标签设计中的功率传输系数 τ 与读取范围r的结果。

天线优化中的频率。。

如，在，在，928 MHz的的最范围范围是是是是是是是是是是范围是是，我们。。。。设计在成功成功成功成功成功

最终，comsol Multiphysics软件软件被动式被动式被动式被动式了了标签标签的读取读取

扩展阅读

• Hsieh等，影响RFID标签天线性能，当前趋势和RFID挑战的关键因素，第8章，第151-170章，Cornel Turcu教授（编辑），Intech（2011）。
• N. D. Reynolds，“远程超高频（UHF）射频识别（RFID）天线设计“，MSC论文，普渡大学（2005年）。
• Serkan Basat等人，“”嵌入式13.56 MHz RFID天线的设计和建模“，国际天线和传播协会，IEEE（2005）。
• Rao等人，“RFID应答器设计中的阻抗匹配概念”，关于自动身份高级技术的第四届IEEE研讨会（2005年）
• Yeoman等。“使用有限元方法和遗传算法来寻找最佳织物增强多孔移植系统”，《生物医学工程年鉴》，37（2009）。

关于特约作者

obid i-scan是feig电子gmbh的的。。

Magicstrap是MurataManufacturing Co.，Ltd.的的。。