khoa luan tot nghiep,mo phong,thiet ke,anten mach dai,cau truc zic zac,dung cho rfid,hoat dong,o dai tan 2.45ghz,duong dinh sang

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

MÔ PHỎNG, THIẾT KẾ ANTEN MẠCH DẢI CẤU TRÚC ZÍC ZẮC DÙNG CHO RFID HOẠT ĐỘNG Ở DẢI TẦN 2.45GHZ

SV: Dương Đình Sáng

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ANTEN VÀ ANTEN MẠCH DẢI

1.1 Một số kiến thức cơ bản về anten

1.1.1 Mục đích, chức năng, nhiệm vụ của anten:

Việc truyền năng lượng điện từ trong không gian có thể được thực hiện theo hai cách:

- Dùng các hệ truyền dẫn: Nghĩa là các hệ dẫn sóng điện từ như đường dây song hành, đường truyền đồng trục, ống dẫn sóng kim loại hoặc điện môi v.v…Sóng điện từ truyền lan trong các hệ thống này thuộc loại sóng điện từ ràng buộc.

- Bức xạ sóng ra không gian: Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng sóng điện từ tự do.

Thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từ không gian bên ngoài được gọi là anten.

Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu được của bất kỳ hệ thống vô tuyến điện nào.

Trong thông tin không dây anten làm nhiệm vụ bức xạ và hấp thụ sóng điện từ. Nó được sử dụng như một bộ chuyển đổi sóng điện từ từ các hệ truyền dẫn định hướng sang môi trường không gian tự do.

Anten sử dụng trong các hệ mục đích khác nhau thì có những yêu cầu khác nhau. Với phát thanh - truyền hình làm nhiệm vụ quảng bá thông tin thì anten phát thực hiện bức xạ đồng đều trong mặt phẳng ngang của mặt đất để cho các đài thu ở các hướng bất kỳ đều có thể thu được tín hiệu của đài phát. Trong thông tin mặt đất hoặc vũ trụ, thông tin chuyển tiếp vô tuyến điều khiển thì yêu cầu anten phát bức xạ với hướng tính cao.. .

1.1.2 Cấu trúc chung của hệ anten:

Một hệ truyền thông tin không dây đơn giản thường bao gồm các khối cơ bản: Máy phát – anten phát – anten thu – máy thu. Đường truyền dẫn sóng điện từ giữa máy phát và anten phát cũng như giữa máy thu và anten thu được gọi là Fide (Feeder).

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trong các lĩnh vực thông tin, nhận dạng, rađa điều khiển v.v…cũng đòi hỏi anten không chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ bức xạ hay thu sóng điện từ mà còn tham gia vào quá trình gia công tín hiệu. Trong trường hợp tổng quát, anten cần được hiểu là một tổ hợp bao gồm nhiều hệ thống; Trong đó chủ yếu nhất là hệ thống bức xạ hoặc cảm thụ sóng, bao gồm các phần tử anten (dùng để thu hoặc phát), hệ thống cung cấp tín hiệu đảm bảo việc phân phối năng lượng cho các phần tử bức xạ với các yêu cầu khác nhau (trường hợp anten phát), hoặc hệ thống gia công tín hiệu (trường hợp anten thu). Sơ đồ chung của hệ thống vô tuyến điện cùng với thiết bị anten như sau:

1.1.3 Các thông số đặc trưng của anten:

1.1.3.1 Trường bức xạ

Để khảo sát đặc tính trường của dòng, ta thường chia không gian khảo sát làm hai khu vực chính: Trường gần và trường xa.

Trường gần là miền không gian bao quanh hệ thống dòng, có bán kính r khá nhỏ so với bước sóng (r << λ). Thừa số pha của trường trong khu vực này là:

Khi đó có thể bỏ qua sự chậm pha của trường ở điểm khảo sát so với nguồn, tương tự như trường hợp trường chuẩn tĩnh.

Năng lượng của trường gần có tính dao động. Năng lượng này trong một phần tư chu kỳ đầu thì dịch chuyển từ nguồn trường ra không gian xung quanh và trong phần tư chu kỳ tiếp theo lại dịch chuyển ngược trở lại, giống như sự trao đổi năng lượng trong một mạch dao động. Vì vậy trường ở khu gần còn được gọi là trường cảm ứng, và khu gần được gọi là khu cảm ứng.

Trường xa là miền không gian bao quanh hệ thống dòng, có bán kính r khá lớn so với bước sóng (r >> λ). Khi ấy ta không thể bỏ qua sự chậm pha của trường ở điểm khảo sát. Điện trường và từ trường của khu xa luôn đồng pha nhau, do đó năng lượng bức xạ được dịch chuyển từ nguồn vào không gian xung quanh. Trường ở khu vực này có đặc tính sóng lan truyền nên trường xa còn được gọi là khu sóng, hay khu bức xạ. Khi khảo sát các bài toán bức xạ thì chúng ta thường chỉ quan tâm đến trường xa.

Ta có thể rút ra một số tính chất tổng quát của trường ở xa trong không gian tự do của một hệ thống nguồn hỗn hợp như sau:

-Trường bức xạ có dạng sóng chạy, lan truyền từ nguồn ra xa vô tận. Biên độ trường suy giảm tỷ lệ nghịch với khoảng cách.

-Vectơ điện tích và từ trường có hướng vuông góc với nhau và vuông góc với hướng truyền lan. Sóng bức xạ thuộc loại sóng điện-từ ngang.

-Sự biến đổi của cường độ điện tích và từ trường trong không gian (khi R không đổi) Được xác định bởi tổ hợp các hàm bức xạ và. Các hàm số này phụ thuộc vào phân bố dòng điện và dòng từ trong không gian của hệ thống bức xạ. Trong trường hợp tổng quát chúng là các hàm phức số.

1.1.3.2 Đặc tính định hướng của trường bức xạ

a) Đồ thị phương hướng biên độ và pha

Gọi hàm số đặc trưng cho sự phụ thuộc của cường độ trường bức xạ theo hướng khảo sát, ứng với khoảng cách R không đổi, là hàm phương hướng của hệ thống bức xạ và kí hiệu là.

Trong trường hợp tổng quát, hàm phương hướng là hàm vectơ phức, bao gồm các thành phần theo và:

Biên độ của các hàm phương hướng có quan hệ với phân bố biên độ của các thành phần trường, còn argument có quan hệ với phân bố pha của trường trên một mặt cầu có bán kính R, tâm đặt tại gốc tọa độ.

b) Hàm phương hướng biên độ

Nếu định nghĩa hàm phương hướng biên độ là hàm số biểu thị quan hệ tương đối của biên độ cường độ trường bức xạ theo các hướng khảo sát khi R không đổi, thì nó chính là biên độ của hàm phương hướng phức. Trong trường hợp tổng quát, biên độ của hàm phương hướng có thể là các hàm có dấu biến đổi khi thay đổi. Do đó hàm phương hướng biên độ được định nghĩa cụ thể hơn là môđun của hàm phương hướng phức. Như vậy, hàm phương hướng biên độ của trường tổng sẽ là: (chỉ số m là kí hiệu biên độ của hàm bức xạ)

Giản đồ phương hướng của anten được định nghĩa là một đồ thị không gian biểu thị sự biến đổi tương đối của biên độ cường độ trường. Giản đồ phương hướng xét theo phương diện hình học, là một mặt được vẽ bởi đầu mút của vectơ có độ dài bằng giá trị của hàm phương hướng ứng với các góc (θ,φ) Khác nhau.

Có nhiều cách khác nhau để biểu thị đặc tính phương hướng không gian của trường bức xạ, cụ thể là:

- Biểu diễn 3-D: Giản đồ phương hướng được thiết lập bằng cách lấy một mặt cầu bao bọc nguồn bức xạ. Tâm của mặt cầu được chọn trùng với gốc của hệ tọa độ cầu. Khi ấy, mỗi điểm cường độ trường đo được trên mặt cầu sẽ tương ứng với một cặp giá trị nhất định của tọa độ góc (θ,φ).

- Biểu diễn 2-D trong mặt phẳng E và H: Ngoài cách biểu diễn 3-D như trên, giản đồ phương hướng còn được biểu diễn bởi 2 đồ thị 2-D trong mặt phẳng E và mặt phẳng H. Giản đồ phương hướng 3-D có thể được xây dựng từ hai giản đồ 2-D này. Để có được giản đồ bức xạ 2-D, hệ anten được đo giản đồ phương hướng trong hai mặt phẳng E và H của anten (mặt phẳng cắt). Mặt phẳng cắt thu được bằng cách giữ nguyên một đại lượng θ hoặc ф và thay đổi đại lượng còn lại.

- Biểu diễn dưới dạng các đường đẳng mức: Giản đồ phương hướng còn có thể biểu diễn bởi các đường cong đẳng mức của cường độ trường. Các đường cong này là các đường khép kín. Cực đại của giản đồ phương hướng và của các múi phụ được biểu thị bởi các dấu chấm trên mặt cầu. Khi đem chiếu phần mặt cầu có các đường đẳng trị nói trên lên mặt phẳng ta sẽ nhận được giản đồ phương hướng của trường bức xạ.

Tuy nhiên, khi biểu diễn giản đồ phương hướng, cần phải chọn các mặt phẳng cắt sao cho nó phản ánh được đầy đủ nhất đặc tính phương hướng của hệ thống bức xạ:

- Khi giản đồ phương hướng có dạng tròn xoay thì có thể chọn mặt cắt là mặt phẳng đi qua trục đối xứng của đồ thị.

- Khi giản đồ phương hướng có dạng phức tạp hơn thì mặt cắt thường được chọn là hai mặt phẳng vuông góc với nhau và đi qua hướng cực đại của giản đồ phương hướng. Hướng trục của hệ tọa độ có thể chọn tùy ý nhưng thường được chọn sao cho thích hợp với dạng của giản đồ phương hướng. Nếu giản đồ phương hướng có trục đối xứng thì tốt nhất nên chọn trục đó làm trục tọa độ, còn không thì chọn hướng cực đại của giản đồ phương hướng.

Giản đồ phương hướng 2-D có thể biểu diễn trong hệ toạ độ cực hoặc hệ toạ độ vuông góc:

- Hệ toạ độ cực thường được sử dụng để vẽ giản đồ anten có độ định hướng không cao. Định dạng này đặc biệt hữu dụng để quan sát phân bố công suất trong không gian.

- Hệ tọa độ vuông góc được sử dụng để biểu thị giản đồ phương hướng hẹp một cách chi tiết. Trường hợp này biên độ tín hiệu nằm trên trục y và góc nghiêng nằm trên trục x. Khi đó các giá trị của |fθ| hoặc |fφ| có thể được biểu thị theo thang tỉ lệ thông thường hay theo thang logarit.

Để thuận tiện cho việc thiết lập và phân tích các giản đồ phương hướng, ta thường dùng giản đồ phương hướng chuẩn hóa. Về mặt toán học, hàm phương hướng chuẩn hóa là hàm hướng chia cho giá trị cực đại của môđun (lấy giá trị tuyệt đối).

-------------------------------------

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ANTEN VÀ ANTEN MẠCH DẢI

1.1 Một số kiến thức cơ bản về anten

1.1.2 Cấu trúc chung của hệ anten

1.1.3 Các thông số đặc trưng của anten

1.1.3.1 Trường bức xạ

1.1.3.2 Đặc tính định hướng của trường bức xạ

1.1.3.3 Đặc tính phân cực của trường bức xạ

1.1.3.4 Hệ số định hướng và hệ số tăng ích

1.1.4 Phối hợp trở kháng cho anten

1.2 Đường truyền vi dải và anten mạch dải

1.2.1 Đường truyền vi dải

1.2.1.1 Cấu trúc hình học của đường truyền vi dải

1.2.1.2 Các tham số cơ bản

1.2.1.3 Trở kháng đặc tính biến thiên của theo tần số

 1.2.2 Anten mạch dải

1.2.2.1 Khái niệm

1.2.2.2 Cấu trúc và đặc tính cơ bản

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG RFID

2.1 Hệ thống RFID

2.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID)

2.1.1.1 Hệ thống mã vạch

2.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học

2.1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh

2.1.2 Khái niệm về hệ thống RFID

2.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống RFID

2.1.3.1 Tag/ thẻ

2.1.3.2 Đầu đọc (Reader)

2.1.3.3 Middleware

2.1.4 Phân loại hệ thống RFID

2.1.4.1 RFID trường gần

2.1.4.2 RFID trường xa

2.1.5 Các tần số, quy định được sử dụng trong hệ thống RFID

2.1.6 Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống RFID

2.1.6.1 Ưu điểm

2.1.6.2 Nhược điểm

2.1.7 Ứng dụng và xu hướng phát triển của RFID

2.1.7.1 Ứng dụng

2.1.7.2 Xu hướng phát triển

2.2 Anten trong hệ thống RFID

2.2.1 Nguyên lý hoạt động

2.2.1.1 Trường gần

2.2.1.2 Trường xa

2.2.2 Các loại anten dùng trong hệ thống RFID

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ANTEN CHO THẺ RFID TRƯỜNG XA

3.1 Đường Radio

3.2 EIRP và ERP

3.3 Độ tăng ích của anten thẻ

3.4 Hệ số phối hợp phân cực

3.5 Hệ số truyền công suất

3.6 RCS của anten

3.7 Tính toán khoảng đọc

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ ANTEN

4.1 Mô phỏng, thiết kế anten mạch dải có cấu trúc zíc zắc hoạt động tại dải tần 2.45GHz dung cho hệ thống RFID

4.2 Đo đạc thực nghiệm

4.3 Nhận xét- đánh giá

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

--------------------------------------------

Keyword: download,khoa luan tot nghiep,mo phong,thiet ke,anten mach dai,cau truc zic zac,dung cho rfid,hoat dong,o dai tan 2.45ghz,duong dinh sang

linkdownload: KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

MÔ PHỎNG, THIẾT KẾ ANTEN MẠCH DẢI CẤU TRÚC ZÍC ZẮC DÙNG CHO RFID HOẠT ĐỘNG Ở DẢI TẦN 2.45GHZ