Контрольная работа по дисциплине: Системы радиочастотной идентификации. Вариант №08

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ПО КУРСУ
«СИСТЕМЫ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ»

Задание и методические указания по выполнению

Одним из основных параметров систем СРЧИявляется дальность действия. Дальность действия систем, функционирующих в дальней зоне электромагнитного поля в зависимости от типа метки - чиповая или бесчиповая, пассивная или полуактивная - может составлять от единиц до десятков метров. По сравнению с системами ближней зоны дальность увеличивается за счет менее резкого (линейного) уменьшения напряженности электромагнитного поля.
Контрольная работа посвящена расчету зоны действия в диапазонах УВЧ и СВЧ для заданных технических параметров.
1. Энергетическое и модуляционное уравнения дальности
Рассмотрим зависимость дальности действия наиболее широко распространенного в мире типа аппаратуры - с совмещенной приемной и передающей антенной считывателя и пассивными чиповыми метками от характеристик и параметров этой аппаратуры. Дальность действия таких систем описывается двумя уравнениями.
RЕ= ( kE•P•GR•Ae/4π•S)1⁄2,
гдеRE- энергетическая дальность считывания метки, м;
P- мощность генератора считывателя, Вт;
GR- коэффициент усиления антенны считывателя, раз;
Ae- эффективная площадь антенны,м2;
S- чувствительность метки, Вт
kE- энергетический коэффициент, раз.
В отличие от известного уравнения радиосвязи в формулу введен энергетический коэффициентkE.Этот коэффициент учитывает соотношение между мощностью сигнала, поступающей в нагрузку антенны (чип), и мощностью, которая по принципу действия технологии СРЧИотражается меткой и несет информацию об идентифицируемом объекте. ЧувствительностьSявляется мощностью на выходе антенны метки, которая гарантирует минимально необходимое энергопитание подсоединенного к антенне чипа.
Второе - «модуляционное» уравнение – модифицированное уравнение радиолокации, описывает обратную линию, т.е. прием считывателем отраженного от метки сигнала, модулированного кодами идентификационного номера или данных метки:
Rm= [P•GR2 •λ2 •∆σ/(4π)3•SR ]1/4,
гдеRM- модуляционная дальность считывания метки, м;
λ - длина электромагнитной волны сигнала, м;
∆σ =(σmax-σmin) - вариация ЭПР антенны метки,
SR- рабочая чувствительность приемника считывателя.
Рабочая чувствительность считывателяSRучитывает соотношение сигнал/шум, необходимое для достижения заданной достоверности считывания (безошибочной идентификации) номера метки. Расчеты показывают, что для 100-битного номера и достоверности считывания метки 0,9999 соотношение сигнал/шум должно быть не менее 20 дБ.
Энергетическое уравнение характеризует максимальную дальность действия аппаратуры с пассивными чиповыми метками, которая достигается при угловом и поляризационном согласовании антенн считывателя и метки, а также при согласовании импедансов антенны и чипа метки. Модуляционное уравнение характеризует максимальную дальность действия аппаратуры с полуактивными метками, у которых энергопотребление чипа обеспечивается элементом питания.
2. Зависимость дальности действия от глубины модуляции
Глубина модуляции сигнала в системах RFIDне выступает в качестве основной технической характеристики аппаратуры. Этот параметр фигурирует лишь в описаниях радиоинтерфейсов - протоколов обмена командами и данными между считывателем и меткой. Однако глубина модуляции сигнала определяет величину энергетического коэффициентаkE, который непосредственно влияет на энергетическую дальность действияRЕсистемы. От глубины модуляции зависит и ∆σ - вариация ЭПР антенны метки, что влияет на модуляционную дальность действияRMаппаратуры. Кроме того, глубина модуляции определяет ширину спектра сигнала, который является важным параметром при обеспечении административных норм электромагнитной совместимости (ЭМС).
В прямой линииMfявляется параметром сигнала считывателя. Его величина может изменяться в пределах от 0 до 100%. Можно показать, что коэффициентkEсвязан с глубиной модуляции зависимостью:
kE = [(1 - Mf)2 + Q •Mf2], 
гдеQ- скважность кодового сигнала.
На рис.1 показана зависимость коэффициентаkEот глубины модуляцииMfдля различных значенийQ.Согласно IS018000 выбор конкретного значения скважности модулирующего сигнала остается за национальными администрациями, однако практически удобно использовать кодирование сQ= 0,5.

Рисунок 1 - Зависимость коэффициентаkEот глубины модуляцииМf.

Рассчитаем дальность связи для типичных значений параметров стационарного считывателя в диапазоне 900 МГц (P= 1 Вт,GR= 4,λ = 30 см,SR= - 100 дБВт,kE= 0,5) и меток с антеннами в виде полуволновых диполей (Ae= 0,01 м2 ,∆σ= 0,06 м2 ,S = 30 мкВт).
Запишем энергетическое уравнение радиосвязи и подставим заданные значения параметров:
RЕ= ( kE•P •GR•Ae/4πS )1⁄2= (0,5*1*4*0,01/4*3.14*30*10-6)1/2 = 7,3 м
Получили«энергетическую дальность»RE≈ 7 метров.
Оценим «модуляционная дальность», для чего запишем уравнение радиолокации и подставим заданные параметры:
SR= 100.1*(- 100) = 10-10Вт,
Rm=[P•GR2•λ2 •∆σ/(4π)3 •SR ]1/4 = (1*42*0,32*0,06/(4*3.14)3*10-10) =
= 12,7 М.
Таким образом для грамотного проектирования аппаратуры RFIDнеобходимо оперировать двумя параметрами - энергетической и модуляционной дальностью. Из двух полученных радиусов действия необходимо взять наименьше значение. В нашем случае система будет работать с заданным качеством в радиусе 7,3 м

3. Исходные данные
No варианта Р, Вт GR, дБi F,Мгц Ае, м2 S, дБВт ∆σ, м2 SR, дБВт Мf, раз
1 0,01 10 450 0,01 - 80 0,06 - 110 0,3
2 0,1 8 800  - 85  - 105 0,4
3 1 6 900  -80  - 100 0,5
4 10 3 2400  - 75  - 95 0,6
5 1 6 450  - 80  - 110 0,3
6 0,1 8 800  - 85  - 105 0,4
7 0,01 10 900  -80  - 100 0,5
8 0,1 10 2400  - 75  - 95 0,6
9 1 8 450  - 80  - 110 0,3
10 10 6 800  - 85  - 105 0,4
11 1 3 900  -80  - 100 0,5
12 0,1 6 2400  - 75  - 95 0,6
13 0,01 8 450  - 80  - 110 0,3
14 0,1 10 800  - 85  - 105 0,4
15 1 10 900  -80  - 100 0,5
16 10 8 2400  - 75  - 95 0,6
17 1 6 450  - 80  - 110 0,3
18 0,1 3 800  - 85  - 105 0,4
19 0,01 6 900  -80  - 100 0,5
20 0,1 8 2400  - 75  - 95 0,6
21 1 10 450  - 80  - 110 0,3
22 10 10 800  - 85  - 105 0,4
23 1 8 900  -80  - 100 0,5
24 0,1 6 2400  - 75  - 95 0,6
25 0,01 3 900  - 80  - 100 0,3
Q= 0,5 для всех вариантов.

Работа была успешно сдана.