RFID Anten Tasarımı

Anten tasarım çalışmalarımız firmamız kapsamında elektrik elektronik mühendislerimiz tarafından yapılmaktadır. ETSI (Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü) standartlarında, 865-867 MHz frekans aralığında tanımlanan UHF RFID sistemleri için yüksek kazançlı antenler üretmekteyiz.

Mevcut sistemlere göre okuma alanı, kazanç ve bant genişliğinin artırılmasına yönelik çalışmalar yapmaktayız. Düşük üretim maliyeti ve üretim kolaylığı olan anten tasarımlarımız sayesinde yurt dışına bağımlılığı ortadan kaldırmaktayız.

Tamamen yerli tasarım ve üretim yapılarak, uluslararası pazardaki örneklerine alternatif anten tasarımları yapmaktayız. Ölçümlerini firmamız bünyesinde ve Dokuz Eylül Üniversitesi Anten Laboratuarı’nda gerçekleştirdiğimiz antenlerimizin alternatiflerine göre çok daha verimli olduğu gözlemlenmiştir.

Anten, elektrik enerjisini elektromanyetik ışımaya dönüştüren (verici anten) ya da elektromanyetik ışımayı elektrik enerjisine dönüştüren(alıcı anten), bir iletken ya da iletkenlerden oluşan sistemdir. Bir antenin gönderme ve alma özellikleri aynıdır. Buna antenlerin karşılıklılık (reciprocity) özelliği denir. İki yönlü iletişimde, aynı anten hem göndermede hem de almada kullanılır.

RFid Anten Nedir?

RFID anteni (Radyo Frekansı Tanımlama anteni), RFID (Radyo Frekansı Tanımlama) sistemlerinde kullanılan bir bileşendir. RFID, nesnelerin kimliklerini kablosuz olarak tanımlamak için kullanılan bir teknolojidir ve genellikle nesnelerin üzerine veya yakınına yerleştirilen RFID etiketlerinin radyo frekansı sinyalleri ile çalışır.

RFid Anten Bileşenleri

RFID sistemi temel olarak üç ana bileşenden oluşur: RFID etiketi (veya transponder), RFID okuyucu (veya yazıcı) ve RFID anteni. RFID anteni, bu sistemlerin bir parçası olarak, radyo frekansı sinyallerini ileten ve alıcı olan bir cihazdır.

RFID antenleri şunları yapar:

1. Sinyal İletimi: RFID etiketleri, RFID anteni tarafından yayılan radyo frekansı sinyallerini alır ve bu sinyallere yanıt verir. Bu, etiketin kimlik bilgilerinin okunmasını sağlar.

2. Sinyal Algılama: RFID anteni, RFID etiketlerinden gelen yanıt sinyallerini algılar ve bunları RFID okuyucuya iletir. Okuyucu, bu bilgileri işleyerek nesnenin kimliğini ve diğer verileri belirler.

RFID antenleri, çeşitli türlerde ve boyutlarda gelir. Antenlerin boyutları ve özellikleri, kullanım amacına ve çevresel koşullara bağlı olarak değişebilir. Büyük antenler genellikle daha uzun menzilli iletişim sağlar, ancak daha küçük antenler daha taşınabilir ve yerleştirme açısından daha esnek olabilir. Bu nedenle RFID sistemlerinin tasarımında, anten seçimi ve konumlandırılması büyük bir öneme sahiptir.

Antenlerin Performans Parametreleri

1. Işıma örüntüsü (radiation pattern)

Işıma örüntüsü, antenin yaydığı gücün (elektromanyetik alan şiddetinin), antenin uzak alanında, sabit bir uzaklıktaki açısal değişimini gösteren bir grafiktir. Anten ışıma örüntüsü üç boyutludur, fakat pratikte, genellikle, yatay ve dikey düzlemlerde iki boyutlu kesitler olarak çizilir. Bir anten alıcı ya da verici olarak çalıştığı zaman ışıma örüntüsü aynıdır. Işıma örüntüsünün büyüklüğü önemli değildir. Önemli olan, ışıma örüntüsünü oluşturan noktaların her yönde anten konumundan olan göreli uzaklığıdır. Bir antenin ışıma örüntüsü, antenin uzak-alan (far-field) bölgesinde yapılan elektromanyetik alan şiddeti ölçülerek elde edilir. Anten ya da herhangi bir ışıma elemanına yakın olan bölge yakın alan, uzak olan bölgeler ise uzak alan olarak tanımlanır. Yakın alan, elektrik ve manyetik alan bileşenlerinin düzlem dalga karakteri göstermedikleri bölgedir. Uzak alan ise düzlem dalga yaklaşımının yapılabildiği bölgedir. Yakın ve uzak alan tanımları anten cinsine ve etkileşimlere göre, frekans, anten boyutları, gibi parametreler cinsinden belirlenmektedir. Güç yoğunluğu uzak alanda E alan (elektrik alanı) algılayıcısı veya H alan (manyetik alan) algılayıcısı ile ölçülür. Güç yoğunluğunun yakın alanda ölçülmesi zordur. Haberleşme, antenlerin uzak alan bileşeninden faydalanarak sağlanır. En basit ışıma örüntüsü, sadece teorik bir anten olarak tanımlanan (uygulamada gerçekleştirmemiş olan) izotropik antenin ışıma örüntüsüdür. İzotropik antenin ışıma örüntüsü, merkezinde izotropik anten olan bir küredir. Antenin ışıma örüntüsünde ana lob, arka lob ve yan loblar olmak üzere 3 farklı yayılım gözlenir. Antenin baktığı yönde oluşan yayılıma (esas istenen yayılım) ana lob (main lobe) denir. Antenin arkasında oluşan yayılıma arka lob (back lobe), antenin yanlarında oluşan yayılıma da yan lob (side lobe) denir.

2. Yönlülük (directivity)

Antenin yönlülüğü, antenin maksimum ışıma yaptığı yöndeki güç yoğunluğunun aynı güçteki bir izotropik antenin aynı uzaklıkta oluşturduğu güç yoğunluğuna oranıdır.

3. Hüzme genişliği (beamwidth)

Hüzme, antenin maksimum güç yaydığı veya aldığı yöndür. Yönlü bir antenin hüzme genişliği, ışıma diyagramında maksimum ışıma gücünün yarıya düştüğü yönler arasındaki açıdır. Gücün yarıya düştüğü bu yönlerde, güç seviyesi maksimum gücün 3 dB altındadır. Hüzme genişliğine, yarım-güç hüzme genişliği (half power beamwidth) ya da 3-dB hüzme genişliği adları da verilir.

4. Verimlilik (efficiency)

Anten verimliliği, antene uygulanan gücün anten tarafından yayılması ya da anten içinde harcanması ile ilgilidir. Işıma verimliliği (radiation efficiency) olarak da bilinir, antenin yaydığı ışıma gücünün antene uygulanan elektriksel güce oranıdır. Eğer bir anten girişine uygulanan bu gücü uzağa yayabiliyorsa; Yüksek verimli anten (High efficiency), uzağa yaymak yerine içinde harcayıp büyük bir kısmını absorbe ediyorsa düşük verimli (low efficiency) anten olarak adlandırılır. Anten verimliliği, antenle iletim hattının uyumsuz empedans değerlerinde seçilmesi sonucu değişir. Kısaca anten verimliliği, anten kayıplarının bir ölçüsüdür ve 0 ile 1 arasında değer alır.

5. Kazanç (gain)

Anten kazancı, antenin verimliliği ile yönlülüğünün çarpımına eşittir. Kayıpsız bir antenin kazancı antenin yönlülüğüne eşittir. Anten kazancı, yaygın olarak dB türünden verilir. İzotropik antene göre olduğunu belirtmek için dBi türünden de ifade edilebilir. Anten kazancı, antene uygulanan güce göre daha büyük bir çıkış gücünün elde edilmesi değil, anten çıkış gücünün belirli bir yöne doğru yönlendirilmesidir. Yani, ışıma gücü bazı yönlere doğru azaltılırken bir yöne doğru çoğaltılmış olur.

6. Kutuplanma (polarization)

Antenin kutuplanması, antenden ışınan elektrik alanı vektörünün tipine göre adlandırılır. Doğrusal, dairesel ve eliptik olmak üzere üç tür anten kutuplanması vardır. Doğrusal kutuplanma (linear polarization); elektrik alanı yatay ise yatay kutuplanma (horizontal polarization), elektrik alanı dikey ise dikey kutuplanma (vertical polarization) olarak adlandırılır. Dairesel kutuplanma (circular polarization) elektrik alanının vektörünün dairesel dönüş yününe ve elektromanyetik dalganın gidiş yönüne göre sağ-el ya da sol-el kutuplanma (right-hand left-hand polarized) olarak adlandırılır. Eliptik kutuplanma (elliptic polarization) elektrik alanı vektörünün elips çizerek döndüğü yöne ve elektromanyetik dalganın gidiş yönüne göre sağ-el ya da sol-el kutuplanma (right-hand left-hand polarized) olarak adlandırılır. Kutuplanma türüne bağlı olmaksızın, elektrik ve manyetik alan vektörleri birbirlerine dik olarak elektromanyetik dalganın yayılma yönüne dik bir düzlem içinde bulunurlar. Buna düzlem dalga (plane wave) denir. Birbirine dik olarak belirli bir açısal hızda dönen bu iki vektör, elektrik alan vektörünün dönüş yönüne göre bir vidanın ilerleme yönünde ilerleyen bir elektromanyetik alan oluşur.

7. Empedans (impedance)

Antenin giriş empedansı (input impedance), antenin besleme uçlarındaki gerilimin akıma oranıdır. Anten direnci üzerindeki kayıpları minimuma indirmek ve böylece anten verimliliğini arttırabilmek için, anteni besleyen iletim hattının karakteristik empedansının anten empedansının eşleniği (conjugate) olarak seçilmesi gerekir. Bu işleme empedans uyumlama (impedence matching) denir.

8. Bantgenişliği (bandwidth)

Antenin bantgenişliği, antenin önemli performans parametrelerinin kabul edilebilir sınırlar içinde kaldığı frekans aralığıdır. Genelde s-parametrelerinin -10 dB değere ulaştığı noktalar arası, antenin bant genişliği olarak kabul edilir.

9. Tarama (scanning)

Antenin tarama özelliği, ışıma örüntüsündeki ana hüzmenin hareket ettirilebilmesidir. Ana hüzmenin hareket ettirilmesi, mekanik olarak anteni döndürerek ya da anteni sabit tutup çok sayıdaki anten elemanına uygulanan akımların fazlarını değiştirerek ya da gecikmeler yaratarak elektriksel yoldan yapılabilir. Elektriksel yoldan tarama yapabilen antenlere faz dizilimli antenler (phased-array antennas) denir. Faz dizilimli antenlerin çok sayıdaki ışma elemanları, dipollerden, kalem-uçlu dalga kılavuzlarından (pen-ended waveguides), yarıklı dalga kılavuzlarından, mikroşerit antenlerden ya da diğer tür antenlerden oluşabilir. Faz dizilimli antenler, radarlarda, yön bulma sistemlerinde ve hüzme yününün ayarlanmasını gerektiren değişen trafik koşullarında kullanılır. Üç boyutlu tarama sistemlerinde, bir düzlemde mekanik, buna dik düzlemde ise elektronik tarama yapılabilir.

Bant Frekans Dalgaboyu

• VLF Çok Düşük Frekans 3Khz – 30Khz 100 km – 10 km
• LF Düşük Frekans 30Khz – 300Khz 10 km – 1 km
• MF Orta Frekans 300Khz – 3Mhz 1 km – 100 m
• HF Yüksek Frekans 3Mhz – 30Mhz 100 m – 10 m
• VHF Çok Yüksek Frekans 30Mhz – 300Mhz 10 m – 1 m
• UHF Ultra Yüksek Frekans 300Mhz – 3Ghz 1 m – 10 cm
• SFH Süper Yüksek Frekans 3Ghz – 30Ghz 10 cm – 1 mm
• EHF Aşırı Yüksek Frekans 30Ghz – 300Ghz 1 cm – 1 mm

!

Belirtilen performans parametreleri ve frekans aralıkları doğrultusunda, firmamız UHF ( ultra yüksek frekans ) bandında yani 300Mhz – 3Ghz aralığında, RFID antenler üzerinde çalışmalarını sürdürmektedir. Mevcut sistemlere göre okuma alanı, kazanç ve bant genişliğinin iyileştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmaktadır