7.2 Kotelomateriaalit
7.2.2 Mittaus 5 – Toimintaetäisyys eri kotelomateriaaleilla
Toiminta- eli lukuetäisyyteen eri kotelomateriaalien vaikutus oli samansuuntainen kuin signaalitasoonkin. Nahkakotelo ei useimmilla antenneilla vaikuttanut lukuetäisyyteen lainkaan, antenneilla 4 ja 6 etäisyys lyheni 1-2 mm, eli merkityksettömän vähän. Lähes samalla tavalla vaikutti muovikotelointi antennin päällä, eli pudotus oli hyvin pieni,
joidenkin millien luokkaa. Puukotelolla lukuetäisyys käyttäytyi jälleen samalla tavalla kuin signaalitasokin, eli joillakin antenneilla jopa kasvoi muutaman millin, mutta käytännössä puukotelonkaan vaikutus lukuetäisyyteen ei ole merkittävä. Metallikotelon tulokset sen sijaan olivat selvät: lukeminen ei onnistunut millään antennilla miltään etäisyydeltä, kun antenni oli koteloitu metalliin.
Kuvassa 7-3 on kuvattu antennikohtaisesti eri kotelomateriaalien vaikutus. Metallikotelo on jätetty kuvasta pois, koska luku ei onnistunut lainkaan. Kuvan perusteella voidaan myös havaita kyseisten materiaalien hyvä soveltuvuus kotelointiin, sillä minkään antennin kuvaaja ei merkittävästi putoa millään materiaalilla.
Kotelomateriaalien vaikutus lukuetäisyyteen
0 20 40 60 80 100 120
0 1 2 3 4 5
1=Ei koteloa 2=Nahka 3=Muovi 4=Puu
Lukuetäisyys[mm] Antenni 1
Antenni 2 Antenni 3 Antenni 4 Antenni 5 Antenni 6
Kuva 7-3:Kotelomateriaalien vaikutus lukuetäisyyteen eri antenneilla graafisesti kuvattuna
Näiden tulosten perusteella on jälleen helppo todeta, että muovi, nahka ja puu sopivat antennin kotelointimateriaaleiksi hyvin, eivätkä huononna merkittävästi antennin toimintaetäisyyttä tai–varmuutta. Metallikotelointi on sen sijaan käyttökelvoton, koska tagin tunnistaminen metallikotelon läpi ei onnistu.
8 Yhteenveto
Tämän työn tavoitteena oli määritellä HF-taajuudella toimivaan mobiiliin RFID-lukijaan, joka määriteltiin matkapuhelimeksi, liitettävän antennin malli, sekä selvittää mahdollisten antennin kotelointimateriaalien vaikutusta lukijan ja antennin toimintaan. Antennille asetetut tärkeimmät vaatimukset olivat sen fyysinen koko sekä riittävät
säteilyominaisuudet.
Antennin fyysisen koon vaatimukset määräytyivät päätelaitteiden koosta, eli antennin oli käyttömukavuuden kannalta oltava pienempi kuin laitteet, johon se on tarkoitus liittää.
Säteilyominaisuuksien vaatimuksena oli HF-taajuisten RFID-sovellusten toiminnan kannalta riittävä toiminta- eli lukuetäisyys, joka määriteltiin vertaamalla etäisyyttä
olemassa oleviin kaupallisiin ratkaisuihin. Säteilyominaisuuksien katsottiin olevan riittävät, kun toimintaetäisyys on vähintään samalla tasolla kuin kaupallisissa ratkaisuissa.
Suunniteltu ja valmistettu antennimalli on ulkomitoiltaan 40x80 mm oleva kela-antenni, jossa on kuusi kierrosta. Vetojen leveys on 0,8 mm ja niiden välin 0,2 mm. Antennin impedanssin sovittaminen haluttuun 50 ohmiin tapahtui lisäämällä antennin kanssa sarjaan yksi komponentti, 21,4 pF:n kondensaattori. Kehitetyn antennimallin valmistusta helpottaa ja valmistuskustannuksia oleellisesti pienentää sovituskomponenttien määrän
minimalisointi yhteen kappaleeseen. Antennin toimintaetäisyys oli selkeästi parempi kuin vertailukohtina olleissa ratkaisuissa. Toinen kaupallisista vertailuantenneista ei myöskään täyttänyt koolle asetettuja vaatimuksia, mutta silti sen toimintaetäisyys jäi itse valmistettua antennia lyhyemmäksi. Muut vertailuantennit taas jäivät toimintaetäisyydessä noin puoleen itse valmistetun antennin arvoista.
Antennin kotelointimateriaaliksi todettiin sopivan erinomaisesti muovi, nahka sekä myös puukotelo, jotka eivät merkittävästi vaikuttaneet lukuetäisyyteen tai vaikutus oli erittäin pieni. Metalli taas ei kotelointiin sovellu, sillä se esti tunnisteen lukemisen kokonaan.
Tässä diplomityössä suoritetun tutkimustyön seurauksena saadun antennimallin perusteella voidaan kehittää kaupallisessa 13,56 MHz:n taajuudella toimivassa RFID-lukijassa
käytettävä antenni, joka täyttää fyysisen kokonsa ja säteilyominaisuuksiensa puolesta tämän tyyppiselle antennille yleisesti asetetut vaatimukset.
Lähdeluettelo
[1] Finkenzeller, K. (2003),”RFID Handbook:Fundamentalsand Applications in Contactless Smart Cards and Identification”.2nd edition. Chichester, West Sussex, England, John Wiley & Sons Ltd. 427 s.
[2] Ukkonen, L. (2003), diplomityö,”Metallipintaan liitettävien
RFID-tunnisteantenniratkaisujen kehitys”.Tampere, Tampereen teknillinen yliopisto, sähkötekniikan osasto. 103 s.
[3] Ruhanen, K. (2002), diplomityö,”Passiivinen RFID-järjestelmä ja tunnistekoodit”.
Tampere, Tampereen teknillinen yliopisto, sähkötekniikan osasto. 86 s.
[4] Kariaho, J. (2005), diplomityö,”RFID paperirullan käsittelyssä”.Tampere, Tampereen teknillinen yliopisto, sähkötekniikan osasto. 90 s.
[5] Eagleson, J. (Updated 27.9.2002), www-artikkeli,“RFID:TheEarlyYears 1980–
1990”. <http://members.surfbest.net/eaglesnest/rfidhist.htm>. Luettu 13.6.2006 [6] The Intermec (2004), tuote-esite,“Guideto RFID Tag Selection”.
<http://epsfiles.intermec.com/eps_files/eps_brochure/RFIDTagSelectionGuide_broc hure_web.pdf>. Luettu 14.6.2006
[7] IDTechEx (19.8.2004), www-artikkeli,”Basiccomponentsofan RFID system”.
<http://www.idtechex.com/products/en/articles/00000042.asp>. Luettu 15.6.2006 [8] Sweeney II, P. J. (2005),”RFID ForDummies”.Indianapolis, Indiana, Wiley
Publishing, Inc. 388 s.
[9] Shephard, S. (2005),“RFID Radio FrequencyIdentification”.USA, McGraw-Hill.
256 s.
[10] rainman_63, CodeProject (Updated 11.5.2005), www-artikkeli,”Creating EAN-13 Barcodeswith C#”.<http://www.codeproject.com/csharp/ean_13_barcodes.asp>
Luettu 20.6.2006
[11] Bhuptani, M., Moradpour, S. (2005),”RFID Field Guide, Deploying Radio FrequencyIdentification Systems”.USA, Sun Microsystems, Inc. 263 s.
[12] Wikipedia, The Free Encyclopedia (Updated 16.6.2006), www-artikkeli,
“Fingerprint”.<http://en.wikipedia.org/wiki/Fingerprint>. Luettu 21.6.2006
[13] UPM Rafsec (Toukokuu 2003), www-artikkeli,”Tutorialoverviewof inductively coupled RFID systems”.<www.rafsec.com/rfidsystems.pdf>. Luettu 28.6.2006 [14] Ahlkvist Scharfeld, T. (2001), Thesis for the degree of Master of Science,“An
Analysis of the Fundamental Constraints on Low Cost Passive Radio-Frequency Identification System Design”.Boston, USA. Massachusetts Institute of
Technology, Department of Mechanical Engineering. 115 s.
[15] Data Scan Systems ltd. (2005), tuotteen datalehti,“EMS HL200R-Series Read/Write Tags(European)”.
<http://www.datascansystems.com/upload/Data_Sheets/RFID/HL200R_Datasheet.p df>. Luettu 7.7.2006
[16] Wikipedia, The Free Encyclopedia (Updated 14.6.2006), www-artikkeli,
“Maxwellin yhtälöt”.
<http://fi.wikipedia.org/wiki/Maxwellin_yht%C3%A4l%C3%B6t>. Luettu 10.7.2006
[17] Räisänen, A., Lehto, A. (1998),”Radiotekniikka”.8. korjattu painos. Helsinki, Otatieto Oy. 280 s.
[18] Seligman, C. (1993-2006), www-artikkeli,”Electromagnetism”.
<http://cseligman.com/text/physics/electromagnetism.htm>. Luettu 11.7.2006 [19] Golio, M. (2001),“TheRF and microwavehandbook”.USA, CRC Press LLC.
1140 s.
[20] Scienceall co. ltd. (1998-2006), www-artikkeli,“Electromagneticwave”.
<www.science.or.kr/sa0educ/01/02e/physics/electromagnetic_wave/electromagnetic _wave.html>. Korea. Luettu 13.7.2006
[21] Schaffrath, M. (2006), diplomityö,“RFID-tunnisteantennien kehitys paperirullan tunnistukseen”.Tampere, Tampereen teknillinen yliopisto, sähkötekniikan osasto.
100 s.
[22] Balanis, C. A. (2005),”Antenna Theory,Analysisand Design”.3rd edition.
Hoboken, New Jersey, USA. John Wiley & Sons Inc. 1117 s.
[23] A.H. Systems Inc. (2006), tuote-katalogi,“Horn Antennas”.
<www.ahsystems.com/catalog/horns.php>. USA. Luettu 25.7.2006
[24] Wikipedia, The Free Encyclopedia (Updated 22.7.2006), www-artikkeli,“Dipole antenna”.<http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna>. Luettu 26.7.2006
[25] SkyeTek Inc. (2004–2006), tuotteen datalehti,”SkyeModuleM1”.
<www.skyetek.com/Portals/0/SkyeModule_M1_060426.pdf>. USA. Luettu 31.7.2006
[26] Nokia Oyj (2006), mallistoluettelo,”Puhelinmallit”.
<http://www.nokia.fi/puhelimet/puhelinmallit/>. Suomi. Luettu 10.8.2006 [27] Kilby, J. S. (2000), lehtiartikkeli,”TheIntegrated Circuit’sEarlyHistory”.
Proceedings of the IEEE, Vol. 88, No 1, January 2000, s. 109-111.
[28] Nishi, M., Okinaka, A., Takata, K., Yoshida, T. (2002),”Measurements of UHF band radio propagation in mobile outdoor environments by use of existent TV broadcasting waves”.Antennas and Propagation Society International Symposium, 2002. IEEE, Vol. 1, 16-21 June 2002, s. 252-255.
[29] Ulaby, F. T. (2001),“FundamentalsofApplied Electromagnetics”.2001 Media Edition. New Jersey, USA, Prentice Hall Inc. 433 s.
[30] Feng, C., Weber, R.J. (2004),“A novel process-variation insensitive network for on-chip impedance matching”.IEEE International Symposium on Communication and Information Technology, 2004 (ISCIT 2004). IEEE Vol. 1, 26-29 Oct 2004, s.
43-46.
[31] Sonnet Software (2006), “Using ElectromagneticAnalysisforRFID Antenna Design”.<
www.sonnetsoftware.com/support/files/appnote/SAN-206A%20RFID%20Antenna%20Design%200602.pdf>Sonnet Software Inc., USA, February 2006
[32] Skyetek Inc., pdf-dokumentti, “Antenna Design GuidefortheSkyeread M1”. USA.
Luettu 20.9.2006
[33] Cheng, D. K (1992),“Field and WaveElectromagnetics”.Second edition. USA.
Addison-Wesley Publishing Company. 703 s.
[34] Sydänheimo, L., Keskilammi, M., Kivikoski, M. (2002),”PerformanceIssueson theWireless2,4 GHzISM Band in a Multisystem Environment”.IEEE Transactions on Consumer Electronics Vol. 48, Issue 3, pp. 638-643
[35] Penttilä, K. (2006), väitöskirja,“StudiestowardsImproving RFID Reader Performance”.Tampere, Tampereen teknillinen yliopisto. Julkaisu 603. 88 s.