Luận án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế anten rfid thụ động sử dụng cấu trúc dệt và

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực. Hà nội, ngày. năm 2020 Nghiên cứu sinh Đoàn Thị Ngọc Hiền Tập thể hướng dẫn PGS.

Nguyễn Văn Khang PGS. Đào Ngọc Chiến i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS. Nguyễn Văn Khang và đặc biệt là PGS. Đào Ngọc Chiến đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học, dành nhiều thời gian hỗ trợ tôi về mọi mặt để hoàn thành luận án này.

Tác giả chân thành cảm ơn Viện nghiên cứu quốc tế MICA, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả được tập trung nghiên cứu trong thời gian qua. Chân thành cảm ơn Bộ môn Điện tử hàng không vũ trụ, Viện Điện tử Viễn thông, Phòng Đào tạo- Bộ phận Đào tạo sau Đại học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình nghiên cứu, học tập và thực hiện luận án. Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, động viên của các đồng nghiệp, các thành viên phòng thí nghiệm CRD lab – Viện Điện tử Viễn thông đã dành cho tôi. Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn phòng thí nghiệm đo lường, Viện Điện tử - Viễn thông đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình đo đạc mô hình chế tạo thực nghiệm.

Cuối cùng, tôi xin dành tất cả sự yêu thương và lời cảm ơn đến các thành viên trong gia đình, những người đã luôn động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian vừa qua. Đây chính là động lực to lớn giúp tôi vượt qua khó khăn và hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày. năm 2020 Nghiên cứu sinh Đoàn Thị Ngọc Hiền ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH SÁCH BẢNG. vii DANH SÁCH HÌNH VẼ.

viii MỞ ĐẦU .1 Công nghệ RFID .1 Hệ thống RFID trường gần .2 Hệ thống RFID trường xa .3 Các tham số chính của anten thẻ RFID .1 Trở kháng đầu vào của anten .3 Hệ số định hướng của anten .4 Hệ số tăng ích của anten .5 Hiệu suất bức xạ .7 Khoảng đọc của anten .4 Các loại vật liệu đế điện môi .1 Vật liệu truyền thống .1 Các loại vật liệu polymer .2 Bìa các tông và giấy .2 Vật liệu tiên tiến .1 Vải cách điện .2 Siêu vật liệu .5 Phối hợp trở kháng giữa anten và chip .1 Kỹ thuật phối hợp trở kháng sử dụng vòng ghép điện cảm .2 Kỹ thuật phối hợp trở kháng sử dụng mạng chữ T .3 Kỹ thuật phối hợp trở kháng sử dụng khe lồng nhau .6 Các kỹ thuật giảm nhỏ kích thước anten thẻ RFID .1 Kỹ thuật uốn gấp khúc .2 Kỹ thuật sử dụng cấu trúc anten PIFA .3 Kỹ thuật dùng tải thuần kháng dung .7 Các kỹ thuật cải thiện hệ số tăng ích và độ định hướng của anten thẻ RFID .1 Phương pháp sử dụng bề mặt phản xạ .2 Phương pháp sử dụng tấm patch ký sinh .3 Phương pháp sử dụng cấu trúc chắn dải điện từ .4 Phương pháp sử dụng cấu trúc mặt phẳng đất không hoàn hảo .8 Kết luận chương 1. THIẾT KẾ ANTEN THẺ RFID TÍCH HỢP ĐƯỢC SỬ DỤNG CẤU TRÚC DỆT 36 2.1 Giới thiệu chương .2 Anten có thể tích hợp được .3 Vật liệu đế điện môi của anten có thể tích hợp được .4 Các kỹ thuật chế tạo anten có thể tích hợp được .1 Anten có thể tích hợp được dạng cứng .2 Anten có thể tích hợp được dạng mềm dẻo .5 Các bước thiết kế anten thẻ RFID có thể tích hợp được .6 Cấu trúc và đặc tính của anten thẻ RFID có thể tích hợp được đề xuất .1 Lựa chọn vật liệu .2 Tính toán các tham số kích thước của anten .3 Cấu trúc anten đề xuất .4 Kết quả mô phỏng .5 Đánh giá ảnh hưởng của vật liệu đến đặc tính của anten .1 Độ dày của đế vải .2 Hệ số điện môi của đế vải .3 Đường kính sợi dây đồng .6 Thực nghiệm và đo đạc .7 Kết luận chương 2. THIẾT KẾ ANTEN THẺ RFID HAI BĂNG TẦN, ĐỘ ĐỊNH HƯỚNG CAO SỬ DỤNG BỀ MẶT DẪN TỪ NHÂN TẠO 52 iv 3.1 Giới thiệu chương .2 Thiết kế anten lưỡng cực đơn .3 Cấu trúc AMC .1 Nguyên lý hoạt động của cấu trúc AMC .2 Thiết kế cấu trúc AMC .1 Cấu trúc AMC hình vuông .2 Cấu trúc AMC một khe .3 Cấu trúc ba khe .3 Khảo sát đặc tính của cấu trúc AMC ba khe .4 Cấu trúc và các đặc tính của anten đề xuất .1 Cấu trúc của anten .2 Khảo sát đặc tính của bề mặt dẫn từ nhân tạo .3 Khảo sát đặc tính của mạng phối hợp trở kháng chữ T .4 Cơ chế hoạt động hai băng tần .6 Kết luận chương 3. 87 KẾT LUẬN CHUNG.

88 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 91 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ AMC Artificial Magnetic Conductor Vật dẫn từ nhân tạo ASK Amplitude Shift Keying Modulation Điều chế khóa dịch biên độ CST Computer Simulation Technology Công nghệ mô phỏng bằng máy tính DC Direct Current Dòng điện một chiều DGS Defected Ground Structure Cấu trúc mặt phẳng đất không hoàn hảo EBG Electromagnetic Band Gap Dải chắn điện từ FM Frequency Modulation Điều chế tần số FSK Frequency Shift Keying Modulation Điều chế dịch chuyển theo tần số IC Intergrated Circuit Mạch tích hợp MLA Meander Line Antenna Anten uốn gấp khúc PDMS Polydimethylsiloxane Polydimethylsiloxane PIFA Planar Inverted-F Antenna Anten PIFA PSK Phase Shift Keying Modulation Điều chế khóa dịch pha RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng tần số vô tuyến UHF Ultra High Frequency Tần số cực cao PEC Perfect Electrical Conductor Vật liệu dẫn điện hoàn hảo PRS Partially Reflective Surface Bề mặt phản xạ một phần vi DANH SÁCH BẢNG 1.1 Các quy định về dải tần và băng thông của hệ thống RFID UHF tại một số khu vực trên thế giới .2 Các thông số của anten sử dụng mặt phản xạ .3 Các thông số của anten sử dụng cấu trúc EBG .1 Bảng các tham số đặc tính của các loại đế điện môi cho anten có thể tích hợp 37 2.2 Bảng các tham số kích thước của anten dệt đề xuất (mm) .3 So sánh kết quả mô phỏng của anten đề xuất với một số anten đã công bố .1 Bảng các tham số kích thước của anten lưỡng cực (mm) .2 Các tham số kích thước của cấu trúc phần tử AMC hình vuông (mm) .3 Các tham số kích thước của cấu trúc phần tử AMC một khe (mm) .4 Các tham số kích thước của cấu trúc phần tử AMC ba khe (mm) .5 Bảng các tham số kích thước của anten đề xuất (mm) .6 Bảng các giá trị khoảng đọc tối đa đo được (m) .7 So sánh kết quả mô phỏng của anten đề xuất với một số anten đã công bố. 86 vii DANH SÁCH HÌNH VẼ 1.1 Hệ thống RFID .2 Mô hình mạch điện phối hợp trở kháng giữa anten và chip .3 Thẻ RFID Avery Dennison AD-301R6-P bằng giấy .4 Thẻ RFID UHF0055 bằng gốm .5 Gradient của bước nhảy pha giao thoa dφ/dr tạo ra vec tơ sóng trên bề mặt có thể bẻ cong ánh sáng truyền và phản xạ theo các hướng tùy ý .6 Anten dipole với mạng phối hợp trở kháng vòng ghép hỗ cảm: (a) Cấu trúc anten, (b) Mô hình mạch điện tương đương [1] .7 (a) Mô hình mạch điện tương đương của vòng tiếp điện, (b) Mô hình tự cảm LL .8 Mô hình tính độ tự cảm tương hỗ của hai dây dẫn song song .9 Anten dipole với mạng phối hợp trở kháng chữ T: (a) Cấu trúc anten, (b) Mô hình mạch điện tương đương .10 Anten lưỡng cực với mạng phối hợp trở kháng khe lồng nhau: (a) Hình chiều đứng của anten, (b) Hình chiếu bằng của anten (c) Mô hình mạch điện tương đương .11 Cấu trúc anten lưỡng cực sử dụng kỹ thuật uốn gấp khúc .12 Một số cấu trúc anten thẻ RFID lưỡng cực sử dụng kỹ thuật uốn gấp khúc để giảm nhỏ kích thước anten .13 Anten PIFA có tấm phát xạ hình vuông .14 Anten lưỡng cực với tải thuần dung kháng mắc ở đầu cuối .15 Anten sử dụng mặt phẳng phản xạ .16 Cấu trúc thiết kế của anten sử dụng tấm patch ký sinh .17 Cấu trúc chắn dải điện từ có dạng hình nấm .18 Mô hình mạch cộng hưởng LC của cấu trúc EBG .19 Anten sử dụng cấu trúc chắn dải điện từ có dạng hình nấm .20 Mặt trước và mặt sau của anten có cấu trúc mặt phẳng đất không hoàn hảo .21 Đồ thị phương hướng bức xạ củ anten truyền thống và anten có cấu trúc DGS có cùng kích thước .1 Anten có thể tích hợp được sử dụng băng đồng gắn lên đế vải .2 Các bước thiết kế anten thẻ RFID .3 Cấu trúc hình học của anten lưỡng cực vi dải: (a) Hình chiếu bằng, (b) Hình chiếu đứng .4 Cấu trúc hình học của anten dệt được đề xuất: (a) Mặt trước của anten, (b) Mặt sau của anten, (c) Hình chiếu đứng của anten .5 Hệ số phản xạ của anten dệt đề xuất .6 Hệ số tăng ích của anten dệt đề xuất .7 Đồ thị bức xạ phương hướng của anten dệt đề xuất: (a) Mặt phẳng E, (b) Mặt phẳng H .8 Mật độ phân bố dòng điện mặt của anten dệt đề xuất .9 Đồ thị bức xạ 3D của anten dệt đề xuất .10 Hệ số phản xạ của anten với đế điện môi có độ dày khác nhau .11 Hệ số tăng ích của anten với đế điện môi có độ dày khác nhau .12 Hệ số phản xạ của anten với các loại đế vải khác nhau .13 Hệ số tăng ích của anten với các loại đế vải khác nhau .14 Hệ số phản xạ của anten với sợi đồng có đường kính khác nhau .15 Hệ số tăng ích của anten với sợi đồng có đường kính khác nhau .16 Mẫu anten chế tạo .17 Thí nghiệm đo hệ số phản xạ của anten dệt đề xuất: (a) Hệ thống đo đạc, (b) Màn hình hiện thị kết quả đo hệ số phản xạ .18 Hệ số phản xạ của anten dệt đề xuất .1 Cấu trúc hình học anten lưỡng cực với tải thuần dung kháng mắc ở đầu cuối chưa có mạng phối hợp trở kháng chữ T .2 Mô hình ứng dụng của chip UCODE G2XM .3 Cấu trúc hình học của anten lưỡng cực đơn .4 Kết quả mô phỏng trở kháng đầu vào của anten lưỡng cực đơn .