Mini Curso RFID Módulo I - Dr. Jung

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Mini Curso RFID Módulo I - Dr. Jung

  1. 1. Fundamentos de Antenas eArquitetura da Tecnologia RFID Prof. Dr. Carlos Fernando Jung carlosfernandojung@gmail.com Material Didático de Apoio Atualizado 2012 Mini Curso: Tecnologia e Aplicações do Sistema RFIDhttp://polovp.faccat.br (Módulo I) – Fundamentos de Antenas e Arquitetura de Sistemas RFID
  2. 2. O Que é RFID
  3. 3. RFID é a denominação dada a Radio Frequency Identification ou Identificação por RadiofrequênciaEssa tecnologia é composta de equipamentos como leitores, antenas e tags(etiquetas) que se comunicam através de ondas eletromagnéticas enviando e recendo informações sobre produtos e processos
  4. 4. Algumas Aplicações
  5. 5. Fundamentos
  6. 6. Princípios de Corrente Alternada (Ondas Senoidais)
  7. 7. Geração de Energia Elétrica Sistema Hidráulicohttp://m.albernaz.sites.uol.com.br/geracao_de_energia_eletrica.htm
  8. 8. Gerador de Corrente Alternada http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_4_1_ACGenerator.html
  9. 9. http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/moreinfo/2_4_1_ACGenerator.html
  10. 10. Onda Senoidal Representação Fasorial de uma Onda Senoidalhttp://www.mitecnologico.com/Main/CaracteristicasOndaSenoidal
  11. 11. Frequência / Amplitude / Fasehttp://hudlac.files.wordpress.com/2009/06/ondas-freq-amp-fase.png
  12. 12. Osciladores
  13. 13. Cristalhttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Quartz_Br%C3%A9sil.jpg
  14. 14. Cristal Osciladorhttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Quartz_Br%C3%A9sil.jpg
  15. 15. Cristal Oscilador http://www.ecliptek.com/tech/spurmodes.html
  16. 16. Oscilador EletrônicoPierce Crystal Oscillator Microprocessor Oscillator Cristal Oscilador http://www.electronics-tutorials.ws/oscillator/crystal.html
  17. 17. Ondas Eletromagnéticas
  18. 18. AlgumasAplicações
  19. 19. Campo Elétrico e Campo Magnéticohttp://robsonmagno.wordpress.com/2011/03/10/historia-do-eletromanetismo/ http://educacao.uol.com.br/fisica/campo- magnetico-lei-de-ampere.jhtm
  20. 20. http://sites.google.com/site/medea2010esdmibeja/maxwelianos/maxewell-e-as-ondas-electromagneticas
  21. 21. Espectro Eletromagnético
  22. 22. http://gymjs.net/~j.donoval/Sexta.htm
  23. 23. Antenas
  24. 24. Fundamentos de um Sistema Elétrico
  25. 25. Sistema Elétricohttp://www.redeinteligente.com/2009/08/11/rede-inteligente-por-que-como-quem-quando-onde/
  26. 26. Como Funciona uma Lâmpada
  27. 27. Como Funciona uma Lâmpada Lâmpada FaseRede 220V 60 HZ Filamento Neutro Circulação de Corrente Elétrica Condutor Elétrico (Condutor Bifilar)
  28. 28. Como Funciona uma Antena
  29. 29. Como Funciona uma Antena Cabo Coaxial Condutor 1Sinal doTransmissor Condutor 2 Irradiação Cabo Coaxial + Ao Transmissor Campo Elétrico - Dipolo Real http://www-antenna.ee.titech.ac.jp/~hira/hobby/edu/em/smalldipole/smalldipole.html
  30. 30. Irradiação do Dipolo Irradiação 0,5 http://www- antenna.ee.titech.ac.jp/~hira/hobby/edu /em/smalldipole/smalldipole.html
  31. 31. Diagramas de Irradiação
  32. 32. Ganho de Irradiação da Antena
  33. 33. Ganho de Irradiação da Antena Dipolo de Meia Onda Dipolo de Meia Onda O ganho de uma antena é medido em dBd, sendo sua unidade padrão de referência para comparação 0 dBd (Ganho em relação a um Dipolo de Meia Onda)http://www.zcg.com.au/digital-radio-broadcast-antennas.html
  34. 34. Ganho de Irradiação da Antena Dipolo de Meia Onda Antena sob Teste O valor em dBd expressa o ganho de sinal da antena testada quando comparado com o sinal de uma antena dipolo ½ , colocada no mesmo lugarhttp://www.zcg.com.au/digital-radio-broadcast-antennas.html
  35. 35. Antena P2 Análise Comparativa Antena P1 A Antena P1 recebeu mais ou menos sinal da Antena X emrelação a Antena P2, com a mesma potência aplicada as Antenas X e P2 Antena X
  36. 36. Ganho da Antena O decibel é uma medida que expressa a comparação entre dois valores de uma mesma grandeza.Defini-se a potência, por exemplo, atravésda seguinte expressão matemática: dB = 10 log P2 / P1 P2 = valor medido P1 = valor de referência 0 dB = 10 x log (1) ÷ (1) sendo que log 1÷1 = 0
  37. 37. Exemplo de Ganho
  38. 38. Conversões (Ganho Antena)Conversão para dBi (Ganho em dBd + 2.15)Conversão para dBd (Ganho em dBi - 2.15) Antena Isotrópica (dBi) Antena Dipolo (dBd)
  39. 39. Equipamentos para Medições de Intensidade de Sinais (Amplitude x Frequência)
  40. 40. Spectrum Analyzer - Analisador de Espectro(Laboratório de Metrologia e Instrumentação FACCAT)
  41. 41. Exemplo: Transmissão de sinal em 915 MHz e visualização no Spectrum Analyzer
  42. 42. Ensaio Experimental em “espaço livre” Realizado na FACCAT Antena - TAG Antena PadrãoAnalisadorTransmissor
  43. 43. Equipamento no Laboratório de Análise de Sinais de R.F. (Prof. Dr. Jung)
  44. 44. Communications Monitor Service (100 KHz to 1 GHz)
  45. 45. Recebe SinaisTransmite Sinais
  46. 46. Exemplo: Visualização de um Sinal de 915 MHz
  47. 47. RF Field Analyzer (100 KHz to 2 GHz)
  48. 48. Spectrum Analyzer (9 KHz to 2,7 GHz)
  49. 49. WiPry-Spectrum (Spectrum Analyzer 2,4 GHz)
  50. 50. Lóbulo de Irradiação
  51. 51. Lóbulo deIrradiação Antena Direcional
  52. 52. Polarização da Antena
  53. 53. Polarização Vertical e HorizontalPolarização Vertical Polarização Horizontalhttp://www-antenna.ee.titech.ac.jp/~hira/hobby/edu/em/smalldipole/smalldipole.html
  54. 54. Polarização Circular http://en.wikipedia.org/wi ki/Circular_polarization
  55. 55. Tipos de Antenas
  56. 56. Tipos de Antenas Embora existam muitos modelos deantenas, os tipos são basicamente três: Direcional Semi-Direcional / Setorial Onidirecional
  57. 57. Antena Direcional
  58. 58. Antena DirecionalDirecional: são antenas que transmitem ossinais em uma única direção, com ângulo de irradiação bastante fechado, ficando aproximadamente entre 3 e 20 graus, cobrindo uma área bastante restrita, os modelos básicos são as parabólicas, podendo a parábola ser fechada ou não, as yagis e as helicoidais.
  59. 59. Irradiação Direcionalhttp://loja.tray.com.br/loja/produto-66984-1157-promocao_de_lancamento__antena_orion_imax_58ghz_32dbi
  60. 60. Irradiação Direcional
  61. 61. Antena Parabólica A parabólica com parábola fechada, atenua fortemente os ruídos vindo de traz, enquanto aparábola de grade, atenua apenas moderadamente Parabólica de Grade
  62. 62. Antena Yagi
  63. 63. Antena Helicoidal
  64. 64. Antena Setorial
  65. 65. Antena SetorialSemi-Direcional ou setorial: são antenasque transmitem os sinais também em uma única direção, porém com um ângulo de irradiação bastante aberto , ficando aproximadamente entre 30 e 180 graus, cobrindo uma área bastante extensa, o modelo básico é o painel setorial.
  66. 66. Irradiação Setorialhttp://www.vivasemfio.com/blog/antenas-omni-setorial-setor-uso-outdoor/
  67. 67. Irradiação Setorialhttp://www.vivasemfio.com/blog/antenas-omni-setorial-setor-uso-outdoor/
  68. 68. Antena Painel Indoorhttp://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Indoor-antenna.jpg
  69. 69. Antena Painel Outdoorhttp://www.slavnet.com/page/4
  70. 70. Antena Onidirecional
  71. 71. Antena Onidirecional Onidirecional: são antenas que transmitem os sinais em váriasdireções, em ângulo de irradiação de 360 graus.
  72. 72. Irradiação OnidirecionalVisto de cima http://www.kemt.fei.tuke.sk/Predmety/KEMT320_EA/_web/Soun d%20Fields%20Radiated%20by%20Simple%20Sources.htm
  73. 73. Irradiação Onidirecionalhttp://www.vivasemfio.com/blog/antenas-omni-setorial-setor-uso-outdoor/
  74. 74. Antena Vertical
  75. 75. Linhas deTransmissão e Recepção
  76. 76. Linhas de Transmissão e Recepção Cabos Coaxiais (50, 75 Ohms) Cabo Paralelo (Fita 300 Ohms)
  77. 77. Linhas de Transmissão e RecepçãoLinhas Bifilares Linhas Coaxiais
  78. 78. Linhas de Transmissão e Recepção
  79. 79. Linhas e Conectores
  80. 80. Características da Impedância de uma Linha de Transmissão Z0 = Characteristic impedance L = Inductance per unit length of the RF transmission line caused due to magnetic fields that are formed around the wires when current flows through them. C = Capacitance per unit length of the RF transmission line. This is also the capacitance that exists between two conductors R = DC resistance per unit length of the RF transmission line G = the dielectric conductance per length ω = frequency (radians/s) http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/5776
  81. 81. Ondas Estacionárias
  82. 82. Onda RefletidaTransmissor Antena Cabo Coaxial
  83. 83. Onda Refletida e R.O.E Para sabermos se uma antena esta sintonizada, énecessário medirmos sua R.O.E, que é a relação entrea potência irradiada e a refletida, o que chamamos deonda estacionária, a qual pode ser medida através da escala própria da R.O.E, ou em percentual. Comparativo entre a escala da R.O.E e percentual: ROE = 1___1.2__1.5___2___3_____4_____5_____9 Percentual = 0%__1%__4%_11%_25%__36%__50%__65%
  84. 84. A Melhor R.O.EClassificamos a onda estacionária de acordo com seu percentual conforme segue: Até 4% ótima, entre 4 e 8% boa, entre 8 e 11% regular, entre 11 e18% ruim, entre 18 e 25% péssima e acima deste percentual estaremos sujeito a sérios problemas.
  85. 85. Qual a Melhor Antena?A melhor antena é aquela que coloca o sinal necessário, no local de recepção, com o menor desperdiço em outrasdireções, com a menor potência gerada, com o menor espaço ocupado, com amenor resistência ao vento, com o menor peso e com o menor custo.
  86. 86. Funcionamento do Sistema RFID
  87. 87. Funcionamento do Sistema RFID Adaptado de http://www.actionpkg.com/pages/system_diagram.html
  88. 88. Funcionamento do Sistema RFID Block Diagram of a Typical RFID Tag/Reader Systemhttp://firewall-et.com/pop_rfid_access.html
  89. 89. Funcionamento do Sistema RFID Block Diagram of a Typical RFID Tag/Reader System
  90. 90. RFID TAG
  91. 91. Princípio
  92. 92. Estrutura / Componentes da TAG
  93. 93. RFID TAG Circuito Integrado (chip) RFID Tag http://www.sagedata.com/the_company/ AntenaRFID Taghttp://paeae.com/communication/rfid/rfid-tag-transparent-mifare-1k-13-56-mhz.html
  94. 94. Irradiação da TAG
  95. 95. Irradiação da TAG http://en.wikipedia.org/wiki/File:DipoleRadiation.gif
  96. 96. Faixa de Operação da TAG
  97. 97. http://www.rfid-handbook.de/rfid/5_RFID-frequencies.gif
  98. 98. Características das tags que operam entre as frequências de 120 a135 kHzCoeficiente de penetrabilidade alto e moderadamente tolerante a metais;O campo magnético forma uma área de leitura bem definida e homogênea;Baixas taxas de transferência;Baixa capacidade de leitura de multiplas tags;Habilidade de leitura em ambientes sujos e húmidos;Normalmente a distância de leitura é menor que 1 metro http://www.oxxcode.com.br/tag-rfid-passiva/
  99. 99. Características das tags que operam na frequência de 13,56 MHzBom coeficiente de penetrabilidade (exceto metais) com redução do alcance de leitura;Disponível globalmente com níveis de potência adequados e sem necessidade delicenciamento;Normalmente as tags são no formato de etiquetas;O campo magnético forma uma área de leitura bem definida e homogênea;Capacidade de leitura de múltiplas tags;Normalmente a distância de leitura é menor que 2 metros http://www.oxxcode.com.br/tag-rfid-passiva/
  100. 100. Características das tags operam nas frequências entre 850 a 960 MHzPossui padrões globais de utilização;Baixo coeficiente de penetrabilidade em líquidos (absorção) e metais (reflexão);Dependendo do formato da tag, a performance de leitura pode variar;Capacidade de leitura de múltiplas tags;Alta taxa de transferência;O campo elétrico extende a performance de leitura mas para definir a área de coberturaexige-se estudo preliminar;Alto alcance de leitura, acima de 5 metros http://www.oxxcode.com.br/tag-rfid-passiva/
  101. 101. Síntese http://www.oxxcode.com.br/tag-rfid-passiva/
  102. 102. Funcionamento da TAG
  103. 103. Funcionamento da TAGRFID TAGhttp://www.aliexpress.com/product-fm/457302538-UHF-asset-RFID-Tags-wholesalers.html Functional Block Diagram of an RFID TAG
  104. 104. SchematicDepiction ofReader-to-tag Data Link http://rfidtribe.com/index.php?option=com_content&task=view&id=423 Schematic Depiction of Tag-to-reader Data Link
  105. 105. Simplified Physics of Backscatter SignalingModulated Backscatter Using a Transistor as a Switch http://rfidtribe.com/index.php?option=com_content&task=view&id=423&Itemid=99
  106. 106. Antenas Utilizadas em TAG’s (Etiquetas)
  107. 107. Anatomia http://www.propagation.gatech.edu/ECE6390/project/Fall2009/DustHound/design.html
  108. 108. http://pingmag.jp/2008/06/23/rfid-aesthetics/
  109. 109. http://pingmag.jp/2008/06/23/rfid-aesthetics/
  110. 110. http://pingmag.jp/2008/06/23/rfid-aesthetics/
  111. 111. http://pingmag.jp/2008/06/23/rfid-aesthetics/
  112. 112. http://pingmag.jp/2008/06/23/rfid-aesthetics/
  113. 113. http://pingmag.jp/2008/06/23/rfid-aesthetics/
  114. 114. Sensibilidade da TAG
  115. 115. ANANYAA GAUTHAM, M.S.Minimum Transmitted Power x Tags The University of Texas at Arlington, 2008
  116. 116. Sistemas de Teste para TAG e Antenas
  117. 117. Sistema de Teste para AnáliseComparativa do Ganho de Antenas
  118. 118. Antena Desenvolvida na Faccat para RFIDCommunicationsService MonitorIFR COM 120-B RX Sinal Transmitido 915 MHz / -30 dBm TX Antena Padrão Dipolo de ½ Onda Antena Comercial para RFID
  119. 119. Balun (Converte a Impedância de 50 para 75 Ohms) (Converte a linha desbalanceada em balanceada)Dipolo de ½ Onda (915 MHz) Antena Padrão para Ensaios
  120. 120. Antena TX/RX para RFIDdesenvolvida na Faccat
  121. 121. Sistema de Teste para Análise da Influência de Diversos Tipos deMateriais entre os Sinais do Leitor e TAG RFID Utilizando uma forma estrutural do dia a dia: carrinho de supermercado
  122. 122. Tag Etiqueta RFID) fixada em um suporte e colocada no interior do recipienteRecipiente construído complástico em forma decarrinho de supermercado Testes Realizados no Campus da Faccat
  123. 123. Sistema de Teste para Análise da Influência de Diversos Tipos deMateriais entre os Sinais do Leitor e TAG RFIDUtilizando chapas quadradas de diversos tipos de materiais para fixação da TAG (Vidro – Papelão – Isopor – Madeira - Plástico)
  124. 124. Sistema de Nivelamento Antena TX/RX do Leitor de RFID a Laser – duplo feixeLeitor RFID M.Sc. Everton Dr. Marcelo Hardware e Software para Controle TAG RFID fixada em um quadro de vidro
  125. 125. Sistema RFID TESTER (Análise Completa)
  126. 126. 1 - Integration of All Required Functions for Reader and RFID Tag Testing into a single unit2- Supports 860MHz ~ 960MHz UHF RFID3- Supports ISO/IEC 18000-6 Air Interface Protocol4 - Reader and Tag Emulator Functions5 - Multi-Tag Simulator Functions for Reader Test6- Tag Performance Test Functions7 - RF Measurement – Spectrum, RF Envelope, Power-Time8 - Korean mobile RFID standard compliance test http://www.temcell.com/tc2600a.htm
  127. 127. RDID Tag Emulator Mode for Reader TestingThe TC-2600A can emulate as a reference Tag to test Readers. Since an actual Tag backscatters the Readersignal and communicates based on accurate link timing in microseconds, the TC-2600A analyzes the Readersignal to provide an experimental environment. This environment simulates a real world situation andcommunication with the Reader is carried out by maintaining accurate link timing as if an actual Tag isbackscattering.Furthermore, adjustable power enables easy measurement of the Reader sensitivity and the TC-2600A cansimultaneously test up to 10 tags, allowing easy setting of Tag information according to test conditions.Tag Memory Bank ParametersTag Memory Bank DataTag Transmission Power, Modulation Type and Flag Persistence ValueDisplay Command and Response Log http://www.temcell.com/tc2600a.htm
  128. 128. Reader RF MeasurementThe TC-2600A can operate in the Tag mode and measure the Reader signal to analyze the Readerperformance when it communicates with an actual Tag. The measurements are automatically displayedon the screen according to the measurement objective of parameters and their values.Users can easily verify complex measurement results such as:Reader Transmission Spectrum and PowerReader Power-up/-down RF envelopeReader PIE Symbol Interval (Delimiter, Tari, PW, RTcal, TRcal, etc.)Reader Preamble and Frame-SyncReader Response Time http://www.temcell.com/tc2600a.htm
  129. 129. Reader Emulator Mode for Tag TestingThe TC-2600A RFID test set can operate as a reference Reader to test RFID Tags. Every command can beexecuted to test RFID Tag operations, including Inventory, Read and Write, Access, Kill, Lock, etc. As in theTag Emulator mode, the TC-2600A communicates with the Tag while maintaining link timing. Whenoperating, a Reader and Tag performance can be evaluated according to various test conditions below.Reader Transmission Power, Modulation Type & Depth, PIE symbol interval, Linktiming, Query Command Parameter SettingsInventory and Select TagCommands including Read, Write, Kill, Lock, Access, BlockWrite and BlockEraseAutomatic TUT (Tag Under Test) GeneratorAutomatic Presumption Tag Lock StatusDisplay Command and Response Log http://www.temcell.com/tc2600a.htm
  130. 130. Tag RF MeasurementThe TC-2600A can operate as a reference Reader to communicate with a Tag and analyze a Tagsbackscattering signal in various ways. Commands necessary for test conditions are sent to the Tag, awaveform of the Tags response signal is displayed according to users’ measurement objectives and theexperimental parameters are automatically measured and displayed. Accordingly, users can easilyperform RF measurements without the complex process of using markers to measure desired values inthe signal waveform.Tag Spectrum and PowerTag BLF (Backscattering Link Frequency) AccuracyTag Duty Cycle http://www.temcell.com/tc2600a.htmTag FM0/Miller PreambleTag Response Time
  131. 131. Tag Performance TestAlong with the measurement of specific parameters such as Tag modulation characteristics and signalspectrum, overall Tag performance measurements such as Tag sensitivity, read range and frequencytolerance are some of the most important parameters in Tag performance testing. There is no longer theneed for the anechoic chamber, complex jigs for distance adjustment and several instruments for measuringRFID Tag performance. The TC-2600A features combined with an UHF TEM cell, which provides a RFenvironment similar to an anechoic chamber, provides an excellent Tag performance measurement systemalong with automatic measurement of Tag sensitivity Tag Identification Sensitivity Tag Read Identification Sensitivity Tag Write Identification Sensitivity Frequency tolerance to Tag Sensitivity Calculate Read Range http://www.temcell.com/tc2600a.htm
  132. 132. Variáveis que Interferem em Sistemas de Teste (Ondas Refletidas) Atenuação e/ou Reforço
  133. 133. Ondas irradiadas por diversos tipos de equipamentos Ondas refletidas no teto Ondas refletidas nas paredes Onda Direta Antena AntenaReceptora Transmissora Ondas refletidas no piso Ondas refletidas em móveis Ambiente de Teste (Interno) Exemplo: Uma Sala
  134. 134. Sistema de Teste em “Espaço Livre”
  135. 135. TX Antena RX Cabos CoaxiaisLeitor RFID Produto com a TAG fixada na embalagem colocada no interior de um recipiente de isopor
  136. 136. Sistema de Teste em “Câmara Anecóica”
  137. 137. Absorvedor de R.F.http://www.liv.ac.uk/~huangyi/Photos.htmAnechoic chamber for AntennaMeasurements http://www.junseal.com.br/radiofre.html
  138. 138. Mini Câmara Anecóica em Desenvolvimento
  139. 139. Mini Câmara Anecóica1ª Fase – Blindagem Eletrostática
  140. 140. Projeto do Protótipo...
  141. 141. Projeto doProtótipo...
  142. 142. Processo de Fabricação doProtótipo...
  143. 143. Instalação de 1 antena para ajuste dos suportes de fixação...
  144. 144. Instalação de 2 antenas para ajuste dos suportes de fixação...
  145. 145. Aspecto da Mini Câmara (Blindagem) em relação ao pesquisador
  146. 146. Local de colocação do Produto com TX embalagem RX Antena de RFID TX/RXTAG Produto com a TAG Colocada na embalagem

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