Handheld RFID Antenna Tuning Unit

Im RFID Frequenzbereich 13.56 MHz wird die Leseantenne und die Antenne der elektronischen Etikette durch die Präsenz von leitenden Materialien oder wasserhaltiger Umgebung stark beeinflusst.
Es treten 2 Effekte auf:
a) Dämpfung der RF-Welle
b) Verstimmung der Antenne beim Lesegerät und bei der elektronischen Etikette
Der zweite Effekt ist besonders gravierend und oft der Grund für die Fehlfunktion im Feld. Das zielgerichtete Tuning der Antenne erfordert einen Netzwerkanalysator der oft bei den RFID System Integratoren aber nicht vorhanden und zudem unhandlich gross und teuer ist. Am ZSN wurde deshalb ein kleines Messgerät entwickelt, welches die Verstimmung messen kann und es erlaubt ein manuelles Abstimmen der Antenne vorzunehmen.

Beim Einsatz eines RFID Reader muss der System Integrator die Möglichkeit haben, eine in der Grösse und Form angepasste und justierbare Antenne zu verwenden. Ist die Antenne auf die Systemimpedanz Z0 des Readers angepasst, wird die maximale Leistung ins Magnetfeld übertragen und das Optimum an Reichweite und Stabilität der Kommunikation erreicht. Dabei sollte die Güte einen Wert zwischen 10 und 20 aufweisen. Diesen Vorgang nennt man Tuning. Wird eine Antenne im Einsatzfeld durch in ihrer Nähe befindliches Metall verstimmt, so muss zwingend ein neues Tuning erfolgen.
Die Geräteelektronik besteht aus einem HF-Richtkoppler, einen DDS basierten Testgenerator und Pegelmessschaltungen, welche die Messgrössen via AD-Wandler an einen Mikrokontroller zur Berechnung übergeben. Gemessen und dargestellt wird beim HAT der Betrag des Reflexionsfaktors im Bereich 10 – 20 MHz, welcher die Qualität der Anpassung an die Systemimpedanz Z0 widerspiegelt. Es kann dabei zwischen den Modi Overview und Zoom mit einer Auflösung von bis 10 kHz ausgewählt werden.  
Messbar sind Antennen im 50 Ohm- System mit Güten über 5. Die Messdaten können über eine USB- Schnittstelle auf einen Computer übertragen und dort weiterverarbeitet werden.

Zu diesem Messgerät verfügt das ZSN auch über ein Simulationstool HF-RFID¹  (Excel) zur Prognose von Reichweite in Abhängigkeit von Sendeleistung, Antennen und Energieverbrauch der passiven RFID Etikette/Sensors sowie zur Ermittlung der initialen Werte für die Anpassschaltungen.

Das ZSN bietet vielfältige Dienstleistungen zu RFID und ist interessiert an einer Kommerzialisierung von HAT gegen angemessene Lizenzgebühr.

 

 

Kenndaten

• Messung der Anpassung von magnetischen Loopantennen für RFID²
• Messung des Reflexionsfaktors und der Antennengüte
• Frequenzbereich: 13.56 MHz für RFID Standards ISO 15693, ISO 14443, NFC
• Messbereich Reflexionsfaktor: 0.04 < |r| < 1
• Typische Genauigkeit von r: 5 %
• Materialkosten Kleinserie:  ~400.- CHF
• Stromverbrauch eingeschaltet: ≈ 70 mA
• Typische Lebensdauer einer Akkuladung: 30 h
• Gewicht: 370 g

¹Copyright Prof. Roland Kueng

²Umsetzung der ZSN Designideen im Rahmen Bachelorarbeit D. Riegger/A. Wüthrich