HỆ THỐNG RFID VÀ ANTEN CỦA HỆ THỐNG

GVHD: Ths. NGUYỄN VĂN HIỆP

SVTH: HUỲNH PHƯỚC LONG

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………...........1

CHƯƠNG 1:HỆ THỐNG RFID…………………………………………………………2

1.1 Một số hệ thống nhận dạng khác……………………………………………………..2

1.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID)………………………2

1.1.1.1 Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode) ...........................................................2

1.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học.............................................................................3

1.1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh (smart card ................................... .........4

1.1.2. Khái niệm Rfid.........................................................................................................4

1.1.2.1. Quá trình phát triển của RFID…………………………………………………5

1.1.2.2. Khái niệm RFID……………………………………………………………….5

1.1.3. Cấu trúc cơ bản của hệ thống RFID..........................................................................5

1.1.3.1. Tag/thẻ…………………………………………………………………………..6

1.1.3.1.1. Thẻ thụ động……………………………………………………………….6

1.1.3.1.2.Thẻ tích cực……………………………………………………....................8

1.1.3.1.3. Thẻ bán tích cực ( bán thụ động)…………………………………………..10

1.1.3.2 Đầu đọc (Reader)………………………………………………………………..11

1.1.3.3 Middleware……………………………………………………………………...14

1.1.4. Nguyên lý làm việc của RFID……………………………………………………….14

1.1.5. Phân loại hệ thống RFID…………………………………………………………….14

1.1.5.1 RFID trường gần………………………………………………………………….15

1.1.5.2 RFID trường xa…………………………………………………………………...15

1.1.6. Các tần số, quy định được sử dụng trong hệ thống RFID............................................16

1.1.7. Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống RFID…………………………………………...19

1.1.7.1. Ưu điểm…………………………………………………………………………..19

1.1.7.2. Nhược điểm……………………………………………………………………...20

1.1.8. Ứng dụng và xu hướng phát triển của RFID…………………………………………20

1.1.8.1 Ứng dụng…………………………………………………………………………20

1.1.8.2 Xu hướng phát triển………………………………………………………………30

1.1.8.3. Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID gồm…………………………32

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ANTEN TRONG RFID……………………34

2.1. Cấu trúc chung của một hệ thống anten cơ bản………………………………………..34

2.2. Đường Radio…………………………………………………………………………..36

2.3. EIRP và ERP…………………………………………………………………………..39

2.4. Độ tăng ích của anten thẻ………………………………………………………………39

2.5. Hệ số phối hợp phân cực……………………………………………………………….39

2.6. Hệ số truyền công suất…………………………………………………………………40

2.7. RCS của anten………………………………………………………………………….42

2.8. Tính toán khoảng đọc......................................................................................................45

KẾT LUẬN……………………………………………………………………………........47

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………...48

1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, các hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification) ngày

càng phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực. Nhưng phát triển mạnh

nhất hiện nay chính là công nghệ nhận dạng tự động sử dụng tần số sóng radio, đó chính là công

nghệ RFID (Radio Frequency Identification). Cùng với sự phát triển của công nghệ sản xuất

chip và công nghệ không dây, hệ thống RFID ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn về mọi

mặt. Việc tìm hiểu, nghiên cứu công nghệ này giúp chúng ta tiếp cận và tiến đến làm chủ công

nghệ, từ đó chúng ta có thể triển khai các ứng dụng trong thực tế.

Nội dung của khoá luận tập trung nghiên cứu về lý thuyết anten, hệ thống RFID và thử

nghiệm thiết kế anten cho hệ thống này. Bằng lý thuyết và thực nghiệm, khoá luận đã thực hiện

được những nội dung sau đây:

- Nghiên cứu lý thuyết về anten và anten mạch dải

- Tìm hiểu hệ thống RFID

- Tìm hiểu, phân tích nguyên lý hoạt động và các đặc trưng cơ bản của anten dùng cho

RFID (trường xa).

2

CHƯƠNG 1

HỆ THỐNG RFID

1.1. Một số hệ thống nhận dạng.

1.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID):

Trong vài năm gần đây, các hệ thống nhận dạng tự động ngày càng phát triển và trở nên

khá phổ biến trong các ngành như công nghiệp dịch vụ, mua sắm, phân phối, quản lý và được sử

dụng tại rất nhiều các cơ quan, nhà máy, bệnh viện và các tổ chức khác. Chúng cung cấp cho

chúng ta các thông tin về con người, hàng hoá, động vật trong việc di chuyển. Ví dụ: mã vạch,

thẻ từ, …và hệ thống RFID.

1.1.1.1 Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode):

Mã

vạch

RFID Thẻ

thông

minh

Quang

học

Giọng

nói

Hệ thống

nhận dạng

tự động

Sinh

học

Vân

tay

Hình 1: Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động

3

Hệ thống nhận dạng tự động bằng mã vạch đã đạt được nhiều thành công và được ứng

dụng, phát triển mạnh mẽ nhất. Mã vạch là hệ thống mã nhị phân được tạo nên bởi các vạch và

khoảng trống sắp xếp song song với nhau. Chúng được xắp xếp theo một quy ước định trước,

các phần của mã vạch đại diện cho dữ liệu cần mã hóa.

Mã vạch có thể được đọc bởi đầu đọc laser thông qua sự phản xạ khác nhau của dòng laser đối

với các vạch đen và khoảng trống màu trắng.

Hình 2. Hình dạng mã vạch.

1.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học:

Hệ thống nhận dạng sinh học thường dùng để nhận dạng các sinh vật sống trong đó nhận

dạng con người là chủ yếu. Trong hệ thống nhận dạng tự động, nhận dạng sinh học có độ chính

xác khá cao qua việc so sánh các đặc điểm riêng của mỗi người. Trong thực tế, có rất nhiều các

hệ thống nhận dạng sinh học như: nhận dạng vân tay, nhận dạng giọng nói và nhận dạng võng

mạc

Hình 3. Nhận dạng vân tay

4

Hình 4. Phân tích nhận dạng khuôn mặt

1.1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh (smart card):

Thẻ thông minh là thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử, có loại có thêm một chip để xử lý thông

tin. Chúng thường được thiết kế trong một thẻ nhựa có kích thước như thẻ điện thoại. Để hoạt

động, thẻ thông minh phải được đưa vào đầu đọc thẻ, thẻ được kết nối với đầu đọc thông qua

các tiếp xúc điện. Thẻ được cung cấp năng lượng và xung đồng bộ bởi đầu đọc thông qua tiếp

xúc điện đó. Dữ liệu truyền giữa đầu đọc và thẻ được truyền theo dạng nối tiếp hai chiều.

Qua đặc điểm của các hệ thống nhận dạng tự động trên, chúng ta có thể thấy rằng hầu hết

các hệ thống nhận dạng tự động trên đều yêu cầu kết nối vật lý tiếp xúc với khoảng cách gần.

Điều này gây rất nhiều bất tiện cho người sử dụng trong sử dụng hoặc quản lý. Với hệ thống

RIFD, việc kết nối không dây giữa thiết bị mang thông tin và thiết bị đọc sẽ đem lại nhiều ứng

dụng và tiện lợi hơn. Trong thực tế, chúng ta còn có thể truyền năng lượng từ đầu đọc cho thiết

bị di động thông qua việc sử dụng công nghệ không dây này.

1.1.2. Khái niệm RFID

5

1.1.2.1. Quá trình phát triển của RFID.

Năm 1945, Leon Theremin phát minh ra một công cụ do thám cho chính phủ Liên xô cũ

bằng cách truyền các sóng vô tuyến phụ với tin tức audio. Thiết bị này là một thiết bị chuyển đổi

âm thanh thụ động chứ không phải là một thẻ nhận dạng và được coi là thiết bị đầu tiên sử dụng

một bộ xử lý công nghệ RFID. Công nghệ sử dụng RFID bắt đầu nổi bật trong những năm đầu

1920. Một công nghệ tương tự đó là bộ tách sóng IFF được phát minh 1939 bởi người Anh và

được quân đồng minh sử dụng trong thế chiến thứ II để nhận dạng máy bay ta và địch.

Năm 1948 , Harry Stockman cho ra đời tập tài liệu "Communication by Means of Reflected

Power“ nghiên cứu về RFID.

Năm 1973, Mario Cardullo (US) chính thức trở thành người đầu tiên hoàn thiện công nghệ

RFID.

1.2.1.2. Khái niệm RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là phương pháp nhận dạng tự động dựa trên khả

năng lưu trữ và nhận dữ liệu từ xa bằng các thiết bị thẻ RFID. Thẻ RFID có kích thước nhỏ và

có thể gắn vào sản phẩm, gắn trên người, động vật. Thẻ RFID chứa các chip silicon và các anten

cho phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phát đáp. Các thẻ thụ

động không yêu cầu nguồn công suất nội bộ còn các thẻ tích cực yêu cầu một nguồn công suất.

Hệ thống nhận dạng tự động RFID cũng tương tự như hệ thống nhận dạng bằng thẻ thông

minh trên. Nó cũng là thiết bị lưu trữ dữ liệu rất thuật tiện, có thể mang theo được, đó chính là

thẻ RFID. Tuy nhiên, điểm khác biệt của hệ thống RFID đó chính là năng lượng cung cấp cho

thẻ và việc truyền dữ liệu giữa đầu đọc và thẻ không phải thông qua các kết nối vật lý hay quang

học mà thông qua điện trường do đầu đọc phát ra.

Hệ thống RFID lấy năng lượng từ trường điện từ của sóng radio, và nhận dạng dựa vào tần

số sóng radio mang thông tin đó. Do những đặc tính ưu việt của công nghệ của hệ thống RFID

so với các hệ thống nhận dạng tự động khác, hệ thống RFID ngày nay được ứng dụng trong rất

nhiều các lĩnh vực và ngày càng phát triển.

6

1.1.3. Cấu trúc cơ bản của hệ thống RFID

Cấu trúc hệ thống RFID chủ yếu bao gồm một đầu đọc (reader), một thẻ (tag) và phần

mềm xử lý trung gian(middleware). Đầu đọc sẽ truy vấn thẻ, lấy thông tin, và sau đó xử lý theo

thông tin vừa nhận được đó.

1.1.3.1. Tag/thẻ

Hình 6.Tag

Thẻ được sử dụng trong hệ thống RFID có chức năng như một bộ thu phát (transponder),

được thiết kế để có thể vừa có khả năng thu tín hiệu vô tuyến vừa có khả năng tự động phát đi

trả lời.

Cấu tạo một thẻ RFID thường bao gồm các thành phần sau:

- Mạch giải mã

- Bộ nhớ

- Nguồn cung cấp

- Điều khiển giao tiếp

- Anten

Thẻ có ba loại: tích cực, bán thụ động và thụ động.

1.1.3.1.1. Thẻ thụ động.

- Loại thẻ này không có nguồn bên trong (on-board), sử dụng nguồn nhận được từ reader

để tự tiếp sinh lực hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó cho reader. Thẻ thụ động

7

có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động. Thẻ như thế có một thời gian sống dài và

thường có sức chịu đựng với điều kiện môi trường khắc nghiệt. Chẳng hạn, một số thẻ thụ động

có thể chịu đựng các hóa chất gặm ăn mòn nhiệt độ lên tới 4000F và nhiệt độ cao hơn nữa.

- Đối với loại thẻ này, khi thẻ và reader truyền thông với nhau thì reader luôn truyền trước rồi

mới đến thẻ. Cho nên bắt buộc phải có reader để thẻ có thể truyền dữ liệu của nó.

- Thẻ thụ động nhỏ hơn thẻ tích cực hoặc thẻ bán tích cực. Nó có nhiều phạm vi đọc, ít hơn 1

inch đến khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 m).

- Smart card là một loại thẻ RFID thụ động, ngày nay nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh

vực khác nhau (chẳng hạn như huy hiệu ID). Dữ liệu trên thẻ này được đọc khi nó gần reader.

Thẻ này không cần phải tiếp xúc với reader trong quá trình đọc.

Hình 7: Hoạt động của hệ thống RFID sử dụng Thẻ thụ động

- Thẻ thụ động bao gồm các thành phần chính sau:

Vi mạch ( microchip)

Anten

Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu anten của

reader thành nguồn DC. Nó cung cấp nguồn đến các thành phần khác của vi

mạch.

Máy tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu anten của reader.

Bộ điều chế (Modulator): điều chỉnh tín hiệu nhận được từ reader. Đáp ứng của

thẻ được gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó được truyền trở lại reader.

8

Đơn vị luận lý (Logic unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền giữa

thẻ và reader.

Bộ nhớ vi mạch (memory): được dùng lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này thường

được phân đoạn (gồm vài block hoặc field). Addressability có nghĩa là có khả

năng phân tích (đọc hoặc ghi) vào bộ nhớ riêng của một vi mạch của thẻ. Một

block nhớ của thẻ có thể giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau, ví dụ như một phần

của dữ liệu nhận dạng đối tượng được gắn thẻ, các bit checksum (chẳng hạn

kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của dữ liệu được truyền v.v… Sự tiến

bộ của kỹ thuật cho phép kích thước của vi mạch nhỏ đến mức nhỏ hơn hạt cát.

Tuy nhiên, kích cỡ của thẻ không được xác định bởi kích thước vi mạch của nó

mà bởi chiều dài anten của nó

1.1.3.1.2.Thẻ tích cực

- Thẻ tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn một bộ pin, hoặc có thể là

những nguồn năng lượng khác như sử dụng nguồn năng lượng mặt trời) và điện tử học để thực

thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng bên trong để truyền

dữ liệu cho reader. Nó không cần nguồn năng lượng từ reader để truyền dữ liệu. Điện tử học bên

trong gồm bộ vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra được cấp nguồn bởi nguồn năng lượng bên

trong nó. Vì vậy, những thành phần này có thể đo được nhiệt độ vây quanh và phát ra dữ liệu

nhiệt độ chuẩn. Những thành phần này có thể sử dụng dữ liệu này để xác định các tham số khác

như hạn sử dụng của item được gắn thẻ. Thẻ có thể truyền thông tin này cho reader (cùng với từ

định danh duy nhất của nó). Ta có thể xem thẻ tích cực như một máy tính không dây với những

đặc tính thêm vào (chẳng hạn như một cảm biến hoặc một bộ cảm biến).

- Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader, thẻ luôn truyền trước, rồi mới

đến reader. Vì sự hiện diện của reader không cần thiết cho việc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực

có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận nó thậm chí trong cả trường hợp reader

không có ở nơi đó. Loại thẻ tích cực này (truyền dữ liệu liên tục khi có cũng như không có

reader hiện diện) cũng được gọi là máy phát (transmitter).

- Loại thẻ tích cực khác ở trạng thái ngủ hoặc nguồn yếu khi không có reader. Reader đánh

thức thẻ này khỏi trạng thái ngủ bằng cách phát một lệnh thích hợp. Trạng thái này tiết kiệm

nguồn năng lượng, vì vậy loại thẻ này có thời gian sống dài hơn thẻ tích cực được gọi là máy

phát kể trên. Thêm nữa là vì thẻ chỉ truyền khi được thẩm vấn nên số nhiễu RF trong môi trường

cũng bị giảm xuống. Loại thẻ tích cực này được gọi là một máy phát/máy thu hoặc một bộ tách

sóng-thẻ có thể hoạt động ở chế độ máy phát và máy thu. Thẻ này chỉ truyền khi được reader

9

thẩm vấn. Thẻ ở trạng thái ngủ hoặc nguồn giảm khi không được reader thẩm vấn. Vì vậy tất cả

thẻ này có thể được gọi là transponder.

- Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) hoặc hơn nữa khi máy phát

tích cực của loại thẻ này được dùng đến.

Hình 8: Thẻ tích cực

- Thẻ tích cực bao gồm các thành phần chính sau:

Vi mạch: Kích cỡ và khả năng làm việc vi mạch thường lớn hơn vi mạch trong

thẻ thụ động.

Anten: có thể truyền tín hiệu của thẻ và nhận tín hiệu reader. Đối với thẻ bán

tích cực, gồm một hoặc nhiều mảnh kim loại như đồng, tương tự như thẻ thụ

động.

Cung cấp nguồn bên trong.

Tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lượng bên trong để cung cấp nguồn cho

điện tử học bên trong và truyền dữ liệu. Nếu sử dụng bộ pin thì thẻ tích cực thường kéo dài tuổi

thọ từ 2 đến 7 năm tùy thuộc vào thời gian sống của bộ pin. Một trong những nhân tố quyết định

thời gian sống của bộ pin là tốc độ truyền dữ liệu của thẻ. Nếu khoảng cách đó càng rộng thì bộ

pin càng tồn tại lâu và vì thế thời gian sống của thẻ cũng dài hơn. Chẳng hạn, thẻ tích cực truyền

mỗi lần vài giây. Nếu tăng thời gian này để thẻ có thể truyền mỗi lần vài phút hoặc vài giờ thì

10

thời gian sống của bộ pin được kéo dài. Cảm biến và bộ xử lý bên trong sử dụng nguồn năng

lượng có thể làm giảm thời gian sống của bộ pin.

Khi bộ pin trong thẻ tích cực hoàn toàn phóng điện thì thẻ ngừng truyền thông điệp.

Reader đang đọc những thông điệp này không biết bộ pin của thẻ có bị chết hay là sản phẩm

được gắn thẻ biến mất khỏi phạm vi đọc của nó trừ khi thẻ truyền tình trạng pin cho reader này.

Điện tử học bên trong

Điện tử học bên trong cho phép thẻ hoạt động như một máy phát và cho phép nó thực thi

những nhiệm vụ chuyên dụng như tính toán, hiển thị giá trị các tham số động nào đó, hoặc hoạt

động như một cảm biến, v.v… Thành phần này cũng có thể cho phép chọn lựa kết nối với các

cảm biến bên ngoài. Vì vậy thẻ có thể thực thi nhiều nhiệm vụ thông minh, tùy thuộc vào loại

cảm biến được gắn vào. Nói cách khác thì phạm vi làm việc của thành phần này hầu như vô hạn.

Vì vậy khả năng làm việc và kích thước của thành phần này tăng thì thẻ cũng tăng kích thước.

Có thể tăng kích thước với điều kiện là nó có thể được triển khai (nghĩa là được gắn đúng cách

vào đối tượng cần được gắn thẻ). Điều này muốn nói các thẻ tích cực có thể được ứng dụng rộng

rãi, có một số hiện nay không còn.

1.1.3.1.3. Thẻ bán tích cực ( bán thụ động)

- Thẻ bán tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn là bộ pin) và điện tử học

bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Nguồn bên trong cung cấp sinh lực cho thẻ

hoạt động. Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực sử dụng nguồn từ reader.

Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted tag).

- Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader thì reader luôn truyền trước

rồi đến thẻ. Tại sao sử dụng thẻ bán tích cực mà không sử dụng thẻ thụ động? Bởi vì thẻ bán tích

cực không sử dụng tín hiệu của reader như thẻ thụ động, nó tự kích động, nó có thể đọc ở

khoảng cách xa hơn thẻ thụ động. Bởi vì không cần thời gian tiếp sinh lực cho thẻ bán tích cực,

thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của reader ít hơn thời gian đọc quy định (không giống như thẻ

thụ động). Vì vậy nếu đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu thẻ có thể

vẫn được đọc nếu sử dụng thẻ bán tích cực. Thẻ bán tích cực cũng cho phép đọc tốt hơn ngay cả

khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn tần số vô tuyến (RF-opaque và RF-absorbent). Sự có mặt

của những vật liệu này có thể ngăn không cho thẻ thụ động hoạt động đúng dẫn đến việc truyền

dữ liệu không thành công. Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề khó khăn đối với thẻ bán tích

cực.

11

- Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) với điều kiện lý

tưởng bằng cách sử dụng mô hình tán xạ đã được điều chế (modulated back scatter) (trong UHF

và sóng vi ba).

- Việc phân loại tiếp theo dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu:

Chỉ đọc (RO)

Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần. Dữ liệu có thể

được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất. Việc này được thực hiện như sau: các fuse

riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được lưu cố định bằng cách sử dụng chùm tia laser. Sau khi thực

hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên thẻ được nữa. Thẻ này được gọi là factory programmed.

Nhà sản xuất loại thẻ này sẽ đưa dữ liệu lên thẻ và người sử dụng thẻ không thể điều chỉnh

được. Loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không thực tế đối với quy mô sản

xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần được làm theo yêu cầu của khác hàng dựa trên ứng dụng.

Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và hàng không nhỏ.

Ghi một lần, đọc nhiều lần (WORM)

Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì không phải được ghi bởi nhà

sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cần được ghi. Tuy nhiên trong thực tế thì có thể

ghi được vài lần (khoảng 100 lần). Nếu ghi quá số lần cho phép, thẻ có thể bị phá hỏng vĩnh

viễn. Thẻ WORM được gọi là field programmable.

Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ biến nhất

trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay.

Đọc-ghi (RW).

Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 10.000 đến 100.000 lần hoặc có thể

hơn nữa. Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được ghi bởi reader hoặc bởi thẻ (nếu

là thẻ tích cực). Thẻ RW gồm thiết bị nhớ Flash và FRAM để lưu dữ liệu. Thẻ RW được gọi là

field programmable hoặc reprogrammable. Sự an toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW.

Thêm vào nữa là loại thẻ này thường đắt nhất. Thẻ RW không được sử dụng rộng rãi trong các

ứng dụng ngày nay, trong tương lai có thể công nghệ thẻ phát triển thì chi phí thẻ giảm xuống.

1.1.3.2 Đầu đọc (Reader)

- Đầu đọc thẻ RFID là một thiết bị điện tử tích hợp. Nó gồm các module như: Module

giao tiếp vô tuyến sử dụng Antenna, Module mã hoá và giải mã, Module xử lý tín hiệu từ thẻ,

Module truyền thông ( Hỗ trợ kết nối RS232, USB, LAN…)

12

- Các antenna có thể gắn trong đầu đọc hoặc gắn rời. Chúng có nhiệm vụ thu và phát tín

hiệu sóng radio giao tiếp với thẻ.

- Reader RFID được gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu các

thẻ RFID tương thích. Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader được gọi là tạo thẻ. Quá trình

tạo thẻ và kết hợp thẻ với một đối tượng được gọi là đưa thẻ vào hoạt động (commissioning the

tag). Decommissioning thẻ có nghĩa là tách thẻ ra khỏi đối tượng được gắn thẻ và tùy ý làm mất

hiệu lực hoạt động của thẻ. Thời gian mà reader có thể phát năng lượng RF để đọc thẻ được gọi

là chu kỳ làm việc của reader.

- Reader là hệ thần kinh trung ương của toàn hệ thống phần cứng RFID thiết lập việc

truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ thực thể nào

muốn liên kết với thực thể phần cứng này.

- Một reader có các thành phần chính sau:

Máy phát (Transmitter)

Máy phát của reader truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua anten của nó đến thẻ

trong phạm vi đọc cho phép. Đây là một phần của máy thu phát, thành phần chịu trách nhiệm

gửi tín hiệu của reader đến môi trường xung quanh và nhận lại đáp ứng của thẻ qua anten của

reader. Số cổng anten của reader được kết nối với thành phần máy phát của nó. Anten của reader

có thể được gắn với mỗi cổng anten đó. Hiện tại thì một số reader có thể hỗ trợ đến 4 cổng

anten.

Máy thu

Thành phần này cũng là một phần của máy thu phát. Nó nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua

anten của reader. Sau đó nó gởi những tín hiệu này cho vi mạch của reader, tại nơi này nó được

chuyển thành tín hiệu số tương đương (có nghĩa là dữ liệu mà thẻ đã truyền cho reader được

biểu diễn ở dạng số).

Vi mạch

Thành phần này chịu trách nhiệm cung cấp giao thức cho reader để nó truyền thông với

thẻ tương thích với nó. Nó thực hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu tương tự nhận từ máy

thu. Thêm nữa là vi mạch có thể chứa luận lý để thực hiện việc lọc và xử lý dữ liệu đọc được từ

thẻ.

Bộ nhớ

Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình reader và một bản kê khai các lần

đọc thẻ. Vì vậy nếu việc kết nối giữa reader và hệ thống mạch điều khiển/phần mềm bị hỏng thì

13

tất cả dữ liệu thẻ đã được đọc không bị mất. Tuy nhiên, tùy thuộc vào dung lượng của bộ nhớ,

có một giới hạn liên quan đến việc nhiều lần đọc thẻ như thế có thể được lưu trữ như thế nào vào

lúc đó. Nếu việc kết nối xuống vượt quá thời gian mở rộng cho phép thì một phần dữ liệu đã lưu

bị mất (có nghĩa là bị ghi đè bởi các thẻ khác được đọc sau đó)

Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ và bảng tín

hiệu điện báo bên ngoài

Các reader không cần bật suốt. Các thẻ có thể chỉ xuất hiện lúc nào đó và rời khỏi reader

mãi cho nên việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí năng lượng. Thêm nữa là giới hạn vừa đề cập ở

trên cũng ảnh hưởng đến chu kỳ làm việc của reader. Thành phần này cung cấp một cơ chế bật

và tắt reader tùy thuộc vào các sự kiện bên ngoài. Có một số loại cảm biến như cảm biến về ánh

sáng hoặc sự chuyển động để phát hiện các đối tượng được gắn thẻ trong phạm vi đọc của

reader. Cảm biến này cho phép reader bật lên để đọc thẻ. Thành phần này cũng cho phép reader

cung cấp xuất cục bộ tùy thuộc vào một số điều kiện qua một bảng tín hiệu điện báo (chẳng hạn,

báo bằng âm thanh) hoặc cơ cấu truyền động đầu từ (chẳng hạn, mở hoặc đóng van an toàn, di

chuyển một cánh tay robot, v.v…)

Mạch điều khiển

Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thực thể bên ngoài là con người hoặc chương

trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng của reader, điều khiển bảng tín hiệu điện báo

và cơ cấu truyền động đầu từ kết hợp với reader này. Thường thì các nhà sản xuất hợp nhất

thành phần này vào reader (như phần mềm hệ thống (firmware) chẳng hạn). Tuy nhiên, có thể

đóng gói nó thành một thành phần phần cứng/phần mềm riêng phải mua chung với read

Giao diện truyền thông

Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến reader, nó cho phép

tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền dữ liệu của nó, nhận lệnh

và gửi lại đáp ứng. Thành phần giao diện này cũng có thể xem là một phần của mạch điều khiển

hoặc là phương tiện truyền giữa mạch điều khiển và các thực thể bên ngoài. Thực thể này có

những đặc điểm quan trọng cần xem nó như một thành phần độc lập. Reader có thể có một giao

diện tuần tự. Giao diện tuần tự là loại giao diện phổ biến nhất nhưng các reader thế hệ sau sẽ

được phát triển giao diện mạng thành một tính năng chuẩn. Các reader phức tạp có các tính năng

như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng, có gắn các Web server cho phép reader nhận lệnh

và trình bày kết quả dùng một trình duyệt Web chuẩn,, v.v…

Nguồn năng lượng

14

Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần của reader. Nguồn năng

lượng được cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫn điện được kết nối với một ngõ ra

bên ngoài thích hợp.

1.1.3.3 Middleware

Phần mềm Middleware sẽ quản lý đầu và dữ liệu đến từ thẻ, chuyển nó tới hệ thống cơ sở

dữ liệu tập trung. Middleware được bố trí ở giữa đầu đọc và cơ sở dữ liệu. Ngoài việc lấy dữ

liệu từ thẻ và đưa dữ liệu vào cơ sở dữ liệu, middleware còn thực hiện các chức năng như lọc,

quản lý và phối hợp đầu đọc. Khi các hệ thống RFID phát triển lên, middleware sẽ được bổ sung

thêm các chức năng quản lý nâng cao và cải tiến cho cả đầu đọc và thẻ, chưa kể đến các tuỳ

chọn quản lý dữ liệu mở rộng.

1.1.4. Nguyên lý làm việc của RFID.

Bộ đọc phát ra sóng điện từ, thẻ chứa đựng một hệ thống tiếp sóng với một chip nhớ kĩ

thuật số lưu giữ một mã sản phẩm điện tử duy nhất và anten của thẻ được đóng gói với một thiết

bị truyền tiếp, và thiết bị giải mã phát ra một tín hiệu kích hoạt thẻ RFID. Vì vậy nó có thể đọc

và viết dữ liệu lên nó. Khi một thẻ RFID đi xuyên qua một vùng điện từ, nó tìm ra các tín hiệu

kích hoạt của bộ đọc; các thẻ RFID thụ động hấp thụ năng lượng từ trường điện từ do bộ đọc tạo

nên và sử dụng năng lượng đó nuôi các mạch vi chíp, vi chíp sau đó điểu chế sóng để thẻ phát

lại về phía bộ đọc và bộ đọc biến đổi các sóng đó thành tín hiệu số và từ đó nhận dạng món đồ

có gắn thẻ RFID.

1.1.5. Phân loại hệ thống RFID

Hình 9. Comparison of orientations for near field (NF) and far field (FF). (a) NF favorable

orientation; (b) NF variable orientation; and (c) FF tag (top), reader (bottom)

15

Hệ thống RFID có thể được phân loại dựa theo tần số hoạt động, khoảng đọc, nguồn cung

cấp cho thẻ, và giao thức truyền dữ liệu giữa thẻ và đầu đọc…Nhưng từ quan điểm thiết kế

anten, hệ thống RFID có thể được phân loại thành RFID trường gần và RFID trường xa. Còn về

phưong pháp cấp nguồn cho thẻ thì có thể phân loại hệ thống RFID thành hệ thống RFID thụ

động, tích cực và bán tích cực.

RFID trường gần và trường xa: Có hai phương pháp để truyền công suất từ đầu đọc tới

thẻ, đó là ghép dung/cảm ứng và thu/phát sóng điện từ (EM). Cả hai phương pháp này đều khai

thác các tính chất của điện từ trường đối với một anten RF - Trường gần và trường xa.

1.1.5.1 RFID trường gần

Trường gần là một hiện tượng xảy ra trong truyền sóng vô tuyến, trong đó cường độ

trường của trường điện từ đủ lớn để cảm ứng tạo ra một điện trường trên cuộn dây anten của thẻ.

Độ lớn của trường gần phụ thuộc vào bước sóng của tín hiệu vô tuyến được sử dụng (r = λ/2π).

Trong các hệ thống RFID trường gần, công suất cũng như thông tin cần truyền từ đầu đọc

tới thẻ đều có thể thực hiện được bằng cách ghép cảm ứng qua tương tác với từ trường, hoặc

ghép dung ứng qua tương tác với điện trường. Hệ thống RFID trường gần là phương pháp đơn

giản nhất để thực hiện một hệ thống RFID thụ động.

Hạn chế chủ yếu của hệ thống RFID trường gần đó là giới hạn về khoảng đọc. Đối với các

hệ thống RFID ghép cảm ứng, năng lượng cảm ứng là một hàm của khoảng cách từ cuộn anten.

Từ trường giảm đi với tốc độ 1/r3, trong đó r là khoảng cách giữa đầu đọc và thẻ. Khoảng đọc

của một hệ thống RFID trường gần như vậy thường ngắn hơn 1.5m. Còn một sự hạn chế khác

liên quan đến hướng của từ trường. Cùng với tầm nhìn của anten đầu đọc, cường độ trường của

thành phần từ trường trực giao với mặt phẳng anten đầu đọc thì rất mạnh, trái lại thành phần

cường độ trường song song với mặt phẳng anten đầu đọc thì lại rất yếu hoặc thậm chí bằng

không. Do đó, nếu thẻ được đặt song song với từ trường của anten đầu đọc, đầu đọc sẽ không

thể nhận biết được thẻ bởi vì không có từ thông chảy qua thẻ.

1.1.5.2 RFID trường xa

Trong các hệ thống RFID trường xa, công suất cũng như thông tin truyền từ đầu đọc tới

thẻ đều được thực hiện bằng cách phát và thu sóng EM. Đầu đọc sẽ phát ra năng lượng qua

anten, một phần năng lượng đã phát sau đó sẽ bị phản xạ trở lại từ thẻ và đầu đọc sẽ nhận biết

được. Biên độ năng lượng phản xạ từ thẻ có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi trở kháng tải kết

nối tới anten của thẻ. Bằng cách thay đổi trở kháng tải của anten theo thời gian, thẻ có thể phản

xạ nhiều hoặc ít so với tín hiệu tới và đó cũng là cách mã hoá ID của thẻ.

16

Các hệ thống RFID trường xa hoạt động ở các tần số lớn hơn 100MHz, chủ yếu là băng

UHF như là 868MHz, 915MHz hoặc 955MHz hay băng tần vi ba như là 2.45GHz hoặc 5.8GHz.

Khoảng đọc của hệ thống RFID trường xa được xác định bởi mật độ năng lượng mà thẻ nhận

được và độ nhạy của phần thu đầu đọc đối với tín hiệu phản xạ từ thẻ. Năng lượng cần thiết để

cấp cho thẻ tại một tần số cho trước sẽ ngày càng giảm xuống (hiện giờ là khoảng vài mW). Đầu

đọc đang ngày càng được cải tiến độ nhạy sao cho chúng có thể nhận biết được tín hiệu yếu với

các mức công suất khoảng -80dBm với chi phí chấp nhận được. Khoảng đọc của hệ thống có thể

dao động từ 3 – 5m. Khi lớn nhất có thể lên tới 10m hoặc hơn.

1.1.6. Các tần số, quy định được sử dụng trong hệ thống RFID

Tần số làm việc là tần số điện từ thẻ để truyền thông hay thu được năng lượng. Tần số xác

định tốc độ truyền thông và khoảng cách đọc thẻ. Nói chung, tần số cao hơn cho biết phạm vi

đọc dài hơn. Mỗi ứng dụng phù hợp với một kiểu tần số cụ thể do ở mỗi tần số thì sóng radio có

đặc điểm khác nhau. Chẳng hạn sóng có tần số thấp (low-frequency) có thể xuyên qua tường tốt

hơn sóng có tần số cao hơn nó, nhưng tần số cao có tốc độ đọc nhanh. RFID sử dụng sóng từ

30KHz đến 5,8GHZ

Hình 10: Dải tần chính dành cho ứng dụng RFID

Có 4 tần số chính mà RFID hoạt động:

• Low-frequency: băng tần từ 125 KHz - 134 KHz. Băng tần này phù hợp với phạm vi

ngắn như hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật và hệ thống khóa tự động.

• High-frequency: băng tần 13,56 MHz. Tần số cao cho phép độ chính xác cao hơn với

phạm vi 3 feet (3*0,3048m ≈ 1m), vì thế giảm rủi ro đọc sai thẻ. Vì vậy nó thích hợp với

việc đọc item. Các thẻ thụ động 13,56 MHz được đọc ở tốc độ 10 đến 100 thẻ trên giây

và ở phạm vi 3 feet. Các thẻ high-frequency được dùng trong việc theo dõi vật liệu trong

các thư viện và kiểm soát hiệu sách, theo dõi pallet, truy cập, theo dõi hành lý vận chuyển

bằng máy bay và theo dõi item đồ trang sức.

• Ultrahigh-frequency: các thẻ hoạt động ở 900 MHz và có thể được đọc ở khoảng cách

17

dài hơn các thẻ high-frequency, phạm vi từ 3 đến 15 feet. Tuy nhiên các thẻ này dễ bị ảnh

hưởng bởi các nhân tố môi trường hơn các thẻ hoạt động ở các tần số khác. Băng tần 900

MHz thực sự phù hợp cho các ứng dụng dây chuyền cung cấp vì tốc độ và phạm vi của

nó. Các thẻ thụ động ultrahigh-frequency có thể được đọc ở tốc độ 100 đến 1000 thẻ trên

giây. Các thẻ này thường được sử dụng trong việc kiểm tra pallet và container, xe chở

hàng và toa trong vận chuyển tàu biển. Ngoài ra băng tần 433 MHz được sử dụng để

nhận dạng phần trong của các container vận chuyển tàu biển trong các khu vực công

nghiệp và thương mại cho phép việc truyền dữ liệu chính xác và đúng lúc hơn.

• Microwave frequency: băng tần 2,45 và 5,8 GHz, có nhiều sóng radio bức xạ từ các vật

thể ở gần có thể cản trở khả năng truyền thông giữa bộ đọc và thẻ. Các thẻ microwave

RFID thường được dùng trong quản lý dây chuyền cung cấp.

Sự giảm chi phí gần đây trong thẻ UHF dẫn đến việc đang gia tăng việc sử dụng thẻ này

trong những ứng dụng thẻ LF và HF thì phổ biến trước đây. Tuy nhiên UHF không thích hợp để

thay thế LF trong ứng dụng những thẻ được cấy dưới da hay microwave trong tầm xa (đọc xa

hơn 10m).

Ở Châu Âu, Nam Mỹ, và nhiều Châu á, thẻ RFID UHF làm việc từ 865 MHz đến 868

MHz. Ở Bắc Mỹ, chúng làm việc từ 902 MHz đến 928 MHz, và ấn Độ mới đây chấp nhận một

phạm vi từ 865 MHz đến 867 MHz. Trung Quốc đã công bố phạm vi nào mà nó sẽ ưu đãi,

nhưng có một vài chỉ định rằng phạm vi nó chọn sẽ hổ trợ những tiêu chuNn toàn cầu. Một tiêu

chuNn toàn cầu là chuNn Gen2 EPCglobal. Thẻ Gen2 làm việc từ 860 MHz đến 960 MHz.

Kiểu truyền thông

Khi truyền thông RF có thể là full-duplex (FDX) hay half-duplex (HDX), thẻ và bộ đọc nói

cùng lúc (FDX) hay trả lời (HDX). Trong hầu hết trường hợp, cho những thẻ bị động, bộ đọc

cung cấp năng suốt cuộc nói chuyện, nhưng trong một biến đổi trên HDX, sự truyền năng lượng

dừng lại trong khi thẻ trả lời.

Bảng dưới đây sẽ tổng hợp các băng tần được sử dụng cũng như các thông số đi kèm của

chúng.

Bảng 1: Các hệ thống RFID trường gần và trường xa với các thống số liên quan

18

Bảng 2: Giới hạn về công suất và tần số trong các hệ thống RFID tại một số các quốc gia

khác nhau

19

1.1.7. Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống RFID.

1.1.7.1. Ưu điểm:

- Khả năng xử lý đồng thời: RFID có khả năng xử lý đồng thời nhiều đối tượng cùng một

lúc. Trong khi các hệ thống nhận dạng tự động khác xử lý đơn hoặc xử lý theo chuỗi. Điều này

làm tăng đáng kể tốc độ kiểm tra và giảm lượng ách tắc hơn các hệ thống khác.

- Khả năng xử lý không cần nhân công: Trong khi các hệ thống khác đòi hỏi phải có nhân

công trực tiếp thao tác để có thể nhận dạng thì hệ thống RFID có thể nhận dạng mà không cần

đến sự hỗ trợ của con người. Giảm chi phí nhân công và lỗi nhân công.

a) xử lý đơn b) xử lý nối tiếp c) xử lý đồng thời

Hình 11: Các phương pháp xử lý dữ liệu

20

- Khả năng cập nhật, thay đổi dữ liệu trực tiếp: Hệ thống RFID có khả năng đọc/ghi thông

tin trên thẻ một cách dễ dàng.

- Các đối tượng cần nhận dạng có thể được kiểm soát trong bất kỳ một điều kiện và không

gian giới hạn nào.

- Mỗi đối tượng cần nhận dạng trong hệ thống RFID chỉ có một số nhận dạng duy nhất.

Cũng như khả năng mã hoá dữ liệu.

- Lưu trữ được nhiều dữ liệu hơn trên tag. Phụ thuộc vào nhà sản xuất, nó có thể chứa từ

64 cho tới 512bit thông tin.

- Tuổi thọ cũng như độ bền lâu hơn trong trường hợp thẻ thụ động không cần pin.

1.1.7.2. Nhược điểm:

- Giá thành của hệ thống RFID hiện nay vẫn còn cao, chưa thể áp dụng rộng rãi trong tất cả

các lĩnh vực cần nhận dạng.

- Các chuẩn của công nghệ RFID hiện nay vẫn chưa được thống nhất.

- Chịu ảnh hưởng của các chất liệu cần nhận dạng như là kim loại và chất lỏng đối với thẻ

thụ động.

1.1.8. Ứng dụng và xu hướng phát triển của RFID

1.1.8.1 Ứng dụng:

RFID được sử dụng nhiều cho quản lý kho, quản lý đăng nhập ra/vào cho nhân viên tại xí

nghiệp, nơi công sở (Access control). ID-Tag giao tiếp vô hướng, nên xoay bất kỳ hướng nào

cũng có thể đọc được.

RFID 125kHz – 13,56 Mhz: Sử dụng cho các hệ thống đăng nhập ra/vào, thông thường gọi

là công nghệ cảm ứng (proximity), khoảng cách đọc rất ngắn (khoang 10 cm). Khoảng cách đọc

rất ngắn nên nếu có nhiều thiết bị Reader gắn cạnh nhau vẫn không xảy ra hiện tượng nhiễu điện

từ.

RFID 400 – 900 Mhz: Sử dụng cho ứng dụng quản lý kho. Vùng phủ sóng của thiết bị đọc

là vô hướng nên nhiều Reader gắn cạnh nhau sẽ xảy ra hiện tương nhiễu điện từ, 2 reader không

hoạt động được cùng lúc khi lắp đặt gần nhau.

- Mua hàng hoá trong siêu thị.

21

Hình 12. Công nghệ RFID được ứng dụng trên xe đẩy mua hàng trong siêu thị

- Thẻ thanh toán điện tử.

Hình 13. Khách hàng đổ xăng trả tiền bằng cách nhập mật mã cho thẻ tín dụng tại trạm

xăng đầu tiên ở Hàn Quốc cung cấp dịch vụ RFID.

Bạn có thể đổ xăng ở trạm mà không cần sự trợ giúp của nhân viên phục vụ, không cần

cho biết loại xăng xe đang dùng, cũng như không cần móc ví trả tiền. Tất cả những gì bạn cần là

một tấm thẻ tín dụng đặc biệt và một con chip gắn vào ô tô. Đây là dịch vụ ứng dụng công nghệ

nhận dạng tự đông có tên gọi Nhận dạng tần số vô tuyến (Radio Frequency Identification –

RFID) vừa được S-Oil thí điểm tại một trạm cung ứng xăng dầu ở Seoul. S-Oil là công ty lọc

dầu đầu tiên ở Hàn Quốc triển khai RFID ở trạm bơm xăng.

22

Hệ thống nhận dạng tự động sử dụng một thiết bị chuyên dụng gọi là thẻ RFID để lưu và truy

xuất dữ liệu. Sử dụng sóng vô tuyến, thẻ có thể gắn vào sản phẩm, súc vật hoặc đeo theo trên

người vì mục đích nhận dạng. Một số loại thẻ có thể đọc được (dữ liệu) ngay cả khi người hoặc

vật đeo đứng cách xa vài mét hoặc không ở gần máy đọc RFID. Hầu hết thẻ RFID gồm có 2 bộ

phận, một là chip mạch tích hợp dùng để lưu và xử lý thông tin đồng thời để điều biến tín hiệu,

và cái còn lại là ăng-ten để nhận và truyền tín hiệu. Có loại thẻ tối tân hơn không cần dùng chip,

cho phép dữ liệu được truy xuất trực tiếp đến nhiều loại thiết bị khác nhau với chi phí thấp.

Dịch vụ RFID của S-Oil bao gồm 3 hệ thống: chi trả không dây - tích lũy điểm thưởng, quản lý

khách hàng và báo động lộn xăng. Thông qua một thiết bị gắn trên xe của khách, hệ thống thanh

toán không dây và tích điểm thưởng tự động đọc thông tin về khách hàng cũng như loại xe họ

đang lái, đồng thời hỗ trợ tính năng thanh toán không dùng tiền mặt và tích lũy điểm thưởng. Hệ

thống quản lý khách hàng cung cấp các dịch vụ đáp ứng nhu cầu riêng của từng người, trong khi

hệ thống báo động lộn xăng sẽ ngăn việc bơm loại xăng không thích hợp vào xe của khách hàng.

● Ứng dụng trong y tế.

- Bệnh án điện tử

- Quản lý thuốc…

● Ứng dụng trong hệ thống bảo mật, cảnh báo.

- Thẻ ra vào.

23

Hình 14. Ứng dụng trong khách sạn.

- Ô tô, xe máy.

- Cảnh báo mất đồ vật.

● Ứng dụng trong lĩnh vực bưu điện, hàng không, giao thông vận tải:

- Quản lý, theo dõi bưu phẩm, hàng hoá

24

Hình 15. Thẻ RFID loại thụ động gắn trên các cuốn sách bán và kiểm kê sách.

- Trạm thu phí, kiểm soát giao thông…

Hình 16. Ứng dụng RFID điển hình

Hy vọng trong tương lai không xa, công nghệ RFID sẽ được ứng dụng rộng rãi ở Việt

Nam.

25

Hình 17. RFID được sử dụng nhiều cho quản lý kho, quản lý đăng nhập ra/vào cho nhân viên

tại xí nghiệp, nơi công sở

Hình 18. Hệ thống RFID cho sự theo dõi hàng hóa được chuyên chở.

26

Hình 19. Ứng dụng RFID cho quản lý kho.

RFID 2.45 Ghz hoàn toàn khác với RFID tần số thấp nêu trên, khoảng cách đọc lên đến

10m, vận tốc di chuyển của thẻ (ID-Tag) cao (120km/h) vẫn đọc tốt, giới hạn và định hướng

được vùng giao tiếp của thiết bị đọc (Reader), không nhiễu điện từ (hiện tương giao thoa sóng)

khi có hơn 2 Reader lắp đặt gần nhau, không trả phí sử dụng tần số, không trùng với sóng GSM,

ID-Tag tiết kiệm pin với thời gian sử dụng là 6 năm.

RFID 2.45Ghz Áp dụng cho bãi đậu xe, hệ thống thu phí không dừng có lắp đặt thanh

chắn tự động (Auto Barrier). Reader là đẳng hướng, định nghĩa được vùng đọc, không có hiện

tượng giao thoa điện từ nên có thể lắp đặt nhiều thiết bị đọc gần nhau mà không xảy ra hiện

tượng nhiễu tín hiệu điện từ

27

Áp dụng cho bãi đậu xe, hệ thống thu phí không dừng có lắp đặt thanh

chắn tự động (Auto Barrier). Reader là đẳng hướng, định nghĩa được vùng đọc, không có hiện

tượng giao thoa điện từ nên có thể lắp đặt nhiều thiết bị đọc gần nhau mà không xảy ra hiện

tượng nhiễu tín hiệu điện từ.

28

Hình 20. Ứng dụng RFID tàu điện ngầm.

Các ứng dụng trên thế giới đã ứng dụng công nghệ RFID 2.45Ghz như:

Ứng dụng nơi công sở

29

Thiết bị đã lắp đặt hơn 600 vị trí công sở và khu dân cư ở thị trường Châu Á:

Xe ra/vào nhanh chóng và tiện lợi

Vào/ra an toàn, bảo mật. Khóa cửa được bố trí chỗ kín đáo, cổng mở từ xa, không phải dừng

lại mở cửa

Không xếp hàng chờ đợi

Kiểm tra nghiêm ngặt xe ra/vào

Thiết bị đọc nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt

Trường đại học và bệnh viện

Trường đại học và bệnh viện gặp khó khăn trong việc quản lý xe của cán bộ công nhân viên,

những người chủ chốt. Reader và ID-Tag là giải pháp hiệu quả cho việc tổ chức đậu xe cho họ:

Giáo sư, bác sĩ, thầy cô giáo ra/vào dễ dàng không cần có bảo vệ mở cổng

Không xếp hàng chờ đợi

Kiểm tra nghiêm ngặt xe ra/vào

Thiết bị đọc nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì gọn nhẹ

Kiểm soát xe đẩy Sân bay Amsterdam, Hà Lan

30

Mục tiêu, giải pháp của hệ thống này như sau:

Ngăn chặn 5,000 xe đẩy bị thất lạc lung tung trong khu vực sân bay

Giải pháp là lắp đặt ID-Tag trên mỗi xe đầy, lắp đặt Reader tại cổng thang máy, các cửa tự động

ra vào sân bay, nhà hàng…

Khi xe đẩy được đưa ra vào thang máy, cửa tự động… thì hệ thống sẽ ghi nhận

Người quản lý xe đẩy biết chính xác từng khu vực có bao nhiêu xe đẩy đang ở vị trí đó. Dựa vào

thông tin này cử nhân viên đến đẩy xe đẩy về đúng vị trí của nó, không phải thang lang trên sân

bay để tìm xe đẩy.

1.1.8.2 Xu hướng phát triển

Theo các nhà nghiên cứu, các nhà khoa học máy tính nhận định: công nghệ xác thực bằng

tần sóng RFID sớm muộn sẽ trở nên phổ biến và các tổ chức cần chuẩn bị đón nhận nó.

RFID được đánh giá là một trong những "công nghệ thần kỳ" bởi nó hứa hẹn kết nối mọi

vật dụng hàng ngày thông qua một mạng không dây, và trên lý thuyết, có thể tìm lại những đồ

dùng từng được sản xuất. Các nhà khoa học máy tính gọi RFID là "Internet của hàng hóa" bởi

bất cứ thứ gì từ lọ dầu gội đầu đến đôi giày thể thao đều sẽ "search" được.

Nhưng vấn đề gặp phải hiện nay là công nghệ này cần có chi phí đầu tư cao và cần có

những tiêu chuẩn chung để áp dụng phổ biến trong mọi lĩnh vực.

Tuy nhiên trong những năm gần đây, sự quan tâm, đầu tư của các công ty, các nhà khoa

học, chính phủ các nước đã thúc đẩy công nghệ RFID có những bước phát triển mạnh mẽ, các

chuẩn chung của công nghệ này được thiết lập.

Chính vì vậy công nghệ RFID hứa hẹn sẽ được ứng dụng đại trà hoá trong tương lai.

Ở Việt Nam hiện nay, RFID chưa được biết đến nhiều, song cũng đã có những công ty

kinh doanh trong lĩnh vực này; đã có những đơn vị nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới này.

Hiện tại, Trung tâm công nghệ cao, thuộc Viện điện tử - tin học - tự động hóa, đang nghiên cứu

thiết kế và xây dựng hệ phần mềm cho các hệ thống quản lý tự động bằng thẻ RFID để ứng dụng

trong hệ thống thu phí cầu đường. Ngay tại Trung tâm cũng đã ứng dụng công nghệ này với hệ

thống phần mềm quản lý ra vào cửa của cán bộ công nhân viên.

Hy vọng trong tương lai không xa, công nghệ RFID sẽ được ứng dụng rộng rãi ở Việt

Nam.

Hình 21 : Biểu đồ tăng trưởng số anten được cấp bằng sáng chế của một số nước từ năm

1981 đến tháng 8 năm 2006

31

Bảng3 : Số anten được cấp bằng sáng chế của một số nước từ năm 1991 đến tháng 8 năm

2006.

So sánh mức tăng trưởng các giai đoạn:

- 1991 đến 1995: 102%

- 1995 đến 2000: 212%

- 2000 đến 2005: 314%

Như vậy ta nhận thấy, RFID ngày càng phát triển, với tốc độ ngày càng nhanh.

32

Hình 22: Biểu đồ phân bố số anten được cấp bằng sáng chế của một số nước tính đến

tháng 8 năm 2006.

1.1.8.3. Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID gồm

• ISO 11784 & 11785 - Các chuẩn này qui định nhận dạng tần số vô tuyến cho động vật

đưa ra khái niệm kỹ thuật và cấu trúc mã.

• ISO 14223/1 - Nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, bộ thu phát cao cấp – giao diện vô

tuyến.

• ISO 10536

• ISO 14443

• ISO 15693

• ISO 18000

• EPCglobal - Đây là nền tảng chuẩn nó gần như được chuẩn hóa quốc tế theo qui tắc của ISO.

Một vấn đề bảo mật chủ đạo xung quanh công nghệ RFID là sự theo dõi trái phép các thẻ RFID.

Các thẻ có thể đọc trên toàn cầu đem lại một rủi ro cho cả sự riêng tư của cá nhân và cả sự bảo

mật quân sự hay dân sự.

Một lớp cấp 2 phòng thủ sử dụng mật mã để ngăn ngừa hệ vô tính gắn thẻ. Một số thẻ sử dụng

một dạng nguyên lý mã lăn trong đó thông tin nhận dạng thẻ thay đổi sau mỗi lần quét và do vậy

giảm được những đáp ứng không cần thiết. Các thiết bị phức tạp hơn tham gia vào các giao thức

mệnh lệnh – đáp ứng ở đó thẻ sẽ tương tác với bộ đọc. Trong những giao thức này, thông tin thẻ

bí mật sẽ không bao giờ được gửi trên các kênh trao đổi giữa thẻ và bộ đọc thẻ. Hơn nữa, bộ đọc

thẻ sẽ đưa ra một mệnh lệnh cho thẻ, cái sẽ cho ra một kết quả được tính toán nhờ sử dụng một

mạch mật mã với một số giá trị mật khác.

Những giao thức như vậy có thể dựa trên tính đối xứng hoặc mật mã khoá công khai. Thẻ có

mật mã thường có giá thành và công suất tiêu thụ cao hơn so với thiết bị tương đương nhưng

đơn giản hơn, và hệ quả là việc phát triển các loại thẻ này càng bị hạn chế hơn. Những hạn chế

về giá cả và công suất đã dẫn đến một số nhà sản xuất triển khai các thẻ mật mã mà sử dụng các

nguyên lý mã hoá yếu hơn và nó không cần thiết phải cản lại sự tấn công phức tạp. Lấy ví dụ,

Exxon-Mobil Speedpass sử dụng một thẻ được mật mã được sản xuất bởi Texas Instruments gọi

là DST (Digital Signature Transponder - bộ phát đáp dấu hiệu số) kết hợp với một nguyên lý mã

hoá độc quyền yếu để thực hiện một giao thức mệnh lệnh – đáp ứng.

33

Các giao thức mật mã khác vẫn cố gắng đạt được sự bí mật trước các bộ đọc trái phép mặc dù

các giao thức này mới ở mức độ nghiên cứu. Một khó khăn chính trong việc bảo mật các thẻ

RFID chính là khả năng tính toán trong phạm vi thẻ còn thiếu. Các kỹ thuật mật mã chuẩn yêu

cầu nhiều khả năng hơn những khả năng sẵn có trong hầu hết các thiết bị RFID giá thành thấp.

Bảo mật RSA đã có bằng sáng chế một loại thiết bị cho phép phá tín hiệu RFID cục bộ bằng

cách ngắt giao thức hạn chế xung đột chuẩn, điều này cho phép người dùng bảo vệ thông tin

nhận dạng của mình. Nhiều cơ chế đo đã được đề xuất như đối tượng được gắn thẻ RFID với

một nhãn chuẩn công nghiệp.

34

CHƯƠNG 2

MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ANTEN TRONG RFID

2.1. Cấu trúc chung của một hệ thống anten cơ bản.

Một hệ truyền thông tin không dây đơn giản thường bao gồm các khối cơ bản: máy phát –

anten phát – anten thu – máy thu. Đường truyền dẫn sóng điện từ giữa máy phát và anten phát

cũng như giữa máy thu và anten thu được gọi là Fide (Feeder).

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trong các lĩnh vực thông tin,

nhận dạng, rađa điều khiển v.v…cũng đòi hỏi anten không chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ bức xạ

hay thu sóng điện từ mà còn tham gia vào quá trình gia công tín hiệu. Trong trường hợp tổng

quát, anten cần được hiểu là một tổ hợp bao gồm nhiều hệ thống; trong đó chủ yếu nhất là hệ

thống bức xạ hoặc cảm thụ sóng, bao gồm các phần tử anten (dùng để thu hoặc phát), hệ thống

cung cấp tín hiệu đảm bảo việc phân phối năng lượng cho các phần tử bức xạ với các yêu cầu

khác nhau (trường hợp anten phát), hoặc hệ thống gia công tín hiệu (trường hợp anten thu). Sơ

đồ chung của hệ thống vô tuyến điện cùng với

thiết bị anten như sau:

Một thẻ RFID tiêu biểu sẽ bao gồm một anten và một chip vi xử lý. Đặc tính của chip thì

đã được quyết định bởi nhà sản xuất chip và người dùng không thể thay đổi được. Nên mấu chốt

của vấn đề thiết kế anten cho thẻ đó là tối đa khoảng đọc với một chip vi xử lý cho trước dưới

Hệ thống

cung cấp

tín hiệu

Hệ thống

bức xạ

Hệ thống

cảm thụ

bức xạ

Hệ thống

gia công tín

hiệu

Thiết bị

điều chế

Thiết bị

xử lý tin

Máy thu

Máy phát

Anten phát Anten thu

Hệ thống phát Hệ thống thu

Hình 23. Cấu trúc chung cho hệ thống RFID.

35

các ràng buộc khác nhau (như là giới hạn về kích thước của anten, cho trước trở kháng của

anten, biểu đồ bức xạ, và chi phí…). Thông thường, các yêu cầu đối với anten của hệ RFID với

các chip vi xử lý cho trước có thể được tổng hợp lại như sau:

- Phối hợp trở kháng tối ưu khi nhận các tín hiệu lớn nhất từ đầu đọc để cấp nguồn cho

chip vi xử lý.

- Đủ nhỏ để có thể gắn vào bất kỳ đối tượng cần nhận dạng nào.

- Không bị ảnh hưởng bởi chất liệu của đối tượng cần nhận dạng nhằm bảo toàn hiệu suất.

- Có biểu đồ bức xạ theo yêu cầu (đẳng hướng, định hướng hay hình bán cầu).

- Có cấu trúc cơ học chắc chắn và bền

- Chi phí về chất liệu cũng như sản xuất thấp

Dưới các điều kiện khác nhau cho các ứng dụng RFID khác nhau, một số các khía cạnh sau

đây cần phải xem xét khi thiết kế anten tag cho RFID:

- Băng tần: Loại anten sử dụng thì phụ thuộc hoàn toàn vào tần số hoạt động. Trong các

ứng dụng RFID LF và HF, các anten cuộn xoắn được sử dụng phổ biến nhất để thu nhận tín hiệu

từ đầu đọc bằng cách ghép cảm ứng. Ở các tần số UHF và MWF, các anten dipole, anten khe và

các anten mạch dải được sử dụng rộng rãi.

- Kích thước: Yêu cầu về kích thước của thẻ phải nhỏ sao cho chúng có thể gắn được vào

bất kỳ một đối tượng cần nhận dạng nào (hộp các-tông, thẻ hành lý hàng không, thẻ ID hay nhãn

in…). Yêu cầu về kích thước là một trong những thách thức khi thiết kế anten thẻ cho RFID.

Kích thước nhỏ thì sẽ giới hạn khả năng ghép cảm ứng của anten vòng đặc biệt tại các tần số LF

và HF, và kế cả hiệu suất của anten tại các tần số UHF và MWF cũng thấp. Và như vậy thì

đương nhiên khoảng đọc của RFID cũng sẽ giảm đi đáng kể.

- Biểu đồ bức xạ: Một số ứng dụng yêu cầu anten tag có những biểu đồ bức xạ xác định

như là đẳng hướng, định hướng hay hình bán cầu.

- Độ nhạy với đối tượng: Hoạt động của thẻ sẽ bị thay đổi khi nó được gắn trên một đối

tượng cần nhận dạng (hộp các-tông) mà trong đó lại chứa các chất liệu gây tổn hao lớn như là

chai nhựa chứa nước hoặc dầu hay các thùng kim loại. Do đó anten sẽ phải được điều chỉnh tới

hoạt động tối ưu trên từng đối tượng cụ thể hoặc sẽ phải được thiết kế sao cho nó ít bị ảnh

hưởng đối với các loại đối tượng kể trên nhất khi nó được đính kèm vào.

- Chi phí: Thẻ RFID cần phải có chi phí càng thấp càng tốt đối với các ứng dụng cần nhiều

thẻ. Điều này cũng có nghĩa là cấu trúc cũng như chất liệu lựa chọn làm anten sẽ bị hạn chế, kể

cả chip vi xử lý. Các chất liệu được sử dụng làm anten là dải dẫn điện và chất điện môi. Chất

36

điện môi bao gồm poliexte dẻo, mềm đối với LF và HF và các đế bo mạch in cứng như là FR4

cho các ứng dụng ở UHF và MWF.

- Độ tin cậy: Thẻ RFID phải là một thiết bị tin cậy, có khả năng thích nghi với các điều

kiện của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, và các tác động khác nhau khi gán nhãn, in và

dát mỏng.

Đối với các hệ thống RFID trường xa, thiết kế anten thẻ đóng một vai trò vô cùng quan

trọng trong toàn bộ hệ thống về cả hiệu suất và độ tin cậy do thẻ RFID thụ động hoạt động dựa

vào trường điện từ mà chúng thu nhận được từ các đầu đọc.

Hình 24. Nguyên lý hoạt giữa đầu đọc và thẻ trong một hệ thống RFID

thụ động trường xa

2.2. Đường Radio

Trong hệ thống RFID, khoảng đọc bị giới hạn bởi khoảng cách lớn nhất mà tại đó thẻ vẫn

có thể nhận được đủ năng lượng để hoạt động và phản hồi trở lại cho đầu đọc, và khoảng cách

lớn nhất mà tại đó đầu đọc vẫn có thể thu được tín hiệu này của thẻ. Khoảng đọc của một hệ

thống RFID thì nhỏ hơn so với cả hai khoảng cách này. Về cơ bản, độ nhạy của đầu đọc là đủ

cao, do đó khoảng đọc được xác định bằng khoảng cách từ thẻ tới đầu đọc.

Đầu đọc sẽ phát đi một tín hiệu RF liên tục chứa nguồn dòng xoay chiều và tín hiệu đồng

hồ tới thẻ ở tần số sóng mang mà đầu đọc đang sử dụng. Điện áp RF cảm ứng trên anten thẻ

được biến đổi thành dòng trực tiếp và cấp nguồn cho vi xử lý. Vi xử lý thường cần khoảng 1.2V

từ tín hiệu của đầu đọc. Sau đó vi xử lý sẽ gửi lại thông tin cho đầu đọc bằng cách biến đổi trở

kháng đầu vào RF phức. Trở kháng thường được thay đổi giữa hai trạng thái khác nhau (phối

37

hợp và không phối hợp) để điều chế tín hiệu tán xạ trở lại. Khi nhận được tín hiệu điều chế này,

đầu đọc sẽ giải mã và nhận thông tin của thẻ.

Xem xét hệ thống RFID dưới đây:

Hình 25:Cơ chế hoạt động truyền năng lượng và thông tin cho các hệ thống truyền năng

lượng trường xa.

Hướng cấp nguồn (từ đầu đọc tới thẻ)

Trong đó công suất đầu ra của đầu đọc là Preader-tx, độ tăng ích của anten đầu đọc là Greader-

ant, khoảng cách giữa anten đầu đọc và anten thẻ là R, độ tăng ích của anten thẻ là Gtag-ant. Theo

công thức truyền sóng trong không gian tự do của Friis, công suất nhận được tại anten thẻ sẽ là:

Trong đó λ là bước sóng trong không gian tự do tại tần số hoạt động và χ là hệ số phân cực

giữa anten đầu đọc và anten thẻ. Nếu hai anten phân cực hoàn toàn giống nhau, thì χ sẽ bằng 1

(0dB). Đối với hầu hết các hệ thống RFID trường xa, anten đầu đọc thường phân cực tròn trong

khi anten thẻ lại phân cực tuyến tính, do đó χ sẽ rơi vào khoảng 0.5 (-3dB).

Phần công suất thu được bởi anten thẻ sẽ được đưa tới cấp nguồn cho chip vi xử lý, nó sẽ

bằng:

Trong đó Ptag-chip là công suất cấp nguồn cho chip, τ là hệ số truyền công suất được quyết

định bởi sự phối hợp trở kháng giữa anten thẻ và chip vi xử lý.

38

Khoảng đọc sẽ lớn nhất đối với đường cấp nguồn radio là khi Ptag-chip bằng với công suất

ngưỡng của chip vi xử lý Ptag-threshold, là công suất ngưỡng tối thiểu đủ để cấp nguồn cho vi xử lý

hoạt động. Ta có khoảng cách cấp nguồn linkpowerR :

Trongđó:

Hướng tán xạ trở lại (từ thẻ tới đầu đọc)

Hướng phản hồi thông tin từ thẻ trở lại đầu đọc này chủ yếu phụ thuộc vào độ lớn trường

tán xạ trở lại của thẻ. Dựa trên một công thức monostatic radar (ra-đa sử dụng chung một anten

cho cả thu lẫn phát), lượng công suất điều chế thu được tại đầu đọc sẽ là:

Trong đó σ là mặt cắt radar (RCS) của thẻ RFID.

Khi công suất thu được bằng với độ nhạy của đầu đọc Preader-threshold, thì khoảng cách lớn

nhất của hướng phản hồi sẽ là:

Hay

Trong đó:

39

Ta thấy rằng khoảng đọc đựơc quyết định bởi công suất đầu ra của đầu đọc Preader-tx, độ

tăng ích của anten đầu đọc Greader-ant, độ tăng ích của anten thẻ Gtag-ant, hệ số phân cực χ, hệ số

truyền công suất của thẻ τ, RCS của thẻ σ, công suất ngưỡng của chip vi xử lý Ptag-threshold, độ

nhạy máy thu của đầu thu Preader-threshold. Hai thông số sau cùng thì đã mặc định đối với đầu đọc

và chip vi xử lý. Các thông số còn lại có thể được tối ưu hoá để đạt được khoảng đọc xa hơn.

2.3. EIRP và ERP

Như đã đề cập ở mục trên, khoảng đọc lớn nhất tỷ lệ thuận với công suất đầu ra của đầu

đọc và độ tăng ích của anten đầu đọc. Công suất đầu ra và độ tăng ích của anten đầu đọc càng

cao thì khoảng đọc càng xa. Tuy nhiên, công suất đầu ra luôn bị giới hạn bởi các quy định riêng

của từng quốc gia.

EIRP là một đại lượng đo công suất bức xạ mà một bộ phát đẳng hướng (G = 1 (0dB)) cần

phải phát để tạo ra một công suất bức xạ quy ước tại một điểm thu cũng như tại một thiết bị

kiểm tra nào đó:

PEIRP = Preader-tx Greader-ant

Ngoài EIRP ra, đại lượng ERP cũng được sử dụng khá phổ biến. ERP liên quan đến anten

dipole hơn là anten phát đẳng hướng. Nó biểu thị công suất bức xạ mà một anten dipole (G =

1.64 (2.15dB)) sẽ cần để tạo ra một công suất bức xạ yêu cầu tại vị trí của máy thu cũng như tại

thiết bị kiểm tra. Có thể dễ dàng chuyển đổi giữa hai đại lượng này.

PEIRP = 1.64PERP

2.4. Độ tăng ích của anten thẻ

Độ tăng ích của anten thẻ, Gtag-ant, cũng là một thông số quan trọng khác liên quan tới

khoảng đọc. Khoảng đọc sẽ lớn nhất theo hướng bức xạ cực đại, hướng bức xạ này bị giới hạn

chủ yếu bởi kích thước, biểu đồ bức xạ của anten, và tần số hoạt động. Đối với một anten đẳng

hướng kiểu dipole nhỏ, độ tăng ích vào khoảng 0 – 2dBi. Đối với một số anten phát định hướng

như là anten dải, độ tăng ích có thể lên tới 6dBi hoặc hơn thế.

2.5. Hệ số phối hợp phân cực

Phân cực của anten thẻ phải phù hợp với phân cực của anten đầu đọc nhằm tối đa khoảng

đọc, điều này được thể hiện qua hệ số phối hợp phân cực. Đối với các hệ thống RFID trường xa,

40

anten đầu đọc luôn luôn được phân cực tròn bởi vì hướng của thẻ là ngẫu nhiên. Sử dụng một

anten thẻ phân cực tuyến tính sẽ có một hệ số mất mát sai phân cực, khoảng 0.5 (- 3dB). Anten

thẻ phân cực tròn chỉ được dùng ở một số ứng dụng đặc biệt và tín hiệu có thể tăng lên tới 3dB.

2.6. Hệ số truyền công suất

Theo Hình 26, xem xét một anten thẻ với một góc mở hiệu dụng, Ae-max (theo m2), được

đặt trong trường của một anten đầu đọc với mật độ công suất S (W/m2). Nó sẽ nhận năng lượng

từ sóng tới và truyền năng lượng tới chip vi xử lý với trở kháng tải ZT. Một phần năng lượng

nhận được của anten thẻ sẽ được đưa tới microchip, phần còn lại sẽ phản xạ và bức xạ ngược lại

bởi anten tới đầu đọc. Lượng công suất được đưa tới microchip có thể được tính định lượng

bằng một hệ số gọi là hệ số truyền công suất τ .Gọi công suất mà anten thu được từ sóng tới là

Ptag-ant, và công suất được đưa đến microchip là Ptag-chip. Thì:

Ptag-ant = S.Ae-max

Ptag-chip = τ.Ptag-ant

Hệ số truyền công suất, τ, được quyết định bởi sự phối hợp trở kháng giữa anten thẻ và

microchip. Để có được sự phối hợp trở kháng phù hợp giữa anten và microchip là yếu tố cực kỳ

quan trọng trong RFID do vấn đề thiết kế và sản xuất IC là rất đắt đỏ. Anten thẻ RFID thường

được thiết kế cho một số microchip nhất định có sẵn trên thị trường. Thường tránh bổ sung thêm

các phần tử phụ vào thẻ RFID do các vấn đề về chi phí và sản xuất. Để giải quyết vấn đề này,

anten thẻ cần phối hợp trở kháng trực tiếp với microchip có trở kháng phức thay đổi theo tần số

và công suất đầu vào được cấp cho microchip. Hình dưới là mạch tương đương, ZT = RT + jXT là

trở kháng phức của chip và ZA = RA + jXA là trở kháng phức của anten. Trở kháng chip hình

thành do các hiệu ứng ký sinh trong quá trình sản xuất chip. Cả hai ZA và ZT đều phụ thuộc vào

tần số. Ngoài ra, trở kháng ZT còn thay đổi theo công suất cấp cho chip

41

Hình 26. Công suất truyền trong thẻ RFID và mạch tương đương của nó: (a) công suất

truyền trong cấu trúc thẻ RFID; (b) mạch tương đương

Để mô tả quá trình truyền của sóng cấp nguồn, người ta thường dùng đại lượng hệ số phản

xạ sóng cấp nguồn (power wave) r:

Công suất đưa đến chip là: Ptag-chip = (1 - |Γ|2).Ptag-ant

Hệ số truyền công suất có thể được biểu diễn bằng:

42

Khi anten được phối hợp tốt với chip, có nghĩa là RT = RA, và XT = -XA thì |Γ| = 0, τ = 1, và

công suất truyền tối đa tương ứng sẽ là:

Ptag-chip-max = Ptag-ant = S.Ae-max

Khi anten bị ngắn mạch, trở kháng của chip RT = 0 và điện kháng của chip XT = -XA, |Γ| sẽ

bằng một và τ = 0. Do đó, sẽ không có năng lượng được đưa tới cho chip hoạt động. Lúc này sẽ

thay thế hệ số truyền công suất τ, bằng một đại lượng thông dụng hơn, đó là tổn hao trả về

(return loss (RL)), nhằm để miêu tả các đặc tính phối hợp trở kháng. Tổn hao trả về được định

nghĩa như sau:

RL(dB)= -20log10(|Γ|)

Có thể dễ dàng lấy được kết quả RL từ các đo đạc hoặc từ các chương trình mô phỏng. Với

đại lượng này, hệ số phản xạ tương ứng và hệ số truyền công suất sẽ dễ dàng tính được.

Hình 27. Quan hệ giữa hệ số truyền công suất với tổn hao trả về

2.7. RCS của anten

RCS là phép đo lượng công suất sẽ tán xạ theo một hướng cho trước khi một đối tượng

được kích thích bởi một sóng tới. Trong trường hợp này, RCS của anten thẻ là lượng công suất

tán xạ theo hướng từ thẻ về đầu đọc khi thẻ được kích thích bởi sóng tới từ đầu đọc. IEEE định

nghĩa RCS là 4π lần tỷ số của công suất tán xạ trên một đơn vị góc khối tại một hướng xác định

chia cho công suất trên một đơn vị diện tích trong mặt phẳng sóng tới tán xạ từ một hướng xác

định. Chính xác hơn, nó là giới hạn của tỷ số đó khi khoảng cách R, từ điểm tán xạ đến điểm mà

tại đó công suất tán xạ đo được, tiến tới vô cùng

43

Trong đó Escat là điện trường tán xạ từ đối tượng (anten thẻ) và Einc là trường tới trên đối

tượng (anten thẻ). RCS cũng có thể được cho dưới dạng sau:

Trong đó Sscat biểu thị mật độ phân bố công suất tán xạ, Sinc là mật độ công suất tới đối

tượng tán xạ, và R là khoảng cách từ đối tượng.

Đơn vị của RCS là m2. Tuy nhiên, điều này cũng không liên quan gì tới kích thước vật lý

của đối tượng mặc dù nếu đối tượng có kích thước vật lý càng lớn thì có RCS càng lớn. Các giá

trị tiêu biểu của RCS thường nằm trong khoảng 10-5

m2 đối với các kích thước nhỏ và 10

+6m

2 đối

với kích thước lớn. Do RCS có dải động lớn, cho nên thường sử dụng thang công suất loga với

giá trị tham chiếu là σref = 1m2.

Tán xạ anten

Công suất tán xạ trở lại từ một tải của anten ( TZ ) có thể được chia làm hai phần, phần thứ

nhất được gọi là chế độ cấu trúc, do dòng cảm ứng trên anten khi anten xem như đường đay cuối

khong phản xạ với trở kháng liên hợp phức. Phần thứ hai được gọi là chế độ anten, do mất phối

hợp trở kháng giữa anten và tải. Ở đây chúng ta quan tâm tới chế độ anten để tính RCS.

Các công thức RCS đối với chế độ-anten

Phần thực của trở kháng anten được chia thành hai phần: trở kháng bức xạ Rr, và trở kháng

tổn hao RL.

Mật độ công suất nhận được tại anten thẻ khi sóng điện từ phát từ đầu đọc là :

24 R

GPS antreaderantreader

44

Nếu trở kháng tải là liên hiệp phức của trở kháng anten, nghĩa là RT = RL + Rr và XA = -XT

ta có :

anteanttachiptag ASPP .

Với anteA là diện tích hiệu dụng của anten thẻ.

anttagante GA4

2

Công suất bức xạ bởi thẻ RFID theo hướng trực tiếp tới đầu đọc được tính:

anttagchiptagradiatedre GPKP ..

Với hệ số K:

2

24

TA

A

ZZ

RK

Bảng 5: Hệ số K trong một vài trường hợp điện trở tải của anten khác nhau

Bằng lý thuyết kết họp với thực nghiệm, rút ra nhận xét và công thức:

- Một cách lý tưởng, RCS chế độ-anten lớn hơn 4 lần (hay 6dB) khi ngắn mạch cộng

hưởng (RL = 0 và XT = -XA), tương ứng với trường hợp được phối hợp trở kháng liên hợp. Điều

này được sử dụng để truyền dữ liệu từ tag tới reader trong các hệ thống RFID tán xạ trở lại.

- Trường hợp anten hở mạch, không có công suất bức xạ.

Tuy nhiên khi tỉ số 3A

A

R

X, công suất bức xạ trở lại sẽ lớn hơn trường hợp anten ngắn

mạch.

TZ 0 *

AZ

K 2

24

TA

A

ZZ

RK 1 0

45

AA RX /

Hình 28. Biểu đồ công suất bức xạ trở lại của một anten phối hợp lien hợp phức được

chuẩn hoá bởi công suất bức xạ trở lại của một anten tương tự khi ngắn mạch bởi tỉ số giá trị

tuyệt đối điện kháng chia cho điện trở anten

Một anten thẻ tán xạ nhỏ nhất, RCS được tính:

anttage

radiatedre GAKS

P..

hay 2

222

TA

Aanttag

ZZ

RG

2.8. Tính toán khoảng đọc

Khoảng đọc của hệ thống RFID thụ động phụ thuộc vào cấu hình hệ thống và những thông

số sau đây:

- a. Tần số hoạt động và hiệu suất của cuộn anten

- b. Hệ số Q của anten và mạch cộng hưởng

- c. Hướng của anten

- d. Dòng kích thích

- e. Độ nhạy của phía thu

- f. Thuật toán mã hoá (điều chế) và giải mã (giải điều chế)

- g. Số bit dữ liệu và thuật toán tách sóng (biên dịch)

- h. Điều kiện của môi trường hoạt động (kim loại, chất lỏng…)

46

Khoảng đọc của hệ 13.56MHz thì tương đối dài hơn so với hệ 125kHz. Vì hiệu suất của

anten tăng khi tần số tăng lên. Với một tần số hoạt động cho trước thì các thông số từ a đến c

liên quan đến cấu trúc của anten và mạch cộng hưởng. Các điều kiện từ c tới e được xác định

bởi cấu trúc mạch của dầu đọc. Điều kiện f là giao thức thông tin của thiết bị, và g liên quan tới

chương trình phần mềm để tách lấy dữ liệu.

Giả thiết thiết bị hoạt động ở một điều kiện cho trước, khoảng đọc của thiết bị sẽ bị chi

phối bởi hiệu suất của cuộn anten. Rõ ràng là khoảng đọc càng dài nếu anten có kích thước càng

lớn với một thiết kế phù hợp.

Đo khoảng đọc

(a)

(b)

Hình 29. Đo khoảng đọc trong một phòng không có tiếng vọng; (a) Mô hình hệ thống. (b)

Mô hình thực

Khoảng đọc có thể đo được bằng cách sử dụng một đầu đọc với một anten đã biết EIRP.

Để có kết quả chính xác hơn, nên thực hiện đo trong một phòng không có tiếng vọng để tránh

các hiệu ứng đa đường. Khoảng cách lớn nhất mà một thẻ có thể liên lạc được với đầu đọc sẽ

được ghi lại.

47

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] GS.TSKH Phan Anh. Lý thuyết và kỹ thuật anten, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.

[2] GS.TSKH Phan Anh. Giáo trình Lý thuyết và Kỹ thuật siêu cao tần, Bộ môn Thông tin

vô tuyến, Khoa Điện tử - Viễn thông.

[3] Phạm Minh Việt. Kỹ thuật siêu cao tần.

[4] Applications & Practice RFID, Online Magazine IEEE. Vol.45. No.9. September 2007.

Và các tài lệu, bài báo, tạp chí khác trên mạng.