Misure di lettura di un sistema RFID a 13,56 MHz in ... Misure di lettura di un sistema RFID a 13,56

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Misure di lettura di un sistema RFID a 13,56 MHz in ... Misure di lettura di un sistema RFID a 13,56

  • ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA

    CAMPUS DI CESENA

    SCUOLA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA

    CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA ELETTRONICA E DELLE

    TELECOMUNICAZIONI

    TITOLO DELLELABORATO

    Misure di lettura di un sistema RFID

    a 13,56 MHz in presenza di piani metallici

    Elaborato in

    Elettrotecnica L-A

    Relatore: Presentata da:

    Prof. Franco Mastri Daniele Ranieri

    Sessione III

    Anno Accademico 2012/2013

  • Indice:

    Introduzione________________________________________________ 1

    Capitolo 1: Principi Fisici dellRFID______________________ 3 1.1 Basi del magnetismo________________________________________ 3

    1.2 I solenoidi e linduttanza_____________________________________ 8

    1.3 Accoppiamenti induttivi______________________________________ 11

    1.4 Coefficiente di accoppiamento_________________________________ 14

    1.5 Applicazione della legge di Faraday (induzione magnetica)__________ 17

    1.6 Circuito risonante___________________________________________ 19

    Capitolo 2: I sistemi RFID______________________________ 25 2.1 Cenni storici_______________________________________________ 25

    2.2 Composizione dei sistemi RFID_______________________________ 30

    TAG_____________________________________________________ 30

    READER_________________________________________________ 31

    SISTEMA DI GESTIONE____________________________________ 32

    2.3 Classificazione dei TAG______________________________________ 33

    Sorgente di energia__________________________________________ 33

    Tipo di memoria____________________________________________ 34

    Principio fisico utilizzato_____________________________________ 35

    Chip_____________________________________________________ 36

    2.4 Bande di operativit_________________________________________ 37 2.5 Standard ISO ed EPC e applicazioni____________________________ 39

    2.6 Riassunti di confronto fra classificazioni di tag____________________ 43

    Capitolo 3: Misure su un sistema RFID___________________ 45 3.1 Premessa__________________________________________________ 45

    3.2 Prima I Misure sulla distanza di lettura_________________________ 45

    3.2.1 Composizione del sistema RFID______________________________ 46 TAG____________________________________________________ 46

    READER________________________________________________ 48

    SISTEMA DI GESTIONE__________________________________ 51

    3.2.2 Strumentazione________________________________________ 52 3.2.3 Set up di misura___________________________________________ 53

    3.2.4 Risultati di misura_________________________________________ 57

    3.2.5 Osservazioni e conclusioni__________________________________ 62

    3.3 Parte II Misure di potenza ricevuta da antenna___________________ 64

    3.3.1 Strumentazione___________________________________________ 65

    3.3.2 Set up di misura___________________________________________ 67

  • 3.3.3 Risultati di misura_________________________________________ 68

    3.3.4 Osservazioni e conclusioni__________________________________ 73

    Bibliografia_________________________________________________ 75

    Ringraziamenti_____________________________________________ 77

  • Misure di lettura di un sistema RFID a 13,56 MHz in presenza di piani metallici

    1

    INTRODUZIONE

    LRFID (Radio Frequency IDentification) nasce negli anni 40 ed una delle

    tecnologie radio che al giorno doggi riceve maggior interesse in termini di

    sviluppo e diffusione.

    Come suggerisce lacronimo, si tratta di uno strumento per lidentificazione

    di oggetti tramite segnali a radio frequenza il cui utilizzo gi largamente

    diffusa in svariati settori della societ odierna: logistica, trasporti,

    biglietteria, pagamenti elettronici, accesso crittografato, catena di montaggio,

    antitaccheggio ecc. Tale diffusione dovuta ad una serie di vantaggi che

    questa tecnologia porta con s, segnatamente: grande versatilit delle

    caratteristiche e delle funzionalit, adattabilit ai pi disparati ambiti di

    utilizzo, basso costo di produzione e progettazione, molteplici livelli di

    sicurezza e standardizzazione globale.

    In questo elaborato verr preso in esame un sistema RFID con frequenza

    operativa di 13,56 MHz (unica frequenza riconosciuta e standardizzata a

    livello mondiale).

    Partendo nel primo capitolo dai fondamenti teorici alla base del

    funzionamento della tecnologia RFID, si passer poi a trattare nello specifico

    caratteristiche e prestazioni nel caso pratico di utilizzo per la lettura di dati

    contenuti in carte elettroniche, chiamate Smart Card.

    Lapplicazione studiata prevede la presenza di:

    - Un dispositivo denominato reader dedicato allidentificazione tramite

    la gestione del campo magnetico alla base della tecnologia;

    - Un transponder denominato tag (nel caso specifico una generica Smart

    Card) che risponde alla interrogazione del reader;

    - Un sistema di gestione (Personal Computer) che analizza la

    comunicazione e ne permette una visualizzazione sintetica a video;

    Il funzionamento e al composizione di questo sistema, che trova potenziali

    impieghi commerciali come: biglietteria di tram/treni, raccolta punti nei

    supermercati, accesso al luogo di lavoro, pagamenti elettronici, etc.,

    verranno trattati in dettaglio nel capitolo 2.

    Infine nel capitolo terzo, verranno esposti i risultati delle misure sperimentali

    eseguite su questo sistema focalizzandosi, in particolare, sulla distanza di

  • Misure di lettura di un sistema RFID a 13,56 MHz in presenza di piani metallici

    2

    lettura fra tag e reader e sulla potenza ricevuta dal tag, due parametri di

    riferimento fondamentali da prendere in considerazione in fase di progetto di

    uno specifico sistema RFID.

  • Misure di lettura di un sistema RFID a 13,56 MHz in presenza di piani metallici

    3

    Percorso chiuso

    Capitolo 1: Principi Fisici dellRFID

    1.1 Basi del magnetismo

    La RFID (Radio Frequency IDentification) una tecnologia che sfrutta gli

    accoppiamenti induttivi per trasferire dati da un chip ad un lettore; quindi

    una tecnologia basata sul magnetismo.

    Per capire meglio come funziona questa tecnologia occorre in primo luogo

    riprendere i principi e le grandezze che stanno alla base del magnetismo.

    La grandezza basilare dunque il campo magnetico H, si vedr quindi ora

    come derivarne il valore e individuarne le caratteristiche attraverso alcuni

    esempi teorici. La legge fondamentale per calcolare il campo magnetico

    associato al movimento delle cariche (corrente I) la Legge di Ampere.

    Tale legge afferma che l'integrale lungo una linea chiusa del campo

    magnetico pari alla sommatoria algebrica, con segno dipendente dal verso,

    delle correnti elettriche ad essa concatenate.

    Partendo da questa formula, si ricava il valore del campo in alcuni casi

    teorici semplificati.

    - Nel caso di un singolo filo rettilineo percorso da corrente I (Fig. 1) il

    campo magnetico risulta avere un andamento uniforme lungo un percorso

    circolare attorno al filo con verso dato dalla regola della mano destra e

    valore assoluto pari a:

  • Misure di lettura di un sistema RFID a 13,56 MHz in presenza di piani metallici

    4

    dove r la distanza dal filo alla quale si calcola il campo magnetico. Si nota

    che la lunghezza del percorso chiuso, circonferenza, alla distanza r dal

    centro.

    Fig. 1 Campo magnetico generato da un filo

    - Nel caso di una spira, cio un filo conduttore di forma circolare chiusa,

    (vedi Fig. 2), il campo magnetico sul piano della spira perpendicolare,

    diretto verso lalto o il basso a seconda del verso con cui fluisce la corrente

    nella spira stessa, seguendo ancora la regola della mano destra.

    Fig. 2 Campo magnetico generato da un spira

    Il campo magnetico nel centro (C) della spira pu essere calcolato

    utilizzando la formula di Laplace e risulta avere valore assoluto:

  • Misure di lettura di un sistema RFID a 13,56 MHz in presenza di piani metallici

    5

    Mentre, allontanandosi dal centro lungo lasse si ha:

    dove x indica la distanza dal centro rispetto al punto in cui si calcola H.

    Altra grandezza utile per capire i concetti del magnetismo il flusso

    magnetico . Per definizione lintegrale della componente normale

    dellinduzione magnetica (B) valutato su una superficie:

    dA rappresenta il vettore orientato lungo la normale alla superficie

    infinitesima di area dA e B la densit di flusso magnetico valutato sulla

    superficie stessa. Nel caso in cui il flusso magnetico sia uniforme su tutta la

    superficie, lintegrale si riduce al solo prodotto scalare:

    dove langolo fra le linee di campo e la normale della superficie

    attraversata dal flusso.

    Si osservi ora che campo H legato allinduzione magnetica B da un

    coefficiente di proporzionalit: la permeabilit magnetica, il cui valore

    dipende dalle caratteristiche e dalle condizioni del materiale attraversato dal

    campo. Nel caso dellaria o del vuoto la formula :

    Dove 0 una costante nota come la permeabilit magnetica del vuoto e vale

    4 10-7 [H/m] (henry per metro).

    La permeabilit magnetica dei materiali viene invece indica