Khoá luận tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn TS Trần Minh Tuấn, người đã tận tình giúp đỡ, chỉ
bảo, hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn thầy giáo GS.TSKH Phan Anh, thầy đã cho em những
ý kiến quý báu để em hoàn thành khoá luận của mình.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong Khoa Điện Tử -
Viễn Thông, các thầy cô trong trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội,
những người đã luôn nhiệt tình trong giảng dạy và chỉ bảo chúng em trong bốn năm
học vừa qua.
Và em cũng xin cảm ơn các thầy cô và cán bộ trong Bộ môn Thông tin vô tuyến
đã tạo điều kiện tốt nhất cho em và các bạn hoàn thành khóa luận của mình.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình và các bạn của tôi, những người đã luôn ở bên
cạnh động viên, giúp đỡ tôi trong những năm học vừa qua và nhất là trong thời gian
thực hiện khóa luận này.
Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng trong quá trình viết bài vì thời gian có hạn và
kiến thức thực tế của em còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em
rất mong được sự góp ý, chỉ bảo của thầy cô giáo để bài viết của em được hoàn thiện
hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2008
Sinh viên
Dương Đình Sáng
Trường Đại học CôngNghệ
Khoá luận tốt nghiệp
TÓM TẮT NỘI DUNG
Anten là bộ phận không thể thiếu trong các thiết bị thu phát, truyền tin. Nhất là
với công nghệ kết nối không dây đang phát triển rất mạnh như hiện nay, anten đã có
những thay đổi hết sức linh hoạt về phẩm chất, cấu trúc, kích thước…nhằm thoả mãn
tối đa nhu cầu của người sử dụng.
Trong khuôn khổ đề tài này, cùng với việc tìm hiểu lý thuyết kỹ thuật anten, hệ

1.2.1.2 Các tham số cơ bản 14
1.2.1.3 Trở kháng đặc tính biến thiên của theo tần số 17
1.2.2 Anten mạch dải 17
1.2.2.1 Khái niệm 17
1.2.2.2 Cấu trúc và đặc tính cơ bản 17
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG RFID 21
2.1 Hệ thống RFID
2.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID) 21
2.1.1.1 Hệ thống mã vạch 21
2.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học 22
2.1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh 22
2.1.2 Khái niệm về hệ thống RFID 23
2.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống RFID 24
2.1.3.1 Tag / thẻ 24
Trường Đại học CôngNghệ
Khoá luận tốt nghiệp
2.1.3.2 Đầu đọc (Reader) 25
2.1.3.3 Middleware 25
2.1.4 Phân loại hệ thống RFID 25
2.1.4.1 RFID trường gần 26
2.1.4.2 RFID trường xa 26
2.1.5 Các tần số, quy định được sử dụng trong hệ thống RFID 27
2.1.6 Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống RFID 29
2.1.6.1 Ưu điểm 29
2.1.6.2 Nhược điểm 30
2.1.7 Ứng dụng và xu hướng phát triển của RFID 30
2.1.7.1 Ứng dụng 30
2.1.7.2 Xu hướng phát triển 32
2.2 Anten trong hệ thống RFID 35
2.2.1 Nguyên lý hoạt động 35

RFID: Radio Frequency Identification
UHF: Ultra High Frequency
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Các hệ thống RFID trường gần và trường xa với các thống số liên quan.
Bảng 2: Giới hạn về công suất và tần số trong các hệ thống RFID tại một số các
quốc gia khác nhau.
Bảng3 : Số anten được cấp bằng sáng chế của một số nước từ năm 1991 đến
tháng 8 năm 2006.
Bảng 4 Hệ số phản xạ và hệ số truyền công suất là một hàm của tổn hao trả về.
Bảng 5: Hệ số K trong một vài trường hợp điện trở tải của anten khác nhau
Trường Đại học CôngNghệ
Khoá luận tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1: Cấu trúc chung của hệ thống anten
Hình 2: Bản đồ hướng tính không gian trong mặt phẳng theo tọa độ
ϕθ
,
Hình 3: Giản đồ phương hướng chuẩn hóa trong hệ tọa độ cực
Hình 4: Giản đồ phương hướng chuẩn hóa trong hệ tọa vuông góc
Hình 5: Mạch phối hợp phối hợp trở kháng giữa trở kháng tải bất kỳ và đường
truyền sóng
Hình 6: Đường truyền vi dải
Hình 7: Phân bố trường của đường truyền vi dải
Hình 8: Đường truyền vi dải đặt trong hệ toạ độ Đecac
Hình 9: Trở kháng đặc tính và hệ số điện môi hiệu ứng của đường truyền vi
dải được tính theo phương pháp của Wheeler
Hình 10: Anten mạch dải
Hình 11: Anten mạch dải nhìn từ mặt bên
Hình 12: Khe bức xạ Anten mạch dải
Hình 13: Các dạng anten mạch dải điển hình

Hình 34: Phân bố trường E theo biên độ ở bề mặt anten
Hình 35: Bức xạ 3-D của anten
Hình 36: Giản đồ bức xạ của anten trong mặt phẳng
Hình 37: Hệ số khuyếch đại Gain của anten
Hình 38: Thông số tổn hao trả về_return loss
11
S
của anten
Hình 39: Hệ số sóng đứng và return loss của anten
Hình 40: Hình 3-D mô phỏng bằng phần mềm Ansoft HFS của anten zíc zắc
hình chữ nhật tiếp điện ở giữa
Hình 41: Thông số return loss
11
S
của anten zíc zắc hình chữ nhật tiếp điện ở
giữa
Trường Đại học CôngNghệ
Khoá luận tốt nghiệp
Hình 42: Bức xạ 3-D của anten zíc zắc hình chữ nhật tiếp điện ở giữa
Hình 43: Hệ số khuyếch đại Gain của anten zíc zắc hình chữ nhật tiếp điện ở
giữa
Hình 44: Hình 3-D mô phỏng bằng phần mềm Ansoft HFSS của anten zíc zắc
hình tam giác tiếp điện ở giữa
Hình 45: Thông số return loss
11
S
của anten zíc zắc hình tam giác tiếp điện ở
giữa
Hình 46: Bức xạ 3-D của anten zíc zắc hình tam giác tiếp điện ở giữa
Hình 47: Hệ số khuyếch đại Gain của anten zíc zắc hình tam giác tiếp điện ở

CHƯƠNG 1
MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ANTEN VÀ ANTEN
MẠCH DẢI
1.1 Một số kiến thức cơ bản về anten
1.1.1 Mục đích, chức năng, nhiệm vụ của anten:
Việc truyền năng lượng điện từ trong không gian có thể được thực hiện theo hai
cách:
- Dùng các hệ truyền dẫn: Nghĩa là các hệ dẫn sóng điện từ như đường dây song
hành, đường truyền đồng trục, ống dẫn sóng kim loại hoặc điện môi v.v…Sóng điện từ
truyền lan trong các hệ thống này thuộc loại sóng điện từ ràng buộc.
- Bức xạ sóng ra không gian: Sóng sẽ được truyền đi dưới dạng sóng điện từ tự
do.
Thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từ không gian bên ngoài
được gọi là anten.
Anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu được của bất kỳ hệ thống vô tuyến
điện nào.
Trong thông tin không dây anten làm nhiệm vụ bức xạ và hấp thụ sóng điện từ.
Nó được sử dụng như một bộ chuyển đổi sóng điện từ từ các hệ truyền dẫn định hướng
sang môi trường không gian tự do.
Anten sử dụng trong các hệ mục đích khác nhau thì có những yêu cầu khác nhau.
Với phát thanh - truyền hình làm nhiệm vụ quảng bá thông tin thì anten phát thực hiện
bức xạ đồng đều trong mặt phẳng ngang của mặt đất để cho các đài thu ở các hướng
bất kỳ đều có thể thu được tín hiệu của đài phát. Trong thông tin mặt đất hoặc vũ trụ,
thông tin chuyển tiếp vô tuyến điều khiển thì yêu cầu anten phát bức xạ với hướng tính
cao
1.1.2 Cấu trúc chung của hệ anten:
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).
Dương Đình Sáng Trường Đại học CôngNghệ

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 1: Cấu trúc chung của hệ thống anten
3
Khoá luận tốt nghiệp
Khi đó có thể bỏ qua sự chậm pha của trường ở điểm khảo sát so với nguồn,
tương tự như trường hợp trường chuẩn tĩnh.
Năng lượng của trường gần có tính dao động. Năng lượng này trong một phần tư
chu kỳ đầu thì dịch chuyển từ nguồn trường ra không gian xung quanh và trong phần
tư chu kỳ tiếp theo lại dịch chuyển ngược trở lại, giống như sự trao đổi năng lượng
trong một mạch dao động. Vì vậy trường ở khu gần còn được gọi là trường cảm ứng,
và khu gần được gọi là khu cảm ứng.
Trường xa là miền không gian bao quanh hệ thống dòng, có bán kính r khá lớn
so với bước sóng (r >> λ). Khi ấy ta không thể bỏ qua sự chậm pha của trường ở điểm

.
Trong trường hợp tổng quát, hàm phương hướng là hàm vectơ phức, bao gồm các
thành phần theo
θ
và
ϕ
:
Dương Đình Sáng Trường Đại học CôngNghệ
4
Khoá luận tốt nghiệp
ϕϕθθ
ϕθϕθϕθ
ififf ),(),(),( +=
ϕ
θ
ϕϕθθ
fi
m
fi
m
efiefi
arg
arg
+=

Biên độ của các hàm phương hướng có quan hệ với phân bố biên độ của các
thành phần trường, còn argument có quan hệ với phân bố pha của trường trên một mặt
cầu có bán kính R, tâm đặt tại gốc tọa độ.
b) Hàm phương hướng biên độ
Nếu định nghĩa hàm phương hướng biên độ là hàm số biểu thị quan hệ tương đối


Hình 2: Bản đồ hướng tính không gian trong mặt phẳng theo tọa độ
ϕθ
,
- Biểu diễn 2-D trong mặt phẳng E và H: Ngoài cách biểu diễn 3-D như trên,
giản đồ phương hướng còn được biểu diễn bởi 2 đồ thị 2-D trong mặt phẳng E và mặt
phẳng H. Giản đồ phương hướng 3-D có thể được xây dựng từ hai giản đồ 2-D này.
Để có được giản đồ bức xạ 2-D, hệ anten được đo giản đồ phương hướng trong hai
mặt phẳng E và H của anten (mặt phẳng cắt). Mặt phẳng cắt thu được bằng cách giữ
nguyên một đại lượng θ hoặc ф và thay đổi đại lượng còn lại.
- Biểu diễn dưới dạng các đường đẳng mức: Giản đồ phương hướng còn có thể
biểu diễn bởi các đường cong đẳng mức của cường độ trường. Các đường cong này là
các đường khép kín. Cực đại của giản đồ phương hướng và của các múi phụ được biểu
thị bởi các dấu chấm trên mặt cầu. Khi đem chiếu phần mặt cầu có các đường đẳng trị
nói trên lên mặt phẳng ta sẽ nhận được giản đồ phương hướng của trường bức xạ.
Tuy nhiên, khi biểu diễn giản đồ phương hướng, cần phải chọn các mặt phẳng cắt
sao cho nó phản ánh được đầy đủ nhất đặc tính phương hướng của hệ thống bức xạ:
- Khi giản đồ phương hướng có dạng tròn xoay thì có thể chọn mặt cắt là mặt
phẳng đi qua trục đối xứng của đồ thị.
- Khi giản đồ phương hướng có dạng phức tạp hơn thì mặt cắt thường được chọn
là hai mặt phẳng vuông góc với nhau và đi qua hướng cực đại của giản đồ phương
hướng. Hướng trục của hệ tọa độ có thể chọn tùy ý nhưng thường được chọn sao cho
thích hợp với dạng của giản đồ phương hướng. Nếu giản đồ phương hướng có trục đối
xứng thì tốt nhất nên chọn trục đó làm trục tọa độ, còn không thì chọn hướng cực đại
của giản đồ phương hướng.
Dương Đình Sáng Trường Đại học CôngNghệ
θ = 90
o
φ = 270
o

Dưới đây là ví dụ về giản đồ phương hướng chuẩn hoá trong hệ tọa độ cực và
hệ tọa độ vuông góc:
Hình 3: Giản đồ phương hướng chuẩn hóa trong hệ tọa độ cực
Dương Đình Sáng Trường Đại học CôngNghệ
7
Khoá luận tốt nghiệp
Hình 4: Giản đồ phương hướng chuẩn hóa trong hệ tọa vuông góc
Để so sánh giản đồ phương hướng của các anten khác nhau, ta đưa ra khái niệm
độ rộng của giản đồ phương hướng. Độ rộng của giản đồ phương hướng được định
nghĩa là góc giữa hai hướng, mà theo hai hướng đó cường độ trường hoặc công suất
bức xạ giảm đến một giá trị nhất định. Thường thì độ rộng của giản đồ phương hướng
được xác định ở hai mức:
- Độ rộng của giản đồ phương hướng theo mức không là góc giữa hai hướng mà
theo đó cường độ trường bức xạ bắt đầu giảm đến không.
- Độ rộng của giản đồ phương hướng theo mức nửa công suất (-3dB) là góc giữa
hai hướng mà theo đó công suất bức xạ giảm đi một nửa so với hướng cực đại (ứng
với cường độ trường giảm đi
2
lần).
c) Hàm phương hướng pha
Đặc tính phương hướng pha của anten biểu thị trong các hàm số
θ
farg
và
ϕ
farg
của công thức (1.3). Ở đây,
θ
farg
và

E
R
ik
+
−
=
−

Giả thiết theo một hướng nào đấy hàm số
0=
ϕ
f
, nghĩa là theo hướng đó vectơ
điện trường chỉ có thành phần duy nhất hướng theo
ϕ
i
. Ta nói, theo hướng này điện
trường phân cực thẳng. Nếu theo một hướng khác có
0=
θ
f
thì điện trường theo
hướng đó cũng phân cực thẳng nhưng vectơ điện trường hướng theo
ϕ
i
.
Nếu ở hướng nào đó mà cả hai hàm số
θ
f
và

ϕ
f
khác không, còn
θ
farg
và
ϕ
farg
có giá trị khác nhau tùy ý thì trường ở hướng ấy sẽ là trường phân cực elip.
Thực vậy, nếu gọi các vectơ thành phần trên hướng
θ
i
và
ϕ
i
là
1
E
và
2
E
, còn
hiệu argument của chúng bằng
2
π
(arg
ϕ
f
- arg
θ

ϕϕ
π
fkRwti
m
ef
R
ik
EE
+−
−
==

Kí hiệu:
mm
f
R
k
E
θ
π
4
1
=

mm
f
R
k
E
ϕ

D
ϕθ
ϕθ
=

Trong đó:
),(
11
ϕθ
S
là mật độ công suất bức xạ của anten ở hướng
),(
11
ϕθ
đã
cho tại khoảng cách R.
Dương Đình Sáng Trường Đại học CôngNghệ
10
Khoá luận tốt nghiệp
S
0
là mật độ công suất cũng tại hướng và khoảng cách như trên, với giả thiết
anten bức xạ đồng đều theo các hướng.
Như vậy, hệ số định hướng được tính bằng tỷ số vectơ Poynting ở hướng đã cho
và giá trị trung bình của vectơ Poynting trên mặt cầu bao bọc anten.
Tính toán cuối cùng cho ta:
),(FD
ddsin),(F
),(F4
D

suất đặt vào hai anten bằng nhau, còn anten chuẩn có hiệu suất bằng 1.
Hiệu suất của anten cũng là một trong các thông số quan trọng đặc trưng cho
mức độ tổn hao công suất của anten. Nó được xác định bằng tỉ số của công suất bức xạ
trên công suất đặt vào anten:
0
P
P
A
Σ
=
η

Trong đó:
Σ
P
là công suất bức xạ
P
0
là công suất đặt vào anten
Đối với anten có tổn hao thì
Σ
P
< P
0
nên
1<
A
η
. Đối với anten lý tưởng (không
tổn hao) thì

A
A
==

Dương Đình Sáng Trường Đại học CôngNghệ
11
Khoá luận tốt nghiệp
Hệ số tăng ích của anten là một thông số biểu thị đầy đủ hơn cho đặc tính bức xạ
của anten so với hệ số định hướng vì nó không chỉ biểu thị đơn thuần đặc tính định
hướng của anten mà còn biểu thị tổn hao trên anten.
1.1.4 Phối hợp trở kháng cho anten
1.1.4.1 Khái niệm chung
Trong đường truyền nói chung, tiếp điện cho anten nói riêng, việc phối hợp trở
kháng là hết sức quan trọng.
Nội dung của phối hợp trở kháng được minh hoạ ở hình 5, trong đó sử dụng một
mạch phối hợp đặt giữa tải và đường truyền dẫn sóng . Mạch phối hợp thường là một
mạch không tổn hao để tránh làm giảm công suất và được thiết kế sao cho trở kháng
vào nhìn từ đường truyền có giá trị bằng trở kháng sóng Z
o
của đường truyền. Khi ấy
sự phản xạ sóng ở phía trái của mạch phối hợp về phía đường truyền dẫn sẽ không còn
nữa, chỉ còn trong phạm vi giới hạn giữa tải và mạch phối hợp, cũng có thể là phản xạ
qua lại nhiều lần . Quá trình phối hợp cũng được coi là quá trình điều chỉnh.
Hình 5: Mạch phối hợp phối hợp trở kháng giữa trở kháng tải bất kỳ và đường
truyền sóng
1.1.4.2 Ý nghĩa của việc phối hợp trở kháng
Sự phối hợp trở kháng hay điều chỉnh là quan trọng vì những lí do sau :
- Khi thực hiện phối hợp trở kháng công suất truyền cho tải sẽ đạt được cực đại
còn tổn thất trên đường truyền là cực tiểu.
- Phối hợp trở kháng sẽ giúp cải thiện tỷ số tín hiệu /tạp nhiễu của hệ thống khác


Hình 7: Phân bố trường của đường truyền vi dải
Ưu điểm chính của mạch vi dải so với mạch dải là tất cả các thành phần tích cực
có thể được đặt ở mặt trên của bản mạch. Còn nhược điểm của nó là khi cần có độ
cách điện cao, chẳng hạn với bộ lọc hay thiết bị chuyển mạch, có thể phải xem xét đến
tấm lá chắn ngoài.
Do không dự tính trước được đáp ứng của mạch nên mạch vi dải có thể phát xạ.
Trong đường truyền vi dải, các tín hiệu có tần số khác nhau đi thẳng với tốc độ khác
nhau gây ra sự phân tán.
1.1.2.2 Các tham số cơ bản
a) Trở kháng đặc tính và hệ số điện môi hiệu ứng
Hình 8: Đường truyền vi dải đặt trong hệ toạ độ Đecac
Khi độ dày của chất dẫn t = 0, trở kháng đặc tính Z
0
và hệ số điện môi hiệu
ứng ε
e
được tính theo công thức Wheeler và Schneider:
Dương Đình Sáng Trường Đại học CôngNghệ
14
Khoá luận tốt nghiệp










444.1ln667.0393.1
120
4
8
ln
60
0
h
W
h
W
h
W
W
h
Z
e
e
ε
π
ε
1
1
≥
≤
h
W
h
W
với

)/1(041.0)/121(
)/(
Wh
hWWh
hWF
1/
1/
≥
≤
hW
hW
Sai số tương đối của
e
ε
và
0
Z
phải nhỏ hơn 1%. Trong đó W/h được tính:













e
h
W
εε
ε
π
π
61.0
39.0)1ln(
2
1
)12ln(1
2
120
2
8
2

2
2
≥
≤
h
W
h
W
với




0
2
377
=
Các biểu thức trên cho độ chính xác lớn hơn 1%.
Giá trị của trở kháng đặc tính và hệ số điện môi hiệu ứng là hàm của tỉ số W/h
được minh hoạ hình dưới đây, ở đây
e
a
ZZ
ε
/
00
=
Sự biến đổi của trở kháng đặc trưng đối với đường vi dải có chất nền không khí
(Z
a
om
với
r
ε
= 1) cũng được vẽ bởi một đường cong gạch đứt.
Dương Đình Sáng Trường Đại học CôngNghệ
15
Khoá luận tốt nghiệp
Hình 9: Trở kháng đặc tính và hệ số điện môi hiệu ứng của đường truyền vi dải
được tính theo phương pháp của Wheeler
b) Ảnh hưởng của độ dày chất dẫn
Công thức đơn giản và chính xác của trở kháng đặc tính Z
0





+++








+
=
444.1ln667.0393.1
120
4
8
ln
60
0
h
W
h
W
h
W
W
h













++






++
=
t
h
h
t
h
W
t
W
h

e
−
−
+
+
= )/(
2
1
2
1
εε
ε
hW
ht
C
r
/
/
6.4
1−
=
ε
Lưu ý rằng
0
Z
và
e
ε
không bị ảnh hưởng của độ dày chất dẫn khi tỉ số t/h nhỏ.
Tuy nhiên độ dày chất dẫn sẽ ảnh hưởng đến suy hao chất dẫn trong đường truyền vi

2
)/(1
)(
c
e
e
ff
ww
wfw
+
−
−=
Khi đó ta có trở kháng đặc tính được tính theo công thức:
)()(
120
)(
0
ffw
h
fZ
ee
ε
π
=
1.2.2 Anten mạch dải
1.2.2.1 Khái niệm
Anten mạch dải (anten mạch in) còn thường được gọi là anten mạch vi dải vì nó
có kích thước rất nhỏ, về thực chất là một kết cấu bức xạ kiểu khe.
1.2.2.2 Cấu trúc và đặc tính cơ bản
Dương Đình Sáng Trường Đại học CôngNghệ