ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Đinh Xuân Phi

NGHIÊN CỨU VỀ CÁC DẢI TẦN SỐ ỨNG DỤNG
TRONG KỸ THUẬT RFID

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Mã số: 2.07.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. TRẦN MINH

Hà Nội - ...


- ii -

MỤC LỤC
Lời cam đoan ……………………………………………………………………i
Mục lục …………………………………………………………………………ii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ………………………………………...iv
Danh mục các biểu bảng ………………………………………………………..v
Danh mục các hình vẽ ………………………………………………………… vi
MỞ ĐẦU ……………………………………………………...…………… viii

CHƢƠNG 1 ............................................................................................................
HỆ THỐNG RFID VÀ CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN ............................................

- iii -

2.1.1Dải tần số thấp(LF). .
2.1.2Dải tần số cao(HF). ..
2.1.3Dải tần số siêu cao tần
2.1.4Dải tần viba( Microw
2.2Thực trạng sử dụng tần số trong RFID. ....................
2.3Các điều lệ và tiêu chuẩn ..........................................
2.3.1Các điều lệ ................
2.3.2Các tiêu chuẩn ..........
2.3.3Các pháp chế cho RF
2.4Quy định về việc sử dụng dải tần đối với hệ thống R
2.4.1Điều kiện về tần số. ..
2.4.2Điều kiện về phát xạ .

2.4.3Một số nhận xét đánh
CHƢƠNG 3 ..........................................................................................................
NGHIÊN CỨU VỀ CÁC KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC DẢI TẦN CHO HỆ
THỐNG RFID.......................................................................................................
3.1 Tag trƣờng-gần ............................................................................................
3.1.1Tác động của chất liệ
3.1.2Tác động của nƣớc lê
3.2Tag trƣờng-xa ...........................................................
3.2.1Tác động của chất liệ
3.2.2Tác động của nƣớc lê
3.3Ví dụ thiết kế ............................................................
3.4Đo đạc thực nghiệm. ................................................
KẾT LUẬN...........................................................................................................
Kết luận. ............................................................................................................
Hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai .....................................................................

Hình 1.5: Mô hình hệ thống RFID thụ động.............................................................................. 8
Hình 1.6: Các phương pháp xử lý dữ liệu................................................................................... 9
Hình 1.7: Mô hình cơ bản của anten........................................................................................... 14
Hình 1.8: Đồ thị từ trường của anten.......................................................................................... 14
Hình 1.9: Ảnh hưởng của góc hoạt dộng đối với điện áp cảm ứng trên anten............17
Hình 1.10: Các loại anten dùng trong hệ thống RFID.......................................................... 19
Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của anten thụ động................................................ 20
Hình 1.12: Mạch tương đương của anten trên thẻ thụ động.............................................. 20
Hình 1.13: Mô hình năng lượng của anten............................................................................... 22
Hình 1.14: Cấu trúc và mạch tương đương của điốt Schottky.......................................... 22
Hình 1.15: Sự phụ thuộc của năng lượng vào và điện áp ra trên anten......................... 23
Hình 1.16: Nguyên lý điều chế σ................................................................................................. 25
Hình 2.1: Dải tần chính dành cho ứng dụng RFID................................................................ 26
Hình 2.2: Dải tần cho RFID hoạt động tại dải UHF trên thế giới.................................... 29
Hình 2.3: Sự phân bố ước tính của thị trường toàn cầu về các bộ phát đáp ở những
dải tần số khác nhau (đơn vị: triệu cái)...................................................................................... 44
Hình 3.1: Anten cuộn gần với bề mặt kim loại: (a) phân bố từ trường của anten cuộn
với một bề mặt kim loại; (b) Sử dụng hộp ferit để làm giảm tác động của kim loại.
46
Hình 3.2: Sự thay đổi về độ tự cảm theo kim loại, được tính toán bằng phần mềm
IE3D; kích thước của kim loại là 200mm x 200mm............................................................. 48


- vii -

Hình 3.3: Cho thấy độ tự cảm của anten cuộn dưới ảnh hưởng của tấm kim loại với
sự có mặt của chất liệu ferit giữa chúng. Độ tự cảm của anten cuộn là 2,7µH tại tần
số 13,56MHz khi sử dụng một miếng ferit dày 1mm........................................................... 48
Hình 3.4: Độ tự cảm của anten cuộn với sự tác động của nước....................................... 49
Hình 3.5: Tăng ích của anten là một hàm của khoảng cách so với tấm kim loại (tính


CPU

Ce

DOC

De

EM

El

EPC

El

ERP

Ef

FCC

Fe

HF

Hi

ISM

RFID

Ra

ROM

Re

RST

Re

SAC

St

Ch
SHF

Su

UHF

Ul


- viii -

MỞ ĐẦU
Trong nhiều thập niên gần đây (1950- 2007), nhờ có sự phát triển của công


Nội dung của đề tài được chia làm 3 chương như sau:
Chương 1: Hệ thống RFID và các nguyên lý cơ bản. Mở đầu bằng cách trình
bày về hệ thống RFID (Cấu tạo, hoạt động, phân loại, hệ thống RFID thụ động,…).
Phần tiếp theo nêu nội dung về cách xây dựng anten trong hệ thống RFID. Sau cùng
là phần trình bày về nguyên lý của hệ thống RFID thụ động.
Chương 2: Các dải tần đang sử dụng trong hệ thống RFID. Chương này
trình bày chi tiết đặc điểm của từng loại dải tần đang được sử dụng cho RFID trên
Thế Giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng
Chương 3: Nghiên cứu về các khả năng ứng dụng các dải tần cho hệ thống
RFID. Đây được coi là chương quan trọng và có ý nghĩa nhất của luận văn. Trong
chương này trình bày ảnh hưởng của môi trường mà thực chất là hai yếu tố quan
trọng (nước và kim loại) lên hoạt động của Tag trường gần và Tag trường xa.
Tóm lại, đề tài nghiên cứu về các dải tần số ứng dụng trong kỹ thuật RFID là
một đề tài mới. Tuy nhiên do sự áp dụng của hệ thống RFID còn hạn chế ở nước ta
nên nội dung của đề tài chưa thực sự sâu rộng. Trong nội dung của luận văn chắc sẽ
không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong quý thầy cô và các bạn đọc quan
tâm đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn.


-1-

CHƢƠNG 1
HỆ THỐNG RFID VÀ CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN
1.1 Hệ thống RFID.
1.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID).
Trong những 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

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.
Hướng quét
Mã vạch

Chùm sáng
Mã vạch được quét bởi máy quét

Tín hiệu tương tự đã được mã hoá

Tín hiệu số đã được mã hoá để tạo ra
dữ liệu mã vạch
Hình 1.2: Các bước đọc mã vạch.
Bộ đọc mã vạch hay còn được gọi là máy quét sẽ đọc các mã vạch. Bộ quét
mã vạch thường sử dụng chùm sáng để quét ngang qua mã vạch. Thông thường việc
quét trực tiếp là không thích hợp. Tuy nhiên, trong suốt quá trình quét chùm ánh
sáng không được dịch chuyển khỏi vùng có mã vạch. Vì thế nếu muốn tăng độ dài
mã vạch thì phải tăng độ rộng của chùm sáng để vùng mã vạch không nằm ngoài


-3-

chùm sáng trong quá trình quét. Trong suốt quá trình xử lý quét, bộ đọc sẽ đọc độ
lớn mật độ phản xạ ánh sáng bởi các vùn đen trắng của mã vạch. Vạch đen hấp thụ
ánh sáng, vùng trắng phản xạ ánh sáng. Một linh kiện điện tử được gọi là
photodiode hoặc photocell sẽ chuyển đổi giá trị chùm sáng này thành dòng điện
(còn được gọi là tín hiệu tương tự). Sau đó mạch điện tử sẽ giải mã dòng điện này ra
dữ liệu số. Dữ liệu này được biểu diễn dưới dạng mã ASCII. Một bộ đọc mã vạch
đơn có thể đọc được vài ký hiệu. Hình 1.2 chỉ ra quá trình mô tả ở trên. [5]
1.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học:

không dây để truyền đạt năng lượng và dữ liệu được gọi là hệ thống RFID (Radio
frequency identification - hệ thống nhận dạng dùng sóng radio).
1.1.2 Khái niệm về hệ thống RFID.
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


-5-

thống RFID ngày nay được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực và ngày càng
phát triển.
1.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống RFID.
Một hệ thống RFID bao giờ cũng gồm có hai thành phần chính đó là: Bộ đọc
và bộ thu phát tự động (Hình 1.4).
 Bộ thu phát tự động (còn gọi là thiết bị nhận và phát lại sóng_

Transponder-tag): thường gọi là thẻ được gắn trên đối tượng cần nhận dạng.
Thẻ cấu tạo bởi một anten và một chip có cấu trúc bao gồm các mạch điều
chế cơ bản và một bộ nhớ.

Bộ thu phát
tự động


Thẻ thụ động là thẻ mà cấu tạo của nó không có nguồn năng lượng đi kèm.
Thẻ thụ động hoạt động dựa vào nguồn năng lượng từ năng lượng cảm ứng thông
qua sóng mang do đầu đọc phát ra.
Thông tin lưu trữ trên thẻ có thể chỉ được đọc hoặc vừa đọc vừa ghi lại tuỳ
thuộc vào thiết kế của thẻ.
 Bộ đọc (Reader): Các đầu đọc RFID dùng để kích hoạt các thẻ thụ động

với năng lượng từ sóng radio và lấy thông tin từ thẻ đó.
Để thực hiện chức năng này, đầu đọc bao gồm các khối cơ bản như bộ phận
phát và thu sóng radio và bộ phận mã hoá/giải mã tín hiệu dữ liệu. Ngoài ra, đầu
đọc còn phải có cả bộ phận giao tiếp với máy tính (COM hoặc USB). Dựa vào độ
phức tạp và mục đích ứng dụng, đầu đọc có thể có thêm nhiều các bộ phận khác.
Bộ phận truyền dẫn sóng bao gồm một bộ tạo sóng mang, anten và một mạch
điều chỉnh. Anten và mạch điều chỉnh phải được thiết kế và điều chỉnh sao cho hoạt
động tốt nhất.
Tín hiệu sau khi nhận sẽ được giải mã và hoàn thiện bởi bộ vi xử lý. Bằng
thuật toán mã hoá, bộ vi xử lý sẽ xử lý và giải mã tín hiệu, sau đó dữ liệu có thể
được truyền tới máy tính.
1.1.4 Phân loại hệ thống RFID.
Hệ thống RFID có thể được phân loại theo hai cách sau:
 Theo chức năng đọc, ghi của thẻ:

Theo chức năng trên, hệ thống RFID được chia làm hai loại đó là: Hệ thống
RFID chỉ có thể đọc nội dung trên thẻ và hệ thống RFID có khả năng vừa đọc vừa
ghi nội dung trên thẻ.
 Theo nguồn năng lượng cung cấp cho thẻ:


-7-



-8-

thiết kế như tần số, mức năng lượng, khả năng cảm nhận của đầu đọc, kích thước
của anten, tỷ số truyền dữ liệu, giao thức truyền, dòng tiêu thụ của chip, v.v…
Trong vài năm gần đây, các ứng dụng sử dụng tần số cao (4-20Mhz) và sóng
viba (2.45GHz) đã bắt đầu phát triển bởi sự tiến bộ của công nghệ chế tạo chip. Đối
với mỗi giải tần số đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Nhưng dải tần số cao (420Mhz) có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với dải tần số thấp và sóng vi ba. Do đó, dải
tần này ngày nay được sử dụng nhiều trong các ứng dung của hệ thống RFID.
Một ví dụ cơ bản về hệ thống RFID thụ động:
Máy tính

Kích hoạt và
đáp ứng
Anten thẻ
Vi chíp
Bộ đọc
Error!
Hình 1.5: Mô hình hệ thống RFID thụ động.
1.1.6 Ƣu điểm, nhƣợc điểm và ứng dụng của hệ thống RFID.
1.1.6.1 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.


-9-




-10-

 Ứng dụng trong hệ thống bảo vệ, cảnh báo.

- Ô tô, xe máy.
 Ứng dụng trong giao thông
- Xác định vị trí của tàu
- Xác định lưu lượng xe
 Ứng dụng trong thể thao.
- Điền kinh
- Bóng đá

1.2 Anten trong hệ thống RFID.
1.2.1 Lý thuyết anten trong hệ thống RFID. [9]
Hầu hết các hệ thống RFID hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng lai ghép.
Do đó, để hiểu được cách năng lượng và dữ liệu truyền như thế nào chúng ta cần
phải hiểu rõ về các nguyên lý vật lý của hiện tượng từ trường. Phần này sẽ trình bày
về các nguyên lý của trường điện từ theo quan điểm của RFID.
1.2.1.1 Độ lớn của từ trường:
Mọi điện tích chuyển động hay dòng điện chạy trong vật dẫn đều kèm theo
nó một điện trường xung quanh nó. Cường độ của từ trường có thể được chứng
minh bằng thực nghiệm bởi lực tác động lên một cái kim từ hay dòng điện thứ hai.
Cường độ của từ trường được xác định bởi độ lớn H của từ trường không phụ thuộc
vào tính chất của môi trường xung quanh.



I = ∫H ⋅ ds (1.45)

R là bán kính của cuộn.
x là khoảng cách tính từ tâm theo trục x.
Điều kiện giới hạn của phương trình là: d
2

=00

Phương trình trên có thể viết lại là:


-14-

Hình 1.7: Mô hình cơ bản của anten.
Từ trường tạo bởi một anten vòng:

Βz =
2

2

với r >> a

I: dòng điện; a: bán kính của vòng anten; r: khoảng cách từ vòng trung tâm

μ0 : hệ số từ thẩm của môi trường ( μ0 = 4π ×10

−7

(H/m) )

Phương trình trên cho ta thấy, cường độ từ trường giảm dần với tỷ lệ 1 r 3 .

Hình 1.8: Đồ thị từ trường của anten.


Việc trình bày góc trong giữa 2 vector trên chỉ ra rằng tổng từ trường xuyên
qua mặt phẳng của anten ảnh hưởng trực tiếp tới lõi của anten. Cos của góc trong
đấy đạt giá trị nhỏ nhất khi góc đấy bằng 90 0 và đạt giá trị lớn nhất khi góc đấy
bằng 00.