고출력 13.56 MHz RFID Reader 설계
Design of 13.56 MHz RFID Reader with High Transmitting Power
- 주제(키워드) 13.56 MHz RFID Reader
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 윤상원
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000044896
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문에서는 유비쿼터스 인프라 구축의 핵심 기술로 주목받는 RFID(Radio Frequency Identification) Reader를 설계 및 제작하였다. 상용화 된 13.56 MHz RFID IC를 MCU(MicroController Unit)를 사용하여 제어하였으며, 점차 관련 기술의 전파 출력(전계강도)에 대한 기준이 상향 조정됨에 따라 고출력 송수신을 위한 RF부를 추가로 설계하였다. 송신 출력은 1 W(30 dBm)와 3 W(34.5 dBm)를 가지도록 하였으며, 특히 수신부를 결합기와 저잡음 증폭기의 조합으로 사용함으로써 수신 성능을 향상시켰다. 규격은 국제 표준 중 ISO 15693을 지원한다.
more초록/요약
In this paper, RFID(Radio frequency Identification) Reader which is the core technology of ubiquitous infra construction is designed and implemented. 13.56 MHz RFID IC is controlled by MCU(MicroController Unit), additional RF board for high transmitting power is also implemented as a regulation related with electric field strength at 13.56 MHz band is eased. RF parts are implemented for 1 W(30 dBm) and 3 W(34.5 dBm) transmitting power, and the performance of the receiver is enhanced by using directional coupler with LNA. The operation of RFID Reader supports the international standard ISO 15693.
more목차
I. 서론 = 1
II. RFID 이론 및 규격 = 3
1. Reader와 태그의 교신 = 3
2. 13.56 MHz RFID 규격 = 6
2.1. ISO 15693 (ISO 18000-3 Model 1) = 6
2.1.1. Reader 명령 = 8
2.1.2. 태그 응답 = 10
2.2. 13.56 MHz RFID 규격 비교 = 12
2.3. 13.56 MHz 대역 국내외 관련 기술기준 = 13
3. 송수신기 구조 = 14
3.1. 직접 변환 수신기 구조 = 14
3.2. 직접 변환 수신기의 동작 원리 = 16
3.3. 직접 변환 송신기 구조 = 19
3.4. 직접 변환 송신기의 동작 원리 = 21
4. 13.56 MHz RFID 인식거리 예측 = 27
III. 13.56 MHz RFID Reader 설계 = 32
1. 13.56 MHz RFID Reader 블록도 = 32
1.1. 13.56 MHz RFID Reader 블록도 = 32
1.2. TRH031M 내부 블록도 = 33
2. RF Budget 시뮬레이션 = 34
2.1. 송신부 시뮬레이션 = 34
2.1.1. 송신 Budget 시뮬레이션 = 34
2.1.2. 송신 DSP 시뮬레이션 = 36
2.2. 수신부 시뮬레이션 = 37
2.2.1. 수신 Budget 시뮬레이션 = 37
2.2.2. 수신 DSP 시뮬레이션 = 39
3. 13.56 MHz RFID Reader 제작 = 40
Ⅳ. 결론 = 51
참고문헌 = 52
표차례
표 1. Request flags 1~4 정의 = 8
표 2. Inventory_flag가 0일 때 Request flags 5~8 정의 = 9
표 3. Inventory_flag가 1일 때 Request flags 5~8 정의 = 9
표 4. Response flags 1~8 정의 = 10
표 5. ISO 15693 태그 상태 설명 = 11
표 6. 13.56 MHz RFID 규격 비교 = 12
표 7. 13.56 MHz 대역 국가별 관련 기술기준 = 13
표 8. DSB 변조 신호 성분 = 22
표 9. RFID reader 설계 사양 및 성능 = 50
그림차례
그림 1. RF 시스템의 송수신 방식 = 4
그림 2. RFID 송수신 신호 = 4
그림 3. 유도성 결합 = 5
그림 4. 저항성 부하 변조기를 갖는 태그의 등가회로 = 5
그림 5. ISO 15693 부반송파 스펙트럼 예 = 6
그림 6. 펄스 위치 변조 = 6
그림 7. FSK 변조 = 7
그림 8. ISO 15693 general request format 및 CRC 코드 = 8
그림 9. ISO 15693 태그의 ganaral response format = 10
그림 10. ISO 15693 태그 응답 상태도 = 11
그림 11. NFC의 동작모드 = 12
그림 12. 간단한 직접 변환 구조와 self mixing과 간섭 영향 = 14
그림 13. 짝수 차 왜곡 = 14
그림 14. 직접 변환 송신기 구조 = 19
그림 15. 직접 변환 송신기의 국부 발진 유출 = 20
그림 16. 국부 발진 유출이 송신기에 미치는 영향 = 20
그림 17. 변조기를 이용한 DSB-ASK 송신 구조 = 21
그림 18. DSB 변조 신호 성분 = 22
그림 19. DSB 고주파 변조 파형 = 23
그림 20. DSB 변조 파형과 변조 상수의 관계 = 24
그림 21. 변조기를 이용한 SSB-ASK 송신 구조 = 25
그림 22. 크기 차이와 위상 차이를 고려한 sideband의 신호 크기 차이 = 26
그림 23. Reader와 태그 안테나의 유도 결합 = 27
그림 24. Reader로부터의 거리에 따른 자계강도 = 28
그림 25. 특정 거리 x와 안테나 반경 R의 변화에 따른 자계 강도 = 29
그림 26. BER과 E_(b) / N_(0)와의 관계 = 30
그림 27. 13.56 MHz RFID Reader 블록도 = 32
그림 28. 13.56 MHz RFID Reader IC 내부 블록도 = 33
그림 29. 13.56 MHz RFID Reader IC 수신부 = 33
그림 30. 송신 linear budget 시뮬레이션 = 34
그림 31. 송신 linear budget 시뮬레이션 결과 = 35
그림 32. 송신 DSP 시뮬레이션 = 36
그림 33. 송신 DSP 시뮬레이션 결과 = 36
그림 34. 수신 linear budget 시뮬레이션 = 37
그림 35. 수신 linear budget 시뮬레이션 결과 = 38
그림 36. 수신 DSP 시뮬레이션 = 39
그림 37. 수신 DSP 시뮬레이션 결과 = 39
그림 38. 제작된 13.56 MHz RFID Reader = 40
그림 39. TRH031M 출력 신호 = 41
그림 40. TRH031M 출력 스펙트럼 = 41
그림 41. 전력 증폭기 고조파, P1dB 시뮬레이션 = 42
그림 42. 제작한 1 W 전력증폭기의 S 파라미터 특성 = 42
그림 43. 제작한 저역 통과 여파기 S 파라미터 특성 = 43
그림 44. 6 dB 방향성 결합기 S 파라미터 특성 = 43
그림 45. 제작한 1 W 송신단 출력 신호 = 44
그림 46. 송신단 1 W 출력 스펙트럼 = 44
그림 47. 저잡음 증폭기 S 파라미터 특성 = 45
그림 48. 제작한 1 W 수신단 S 파라미터 특성 = 45
그림 49. 제작한 3 W 전력 증폭기의 S 파라미터 특성 = 46
그림 50. 11 dB 방향성 결합기 S 파라미터 특성 = 46
그림 51. 제작한 3 W 송신단 S 파라미터 특성 = 47
그림 52. 제작한 3 W 수신단 S 파라미터 특성 = 47
그림 53. 송신단 3 W 출력 스펙트럼 = 47
그림 54. 태그 인식에 따른 수신 신호 변화 = 48
그림 55. PC로 확인한 인식 결과 = 48
그림 56. 수신 신호에 따른 인식거리 변화 = 49
