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Energie- und Nachrichtentechnische Analyse der Funkübertragungsstrecke eines SHF-RFID-Systems

Kuhn, Peter

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung der Übertragungsstrecke eines SHF-RFID-Systems. Im Vordergrund steht die Steigerung der Energieübertragung durch optimierte Trägersignale sowie die Untersuchung neuer Lesegerät-Architekturansätze für den Einsatz dieser Signale. Leistungsoptimierte Trägersignale ermöglichen im Transponder die Effizienzsteigerung des Gleichrichters. Die optimierten Trägersignale unterscheiden sich von einem standardmäßig genutzten kontinuierlichen Trägersignal, mit der gleichen mittleren abgestrahlten Leistung, durch die größere genutzte Bandbreite. Durch die Effizienzsteigerung ist entweder eine größere Lesedistanz erzielbar oder es steht zusätzliche Leistung für weitere Verbraucher zur Verfügung, wie zum Beispiel Sensoren. Untersuchungen mit modulierten Trägersignalen zeigen deutliche Effizienzsteigerungen, womit der Abstand im Betrieb zwischen Lesegerät und Transponder mehr als verdoppelt werden kann. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Analyse neuer Front-End-Architekturen für RFID-Lesegeräte. Es wurde eine neuartige Hochfrequenzkomponente erfunden, die im Weiteren als Zwei-Frequenz-Zirkulator (engl. Dual Frequency Circulator - DFC) bezeichnet wird. Diese ermöglicht zum einen die Effizienzsteigerung der Energieübertragung durch das Aussenden von zwei Trägersignalen und zum anderen die Reduzierung des Übersprechens der starken Trägersignale vom Sender in den Empfänger. Verglichen mit dem reduzierten Übersprechen eines Zirkulators, nach Stand der Technik von ca. 17 dB, erreichte der DFC für zwei unabhängige Frequenzen eine Reduzierung von jeweils min. 60 dB. Zur Verifikation des DFC in einem RFID-System wurde die Kommunikation vom Transponder zum Lesegerät untersucht und mit einem realisierten RFID-Lesegerät als Referenz verglichen. Unterschiedliche Konfigurationen, ermöglicht durch die zwei Trägersignale und den DFC, zeigen eine verbesserte Kommunikation gegenüber dem RFID-Vergleichssystem.

The present work deals with the optimization of the transmission link of a SHF RFID system. It focuses on the increase in energy transfer through optimized carrier signals and the investigation of new reader architecture approaches for the use of these signals. Power-optimized carrier signals offer the transponder to increase the Efficiency of the rectifier. The optimized carrier signals differ from a standard continuous carrier signal, with the same average radiated power, by the larger bandwidth used. Thus either a greater reading distance can be achieved or additional power is available for further consumers, such as sensors. Investigations with modulated carrier signals show significant increases in efficiency, which more than doubles the distance between reader and transponder during operation. Another focus of the work is the analysis of new front-end architectures for RFID readers. A novel high frequency component has been invented, hereafter referred to as the Dual Frequency Circulator (DFC). On the one hand, this makes it possible to increase the efficiency of energy transmission by transmitting two carrier signals and, on the other hand, to reduce the crosstalk of the strong carrier signals from the transmitter into the receiver. Compared with the crosstalk reduction of a circulator, according to the state of the art of about 17 dB, the DFC reaches at least 60 dB for each of two independent frequencies. To verify the DFC in an RFID system, the communication from the Transponder to the reader was examined and compared with a realized RFID reader as a reference. Different configurations, made possible by the two carrier signals and the DFC, show improved communication over the RFID comparison system.

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Kuhn, Peter: Energie- und Nachrichtentechnische Analyse der Funkübertragungsstrecke eines SHF-RFID-Systems. 2018.

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