RFID system design

Abstract

RFID systems have become very popular in recent years due to their wide area of usage. RFID systems are used in supply chain, security related areas, logistics, and so on. By using RFID system, human based errors can be eliminated so the costs can be reduced. The RFID systems are composed of four main components; namely the reader, the antenna, the tag and the computer. In this master thesis, a linear polarized UHF RFID antenna and a multiplexer are designed and fabricated to reduce RFID equipment costs. Wide reading range can be achieved using a multiplexer instead of multiple RFID reader. The designed antenna is cheaper than the antennas in the industry while presenting similar operational parameters. The designed UHF RFID antenna is simulated from 850 MHz to 880 MHz. Return loss of the antenna is lower than -10dB in the range of 855 MHz to 875 MHz. The fabricated antenna has an input impedance of 54.2 j18.3 , a return loss of -18.57 dB, a relatively high gain of 5.4 dBi and a read range of 8 meters at 2 Watt reader power. The fabrication cost of a single antenna is around 15 $ which is fairly cheap. The operation parameters are similar to the antennas in the industry, since conventional materials and components are used. Cost reduction can be achieved by using the presented antenna. A multiplexer is designed and fabricated to multiplex the RFID reader port to two ports and extend the read range of the RFID reader. The main contribution in this design is the usage of pin diodes which are very cheap and easy to find. This in return reduces the fabrication costs. The designed circuit has only a few components, thus a relatively low complexity. It is easy to replace any component in case of a failure. The multiplexer is controlled by a PIC which allows the user to determine the read times of each RFID reader antenna. This innovative design allows a cheap solution to wide area applications of RFID where multiple antenna usage is necessary to read every tag in the reading zone.

RFID sistemler geniş kullanım alanları sayesinde son yıllarda tedarik zincirinde, güvenliğin gerektiği alanlarda, lojistikte ve daha bir çok alanda yaygın olarak kullanılmaya başlandı. RFID sistemler ile insana bağlı hatalar azaltılıp maliyetler düşürülürken, etkin stok kontrolü ile müşteri memnuniyeti arttırılabilir. RFID sistemler 4 ana bileşenden oluşur. Bunlar; okuyucu, anten, etiket ve server yada bilgisayardır. Bu yüksek lisans projesinde, lineer polarize UHF RFID anten ve çoğullayıcı tasarlanıp, ürettirilmiştir. Daha geniş bir okuma alanına RFID okuyucu sayısını arttırmak yerine, maliyeti daha az olan çoğullayıcı kullanılması önerilmiştir. Tasarlanıp ve ürettirilen anten piyasaki antenler ile benzer özellilker göstermesine rağmen çok daha ucuzdur. Dizayn edilen RFID anten 850 MHz – 870 MHz aralığında simule edilmiş ve 855 MHz – 865 MHz aralığında -10 dB’den daha az geri dönüş kaybına sahip olduğu görülmüştür. Üretilen anten 54.2 j18.3 giriş empedansına, -18.57dB geri dönüş kaybına, piyasada bulunan antenlere göre nispeten yüksek kazanca, 5.4 dBi, ve 2 W okuyucu gücü ile 8 metre okuma mesafesine sahiptir. Tek bir antenin üretim maliyeti yaklaşık 15$ civarındadır, oldukça ucuzdur. Piyasadaki antenlere benzer özelliklere sahip bu anten kullanılarak, maliyetler azaltılabilir. RFID okuyucu portlarını çoğullamak ve RFID okuyucunun okuma mesafesini arttırmak amacı ile 1 portu 2 porta çoğullayan bir çoğullayıcı dizayn edilmiş ve ürettirilmiştir. Piyasada bulunması kolay ve ucuz pin diyotlar kullanılması ve dizayn edilen devrenin az devre elemanına sahip olması, karmaşıklığı azaltmış, maliyetleri düşürmüştür. Çoğullayıcı PsC ile kontrol edilerek RFID antenlerin okuma süreleri kullanıcının kontrolüne bırakılmıştır. Bu yaratıcı dizayn, özellikle geniş okuma alanının gerekli olduğu RFID uygulamaları için ucuz ve kolay bir çözüm sunmuştur.