T: Intrimning RFID-antenner

Ekedorff
Inlägg: 3
Blev medlem: 3 juni 2013, 12:15:47
Ort: Göteborg

T: Intrimning RFID-antenner

Inlägg av Ekedorff »

Hej!

Jag håller på med ett sidoprojekt som jag tyvärr saknar både tid och kompetens att komma vidare i.
Det gäller en prototyp i form av ett eget-designat PCB som består av 1 Arduino Nano, 1 RFID-läsarkrets (13,56Mhz) + 4 olika RFID-antenner som kan växlas mellan (endast 1 antenn är aktiv åt gången). Detta finns färdigbyggt och med fungerande grundfunktionalitet.
Jag söker någon med erfarenhet av radio/RFID och kompetens & mätutrustning att kunna trimma in matchningskretsarna för de olika antennerna. Målet är att få alla 4 antenner att fungera för att läsa en viss typ av taggar jag har prover på.
Förhoppningsvis är det bara kondingarna i matchningskretsarna som behöver trimmas upp/ner, genom beräkning och/eller trial-and-error.
Budgeten är dock begränsad till ca 3K, är det någon som är intresserad av detta?

Mer info skickas via PM.
Användarvisningsbild
Lasp
Inlägg: 10987
Blev medlem: 1 juli 2011, 19:09:09
Ort: Helsingborg

Re: T: Intrimning RFID-antenner

Inlägg av Lasp »

Välkommen till forumet. Hyfsat bra beskrivning av projektet, hoppas att du finner ett bra bollplank. Är inte säker på att det är så många härinne som har RFID erfarenhet, det är ju lite tricky ibland. En viss tid tar det ju för att aktivera via antennen och få fram ett taggId.
Förstår om du inte vill släppa mer info, men sätt gärna geolocation i din profil.
E Kafeman
Inlägg: 2606
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: T: Intrimning RFID-antenner

Inlägg av E Kafeman »

Hur svår intrimningen är relativt. För RFID 13MHz är det betydligt lättare eftersom det är så låg frekvens. Det behövs ingen VNA även om det underlättar, ett hyggligt oscilloskop och kanske en signalgenerator räcker långt och eftersom det är så låg frekvens, vill man använda VNA så duger billiga sådana typ Nano-VNA för 500 kr och det är ett bra nybörjar och lära-projekt då man inte har så stora problem med strö-förluster och kalibreringsproblem.
Om RFID är baserat på någon mer välkänd krets typ från TI så finns goda instruktioner och applikations-exempel på deras hemsida.
Har man följt riktigt slaviskt PCB-layout för radio och antenn så för att alls få funktion kan man använda defaulta värden.
Att antennerna är switchbara ger mej dock lite varningsflaggor, om det är mindre lyckat utfört ur RF-synpunkt. Mekaniskt, cmos eller dioder erbjuder alla sina speciella krav.
Läs på och prova att matcha själv? Köp en NanoVNA på AliX eller ännu hellre låna en lite mer proffsig VNA. Det finns säkert de som kan undvara en sådan lite nu under semester-tider.
Ekedorff
Inlägg: 3
Blev medlem: 3 juni 2013, 12:15:47
Ort: Göteborg

Re: T: Intrimning RFID-antenner

Inlägg av Ekedorff »

@Lasp: Tackar så mycket! Jag har lagt till Ort på min profil nu, jag hittade inget annat sätt att tagga min location på.

@E Kafeman: Ja, du har ju helt rätt i att man borde sätta ner näsan i böckerna och lära sig detta själv, men det finns tyvärr inte tid för det i mitt liv just nu :cry: Jag vet, det är en dålig ursäkt, men jag skyller främst på bebis.
Just switchningen är sannolikt det som adderar mest komplexitet, jag har lånat lösningen från sida 7 i följande dokument: https://images10.newegg.com/UploadFiles ... 024777.pdf

Med 1 eller 2 av antennerna anslutna (men fortfarande bara 1 aktiv i taget) fungerar det redan idag att läsa typ passerkort med kopparspole, men räckvidden är <1 cm. Tunnare etsade aluminiumtaggar (för inlaminering) berörs den inte av alls.

Skall jag vara ärlig så har jag redan kommit längre än vad jag anser att jag själv borde varit kapabel till, så det kan finnas flera nybörjarmissar i designen som bidrar till icke-funktionalitet. Detta är också det första PCB:t jag designat själv.
Jag bifogar lite bilder för den nyfikne, det finns sannolikt flera saker att anmärka på. Märk väl att det är en prototyp.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
E Kafeman
Inlägg: 2606
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: T: Intrimning RFID-antenner

Inlägg av E Kafeman »

Jo skicka bilder och någon har säkert något att anmärka på det. :D
Det är svårt att uttolka dessa bilder korrekt så det blir mest gissning för min del.

De bägge gula kablarna ser ut att bilda en del i en rejäl loop antenn som sedan hamnar i serie med övriga antenner.
Det är svårt att se på PCB men får intrycket att matningen till antennerna går via en ledare på var sida utmed PCB långsida utan transmissionsledar-funktion, varför dessa ledare också blir en stor del av totala antennen.
Det är inte stora längder relativt våglängden men det är stora längder vad gäller var egentliga antennen är och vad som är antennens Q-värde.

Om det är så är min definitiva rekommendation att skrota detta PCB och göra om. Det kommer inte att gå att tuna detta till något dugligt och det går inte skapa antenner med korrekta Q-värden.
Det blir dålig räckvidd/funktion även om man tunar så gott det går.

Dessa antenner är loop-antenner och antennernas funktion är starkt relaterat till loop-arean, den mellan ledarna inneslutna arean. För att få tydligt definierade och tuningsbara antenner får inte antennens bakomvarande matning vara en stor del av antennen.
Jämför att mata en ljudförstärkare med mikrofon där mikrofonkabelns bägge ledare till förstärkaren är skilda åt med 10 mm. Kablarna kommer då utgöra en del i en loop-antenn som plockar upp allsköns störningar men nätbrum brukar dominera och arean på denna antennen är 10 mm gånger kabellängden.
För att minska störningar kan man tvinna kablarna vilket dels minskar loop-arean och dels kommer varje halv-varv av tvinningen plocka upp störningarna i motfas till föregående halvvarv. En ytterligare förbättring är att skärma kablarna. En variant är att låta den ena kabeln skärma den andra, sk koaxialkabel. Man kan göra liknande på kretskort när man överför RF-signal utan allt för stora förluster.
På kretskort kan man inte tvinna ledare utan designar ofta transmissionsledare för en viss karaktäristisk impedans, ofta 50 Ohm, genom att lägga ledarna mittemot varandra, den ena på undersidan av kretskortet och den andra omedelbart ovanpå och transmissions-impedansen bestämmer man genom att välja lämpliga ledarbredder. Det är inget svårt och det finns färdiga hjälp-kalkylatorer för att få lämplig impedans. Man kan alternativt designa transmissionsledarna ovan gemensamt jordplan om ledarna är balanserade.

Dokumentet du hänvisar till är en balanserad design relativt jord. Jag ser bara de två gula sladdar som agerar antenn i din design som förbindelse mellan de bägge kretskorten och ser inte riktigt hur du överför RF-mässigt jordplan upp till RFID-chippet?
Chippet som sitter på kortet är NXP MFR522 och dess enda obalanserade Rx-ingång tar emot signaler relativt jord. Utan RF-mässig koppling mellan kretskorten så blir Rx-signalen lite odefinierad. där kanske en allmän signaljordskabel får agera som en del av Rx-antennen med överlagrade digitala datasignaler som kan ger övertoner långt över 13 MHz.

Bristerna, som jag uppfattar det från bilderna, går rätta till rätt enkelt, som jag skrev tidigare, den låga frekvensen förlåter mycket, men det är meningslöst att tuna en prototyp som har lösa sladdar och matarledningar som också är del i antennen.
Den impedans som man kan se från antennerna mot RFID-chippet ändrar sej beroende på hur kablarna placeras och kommer vara olika från varje antenn. Det blir reducerad prestanda och det kommer krävas andra komponentvärden för tuningen när antennerna och dess matningsvägar blir mer väldefinierade.

Detta är vad jag kommer fram till efter att ha sett på bilderna men jag kanske inte ser allt. En del kan vara förklaringar och anslutningar som inte syns men det kan också vara så att med andra bilder hade det funnits annat att ha tveksamheter kring.
Enklast låt någon lokalt RF- kunnig granska för att undanröja risk för missade saker som skulle behöva åtgärdas.

Är det prototyp som aldrig kommer att bli annat och inte kommer att få mer uppdaterade PCB borde det gå att patcha kretskortet med två tvinnade lackisolerade koppartrådar och samma vidare upp till kretskortet med RFID-chippet samt en bra RF-jord mellan kretskorten. Jag använder gärna avlödningsfläter för jord-förbindelse mellan kretskorten. Håll sådana förbindelser så korta som möjligt och försök undvika att digitala signaljordströmmar överlagras.

En möjligt alternativ väg att undvika möjliga problemen utan att ens behöva tänkas på antenn-design eller antenn-tuning:
Den färdig RFID-lösningen, kretskortet komplett med antenn. RFID-bricka och testkort kostar inte så mycket. 10 st för $14 med frakt på AliX: https://www.aliexpress.com/item/33055773929.html
Sätt fyra stycken PCB på lagom avstånd från varandra och låt Arduinon lyssna på samtliga fyra serie-data samtidigt så riskerar man aldrig att missa något genom att inte ha rätt antenn avlyssnad vid rätt tillfälle och du slipper ifrån akuta tuningsproblemet.
Dessa kina-kretskort brukar inte vara överdrivet välgjorda eller optimalt tunade men om det vill sej väl kan man nå uppåt 10 cm för det vita RFID-kortet och även om man omtunar är det svårt att nå så mycket längre, utan det är mer att man t.ex. klarar snedare vinklar.

Räckvidden är beroende av spolarnas diameter och en räckvidds på mer än 3x minsta spolens diameter är svårt att nå om man ska hålla sej till standardiserade uteffekter ock enkla loop-antenner vid närfältskoppling. Går man upp i frekvens kan räckvidden ökas något då det blir enklare få rum med antenner med riktverkan i den aktiva delen och man har protokoll som medger högre SNR och antennens fysiska storlek blir någorlunda bättre i proportion till våglängden vilket ger möjlighet till ökad antenn-effektivitet istället för att förlita sej på ren närfälts-koppling.
Ekedorff
Inlägg: 3
Blev medlem: 3 juni 2013, 12:15:47
Ort: Göteborg

Re: T: Intrimning RFID-antenner

Inlägg av Ekedorff »

Alltså, wow! Jag är otroligt glad och tacksam för ett mycket givande svar. Hatten av! :bravo:
Jag fyller på med svar/kommentarer, jag förstår om du inte orkar lösa alla mina problem men är jättetacksam för minsta input.
Dokumentet du hänvisar till är en balanserad design relativt jord. Jag ser bara de två gula sladdar som agerar antenn i din design som förbindelse mellan de bägge kretskorten och ser inte riktigt hur du överför RF-mässigt jordplan upp till RFID-chippet?
Chippet som sitter på kortet är NXP MFR522 och dess enda obalanserade Rx-ingång tar emot signaler relativt jord. Utan RF-mässig koppling mellan kretskorten så blir Rx-signalen lite odefinierad. där kanske en allmän signaljordskabel får agera som en del av Rx-antennen med överlagrade digitala datasignaler som kan ger övertoner långt över 13 MHz.
Just jord i antennkretsarna har förbryllat mig en del... Men enlig NXPs dokumentation så är antennkretsens jord TVSS sammankopplad med matningsjord PVSS, så jag gjorde samma sak på mitt baskort. Dvs. antennkretsens jord är samma som hela kortets GND, inkl. RFID-kort pin 6.
Finns det något bra tips på hur jag bättre överför jord mellan antennkretsar och RFID-kortet?
Är det prototyp som aldrig kommer att bli annat och inte kommer att få mer uppdaterade PCB borde det gå att patcha kretskortet med två tvinnade lackisolerade koppartrådar och samma vidare upp till kretskortet med RFID-chippet samt en bra RF-jord mellan kretskorten. Jag använder gärna avlödningsfläter för jord-förbindelse mellan kretskorten. Håll sådana förbindelser så korta som möjligt och försök undvika att digitala signaljordströmmar överlagras.
Låter absolut värt ett försök. Det blir att hetta upp lödkolven i helgen!
En möjligt alternativ väg att undvika möjliga problemen utan att ens behöva tänkas på antenn-design eller antenn-tuning:....
Instämmer, detta vore den snabbaste vägen framåt. Men slutmålet i projektet är en prispressad konsumentprodukt, så det känns viktigt att redan nu säkra att framförallt lösningen med antenn-switchningen fungerar för ändamålet.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Skriv svar