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Progettazione di antenne in polarizzazione circolare per lettori portatili RFID in banda UHF
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2.5
Confronti prestazionali
In questa sezione vengono confrontate le prestazioni delle tre antenne analizzate nei paragrafi precedenti.
Per quanto riguarda le versioni per la banda RFID europea (865 MHz – 868 MHz) si può affermare che, essendo essa molto stretta (0.4 % BW), si riesce a coprirla con ogni configurazione, vedi Figura 2.72, Figura 2.73 e Figura 2.74. Come già descritto precedentemente, l’antenna ad anello, per valori del piano di massa minori di 80 mm, presenta un guadagno che non soddisfa le specifiche richieste in Tabella 2.1, ma è possibile agire sulle dimensioni del piano di massa per ottenere valori di guadagno confrontabili con le altre configurazioni.
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Figura 2.73 Rapporto assiale simulato per la versione europea delle tre configurazioni proposte
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Per quanto riguarda invece le versioni per la banda RFID americana (902 MHz – 928 MHz), essendo essa più larga (2.8 % BW), è più complesso coprirla interamente, specialmente per quanto riguarda il rapporto assiale (vedi Figura 2.75, Figura 2.76 e Figura 2.77). Anche in questo caso si nota come l’antenna ad anello sia quella che presenta i peggiori risultati sia in termini di guadagno che di rapporto assiale.
Figura 2.75 Coefficiente di riflessione simulato per la versione americana delle tre configurazioni
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Figura 2.76 Rapporto assiale per la versione americana delle tre configurazioni proposte
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L’antenna a dipolo proposta soddisfa tutti i requisiti della Tabella 2.1; essa infatti ha una geometria semplice, un peso ridotto, misure contenute ed è robusta alle tolleranze dei materiali, come si può osservare dalla Figura 2.78 e dalla Figura 2.79.
Figura 2.78 Coefficiente di riflessione simulato al variare di ± 10% di εr per l'antenna a dipolo
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L’assenza del piano di massa è il punto debole di questa configurazione: non tanto per l’irradiazione posteriore che a queste frequenze e a queste dimensioni è comunque presente a causa delle irradiazioni del bordo della struttura, ma perché l’antenna deve essere inserita all’interno di un dispositivo portatile con la possibilità di essere a stretto contatto con la circuiteria, il che può provocare delle interferenze in campo vicino.
L’antenna ad anello presenta una geometria semplice, dimensioni ridotte e basso profilo però, come riportato in precedenza, non riesce a soddisfare tutti i requisiti richiesti, specialmente per quanto riguarda il valore del guadagno. In questo caso, l’utilizzo del substrato FR4 e le ridotte dimensioni influiscono pesantemente sul risultato, per cui non sono state effettuate simulazioni sulla tolleranza di questa configurazione.
L’antenna a meandri risulta essere quella maggiormente idonea per l’integrazione a bordo di un dispositivo portatile RFID; essa presenta piccole dimensioni, peso leggero, robustezza meccanica e buone prestazioni in termini di banda e di tolleranza per quanto riguarda il guadagno e il rapporto assiale. Dalla Figura 2.80 e dalla Figura 2.81 si nota infatti che se il valore della costante dielettrica del substrato aumenta del 10 %, passando quindi da 4.3 a 4.73, la frequenza di risonanza si sposta verso il basso di circa 15 MHz; viceversa se il valore della costante dielettrica diminuisce del 10 %, passando quindi da 4.3 a 3.87, la frequenza di risonanza aumenta di circa 15 MHz. Per correggere questi shift frequenziali basta agire sul parametro m1, aumentandolo di circa 0.75 mm per spostare la frequenza in basso (caso εr = 3.87) e analogamente
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Figura 2.80 Coefficiente di riflessione simulato al variare di ± 10% di εr per l'antenna a meandri
