Bauelement zur kontinuierlichen Antennenabstimmung

Der vorliegende Projektantrag befaßt sich mit der Entwicklung und Untersuchung eines neuartigen Bauelements zur automatischen und kontinuierlichen resonanten Antennenabstimmung. Das "CD Labor für Kraftfahrzeugmeßtechnik" am EMT der TU-Graz hat sich in den letzten Jahren mit dem Design und der Analyse von Einzel-Antennen für RFID Systemen im 13.56 MHz Frequenzbereich befaßt. Diese Systeme arbeiten mit induktiver, magnetischer Kopplung zwischen Antenne (Reader) und RFID-Tag (Transponder), d.h. im Nahfeld der Antenne. Das System stellt einen schwach gekoppelten Lufttransformator dar. Passive RFID-Tags beziehen ihre Versorgungsenergie aus dem Magnetfeld der Antenne. Für die bidirektionale Kommunikation zwischen Tag und Antenne sind verschiedene Übertragungsverfahren standardisiert (z.B. ISO 15693). Der Schreib/Lesebereich (R/W) von einzelnen Antennen ist durch verschiedene Einflüsse eingeschränkt, z.B. Effizienz der Leistungsübertragung und EMV Normen, Modulation, Demodulation und Rauschen, Verstimmung der Antenna durch Umwelteinflüsse und sogar das RFID-Tag selbst(!) etc. Um den R/W-Bereich unter verschiedenen Umwelteinflüssen verläßlich zu maximieren ist eine exakte Antennenabstimmung und Impedanzanpassung notwendig. Mehrfach-Antennen-Systeme könnten die Einschränkung bezüglich der Reichweite überwinden helfen, und sogar zur Lokalisierung einzelner RFID-Tags im Feldraum dienen. Zusätzlich zur Anforderung an die Einzelantennen- Abstimmung, ist dafür auch eine schnelle Regelung zur Synchronisation der Antennen, die sich auch gegenseitig verstimmen, erforderlich. Die Schlüsselkomponente für diese Antennensysteme ist eine automatische und kontinuierlich arbeitende Antennen-Abstimm-Einheit (ATU) für resonante Antennen. Am EMT wurde ein Prototyp eines neuartigen magnetischen Bauelements entwickelt und in ersten Experimenten der Funktionsnachweis dafür erbracht. Um dieses Bauelement für den Einsatzzweck zu optimieren sind aber gründliche und grundlegende, theoretische und experimentelle Untersuchungen von möglichen Designs, vor allem im Hinblick auf die Auswahl der Magnetmaterialien notwendig. Die Erfahrung des EMT im Bereich elektrische Meßtechnik und Antennenentwicklung für RFID wird durch die Expertise für Modellierung und Simulation magnetischer Werkstoffe und Bauelemente am "Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme" der TU-Wien ergänzt. Der neuartige, kontinuierlich verstellbare Antennenübertrager basiert auf einer modifizierten Transduktor Struktur. Modellierung und Simulation der Materialeigenschaften der verwendeten ferro- und ferrimagnetischen Materialien, die Integration dieser Ergebnisse in Finite Elemente Simulationen und, nicht zuletzt, sorgfältige experimentelle Untersuchungen werden zum Studium der Eigenschaften und der Leistungsfähigkeit dieser Komponente eingesetzt werden.