RFID 3DEM3D EM シミュレーションツールによる …RFID MW+DESIGN STUDIO 内容 RFID デザインプロセス EM シミュレーションがデザインプロセスに果たす役割

RFIDMW+DESIGN STUDIO

3D EM シミュレーションツールによる3D EM シミュレーションツールによるRFIDシステムデザイン

M R hli CST UK L d

1 www.aetjapan.com ｜ 09-Feb

Marc Rütschlin, CST UK Ltd.


内容内容

RFID デザインプロセスRFID デザインプロセス

EM シミュレーションがデザインプロセスに果たす役割

タグデザイン

システム解析

EM シミュレーションツール

フロントエンドフロントエンド

ソルバー

ポストプロセスポストプロセス

事例



RFID タグアンテナデザインプロセスRFID タグアンテナデザインプロセス

アプリケーション? Tag 要求水準? 材質? ASIC インピーダンス?



RFID タグアンテナデザインプロセスRFID タグアンテナデザインプロセス

プロトタイプの作製と測定作製と測定

要求水準を要求水準を満たしている?

EM シミュレーション



アンテナからシステムへアンテナからシステムへアンテナデザインは第一段階に過ぎません。アンテナをオブジェクトに配置しシステムに導入する段階でタグのパフォマンスが変わに配置し、システムに導入する段階で、タグのパフォーマンスが変わる可能性があります。

アンテナの未知の要素：

ジオメトリ

材質プパ

設置したアンテナの未知の要素：

コンテナのジオメトリ

テナの材質プパテ材質プロパティコンテナの材質プロパティ



アンテナからシステムへアンテナからシステムへ

システムの未知の要素：

リーダーとタグの相対位置と方向

グループ化によるパフォーマンスへの影響（シールディングなど）



EM シミュレションEM シミュレーション

RFID タグは、短期間で開発し、製造コストは安くなくてはならない。また、製タグは、短期間で開発し、製造トは安くなくてはならな。また、製造の公差や材質プロパティの多様性、背景材質の多様性にもかかわらず、安定、堅牢な動作が求められる。しかも、システムが複雑な環境に置かれる可能性があってもこれらを実現する必要があるる可能性があっても、これらを実現する必要がある、

電磁界シミュレーションで可能なこと：

初期タグの最適化初期タグの最適化

タグの配置による影響を考慮

システムの動作確認システムの動作確認

従来の手法による複雑なシステムの解析は、許容範囲の予算では実行不可能

電磁界シミュレーションは、予想される環境下でのタグの動作を確認できる唯一の方法



EM シミュレタの要件EM シミュレーターの要件

今日のEM シミュレーションツールに求められる要件

直感的な高機能のポスト処理

ユーザーインターフェイス

効率の良いソルバー効率の良いソルバー



ユザインタフェイスの要件ユーザーインターフェイスの要件

CADタイプの直感的なグラフィカルインターフェイスCADタイプの直感的なグラフィカルインタフェイス

パラメーターによるモデルを容易に作成可能

多様なフォーマットからのインポート多様

修正 / パラメーター化

先進のメッシングアルゴリズム

高機能マクロプログラミング



グラフィカルユザインタフェイスグラフィカルユーザーインターフェイス

作成 CAD インポート作成

r

CAD インポート

パラメーター化

r

統合

l

h



パラメタ化パラメーター化

重要！重要

モデル作成の根幹部分

インポート構造のパラメーター化、および変更が容易

パラメーター解析と最適化が実行可能

RR



ソルバの要件ソルバーの要件

ジブに最も適したソルバを選択ジョブに最も適したソルバーを選択

ハードウェアのベストパフォーマンスを可能にする先進のアルゴリズム

パラメータースイープと効率の良いオプティマイザーが必須パラメータースイープと効率の良いオプティマイザーが必須

システム解析： 3D EMモデルと回路のコ・シミュレーション



ジョブに適したソルバの選択ジョブに適したソルバーの選択

誘導結合 ( )誘導結合 (125 kHz – 15 MHz)

寸法が非常に小さい

磁界のみによる結合磁界のみによる結合

多くは平面コイルのタグ

周波数領域ソルバーが最適周波数領域ソルバーが最適

電磁結合 (868 MHz – 5 8 GHz)電磁結合 (868 MHz 5.8 GHz)

多くは通常のアンテナ

（平面折りたたみダイポールなど）

サイズを小さくするため、整合回路が重要

時間領域ソルバーが最適



例: タグの設置例: タグの設置オブジェクトへの設置によって、タグのプロパティは重大な影響を受けます。アンテナデザインでこれを考慮に入れる必要がありますアンテナデザインで、これを考慮に入れる必要があります。

antenna on its own

S11 in dBdB

antenna positionedpositioned


frequency in GHz


例：タグの最適化例：タグの最適化設置したオブジェクトの材質プロパティによって、タグの動作が変わるかもしれません誘電率のパラメタスイプを実行しその影響を調べもしれません。誘電率のパラメータースイープを実行し、その影響を調べたのが下のプロットです。

εr

S11 in dBdB

εr = 3.7

εr = 3.1

εr 3.7


frequency in GHz


チップ部品の効果: 整合回路チップ部品の効果: 整合回路

整合回路がアンテナ特性に与える影響を合回路特性影響を考慮

たとえばシンプルな L-C を接続、最適化してアンテナのパフォマンスが 900

C

Lして、アンテナのパフォーマンスが 900 MHz で最良となるようにできます。

antenna positioned

matched antenna

S11 S11 in dB


frequency in GHz


例: システムシミュレション例: システムシミュレーション

タグをグループ化した場合、読み取り距離が変わるでしょうか？

十分な伝送が確保されるでしょうか？

タグのリーダー900 MHzに最適化



例: システムシミュレション例: システムシミュレーション

タグのシールディング効果は、リーダーから離れるほど顕著になります。タグのシルディング効果は、リダから離れるほど顕著になります。Or do they?

dBm

issi

on in

dtr

ansm


frequency in GHz


伝送レベル伝送レベル

energy

transmission in dB

19 www.aetjapan.com ｜ 09-FebIDTechEx RFID Europe 2008


システムビュー: AM-Signal ジェネレータAM Input Signal at RFID R d

HF SignalReader

Input SignalInput Signal

20 www.aetjapan.com ｜ 09-FebLF Signals at RFID Tag 3


例: 複雑な環境例: 複雑な環境複雑な環境下、たとえば補強箱に巻きケーブルと一緒に入れた

タグの動作 ?

crateRFID tag

cable


wire reinforcingcable spools


例: 複雑な環境例: 複雑な環境

タグを読めない null ポイントが存在します。この情報を元に、リーダーアンテナの位置を決めることができます。

nulls

peakspeaks



まとめまとめ

RFID デザインプロセスに、EM シミュレーションは不可欠

アンテナデザインとシステム解析が必要

パラメーター化がすべて

ジョブに適したソルバーの選定



お問い合わせはお問い合わせは...

AET


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