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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
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Marc Rütschlin, CST UK Ltd.
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RFIDMW+DESIGN STUDIO
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
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RFIDMW+DESIGN STUDIO
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?
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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
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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
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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)
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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
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RFIDMW+DESIGN STUDIO
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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frequency in GHz
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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
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frequency in GHz
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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
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frequency in GHz
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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
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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
18 www.aetjapan.com | 09-Feb
frequency in GHz
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伝送レベル伝送レベル
energy
transmission in dB
19 www.aetjapan.com | 09-FebIDTechEx RFID Europe 2008
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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
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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
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wire reinforcingcable spools
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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
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RFIDMW+DESIGN STUDIO
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
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