Метка RFID

Сначала сделайте фотографию RFID-метки на контрастном фоне высокого цвета. Камера расположена непосредственно над антенной. Это фото было сделано со смартфоном.

Сегментация изображений с помощью приложения «Сегмент изображений»

Выберите «Передний план» и «Фон»

С помощью приложения импортируйте эту антенну и выберите параметр вырезания графика на инструментальной полосе. Выберите на изображении области переднего и заднего плана. В этом примере область переднего плана является металлизированной областью RFID-метки, а фон - цветной областью.

Повышение качества сегментации

Выбор фона в приложении приводит к начальной сегментации изображения на передний и задний план. Если такой сегментации достаточно, примените изменения и перейдите к следующей части процесса, закрыв вкладку вырезания графика.

Если, однако, все части антенны еще не идентифицированы, продолжайте маркировать области переднего плана и фона. Это позволяет алгоритму сегментации улучшить результаты. Она может также использоваться для корректировки плотности субрегиона в целях повышения качества сегментации. После внесения необходимых корректировок примените изменения и закройте вкладку сегментации графов в приложении. По возвращении на главную вкладку существует несколько вариантов дальнейшего улучшения сегментации. В этом примере мы используем опцию «Активные контуры» и развиваем существующую сегментацию, чтобы заполнить все дефекты границ.

Обратите внимание, что после выполнения нескольких итераций алгоритма активных контуров граница становится намного более гладкой и свободной от выемок, подобных артефактам. Пример области показан для сравнения.

Экспорт кода и границы

Процесс сегментации на основе цвета дает маску изображения антенны. Используйте опцию экспорта в приложении, чтобы получить функцию и граничную информацию, которые затем можно использовать в сценарии для дальнейшей обработки (например, эту).

Очистка границ

Чтение изображения, создание маски и визуализация

Изображение тега RFID импортируется в рабочую область, и граница создается с помощью экспортированного кода из приложения «Сегмент изображения».

I = imread('IMG_2151.JPG');
BWf = createMask_2151(I);
figure
imshow(BWf)

Расчет границ в декартовом пространстве

Для выполнения полноволнового анализа этой структуры следующим шагом является преобразование пиксельного пространственного представления границы в декартово пространственное представление. Для этого извлекаем максимальный и минимальный индексы пикселей в размерах x, y и масштабируем их на основе габаритных размеров тегов с точки зрения их длины и ширины.

B = bwboundaries(BWf);
xmax = max(B{1}(:,1));
xmin = min(B{1}(:,1));
ymax = max(B{1}(:,2));
ymin = min(B{1}(:,2));

% Scale per pixel based on tag dimensions
L = 18.61e-3;
W = 72.27e-3;
LperColpixel = L/(xmax-xmin);
WperRowpixel = W/(ymax-ymin);
Bp = B;
for i = 1:length(Bp)
    Bp{i} = [Bp{i}(:,1).*LperColpixel Bp{i}(:,2).*WperRowpixel zeros(size(Bp{i},1),1)];
end
p = cell2mat(Bp);
x = p(:,1);
y = p(:,2);
figure
plot(x,y,'*')
grid on
axis equal
xlabel('x (m)')
ylabel('y (m)')
title('Boundary points')

Уменьшение граничных точек

Граница имеет 28000 точек, и это приведет к очень большому размеру сетки. Уменьшите эту границу в 39 раз. Коэффициент понижения был выбран, поскольку он все еще точно представлял граничные детали на основе простого визуального осмотра.

D = 39;
xD = x(1:D:end);
yD = y(1:D:end);
BpD{1} = Bp{1}(1:D:end,:);
figure
hold on
plot(xD,yD,'r*')
shg
grid on
axis equal

Определение структуры как пользовательской геометрии

Назначьте эту границу для создания антенны.

c = customAntennaGeometry;
c.Boundary = BpD;
c.Operation = 'P1';
c.FeedLocation = [0.0185 0.0392 0];
c.FeedWidth = 0.25e-3;
figure
show(c)
view(0,90)

Создание антенного источника питания

Область подачи метки по-прежнему имеет некоторые острые артефакты в границе. Это должно быть очищено перед определением подачи. Для удаления этого артефакта используется операция логического вычитания.

sf1 = antenna.Rectangle('Length', 5e-3, 'Width', 2e-3,                  ...
                        'Center', [0.019 0.0392]);
c.Boundary = [BpD(1) {getShapeVertices(sf1)}];
c.Operation = 'P1-P2';
figure
show(c)
view(0,90)

Последним этапом является определение подающей полосы. Добавьте канал в виде прямоугольника.

sf = antenna.Rectangle('Length', 0.25e-3, 'Width', 2e-3,               ...
                       'Center', [0.0185 0.0392]);
c.Boundary = [BpD(1) {getShapeVertices(sf1)} {getShapeVertices(sf)}];
c.Operation = 'P1-P2+P3';
figure
show(c)
view(0,90)

Анализ портов - поведение импеданса и частота

Определите характеристики порта этой антенны, выполнив анализ импеданса в диапазоне частот грубой выборки. Ожидается, что метка будет работать в диапазоне УВЧ, от 800 до 900 МГц. Наш частотный диапазон немного превысит 900 МГц.

f_coarse = linspace(0.8e9,0.95e9,21);
figure
impedance(c,f_coarse)

Настройка метки для резонанса

Метка является индуктивной и имеет хорошую резистивную составляющую при частоте приблизительно 854 МГц. Кроме того, реактивное сопротивление показывает классическую кривую параллельного резонанса вокруг этой частоты. Обычно входной импеданс микросхемы является сложным, чтобы соответствовать метке. Используйте свойство Load на антенне для отмены индуктивной составляющей. Поскольку реактивное сопротивление составляет около 200, создайте нагрузку с реактивным сопротивлением -200 и добавьте ее в модель антенны.

X = -1i*200;
zl = lumpedElement;
zl.Impedance = X;
c.Load = zl;

Повторный расчет импеданса При наличии нагрузки на подаче индуктивная часть реактивного сопротивления должна быть отменена на частоте 854 МГц. Подтвердите это, проанализировав импеданс в диапазоне точных частот. Реактивное сопротивление на частоте 854 МГц должно составлять приблизительно 0 Ом.

f_fine = linspace(0.8e9,0.95e9,51);
figure
impedance(c,f_fine)

Анализ поверхности - поведение тока на центральной частоте

На центральной частоте визуализируют распределение тока на поверхности антенны.

figure
current(c,854e6)

Анализ поля - шаблон на центральной частоте

Метки RFID обычно имеют всенаправленный шаблон дальнего поля в одной плоскости. Визуализация диаграммы направленности дальнего поля метки.

figure
pattern(c,854e6)

0

Метка имеет коэффициент усиления приблизительно 2dBi на частоте 854 МГц.

Заключение

В этом примере подробно описана процедура идентификации границы антенны по фотографии, преобразования в геометрическую модель антенны и ее последующего полноволнового анализа. Эти шаги графически изображены, как показано на рисунке:

Рабочие характеристики антенны, полученные в результате этой процедуры, являются достаточно хорошими для дальнейшей интеграции в более крупное моделирование системы.