ОЦЕНКА ДАЛЬНОСТИ СЧИТЫВАНИЯ РАДИОЧАСТОТНЫХ МЕТОК

​АННОТАЦИЯ

В данной статье была проведена оценка дальности считывания меток для радиочастотной идентификации. Рассмотрены основные частотные диапазоны в активном и пассивном исполнении.

Ключевые слова: радиометка; транспондер, РЧИД, дальность.

Одной из основных характеристик, которую необходимо учитывать при построении системы радиочастотной идентификации, является дальность считывания метки.

В диапазонах 125–134 кГц и 13,56 МГц взаимодействие со считывателем построено на основе индуктивной связи. Так как метки являются пассивными, сигнал от передатчика считывателя должен обеспечить энергией чип транспондера. В качестве антенны используется катушка большой площади или проводящая петля (круглой или квадратной формы). Поскольку длина волны в данных частотных диапазонах (<135 кГц: 2400 м; 13,56 МГц: 22,1 м) в несколько раз больше, чем расстояние между антенной считывателя и транспондером, электромагнитное поле можно рассматривать как простое магнитное переменное поле с учетом расстояния между транспондером и антенной.

При условии, что метка находится в ближней зоне магнитного поля антенны считывателя , величину магнитного поля можно определить следующим образом [1]:

                                                                          (1)

 – сила тока,  – количество обмоток в антенне метки,  – радиус антенны.

В данных частотных диапазонах дальность считывания в основном определяется параметрами используемой антенны. Превысить дальность в 1–2 метра уже представляется проблематичным.

Системы РЧИД дальнего диапазона используют в своей основе эффект обратного рассеяния электромагнитной волны. Дальность больше 3 м теперь может быть достигнута с использованием пассивных (без источника питания) транспондеров обратного рассеяния, еще большую дальность можно получить при использовании активных (с питанием от батареи) транспондеров обратного рассеяния. Батарея активного транспондера не используется для передачи данных между транспондером и считывателем, а служит исключительно для питания микрочипа и сохранения данных. Только мощность электромагнитного поля, полученного от считывателя, используется для передачи данных.

В микроволновом диапазоне максимальная дальность считывания метки определяется по формуле [2]:

                                                                 (2)

где  – длина волны,  – мощность считывателя,  – коэффициент усиления антенны считывателя,  – минимальная необходимая мощность отраженного сигнала,  – эффективная площадь рассеяния.

Увеличить дальность считывания метки можно следующими способами:

- увеличением мощности сигнала опроса пассивной метки;

- накоплением когерентных откликов в приемнике считывателя;

- применением корреляционной обработки импульсов с частотной или фазовой модуляцией;

- увеличивая чувствительность метки или приемника считывателя.

Поскольку система когерентна по отношению к опорному генератору, то для повышения отношения сигнал/шум, а значит и дальности, может применяться накопление нескольких последовательных откликов от транспондера.

Рисунок 1. Дальность считывания в зависимости от времени накопления

Из рисунка 1 видно, что при одинаковых параметрах дальность уменьшается в 2–3 раза с увеличением частоты. Это объясняется тем, что на данных частотах меньше длинна волны. При мощности сигнала 30 дБм (1 Вт) при накоплении сигнала в течение 10 мс все три варианта способны обеспечить дальность в 5 м. На более высоких частотах 2,4–5,8 ГГц дальность считывания повышают за счет более мощного сигнала опроса или увеличением чувствительности приемника. В активных транспондерах чип питается за счет встроенного источника питания, что уменьшает зависимость от мощности излучения считывателя.

Увеличение мощности сигнала опроса тоже позволяет увеличить дальность считывания. Однако имеются международные регламенты, ограничивающие величину ЭИИМ (эквивалентная изотропно-излучаемая мощность). Согласно ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762-4-2011 ЭИИМ не должно превышать 36 дБм, что приблизительно равно 4 Вт, подведенным к изотропной антенне, или 1 Вт, подведенному к антенне с коэффициентом усиления 6 дБ. Другой фактор – это чувствительность приемника считывателя, который в современных коммерческих считывателях может принимать значения от -70 до -90 дБм.

Со стороны транспондера на дальность, помимо характеристик антенны, влияет чувствительность метки. Согласно формуле передачи Фрииса, максимальная дальность считывания метки будет определяться следующим выражением [3]:

                                                            (3)

 – чувствительность метки.

Пассивные метки в чиповом исполнении обычно имеют чувствительность от -17 до -22 дБм, что ограничивает дальность считывания 20 метрами в случае частоты 860 МГц, на более высоких частотах дальность не превышает 10 метров. В активных метках за счет того, что для питания чипа используется батарея, можно повысить чувствительность на -10 дБм. Таким образом, дальность повышается в 2–3 раза, но метка становится дороже и появляется ограничение на срок службы. Однако дальность, на которой может быть активирован чип метки, может превышать дальность, на которой отраженный от метки сигнал может быть получен в приёмнике считывателя. Это необходимо учитывать при проектировании РЧИД системы.

Оба варианта исполнения метки на частоте 860 МГц способны обеспечить дальность считывания больше 5 метров при приемлемом времени накопления сигнала. На частоте сигнала 2,45–5,8 ГГц можно достичь и больших дальностей, но при этом метка перестает быть пассивной. Метки с индуктивной связью, работающие в диапазонах 125–134 кГц и 13,56 МГц в принципе не могут обеспечить дальность считывания больше 1 метра.

Список литературы:

1. RFID-технологии. Справочное пособие / К. Финкенцеллер; пер. с нем. Сойунханова Н.М. — М. : Додэка-XXI, 2010. — 496 с.
2. P. V. Nikitin and K. V. S. Rao, “Measurement of backscattering from RFID tags”, Proceedings of AMTA Symposium, Oct. 2005.
3. Lazaro Antonio, Girbau David, Villarino Ramon. EFFECTS OF INTERFERENCES IN UHF RFID SYSTEMS // Progress In Electromagnetics Research. — 2009. — Vol. 98. — C. 425–443.