UHF RFID антенна требует подачи на нее энергии от RFID-считывателя, при этом она передают ее в виде радиоволн для питания RFID-меток в непосредственной близости (1-20 метров) от антенны. Если RFID считыватель считается “мозгом” радиочастотной системы, то RFID антенны являются “руками”, потому что они фактически передают радиочастотные волны на метки. В дополнение к передаче энергии, антенны также получают обратно отправленную информацию RFID тегами, чтобы считыватель мог расшифровать ее. В то время как антенны в RFID системе выглядят простыми оконечными устройствами, существует множество различных типов, каждый со своими отличительными характеристиками, что делает выбор правильной антенны чрезвычайно важным этапом построения всей системы.
RFID антенны имеют размеры от маленьких, как размер мобильного телефона, до больших, как телевизор. Разница в размере обычно указывает на интервал считывания – чем больше антенна, тем выше усиление, тем больше дальность считывания и наоборот. Некоторые антенны, являются исключением из правил, потому что они были разработаны для решения конкретных задач. Например, существуют большие антенны с усилением 6 дБи для установки друг напротив друга, но с малой и точной зоной чтения. Ограничения в размерах антенны также очень часто влияет на процесс принятия решений, потому что в некоторых приложениях нет много свободного места в зоне, где будет размещена антенна. В магазинах розничной торговли, как правило не бывает места для антенны размером 45 на 45 см, да и с эстетической точки зрения выглядеть это может не очень. Маленькие антенны оптимальны для чтения и записи на уровне работы с единичными предметами а также для приложений, которые требуют меньших зон считывания, таких как конвейерная лента и системы контроля прохода персонала.
Размер антенны должен зависеть от места, доступного для ее расположения. Также стоит помнить, как правило, чем меньше антенна, тем короче диапазон считывания.
Поскольку RFID системы могут быть реализованы практически в любой окружающей среде, каждая часть RFID системы должна быть проверена или протестирована для защиты от проникновения воды и пыли. Так же, как большинство мобильных телефонов не предназначены для использования на улице в дождь, большинство UHF технологий также не подходит для уличного использования. Все электронные устройства рассчитаны на защиту от проникновения пыли и воды (IP) по американскому стандарту US IEC 60529 и британскому стандарту EN 60529 в диапазоне от IP00 до IP69.
Первая цифра в маркировке IP может иметь значение в диапазоне от 0 до 6 и описывает уровень защиты от твердых предметов или пыли. Ноль указывает, что устройство вообще не защищено от проникновения пыли или предметов, а шесть указывает, что часть оборудования полностью защищена от пыли. Вторая цифра в маркировке IP может находиться в диапазоне от 0 до 9 и обозначает уровень защиты от жидкостей. Ноль означает отсутствие защиты от каких-либо жидкостей, а 9 означает защиту от постоянного погружения в жидкости, которые производитель считает безопасными для продукта. IP69 описывает электронное устройство, полностью защищенное от пыли и жидкости под высоким давлением, что встречается довольно редко. Как правило, для уличного использования антенна может иметь степень защиты IP65, IP68.
Диапазон рабочих температур антенны важен для наружного или неотапливаемого внутреннего применения. Все RFID оборудование имеет диапазон рабочих температур, который должен строго соблюдаться, в противном случае антенны могут работать медленно, перестать работать вообще или это может повлиять на дальность считывания. Для применения антенн в условиях экстремальных температур или оборудования с низким индексом IP, могут применяться влагонепроницаемые корпуса и корпуса с регулируемой температурой.
Установка антенн на улице или в неотапливаемых помещениях и для работы в экстремальных температурах требует использования антенн с высоким IP индексом и широким диапазоном рабочих температур.
RFID-антенны могут быть интегрированы непосредственно в сам считыватель в виде единого моноблочного устройства или быть отдельно выполнены как внешнее оборудование, требующее подключения к считывателю с помощью коаксиального кабеля. Интеграция считывателя и антенны в одном корпусе экономит пространство и обеспечивает более мобильную систему, не требующей дополнительных кабелей. Интегрированные считывающие антенны также оптимальны для розничных или настольных приложений, потому что они обычно компактны, просты в использовании и более привлекательны, чем два громоздких внешних устройства. Внешние антенны, с другой стороны, предоставляют гораздо больше возможностей и гибкости в любом планируемом приложении.
Интегрированная антенна:
Внешняя антенна
Перед покупкой антенны определитесь достаточно ли приложение простое и малое для использования интегрированных антенн, или требуется построение комплексного гибкого решения на базе отдельных считывателей и антенны.
Как и RFID-считыватели, RFID-метки, RFID-антенны предназначены для использования в определенных частотных диапазонах. Без настройки на определенный частотный диапазон антенны не смогут передавать или принимать информацию ни от считывателя, ни от метки. Большинство антенн работают в следующих частотных дипазонах:
US или FCC (902 – 928 МГц)
EU или ETSI (865 – 868 МГц)
Global (860 – 960 МГц)
Глобальный частотный диапазон является хорошим , универсальным выбором для всех приложений и стран использования. Иначе лучше выбрать антенну с более узким диапазоном частот, что приведет к повышению производительности и, при прочих равных условиях, к увеличению диапазона считывания. Следует отметить, что все РФИД оборудование , работающее в одной системе, должно быть настроено на один и тот же частотный диапазон для успешной работы.
При выборе антенны убедитесь, что в Вашем регионе разрешена выбранная частота. Антенна с глобальным частотным диапазоном – хороший запасной вариант, если не известны точно регулирующие условия.
RFID-считыватель передает энергию на один из портов антенны, которая направлена на центральный проводник коаксиального кабеля. Затем энергия проходит через всю длину RFID кабеля, при этом небольшое количество энергии теряется в зависимости от длины и уровня изоляции кабеля. Затем энергия движется через противоположный центральный проводник, через центральное антенное соединение расположеное на заземляющей пластине и в излучающий элемент. После этого излучается в виде радиочастотных волн к RFID метке.
Размер и площадь радиочастотных волн зависят от усиления и ширины луча антенны, а также от размеров элементов внутри антенны, таких как заземляющие и излучающие пластины. Каждая модель антенны сделана индивидуально, поэтому каждая из них будет излучать волны по-разному. Волны принимаются антенной RFID-метки, отправляются на встроенный чип и модулируются соответствующей информацией, такой как номер EPC или TID. Затем метка использует оставшуюся энергию для обратного рассеивания радиочастотных волн обратно на антенну. После эта информация отправляется обратно через антенну и кабель и декодируется в RFID считывателе.
Поскольку антенны излучают и принимают радиочастотные волны, поляризация является важным фактором, который следует учитывать при выборе UHF антенны. Поляризация относится к волнам и является в основном геометрическим направлением колебаний волны. РЧ-волны обычно колеблются в одном направлении, которое может быть описано как линейное, или как вращающиеся структура, которая описывается как круговая диаграмма.
Очень важным аспектом любого RFID проекта является то, как волны излучают и выстраиваются по отношению к антенне RFID-метки. Антенна с круговой поляризацией хорошо работает для конфигураций, где местоположение отслеживаемого элемента не будет известно или будет под разными углами и высотами. Поскольку поле вращается, это допускает немного большую неопределенность положения для помеченных предметов (например, считывание меток на коробках на поддонах, перемещающихся через порталы). Линейно поляризованные антенны не так хорошо работают метками под разными углами и расположением. Если антенна с линейной поляризацией излучает волны в горизонтальной плоскости, расположение метки также должно быть горизонтальным и иметь постоянную высоту (например, считывать метки на железнодорожных вагонах). Та же идея применима к линейно поляризованным антеннам, которые излучают волны в вертикальных плоскостях.
Существуют два типа антенн с круговой поляризацией, которые различаются по способу их вращения: антенны с правой круговой поляризацией (RHCP) вращаются против часовой стрелки, и антенны с левой круговой поляризацией (LHCP) вращаются по часовой стрелке. Выбор между LHCP и RHCP имеет значение только в том случае, если в небольшом пространстве имеются две системы с двумя отдельными считывателями RFID. Если две антенны RHCP обращены друг к другу в двух отдельных системах, волны могут столкнуться и создать в середине нулевую зону, где не будет происходить чтение меток. В этом случае, когда волны пересекаются, было бы лучше выбрать одну LHCP и одну RHCP антенну, для создания лучшей RF среды распространения.
Выбор антенны с линейной или круговой поляризацией зависит от среды применения и того, как помеченные элементы будут перемещаться мимо конкретной антенны. Если метки будут иметь постоянную высоту и ориентацию, необходимо выбирать линейную антенну, если изначально неизвестно о высотах и углах, антенны с круговой поляризацией лучше. Если существуют сомнения, выбирайте антенну с круговой поляризацией.
Наиболее важной характеристикой антенны с точки зрения пользователя обычно является диапазон считывания – то есть, как далеко радиочастотные волны будут излучать в геометрическом поле. Несколько факторов определяют диапазон считывания, генерируемый RFID антенной, такие как мощность передачи считывателя, величина потерь в кабеле, метод связи, усиление антенны и ширина луча антенны.
Ключевым аспектом любой RFID-антенны является то, является ли она антенной дальнего или ближнего поля. Разница между ними заключается в том, как они взаимодействуют с бесконтактной меткой.
RFID-антенны ближнего поля обычно используют магнитную или индуктивную связь для связи с меткой, когда она находится в непосредственной близости. Антенны ближнего поля обычно не могут считывать больше, чем на расстоянии до 30 сантиметров, потому что их магнитное поле и магнитное поле метки антенны должны быть достаточно близко, чтобы отправлять и получать информацию.
Антенны дальнего поля используют обратное рассеивание для связи. Обратное рассеивание является методом связи, при котором антенна посылает энергию на метку, которая питает интегральную схему (IC). Затем IC модулирует информацию и отправляет ее обратно, используя оставшуюся энергию. Антенны дальнего поля могут обмениваться данными с пассивными тагами на расстоянии до 20 метров (обычно это 10-15 метров) в оптимальной среде распространения. Большой диапазон считывания не всегда оптимален. В проектах с ограниченным пространством больший диапазон считывания может вызвать проблемы из-за одновременного чтения слишком большого количества тегов (чтения «случайных» тегов) вместо одного конкретного тега или группы тегов.
Определите, насколько далеко помеченные предметы будут находиться от антенны, чтобы выбрать дальнюю или ближнюю антенну. Проекты, требующие отслеживания предметов на какой-то поверхности обычно используют антенны ближнего (near) поля действия.
Усиление антенны выражается в децибелах (дБ) и является логарифмической единицей измерение соотношения двух мощностей. Усиление может быть выражено в нескольких различных единицах измерения, таких как дБ, дБи, дБд, дБм или дБВт, что делает его немного более сложным для определения. Разница в обозначаемых единицах (дБ, дБи и т. д.) объясняет, какие две мощности измеряются. Усиление антенны невозможно адекватно сравнить в различных единицах измерения.
dB (дБ) -Выходная мощность антенны измеряется относительно входной мощности антенны
dBm (дБм) – Выходная мощность антенны измеряется в отношении 1 милливатта мощности
dBW (дБВт)– Выходная мощность антенны измеряется в отношении 1 ватта мощности
dBi (дБи) – Усиление антенны выраженое в дБи является в основном измерением количества энергии, необходимой для производства определенного электромагнитного поля по сравнению с «идеальным» (без потерь, изотропный). (дБи = дБд +2,15)
dBd (дБд)– Выходная мощность антенны, измеренная по сравнению с усилением полуволновой дипольной антенны
Решите, какой диапазон считывания необходим для удовлетворения потребностей вашего проекта. Выберите соответствующий коэффициент усиления антенны, и обязательно сравнивайте усиление антенн с одинаковыми единицами измерения.
Ширина луча очень тесно связана с усилением и это именно то, что подразумевает название – ширина луча или радиочастотное поле. Существуют два поля – горизонтальное и вертикальное поле – и каждое из них имеет ширину луча, которая имеет решающее значение для понимания того, куда будут направлены радиочастотные волны. Линейно поляризованные антенны имеют относительно небольшую ширину луча в одном измерении и, в зависимости от усиления, между 30 и 360 градусами луча в другом измерении. В спецификациях большинства линейных антенн ширина луча по высоте и азимуту отмечается в одинаковой степени из-за того, что антенна может быть физически повернута на 90 градусов.
Вообще говоря, чем выше усиление, тем меньше ширина луча. Поэтому необходимо решить, что является более важным для внедряемых проектов, большая дистанция считывания с небольшой шириной луча или более короткая длина чтения и более широкое излучаемое поле.
Двухмерные и трехмерные диаграммы излучения являются примерами, которые производители представляют для понимания карты радиочастотного поля, создаваемого антенной. Эти карты очень полезны при выборе антенны для конкретного применения. Графики 2D-излучения будут иметь два изображения – в горизонтальной и вертикальной плоскости. Трехмерные диаграммы излучения дают трехмерное изображение диаграммы направленности в обоих полях.
Антенна с широкой шириной пучка, как правило, будет иметь меньшее усиление и охватывать большую площадь либо в вертикальной, либо горизонтальной (или оба) плоскости; в то время как антенна с узкой шириной пучка, как правило, будет иметь большее усиление и дистанцию считывания, но охватывать меньшую площадь.
Направленность тесно связанная с усилением и шириной пучка, определяется как способность антенны фокусироваться в определенном направлении для передачи/ приема энергии. В отношении направленности существуют два разных типа антенн: направленные и всенаправленные. Направленные антенны, как следует из названия, имеют концентрированный луч в одном направлении. Независимо от того, имеет ли ширина пучка 25 или 75 градусов, направленные антенны фокусируют свое усиление в определенном направлении, чтобы зафиксировать считывание меток.
Всенаправленные антенны обеспечивают широкий диапазон охвата в одной плоскости. Вместо создания конусообразного пучка покрытия, подобного направленным антеннам, всенаправленные антенны обычно покрывают всю плоскость. Их трехмерные диаграммы направленности выглядят аналогично пончикам, потому что они обычно охватывают 360 градусов в одной плоскости и около 20-65 градусов в противоположной плоскости. Эти антенны созданы для условий, в которых помеченные товары будут все время на одной высоте, но могут пересекать антенну под разными углами. К сожалению, поскольку эти антенны должны покрывать такую большую плоскость, их усиление обычно низкое или ниже среднего.
Направленные антенны считывают в одном направлении и создают конусообразное поле, тогда как всенаправленные антенны читают в радиусе 360 градусов в одной плоскости.
RU
UA