За тези, които са нови за пасивната RFID, възниква често срещан въпрос: тъй като RFID етикетите нямат батерии, какво всъщност захранва чипа? Отговорът не е, че етикетът генерира собствено електричество; по-скоро събира ограничена радиочестотна енергия от електромагнитното поле, излъчвано от RFID четеца, и я преобразува в постоянно напрежение, което може да се използва от чипа. Този процес е известен като събиране на радиочестотна енергия-или безжично придобиване на енергия чрез маркера.
Въз основа на обширния опит на Xminnov в дизайна на антената за RFID тагове, опаковането на чипове и тестването на приложения, фактори като обхват на четене, съвместимост на материала, чувствителност на чипа и размер на антената в крайна сметка зависят от фундаментален въпрос: дали етикетът може да получи достатъчна и стабилна енергия на действителното си работно място.
Следователно, разбирането на събирането на енергия от RFID тагове изисква поглед отвъд простия факт, че „пасивните тагове не се нуждаят от батерии“. Това, което наистина определя производителността на системата, е цялата енергийна верига-, обхващаща от предавателната мощност на четеца до антената на маркера, съгласуване на импеданса, коригиране и управление на захранването, чак до стартиране на чипа и обратна комуникация.
Какво представлява RFID Tag Power Harvesting?
Събирането на енергия от RFID етикет се отнася до процеса, чрез който RFID етикет използва RF (радиочестота) електромагнитна енергия, генерирана от четец, за да осигури работно захранване за своите вътрешни електронни вериги. Вземете например обичайните пасивни UHF RFID етикети; те обикновено нямат конвенционална батерия. Когато четец излъчва радиочестотен сигнал в космоса чрез своята антена, антената за етикет улавя част от тази енергия. Антената преобразува електромагнитните вълни в RF електрически сигнали; те след това преминават през RF интерфейс и схема за коригиране, преобразувайки високо-честотния AC сигнал в постоянно напрежение. След като условията за стартиране на чипа са изпълнени, вътрешната цифрова логика на маркера, паметта и други функционални модули започват да работят.
В същото време маркерът не генерира активно нов безжичен оператор за комуникация, както би направило Wi-Fi устройство. За пасивни UHF етикети, съвместими с EPC Gen2/ISO 18000-63, предаването на данни се постига основно чрез "обратно разсейване" - модифициране на импеданса в терминала на антената, за да се създадат различни състояния на отражение, които четецът може да открие. Спецификацията GS1 EPC Gen2 изрично приема модулацията на обратното разсейване като комуникационен механизъм между етикета и запитващото устройство. От инженерна гледна точка пасивният RFID етикет ефективно изпълнява две последователни действия:
Първо, той събира енергия от RF полето на четеца; след това използва тази енергия, за да захрани операциите на чипа и да улесни обратната комуникация.
Това обяснява защо „обхватът на четене“ на RFID етикет не може просто да се приравни към размера на антената-по-голямата антена не гарантира автоматично по-дълъг обхват. Етикетът трябва първо да придобие достатъчна RF входна мощност, за да доведе чипа до работно състояние и впоследствие да гарантира, че обратно разпръснатият сигнал може да бъде надеждно открит от четеца.
Как действа анRFID етикетпреобразува RF енергия в електрическа?
По отношение на архитектурата на веригата, типичен пасивен RFID етикет може да бъде опростен, както следва:RFID антена → Съгласуване на импеданса → Токоизправител → Управление на постоянен ток → RFID IC.
Таг антената е отговорна за улавянето на електромагнитната енергия, генерирана от четеца. За UHF RFID антената обикновено е проводяща структура (отпечатана или гравирана), проектирана за конкретна честотна лента, докато HF/NFC таговете често използват намоткови антени за събиране на енергия чрез близко-магнитно свързване на полето.
RF сигналът, уловен от антената, не може да се използва директно за захранване на цифровия чип. Вътре в RFID IC, RF входът трябва да претърпи коригиране и управление на захранването, за да бъде преобразуван в относително стабилно постоянно напрежение. Изследванията на радиочестотното захранване показват, че типичните архитектури използват антена, резонансна структура и токоизправителна верига за трансформиране на електромагнитната енергия в постоянен ток.
В UHF RFID системите този процес разчита до голяма степен на възможностите за коригиране на предния край на чипа-. Изследователските и инженерните модели обикновено описват преобразуването на получената радиочестотна мощност в постоянен ток чрез токоизправител за активиране на IC на маркера.
Тук има една често пренебрегвана подробност: тагът не "улавя" цялата радиочестотна мощност, излъчвана от четеца.
Мощността, която действително достига до етикета, вече се влияе от фактори като разстояние на разпространение, ориентация на антената, изходна мощност на четеца, поляризация, околни обекти и отражения от околната среда. След като енергията достигне тага, тя е допълнително ограничена от ефективността на антената, съвпадението на импеданса и входните характеристики на чипа. В крайна сметка само част от общата енергийна верига действително влиза в чипа и ефективно се преобразува в постоянен ток.
Следователно събирането на енергия от RFID тагове е по същество предизвикателство за преобразуване на енергия, характеризиращо се с ниски нива на мощност и големи загуби на енергия.
UHF и HF/NFC използват различни методи за събиране на енергия
Въпреки че както UHF RFID, така и HF/NFC RFID могат да работят пасивно, има значителни разлики в техните механизми за свързване на енергия.
UHF RFID разчита основно на-разпространението на електромагнитни вълни в далечно поле. Четецът излъчва RF енергия в пространството; таг антената улавя част от тази енергия и я коригира чрез предната -схема на чипа. Този метод е -подходящ за приложения, изискващи по-дълъг диапазон на четене, като складиране, логистика, търговия на дребно и управление на активи.
HF RFID и NFC работят главно около 13,56 MHz. Етикети обикновено използват бобини антени за събиране на енергия чрез близко{2}}магнитно свързване. Силата на свързване между бобината на маркера и антената на четеца значително влияе върху работния обхват и стабилността на маркера.
В някои HF/NFC системи таг антената образува резонансна мрежа с кондензатор, което позволява по-ефективно енергийно свързване на целевата честота. Изследванията на RFID захранващи вериги по подобен начин използват структура, при която индуктор и резонансен кондензатор събират енергия от електромагнитното поле, която след това се преобразува в постоянен ток чрез токоизправителна верига.
Ето защо, докато обобщаването на „пасивното събиране на енергия с RFID“ просто като „етикетът получава радиовълни и генерира електричество“ не е съвсем неправилно, то е твърде опростено за целите на инженерния дизайн. Събирането на UHF далеко-поле и свързването на HF/NFC близко-поле включват различни логики на проектиране по отношение на конфигурацията на антената, разстоянието на свързване, съвпадението на импеданса и средите на приложение.
От гледна точка на производителя на RFID, как се оценява способността на етикета да събира енергия?
В Xminnov, когато изпълняваме проекти за RFID тагове, ние даваме приоритет на всеобхватната производителност на етикета в реални-среди от света пред изолирани измервания-обхват на четене, направени в лаборатория.
Първо, целевата честотна лента и протокол трябва да бъдат идентифицирани-като EPC Gen2/ISO 18000-63 за UHF RFID или съответните ISO стандарти за HF/NFC. След това се избира подходяща структура на антената въз основа на входните характеристики на чипа.
Последващите стъпки включват тестване на съвпадението на импеданса на етикета, резонансната честота, работата на различни материали и поведението при активиране в действително RF поле. За UHF тагове е необходимо също холистично да се оцени чувствителността на етикета, производителността на обратното разсейване и чувствителността на четеца. Ако етикетите в крайна сметка са предназначени за използване върху метално оборудване, автомобилни части, течни опаковки или в затворени пространства, ние обикновено даваме приоритет на действителното тестване на материала пред разчитането единствено на резултатите от тестовете в свободно-пространство.
Това е така, защото може да има значителна разлика между "обхвата на четене на свободен въздух", измерен в лабораторията, и "ефективния обхват на четене", след като етикетът е монтиран върху продукта.
