Физические принципы взаимодействия транспондера со считывателем

Пассивные RFID-транспондеры (радиочастотные метки) получают энергию для работы с помощью напряжения, индуцированного в обмотке своей антенны. Это процесс подобен работе трансформатора с воздушным зазором, в котором первичная обмотка передает напряжение на вторичную обмотку с помощью индуктивной связи. В системе RFID антенна считывателя является первичной обмоткой, которая с помощью индуктивной связи передает напряжение на антенну транспондера, действующую как вторичная обмотка.

Как уже отмечалось, индуктивная связь между антеннами считывателя и метки возможна только в ближнем поле. Если обе антенны параллельны друг другу - это одно из условий, необходимых для получения максимального расстояния считывания в типичной системе RFID с индуктивной связью. Коэффициент связи k является важным фактором определяющим эффективное функционирование приложения RFID. Наилучший результат достигается при k=1.


Соответственно, можно видеть, что значение k может быть максимизировано посредством:
1. оптимизации расстояния считывания. Чем ближе метка к считывателю, тем лучше связь между их антеннами;
2. минимизации угла между обеими антеннами. Если транспондер перемещается и не имеет ориентированной позиции, например, в приложениях, предназначенных для спортивных целей или идентификации животных, тогда этот параметр особенно критичен;
3. согласования размеров эффективных площадей антенн. Коэффициент связи может быть максимальным, если обе антенны имеют одинаковую эффективную площадь.

Коэффициент связи уменьшается с увеличением расстояния. Следует отметить, что коэффициент связи k зависит только от геометрических параметров, на него не влияют какие-либо электрические величины. В качестве примера оптимизации коэффициента связи в реальном проекте, можно привести систему учета складской продукции для одного производственной компании, причем в данном проекте RFID метки продукции интегрировались в термоэтикетки 43х25 и была максимально согласована эффективная площадь восьми антенн RFID-считывателей. Как уже упоминалось, передача данных RFID и энергии базируется на применении резонансных цепей с магнитной связью. Поскольку в системе RFID с индуктивной связью имеются две отдельные резонансные цепи, работающие как цепь последовательного резонанса в считывателе и цепь параллельного резонанса в метке, может случиться, что они не точно настроены на требуемую частоту. Причинами могут быть:
1. температурные влияния;
2. допуски компонентов (L, R, С).


В системах RFID, работающих в ВЧ диапазоне, для передачи данных от RFID-метки на считыватель обычно используется модуляция методом обратного отражения. Эти действия по изменению полной индуктивности резонансного контура в антенне дают транспондеру возможность манипулировать резонансной частотой и в результате выполнить модуляцию сигнала, отправляемого на считыватель, методом обратного отражения. Как только транспондер начинает передачу сигнала 13,56 МГц обратно на считыватель, антенна считывателя принимает сигнал от RFID-метки и начинает его обработку.

Если частота резонансного контура антенны транспондера отклоняется от настройки считывателя 13,56 МГц, тогда считыватель воспринимает это как более слабый сигнал RFID-метки. Манипулируя резонансной частотой, транспондер через свою антенну посылает сигналы, которые управляются хранимыми в нем данными. Считыватель воспринимает эти сигналы как амплитудно-модулированные. Принимая, детектируя и декодируя эти сигналы, считыватель извлекает из них данные, хранившиеся в RFID-метке. Эта информация выводится на компьютер или какой-либо другой интерфейс пользователя.