Дальность считывания в системах RFID с электромагнитной связью

Рассмотрим особенности функционирования микроволновой системы RFID, когда транспондер (метка) находится в зоне опроса считывателя. Считыватель излучает в окружающее пространство электромагнитные волны с эффективной излучаемой мощностью. Транспондер принимает мощность, пропорциональную напряженности поля Е на расстоянии r. Пассивная RFID-метка не имеет собственного электропитания от такого внутреннего источника напряжения, как батарея или солнечный элемент. Если транспондер находится в пределах допустимой зоны действия считывателя, напряжение индуцируется в антенне транспондера полем напряженностью Е, существующим на данном расстоянии r. Часть этого напряжения поступает на выводы антенны в виде напряжения. Только напряжение выпрямляется и используется транспондером как источник питания.


В активных RFID-метках электропитание полупроводниковой схемы обеспечивается батареей. Это напряжение не зависит от расстояния между транспондером и считывателем и достаточно для обеспечения работы ИС. Напряжение, подаваемое от антенны, используется для приведения в действие транспондера с помощью схемы детектирования. Активные RFID-метки в количестве более 500 шт. были использованы нами при внедрении системы учета продукции для предприятия "Альянс", которое предлагает на рынке лист нержавеющий и трубы из нержавеющий стали, отличительной чертой системы при этом является высокая дальность считывания и работа радиочастотных меток на металлических поверхностях. При отсутствии внешней активации каждая RFID-метка переключается в режим сохранения энергии, чтобы предотвратить ненужный разряд батареи. При соответствующей схеме детектирования для активации активной метки требуется значительно меньше мощности Р3, чем для пассивной RFID метки.

Для того чтобы как можно эффективнее использовать эту небольшую мощность, обычно в качестве выпрямителя применяют диод Шотки с согласованием импедансов. Диоды Шотки создаются на переходе металл-полупроводник. Вольтамперная характеристика перехода металл-полупроводник имеет вид диодной характеристики. В отличие от полуповодникового диода с p-n переходом, у диодов Шотки отсутствуют инерционные эффекты, вызываемые инжекцией неосновных носителей. Другими преимуществами диодов Шотки по сравнению с p-n диодами являются низкий шум и малое падение напряжения в прямом направлении.


Путем комбинирования р- или n-легированного полупроводника с различными металлами можно изменять свойства диода Шотки в широком диапазоне. В транспондерах R FID используются в основном р-легированные диоды Шотки, поскольку они особенно удобны для детекторов при работе с малыми сигналами. На практике чувствительность по напряжению детекторов Шотки принимают равной примерно 50 мВ/мкВт. Выбор подходящего диода Шотки для конкретного случая и установка таких рабочих параметров, которые обеспечивают высокую чувствительность по напряжению детектора Шотки, является серьезной задачей для разработчиков, проектирующих систему RFID.

Соответственно дальность считывания активного транспондера получается больше, чем у пассивной RFID-метки. На практике обычны дальности более 10 метров. Электромагнитное поле, излучаемое считывателем, отражается не только транспондером, но и всеми близко расположенными объектами, размеры которых больше, чем длина волны этого поля. Отраженные волны накладываются на первичное поле, излучаемое считывателем. Это приводит к локальному затуханию поля или даже к его гашению, а иногда к усилению поля (при синфазном наложении) в интервалах между индивидуальными минимумами.