Tistim, ki prvič uporabljajo pasivno RFID, se postavlja pogosto vprašanje: kaj dejansko napaja čip, ker oznake RFID nimajo baterij? Odgovor ni v tem, da oznaka proizvaja lastno elektriko; namesto tega zbira omejeno radiofrekvenčno energijo iz elektromagnetnega polja, ki ga oddaja čitalnik RFID, in jo pretvori v enosmerno napetost, ki jo uporablja čip. Ta postopek je znan kot RF Energy Harvesting-ali brezžično pridobivanje energije z oznako.
Na podlagi obsežnih izkušenj podjetja Xminnov pri načrtovanju antene RFID oznake, pakiranju čipov in testiranju aplikacij so dejavniki, kot so obseg branja, združljivost materiala, občutljivost čipa in velikost antene, na koncu odvisni od temeljnega vprašanja: ali lahko oznaka pridobi zadostno in stabilno energijo na svoji dejanski delovni lokaciji.
Zato je za razumevanje pridobivanja moči oznake RFID treba pogledati dlje od preprostega dejstva, da "pasivne oznake ne potrebujejo baterij". Tisto, kar resnično določa zmogljivost sistema, je celotna energetska veriga,-ki se razteza od oddajne moči čitalnika do antene oznake, ujemanja impedance, popravljanja in upravljanja porabe energije, vse do zagona čipa in povratne komunikacije.
Kaj je RFID Tag Power Harvesting?
Zbiranje moči oznake RFID se nanaša na postopek, s katerim oznaka RFID uporablja elektromagnetno energijo RF (radiofrekvenčno), ki jo ustvari čitalnik, da zagotovi delovno napajanje svojih notranjih elektronskih vezij. Vzemimo na primer običajne pasivne oznake UHF RFID; običajno nimajo običajne baterije. Ko čitalnik oddaja RF signal v vesolje preko svoje antene, antena za oznako zajame del te energije. Antena pretvarja elektromagnetne valove v RF električne signale; te nato preidejo skozi vmesnik RF in usmerjevalno vezje ter pretvorijo visoko{3}}frekvenčni izmenični signal v enosmerno napetost. Ko so izpolnjeni zagonski pogoji čipa, začnejo delovati notranja digitalna logika oznake, pomnilnik in drugi funkcionalni moduli.
Hkrati oznaka ne ustvari aktivno novega brezžičnega operaterja za komunikacijo, kot bi to naredila naprava Wi-Fi. Pri pasivnih oznakah UHF, ki so skladne z EPC Gen2/ISO 18000-63, je prenos podatkov dosežen predvsem s spreminjanjem impedance na priključku antene "backscatter" za ustvarjanje različnih odbojnih stanj, ki jih čitalnik lahko zazna. Specifikacija GS1 EPC Gen2 izrecno sprejme modulacijo povratnega sipanja kot komunikacijski mehanizem med oznako in izpraševalcem. Z inženirskega vidika pasivna oznaka RFID učinkovito izvaja dve zaporedni dejanji:
Prvič, pridobiva energijo iz RF polja čitalca; nato pa to energijo uporabi za napajanje delovanja čipa in olajša komunikacijo povratnega sipanja.
To pojasnjuje, zakaj »bralnega dosega« oznake RFID ni mogoče preprosto enačiti z velikostjo antene-večja antena ne zagotavlja samodejno daljšega dosega. Oznaka mora najprej pridobiti zadostno RF vhodno moč, da spravi čip v operativno stanje, nato pa mora zagotoviti, da lahko bralnik zanesljivo zazna nazaj sipani signal.
Kako deluje anRFID oznakapretvoriti RF energijo v električno?
Kar zadeva arhitekturo vezja, lahko tipično pasivno oznako RFID poenostavimo na naslednji način:Antena RFID → Ujemanje impedance → Usmernik → Upravljanje DC napajanja → RFID IC.
Tag antena je odgovorna za zajemanje elektromagnetne energije, ki jo ustvarja čitalnik. Za UHF RFID je antena običajno prevodna struktura (natisnjena ali jedkana), zasnovana za določen frekvenčni pas, medtem ko oznake HF/NFC pogosto uporabljajo tuljavne antene za pridobivanje energije prek magnetnega sklopa bližnjega{1}}polja.
RF signala, ki ga zajame antena, ni mogoče uporabiti neposredno za napajanje digitalnega čipa. Znotraj RFID IC mora biti RF vhod podvržen popravljanju in upravljanju napajanja, da se pretvori v razmeroma stabilno enosmerno napetost. Raziskave RF napajanja kažejo, da tipične arhitekture uporabljajo anteno, resonančno strukturo in usmerniško vezje za pretvorbo elektromagnetne energije v enosmerno.
V sistemih UHF RFID je ta postopek v veliki meri odvisen od popravljalnih zmožnosti sprednjega dela čipa-. Raziskovalni in inženirski modeli običajno opisujejo pretvorbo prejete RF moči v enosmerno moč prek usmernika za aktiviranje oznake IC.
Tukaj je pogosto spregledana podrobnost: oznaka ne "zajame" celotne RF moči, ki jo oddaja čitalnik.
Na moč, ki dejansko doseže oznako, že vplivajo dejavniki, kot so razdalja širjenja, usmerjenost antene, izhodna moč čitalnika, polarizacija, okoliški predmeti in odsevi iz okolja. Ko energija enkrat doseže oznako, je dodatno omejena z učinkovitostjo antene, ujemanjem impedance in vhodnimi značilnostmi čipa. Navsezadnje samo delček celotne energetske verige dejansko vstopi v čip in se učinkovito pretvori v enosmerno napajanje.
Zato je pridobivanje moči oznake RFID v bistvu izziv za pretvorbo energije, za katerega so značilne nizke ravni moči in velike izgube energije.
UHF in HF/NFC uporabljata različne metode za pridobivanje energije
Čeprav lahko tako UHF RFID kot HF/NFC RFID delujeta pasivno, obstajajo pomembne razlike v njunih mehanizmih povezovanja energije.
UHF RFID temelji predvsem na širjenju-elektromagnetnih valov v daljnem polju. Čitalec seva RF energijo v prostor; tag antena zajame del te energije in jo popravi prek sprednjega-vezja čipa. Ta metoda je -primerna za aplikacije, ki zahtevajo daljši obseg branja, kot so skladiščenje, logistika, maloprodaja in upravljanje sredstev.
HF RFID in NFC delujeta predvsem okoli 13,56 MHz. Oznake običajno uporabljajo tuljavne antene za pridobivanje energije prek-magnetne sklopitve bližnjega polja. Moč spoja med tuljavo oznake in anteno bralnika pomembno vpliva na delovno območje in stabilnost oznake.
V nekaterih HF/NFC sistemih tag antena tvori resonančno mrežo s kondenzatorjem, kar omogoča učinkovitejše spajanje energije na ciljni frekvenci. Raziskave napajalnih vezij RFID podobno uporabljajo strukturo, kjer induktor in resonančni kondenzator pridobivata energijo iz elektromagnetnega polja, ki se nato pretvori v enosmerno napajanje prek usmerniškega vezja.
Čeprav povzemanje »pasivno zbiranje energije RFID« preprosto kot »oznaka sprejema radijske valove in proizvaja elektriko« ni povsem napačno, je preveč poenostavljeno za namene inženirskega načrtovanja. Zbiranje UHF daljnega-polja in povezovanje HF/NFC bližnjega-polja vključujeta različne načrtovalske logike glede konfiguracije antene, razdalje povezovanja, ujemanja impedance in aplikacijskih okolij.
Kako je z vidika proizvajalca RFID ocenjena sposobnost zbiranja energije oznake?
Pri Xminnovu pri izvajanju projektov oznak RFID dajemo prednost celoviti zmogljivosti oznake v realnem-okoljju sveta pred izoliranimi-meritvami obsega branja, opravljenimi v laboratoriju.
Najprej je treba določiti ciljni frekvenčni pas in protokol-, kot je EPC Gen2/ISO 18000-63 za UHF RFID ali ustrezne standarde ISO za HF/NFC. Nato se izbere ustrezna struktura antene glede na vhodne značilnosti čipa.
Naslednji koraki vključujejo testiranje ujemanja impedance oznake, resonančne frekvence, delovanja na različnih materialih in aktivacijskega obnašanja znotraj dejanskega RF polja. Za oznake UHF je treba celostno oceniti tudi občutljivost oznake, zmogljivost povratnega sipanja in občutljivost čitalnika. Če so oznake končno namenjene za uporabo na kovinski opremi, avtomobilskih delih, embalaži za tekočine ali v zaprtih prostorih, na splošno dajemo prednost dejanskemu testiranju materiala pred zanašanjem izključno na rezultate preskusov v prostem-prostoru.
To je zato, ker lahko pride do znatne razlike med "območjem branja na prostem", izmerjenim v laboratoriju, in "učinkovitim razponom branja", potem ko je oznaka nameščena na izdelek.
