Bagi mereka yang baru menggunakan RFID pasif, persoalan biasa timbul: memandangkan tag RFID kekurangan bateri, apakah sebenarnya kuasa cip? Jawapannya bukanlah bahawa tag menjana elektriknya sendiri; sebaliknya, ia menuai tenaga RF terhad daripada medan elektromagnet yang dipancarkan oleh pembaca RFID dan menukarkannya kepada voltan DC yang boleh digunakan oleh cip. Proses ini dikenali sebagai RF Energy Harvesting-atau pemerolehan kuasa tanpa wayar oleh teg.
Berdasarkan pengalaman luas Xminnov dalam reka bentuk antena tag RFID, pembungkusan cip dan ujian aplikasi, faktor seperti julat bacaan, keserasian bahan, kepekaan cip dan saiz antena semuanya akhirnya bergantung pada isu asas: sama ada tag itu boleh memperoleh tenaga yang mencukupi dan stabil di lokasi operasinya yang sebenar.
Oleh itu, memahami penuaian kuasa tag RFID memerlukan melihat di luar fakta mudah bahawa "tag pasif tidak memerlukan bateri." Perkara yang benar-benar menentukan prestasi sistem ialah keseluruhan rantaian tenaga-yang menjangkau daripada kuasa penghantaran pembaca ke antena teg, padanan impedans, pembetulan dan pengurusan kuasa, sehinggalah ke komunikasi permulaan cip dan serakan belakang.
Apakah itu RFID Tag Power Harvesting?
Penuaian kuasa tag RFID merujuk kepada proses di mana tag RFID menggunakan tenaga elektromagnet RF (Radio Frequency) yang dijana oleh pembaca untuk menyediakan kuasa kendalian bagi litar elektronik dalamannya. Ambil tag RFID UHF pasif biasa, sebagai contoh; mereka biasanya kekurangan bateri konvensional. Apabila pembaca memancarkan isyarat RF ke angkasa melalui antenanya, antena tag menangkap sebahagian daripada tenaga tersebut. Antena menukarkan gelombang elektromagnet kepada isyarat elektrik RF; ini kemudiannya melalui antara muka RF dan litar pembetulan, menukar-isyarat AC frekuensi tinggi kepada voltan DC. Setelah syarat permulaan cip dipenuhi, logik digital dalaman teg, memori dan modul berfungsi lain mula beroperasi.
Pada masa yang sama, teg tidak menjana pembawa wayarles baharu secara aktif untuk komunikasi, seperti peranti Wi-Fi. Untuk teg UHF pasif yang mematuhi EPC Gen2/ISO 18000-63, penghantaran data terutamanya dicapai melalui "backscatter"-mengubah suai galangan pada terminal antena untuk mencipta keadaan pantulan yang berbeza-beza yang boleh dikesan oleh pembaca. Spesifikasi GS1 EPC Gen2 secara eksplisit menggunakan modulasi serakan belakang sebagai mekanisme komunikasi antara tag dan penyiasat. Dari perspektif kejuruteraan, teg RFID pasif melaksanakan dua tindakan berurutan dengan berkesan:
Pertama, ia menuai tenaga daripada medan RF pembaca; kemudian, ia menggunakan tenaga itu untuk menggerakkan operasi cip dan memudahkan komunikasi serakan ke belakang.
Ini menerangkan sebab "julat baca" teg RFID tidak boleh disamakan dengan saiz antena-antena yang lebih besar tidak menjamin julat yang lebih panjang secara automatik. Teg mesti terlebih dahulu memperoleh kuasa input RF yang mencukupi untuk membawa cip ke keadaan operasi, dan seterusnya memastikan bahawa isyarat berselerak belakang boleh dikesan dengan pasti oleh pembaca.
Bagaimana antag RFIDmenukar tenaga RF kepada kuasa elektrik?
Dari segi seni bina litar, tag RFID pasif biasa boleh dipermudahkan seperti berikut:Antena RFID → Padanan Impedans → Penerus → Pengurusan Kuasa DC → IC RFID.
Antena tag bertanggungjawab untuk menangkap tenaga elektromagnet yang dihasilkan oleh pembaca. Untuk RFID UHF, antena lazimnya ialah struktur konduktif (dicetak atau terukir) yang direka bentuk untuk jalur frekuensi tertentu, manakala teg HF/NFC sering menggunakan antena gegelung untuk menuai tenaga melalui-gandingan magnet medan.
Isyarat RF yang ditangkap oleh antena tidak boleh digunakan secara langsung untuk menghidupkan cip digital. Di dalam IC RFID, input RF mesti menjalani pembetulan dan pengurusan kuasa untuk ditukar kepada voltan DC yang agak stabil. Penyelidikan ke dalam penjanaan RF menunjukkan bahawa seni bina tipikal menggunakan antena, struktur resonans dan litar penerus untuk mengubah tenaga elektromagnet kepada kuasa DC.
Dalam sistem RFID UHF, proses ini sangat bergantung pada keupayaan pembetulan bahagian hadapan-hujung cip. Model penyelidikan dan kejuruteraan biasanya menerangkan penukaran kuasa RF yang diterima kepada kuasa DC melalui penerus untuk mengaktifkan IC tag.
Terdapat butiran yang sering diabaikan di sini: teg tidak "menangkap" keseluruhan kuasa RF yang dipancarkan oleh pembaca.
Kuasa yang sebenarnya mencapai teg sudah dipengaruhi oleh faktor seperti jarak perambatan, orientasi antena, kuasa output pembaca, polarisasi, objek sekeliling dan pantulan persekitaran. Sebaik sahaja tenaga mencapai teg, ia akan dikekang lagi oleh kecekapan antena, padanan impedans dan ciri input cip. Akhirnya, hanya sebahagian kecil daripada jumlah rantaian tenaga yang benar-benar memasuki cip dan secara berkesan ditukar kepada kuasa DC.
Oleh itu, penuaian kuasa tag RFID pada asasnya merupakan cabaran penukaran tenaga yang dicirikan oleh tahap kuasa yang rendah dan kehilangan tenaga yang tinggi.
UHF dan HF/NFC menggunakan kaedah yang berbeza untuk penuaian tenaga
Walaupun kedua-dua RFID UHF dan RFID HF/NFC boleh beroperasi secara pasif, terdapat perbezaan yang ketara dalam mekanisme gandingan tenaga mereka.
RFID UHF bergantung terutamanya pada-perambatan gelombang elektromagnet medan jauh. Pembaca memancarkan tenaga RF ke angkasa; antena tag menangkap sebahagian daripada tenaga ini dan membetulkannya melalui litar-hujung hadapan cip. Kaedah ini sangat-sesuai untuk aplikasi yang memerlukan julat bacaan yang lebih panjang, seperti pergudangan, logistik, runcit dan pengurusan aset.
HF RFID dan NFC beroperasi terutamanya sekitar 13.56 MHz. Teg biasanya menggunakan antena gegelung untuk menuai tenaga melalui-gandingan magnet medan dekat. Kekuatan gandingan antara gegelung tag dan antena pembaca memberi kesan ketara kepada julat operasi dan kestabilan tag.
Dalam sesetengah sistem HF/NFC, antena tag membentuk rangkaian resonan dengan kapasitor, membolehkan gandingan tenaga yang lebih cekap pada frekuensi sasaran. Penyelidikan ke dalam litar bekalan kuasa RFID juga menggunakan struktur di mana induktor dan kapasitor resonan menuai tenaga daripada medan elektromagnet, yang kemudiannya ditukar kepada kuasa DC melalui litar penerus.
Oleh itu, semasa meringkaskan "penuaian tenaga RFID pasif" hanya kerana "tag menerima gelombang radio dan menjana elektrik" tidaklah salah sepenuhnya, ia terlalu mudah untuk tujuan reka bentuk kejuruteraan. Penuaian medan jauh-UHF dan gandingan medan HF/NFC dekat-melibatkan logik reka bentuk yang berbeza berkenaan konfigurasi antena, jarak gandingan, padanan impedans dan persekitaran aplikasi.
Dari perspektif pengilang RFID, bagaimanakah keupayaan penuaian tenaga tag dinilai?
Di Xminnov, apabila melaksanakan projek teg RFID, kami mengutamakan prestasi komprehensif teg dalam-persekitaran dunia sebenar berbanding pengukuran julat baca-terpencil yang diambil dalam makmal.
Pertama, jalur frekuensi sasaran dan protokol mesti dikenal pasti-seperti EPC Gen2/ISO 18000-63 untuk UHF RFID atau piawaian ISO yang berkaitan untuk HF/NFC. Seterusnya, struktur antena yang sesuai dipilih berdasarkan ciri input cip.
Langkah seterusnya melibatkan ujian padanan impedans teg, kekerapan resonans, prestasi pada pelbagai bahan dan tingkah laku pengaktifan dalam medan RF sebenar. Untuk teg UHF, anda juga perlu menilai secara holistik sensitiviti teg, prestasi serakan belakang dan sensitiviti pembaca. Jika teg akhirnya bertujuan untuk digunakan pada peralatan logam, bahagian automotif, pembungkusan cecair atau dalam ruang terkurung, kami biasanya mengutamakan ujian bahan sebenar berbanding bergantung semata-mata pada keputusan ujian-angkasa percuma.
Ini kerana mungkin terdapat perbezaan yang ketara antara "julat baca dalam udara bebas" yang diukur di makmal dan "julat bacaan berkesan" selepas tag dipasang pada produk.
