HF-Physik: Wie fließt Energie in ein RFID-System?

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RF Physics & RFID: Ein kurzer Überblick

RFID-Systeme unterliegen, wie alle Energiesysteme, den Gesetzen der Physik. Physik ist das Studium der Materie und ihrer Bewegung durch Raum und Zeit, zusammen mit verwandten Begriffen wie Energie und Kraft. Um tiefer zu gehen, unterliegen RFID-Systeme auch grundlegenden elektromagnetischen Prinzipien. Diese Prinzipien sprechen für den Energietransfer und das elektromagnetische Spektrum, die im Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion und dem Lenzschen Gesetz definiert sind. Darüber hinaus regulieren Regierungen und Militärabteilungen die Nutzung des elektromagnetischen Spektrums (Frequenz und Sendeleistung) in verschiedenen Teilen der Welt, was zu unterschiedlichen Normen und Vorschriften für RFID-Systeme führt.


Jeder Aspekt eines RFID-Systems wird unter Verwendung der oben genannten Gesetze und Standards entworfen, um Informationen unter Verwendung eines elektromagnetischen Feldes und modulierter Energie erfolgreich auszutauschen. Jeder Teil des Prozesses - Leser zu Kabel, Kabel zu Antenne und Antenne zum Markieren (und zurück) - sorgt für einen effektiven Energietransfer zwischen den Segmenten.


Jeder Schritt in dem Energieflussprozess eines typischen UHF-RFID-Systems wird nachstehend einfach definiert.


Energiefluss: Reader zu Kabel


Energie fließt aus einer Steckdose als Wechselstrom (Alternating Current Power), was bedeutet, dass Elektronen periodisch ihre Richtung umkehren, während sie sich bewegen, wodurch die Energie relativ zu Gleichstrom (Gleichstrom) länger übertragen werden kann. Ein typisches RFID-Leser-Netzteil, das in einem RFID-Leser enthalten ist, ist ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, der den Wechselstrom von der Steckdose zu einem Gleichstrom ändert (der für die Leserelektronik geeigneter ist).


Als nächstes läuft der Gleichstrom durch ein Oszillator- und Phasenregelkreismodul (PLL), das dann den Gleichstrom von der Stromversorgung in einen Wechselstrom mit variabler Frequenz umwandelt. Die variable Frequenz wird durch einen Frequenzsprungalgorithmus innerhalb des RFID-Lesegeräts bestimmt, der auf dem während der Herstellungsphase eingestellten Frequenzbereich basiert.


Zum Beispiel muss in den Vereinigten Staaten jeder Leser einen Frequenzsprungalgorithmus aufgrund von Vorschriften verwenden, die angeben, dass ein einzelner Leser nicht auf einer spezifischen Frequenz für mehr als 400 Millisekunden oder 0,4 Sekunden senden kann, um drängungsspezifische Frequenzen zu verhindern. Bei Verwendung eines HF-Lesers, der auf den US-FCC-Frequenzbereich eingestellt ist, "springt" der Leser alle 0,4 Sekunden in einem vorgegebenen Muster wie 902,5 MHz (0,4 s), 903,5 MHz (0,4 s), 927 MHz (0,4 s) und bald. Wenn ein Leser länger als 0,4 Sekunden auf einer Frequenz bleibt, kann es zu Interferenzen zwischen benachbarten Funkgeräten kommen.


Nachdem der Wert der variablen Frequenz eingestellt worden ist, wird das resultierende Signal dann unter Verwendung des HF-Verstärkers verstärkt und durch die Information moduliert, die der Leser versucht, an das RFID-Etikett zu senden. Ein HF-Verstärker bestimmt die Leistung des durch den RFID-Leser zu sendenden Signals (d. H. Seine Sendeleistung) und verstärkt das HF-Signal auf diesen gewünschten Leistungspegel. Gemäß den US-amerikanischen FCC-Bestimmungen darf das vom Lesegerät gesendete Signal nicht mehr als 1 Watt (30 dBm) betragen. Da jedoch die Energie von der Antenne eine Dämpfung aufgrund von Kabelverlust beinhaltet, sind einige RFID-Lesegeräte in der Lage, Leistungspegel von über 30 dBm (zum Beispiel 31,5 dBm) zu übertragen. Die Dämpfung des Kabels negiert dann die zusätzliche Sendeleistung, wodurch der Leser nicht gegen den FCC-Standard 15.247 verstoßen kann. Bei Verwendung von Sender-Sendeleistungspegeln von> 30 dBm müssen die Betreiber sicherstellen, dass das verwendete Kabel die erforderliche Dämpfung liefert, so dass die Leistungsaufnahme der Antenne 1 Watt nicht übersteigt. (Sehen Sie sich das GS1-Dokument an, für weitere Einzelheiten zu den Vorschriften für UHF-RFID in anderen Ländern.)


Das verstärkte Signal wird dann durch ein HF-Bandpassfilter geleitet, das zusätzliche Frequenzen eliminiert, die außerhalb des zulässigen Übertragungsbandes liegen. Nach dem Durchlaufen des Bandpassfilters wird das Signal dann über einen Richtkoppler an den Antennenanschluss und anschließend an das Koaxialkabel ausgegeben.

Last update: Feb 05, 2018

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