RF物理:RFIDシステムにおけるエネルギーの流れ

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RF物理学&RFID:簡単な概要

RFIDシステムは、エネルギーを含むすべてのシステムと同様に、物理法則によって管理されています。物理学とは、エネルギーと力などの関連する概念とともに、空間と時間を通した物質とその運動の研究です。より深く探求するために、RFIDシステムはまた、基本的な電磁気原理に従う。これらの原理はエネルギーの伝達と電磁スペクトルに言及し、ファラデーの電磁誘導の法則とレンツの法則で定義されています。さらに、政府や軍部は、世界各地で電磁波スペクトル(周波数と送信電力)の使用を規制しており、これによりRFIDシステムを管理する基準や規制が異なります。


RFIDシステムのあらゆる側面は、電磁場と変調されたエネルギーを用いて情報を首尾よく交換するために、上述の法律や基準を用いて設計されている。ケーブル、アンテナへのケーブル、アンテナへのタグ付け(および裏返し)の各工程は、セグメント間の効果的なエネルギー移動を保証します。


典型的なUHF RFIDシステムのエネルギーフロープロセスの各ステップは、以下で簡単に定義されています。


エネルギーフロー:リーダーからケーブル


電気はコンセントからAC電源(交流電源)として流れます。これは、電子が走行中に方向を周期的に逆転させることを意味し、DC電力(直流電力)に対してより長い距離を伝えることができます。 RFIDリーダに含まれる典型的なRFIDリーダ電源はACからDCへの電力変換器であり、交流電流をコンセントから直流に変換する(これはリーダ電子機器により適している)。


次に、直流電流は、発振器およびPLL(Phase Locked Loop)モジュールを通過し、次に、電源からの直流電流を可変周波数の交流電流に変換します。可変周波数は、製造段階で設定された周波数範囲に基づくRFIDリーダ内部の周波数ホッピングアルゴリズムによって決定される。


例えば、米国では、特定の周波数を混雑させないために、単一のリーダが特定の周波数で400ミリ秒または0.4秒以上送信できないという規則のために、各リーダは周波数ホッピングアルゴリズムを採用する必要があります。 US FCCの周波数範囲に設定されたRFリーダーを使用している間、リーダーは、902.5MHz(0.4秒)、903.5MHz(0.4秒)、927MHz(0.4秒)、およびそうです。読者が1つの周波数に0.4秒以上滞在すると、隣接する無線機間に干渉が生じる可能性があります。


可変周波数の値が設定された後、得られた信号はRF増幅器を使用して増幅され、リーダがRFIDタグに送信しようとしている情報によって変調される。 RF増幅器は、RFIDリーダによって送信される信号の電力(すなわち、その送信電力)を決定し、RF信号をその所望の電力レベルに増幅する。米国のFCC規則によれば、リーダから送信される電力信号は1ワット(30dBm)を超えることはできません。しかしながら、アンテナからの電力はケーブル損失による減衰を含むので、一部のRFIDリーダは30dBmを超える電力レベル(例えば31.5dBm)を送信することができる。ケーブルの減衰は、FCC規格15.247に違反しないように読み取り機の余分な送信電力を無効にする。リーダの送信電力レベルが30 dBmを超える場合、オペレータはアンテナに入力される電力が1 Wを超えないように、使用するケーブルが必要な減衰を提供することを保証する必要があります。 (他国のUHF RFIDの規制に関する詳細は、GS1の文書を参照してください)。


増幅された信号は、その後、許可された送信帯域外にある追加の周波数を除去するRF帯域通過フィルタを通過する。バンドパスフィルタを通過した後、信号はアンテナポートに出力され、その後、方向性結合器を介して同軸ケーブルに出力される。

Last update: Feb 05, 2018

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