RFID干貨專欄｜11 識(shí)別距離、靈敏度

RFID干貨專欄概述

經(jīng)過20多年的努力發(fā)展，超高頻RFID技術(shù)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，每年的出貨量達(dá)到了200億的級(jí)別。在這個(gè)過程中，中國(guó)逐步成為超高頻RFID標(biāo)簽產(chǎn)品的主要生產(chǎn)國(guó)，在國(guó)家對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大力支持下，行業(yè)應(yīng)用和整個(gè)生態(tài)的發(fā)展十分迅猛。然而，至今國(guó)內(nèi)還沒有一本全面介紹超高頻RFID技術(shù)的書籍。

為了填補(bǔ)這方面的空缺，甘泉老師花費(fèi)數(shù)年之功，撰寫的新書《物聯(lián)網(wǎng)UHF RFID技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用》正式出版發(fā)布，本書對(duì)UHF RFID最新的技術(shù)、產(chǎn)品與市場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)性的闡述，干貨滿滿！RFID世界網(wǎng)得到了甘泉老師獨(dú)家授權(quán)，在RFID世界網(wǎng)公眾號(hào)特設(shè)專欄，陸續(xù)發(fā)布本書內(nèi)容。

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2.3.2正向識(shí)別距離與反向識(shí)別距離

通過2.3.1節(jié)的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該已經(jīng)掌握了Friis方程和雷達(dá)方程。以下通過幾個(gè)例子來(lái)驗(yàn)證一下我們學(xué)的知識(shí)。

01、正向距離

定義閱讀器發(fā)射的能量足夠激活標(biāo)簽工作的距離為正向距離。

假如標(biāo)簽的接收靈敏度為-18dBm，閱讀器天線發(fā)射功率為20dBm，標(biāo)簽天線增益為2dBi，讀寫器天線增益為8dBi，工作頻率為f =915MHz，且假定此時(shí)標(biāo)簽芯片與天線完全匹配，極化效率100%，天線輻射效率為0.5，其工作距離根據(jù)式（2-14）可得：

計(jì)算可得不同類型增益的標(biāo)簽天線對(duì)標(biāo)簽激活距離的影響隨閱讀器天線增益變化的曲線如圖2-52所示。無(wú)源反向散射超高頻RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽激活距離既與標(biāo)簽天線增益有關(guān)，也與閱讀器天線增益有關(guān)。

圖2-52 不同類型增益的標(biāo)簽天線對(duì)標(biāo)簽激活距離的影響隨閱讀器天線增益變化的曲線

天線的工作頻率對(duì)系統(tǒng)的讀取距離也有一定影響。通常，超高頻RFID系統(tǒng)的工作頻率為842.5MHz、868MHz、915MHz、922.5MHz、953.5MHz等，針對(duì)這些頻率對(duì)應(yīng)的工作波長(zhǎng)分別為0.356m、0.346m、0.328m、0.325m、0.315m。

超高頻RFID系統(tǒng)的識(shí)別距離與其工作波長(zhǎng)成正比。通過使用較低的工作頻率，即較大的工作波長(zhǎng)，可以增大系統(tǒng)的識(shí)別距離。天線工作頻率對(duì)識(shí)別距離的影響如圖2-53所示，假定系統(tǒng)中標(biāo)簽天線增益為2dBi。圖中曲線描述了工作頻率分別為842.5MHz、915MHz、953.5MHz時(shí)系統(tǒng)識(shí)別距離隨閱讀器天線增益變化的情況。

圖2-53天線的工作頻率對(duì)系統(tǒng)的讀取距離的影響

02、反向距離

定義閱讀器可以解析標(biāo)簽反向散射的信號(hào)的最遠(yuǎn)距離為反向距離。

假設(shè)標(biāo)簽的接收靈敏度為-18dBm，標(biāo)簽的，閱讀器的接收靈敏度為=-60dBm，閱讀器天線發(fā)射功率為20dBm，標(biāo)簽天線增益為2dBi，讀寫器天線增益為4.5dBi，工作頻率為f =915MHz，且假設(shè)此時(shí)閱讀器芯片與天線完全匹配，極化效率100%，其工作距離根據(jù)式（2-21）可得：

若保持其它參數(shù)不變，只是更改，分別為

則反向距離的變化曲線如圖2-54所示。

圖2-54反向距離變化曲線圖

2.3 超高頻RFID系統(tǒng)的識(shí)別距離

2.3.3標(biāo)簽靈敏度、閱讀器靈敏度與識(shí)別距離

2.3.2節(jié)講解了識(shí)別距離主要受到兩個(gè)參數(shù)的影響，分別是標(biāo)簽剛好能夠從閱讀器獲取足夠開啟功率的最大距離（即標(biāo)簽激活距離）和閱讀器能夠檢測(cè)到標(biāo)簽反向散射信號(hào)的最大距離，有效的識(shí)別距離取這兩個(gè)距離的較小值。其實(shí)任何一個(gè)無(wú)源系統(tǒng)都是由兩部分鏈路組成的，一部分是閱讀器發(fā)給標(biāo)簽的能量將標(biāo)簽激活，另一部分是標(biāo)簽返回一個(gè)命令讓閱讀器“聽到”，這個(gè)鏈路就算完成了，也就是我們常說的讀到標(biāo)簽了。這里要注意的是，一定是標(biāo)簽先被激活，才會(huì)反向散射，閱讀器才可能聽到標(biāo)簽的“發(fā)言”，若標(biāo)簽沒有被激活，也就不存在閱讀器是否“聽到”的問題了。

那到底是因?yàn)闃?biāo)簽沒有被激活引起的讀取標(biāo)簽失敗，還是因?yàn)殚喿x器“沒有聽到”標(biāo)簽?zāi)?？用專業(yè)術(shù)語(yǔ)表示為正向功率受限和反向閱讀器靈敏度受限。這個(gè)受限與閱讀器和標(biāo)簽的靈敏度有什么關(guān)系呢？這里通過兩個(gè)例子解釋。

圖2-55中的兩個(gè)圖，分別代表高性能大功率閱讀器和低性能小功率閱讀器讀取距離的差異。

圖2-55（a）中標(biāo)簽靈敏度-10dBm，閱讀器靈敏度-80dBm（兩條虛線），正向能量和反向能量隨距離的變化曲線（兩條實(shí)線）。可以看到標(biāo)簽可以工作6m的距離，閱讀器可以工作12m的距離，取最小值，其工作距離是6m，工作距離由正向距離決定，我們稱之為正向受限或標(biāo)簽功率受限。

圖2-55（b）中同理可以看出標(biāo)簽的靈敏度是-10dBm，而閱讀器靈敏度-30dBm。那么正向距離為3m，反向距離為1.5m，其工作距離為1.5m，是工作距離由反向距離決定，我們稱之為反向受限或閱讀器靈敏度受限。

（a）正向受限                        （B）反向受限

圖2-55高性能大功率閱讀器和低性能小功率閱讀器讀取距離的差異

有很多閱讀器在輸出大功率的時(shí)候靈敏度急劇下降，最終導(dǎo)致工作距離大幅下降，反而沒有低功率輸出的時(shí)候距離遠(yuǎn)。在使用低性能閱讀器需要增加工作距離時(shí)，最好的方法不是增大功率而是增大閱讀器天線增益，增大天線增益可以增加工作距離而不影響系統(tǒng)的靈敏度。