طیف فرکانس RFID

یکی از ملاحظات مهم در ارتباط با فناوری RFID ، فرکانس عملیاتی آنان است . همانند تلویزیون که می تواند در باندهای  UHF  ( برگرفته شده از  Ultra-High Frequency ) و VHF ( برگرفته شده از Very High Frequency  )  فعاليت نماید  ، سیستم های RFID نیز می توانند از باندهای مختلفی برای ارتباطات خود استفاده نمایند . 
شکل ۱ طیف فرکانس راديويی را نشان می دهد .

شکل ۱ : طیف فرکانس راديويی ( منبع ITU )

 

در RFID هم از باند فرکانس پائين و هم از باند فرکانس بالا در  محدوده های زیر استفاده می گردد .

• باندهای فرکانس پايين  RFID

  – فرکانس پايين و یا LF   ( برگرفته شده از  Low Frequency   ) : بین  125 تا ۱۳۴ کيلوهرتز 
  – فرکانس بالا    و یا HF  ( برگرفته شده از   High Frequency  ) : محدوده  56 / 13 مگاهرتز
   

• باندهای فرکانس بالا  RFID

  –  باند UHF: محدوده ۸۶۰ تا ۹۶۰ مگاهرتز
  –  ميکروويو : ۵ / ۲ گيگاهرتز به بالا

انتخاب فرکانس بر روی چندین خصلت سیستم های RFID تاثير گذار است که در ادامه به تشریح برخی از آنان خواهیم پرداخت .

محدوده خواندن
در باندهای فرکانس پايين ، محدوده خواندن تگ های غیرفعال  با توجه به بهره ضعيف آنتن  چیزی بیش از یک متر نمی باشد . ( در فرکانس های پايين ، طول موج الکترومغناطیسی بسیار بالا می باشد . در برخی حالات تا چندين کيلومتر و طولانی تر از ابعاد آنتن تعبيه شده در تگ های RFID . بهره آنتن ، بطور مستقیم با اندازه آنتن مرتبط با طول موج متناسب می باشد . بنابراین بهره آنتن در این فرکانس ها بسیار پایین است ) .
در فرکانس های بالاتر ، محدوده خواندن معمولا" افزایش خواهد یافت خصوصا" در مواردی که از تگ های فعال استفاده شده باشد . با توجه به این که باندهای فرکانس بالا می توانند باعث بروز مسایل مختلفی در رابطه با سلامت  انسان گردند ، تعداد بسیار زیادی از سازمان های تنظیم مقررات رادیویی نظیر FCC ( برگرفته شده از   ) ،  محدودیت های بیشتری را در خصوص قدرت سیستم های میکروویو و UHF اعمال می نمایند . این کار باعث می شود که محدوده خواندن این نوع سیستم های فرکانس بالا در تگ های غیرفعال بطور متوسط بین سه تا نه متر گردد .

تگ های غیرفعال در مقابل تگ های فعال
به دلایل تاریخی ، از تگ های غيرفعال معمولا" در باندهای LF و HF و از تگ های فعال در باندهای UHF و ميکروويو استفاده می گردد . در اولین سیستم های RFID از تگ های غیرفعال در  باندهای HF و LF استفاده می گردید . شاید قيمت مناسب بکارگیری فناوری فوق و عدم امکان سرمایه گذاری بالا بر روی سایر گزینه ها ( در گذشته ای نه چندان دور ) ، باعث بکارگیری تگ های غیرفعال در باندهای HF و LF شده باشد . امروزه با توجه به تحولات گسترده و سریع در این عرصه ، استفاده از تگ های فعال در باندهای فرکانس بالا در دستور کار قرار گرفته است . 

تداخل امواج از سایر سیستم های رادیویی
سیستم های RFID مستعد تداخل امواج از سایر سیستم های رادیویی می باشند . سیستم های RFID  که در باند LF عمل می نمایند ، در معرض این آسیب می باشند . توجه داشته باشید که  فرکانس های LF ، تحمل اتلاف در مسیر زیاد  و یا تضعیف خیلی کم در مسافت های کوتاه را ندارند ( در مقام مقایسه با فرکانس های بالاتر ) . این بدان معنی است که سیگنال های رادیویی سایر سیستم های ارتباطی که در محدوده مشابه فرکانسی LF کار می کنند ، دارای مقاومت میدانی بالائی در آنتن یک بررسی کننده RFID خواهند شد که می تواند به تداخل امواج منتج گردد .
در سمت ديگر طیف ، سیستم های میکروویو دارای استعداد کمتری برای تداخل امواج می باشند چراکه افت مسیر در باند میکروویو برای فرکانس های پايين بسیار بيشتر است.

مايعات و  فلزات
کارآئی سیستم های RFID  متاثر  از سطوح نم دار و يا آبکی است . سیگنال های HF نسبت به  سیگنال های میکروویو و UHF دارای قابلیت نفوذپذیری بهتری در آب و سایر مایعات می باشند . طول موج های کوتاه تر UHF دارای استعداد بیشتری جهت جذب در آب می باشند . به همین دلیل است که اغلب از تگ های HF برای برچسب گذاری مواد مایع استفاده می گردد . در چنین مواردی می توان از تگ های UHF نیز استفاده کرد ولی محدوده موثر خواندن آن بطرز محسوسی کاهش خواهد یافت .
محیط های فلزی بر روی تمامی فرکانس های RFID تاثير می گذارند . سیگنال های فرکانس راديويی قادر به عبور از فلزات نمی باشند و در مواردی که مواد فلزی در مجاورت آنتن کد خوان و یا آنتن تگ قرار بگیرد ، رفتار و خصایص سیستم دستخوش تغییرات عمده ای می گردد .
یکی از اثرات مشترک فلزات بر روی فرکانس های HF و UHF ، تغییر خودالقايی آنتن می باشد  که پيامد آن کاهش محدوده خواندن خواهد بود . یکی دیگر از اثرات مواد فلزی بر روی هر دو نوع فرکانس ، جذب انرژی RF توسط فلزات است .با این که هر دو نوع فرکانس قادر به نفوذ از طریق یک شی فلزی نمی باشند ، اثر جذب در تگ های HF و UHF رفتاری کاملا" متفاوت دارد . در تگ های HF ، یک محدوه خواندن ضعیف وجود دارد در حالی که در تگ های UHF ، می توان محدوده خواندن را در صورت ایجاد یک شکاف هوایی بین آنان و سطح فلز ، افزایش داد . در مواردی که مواد فلزی بخشی از شی مورد نظر برای برچسب گذاری توسط تگ های RFID می باشند ، بهتر است که از فلز به عنوان آنتن استفاده گردد ( به عنوان نمونه ، پياده سازی یک شکاف هوايی بین سطح فلز و تگ ) . در صورتی که انجام این کار غیرممکن باشد ، می بایست از  روش های روکش کردن استفاده کرد .

نرخ داده
سیستم های RFID  که در باند LF عمل می نمایند ، دارای نرخ داده پايينی در حد چندين کيلوبيت در ثانیه  می باشند . با توجه به فرکانس استفاده شده در سيستم های RFID  ، نرخ داده می تواند به مرز چندين مگابيت در ثانیه برسد . چيزی که در فرکانس های میکروویو محقق شده است .

اندازه و نوع آنتن
با توجه به طول زیاد طول موج سیگنال های رادیویی فرکانس پايين  ، آنتن سیستم های LF و HF می بایست  از آنتن های UHF و ميکروويو بزرگ تر باشد ، تا بتوان بهره سیگنال برابری را دریافت کرد  . این موضوع با هدف ايجاد تگ های RFID کوچک و ارزان در تضاد است . همین موضوع باعث شده است که بسیاری از طراحان سیستم ، از بهره آنتن به نفع کنترل قیمت ،  بگذرند و بپذيرند که از سیستم های HF و LF صرفا" در حوزه های کوچک استفاده نمایند . تگ های LF و HF معمولا" بزرگ تر از تگ های UHF و ميکروويو می باشند .
در شکل ۲ ، دو نوع  آنتن RFID به همراه تگ مربوطه در باندهای فرکانسی مختلف نشان داده شده است . 

شکل ۲ : دو نوع آنتن و تگ RFID

توجه داشته باشید که فرکانس عملیات ، نوع آنتن قابل استفاده  را به یک سیستم راديويی تحميل می کند . در سیستم های LF و HF از جفت گيری القایی و آنتن های القایی استفاده می گردد که معمولا" آنتن هایی از نوع حلقوی می باشند . در فرکانس های UHF و ميکروويو ، از جفت گیری خازنی استفاده می گردد و آنتن ها از نوع دوقطبی می باشند . 

اندازه و قیمت تگ های RFID
سیستم های RFID اولیه عموما" از باند LF استفاده می کردند ( به دلیل سهولت در ساخت ) . این نوع سيستم ها دارای مشکلات مختص به خود می باشند نظیر ابعاد بزرگ آنتن که می تواند قیمت تمام شده آنان را افزایش دهد .
در حال حاضر استفاده از باند HF  بسیار متداول است .با توجه به پيشرفت های اخیر در فناوری ساخت تراشه ها ،  قیمت تگ های UHF قابل رقابت با تگ های HF شده است . تگ های RFID ميکروويو مشابه تگ های UHF می باشند با این تفاوت که می توان آنان را کوچکتر و با  قیمت کمتری تولید کرد.
جدول ۱ ، خصایص سيستم های RFID را با فرکانس های مختلف نشان می دهد .

 

جدول ۱ : خصایص سيستم های RFID در فرکانس های مختلف