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关于超高频RFID的读距问题

 昵称aHLnM 2021-04-12

      做超高频RFID的都知道,读距是一个相对值。有人说手持机能读10米,有的说能读15米。做标签的也是,把读距说到没边。今天对读距方面,做个简单介绍,纯手打,理解偏颇的地方,欢迎大牛来喷。

      和读距相关的,一是读写器,二是环境,三是标签。读标签的大概过程就是读写器发出电磁波,电磁波在空气中传播,距离越远衰减越大,然后电磁波到达标签位置,标签天线切割磁感线产生脉冲电流,电流供给标签的芯片,如果这点能量不够激活标签芯片,表现就是读不到标签,如果能激活,标签就工作,并返回一个脉冲电流给标签的天线,天线再把这点能量变成电磁波发出去,再经过空气衰减,给到读写器天线,天线再转化成脉冲电流给读写模块,读写器接收灵敏度高的话,就能侦测到这么细微的能量,并成功解析,这时候标签才被读出来,如果能量太太太微弱了,读写器感受不到,标签就没读到。
       首先说一下读写器,它通过模块发脉冲电流,天线收到之后将其转化为电磁波发出去,模块功率越大电磁波强度越大,天线在某个方向的增益越大,电磁波在这个方向上的强度也越高。这个电磁波强度,可以用一个代码代替,叫EIRP,意思是电磁波在某个方向上辐射的强度,是功放发射的功率与天线增益的乘积,又因为我们所说的功率单位不是瓦,而是dbm,其实是取对数来的,再说白一点,就是EIRP=xxdbm+xxdbi,比如手持机的RFID输出功率是30dbm,天线增益是3dbi,那么eirp就是33dbm,这是理论值,因为还有模块和天线之间导线的损耗,有手持机外壳的遮挡损耗等各种因素。记住这个值,手持机读的远不远,跟这个值有很大关系!第二是接收灵敏度,比如模块的接收灵敏度大概在-75dbm,就是说能量在-75dbm时仍能被感知并且解析,如果-76dbm,就太微弱,没能力收到了。
       第二,说一下自由空间的电磁波衰减,是32.45+20*log(MHz)+20*log(km)915MHz电磁波在1米处的衰减就是32.45+20*log915+20* log0.001=32.45+20*(2.96-3)=31.65dbm。结合之前的例子,30dbm输出功率,3dbi增益天线的手持机,在1米的位置,电磁波强度由之前的33dbm变成了1.35dbm了,衰减够大吧,不过别担心,随着距离增加,衰减越来越少,基本上损耗6dbm能量,距离就变成2倍,当然也可以用公式套,那我们看一下5米的时候,电磁波是多少.....(计算中).....额,空气中损耗是45.65dbm,此处电磁波强度是-12.65 dbm,如果标签放在读写器5米处,标签的激活灵敏度是-12.65dbm,那么标签一定可以被激活。然后就要考虑标签返回的能量,标签接受电磁波,转换成电流,再变成电磁波发出去,总能量肯定衰减,因为天线增益的缘故,衰减并不是很多,有的甚至还增加(天线增益就像手电筒的聚光,可能总量可能减小了,但如果聚拢的好,某个方向会比原来大,这跟标签有关系),就当不增不减吧,反向能量到达读写器时是-12.65-45.65=-58.3dbm,而国外常用读写器芯片做成的模块一般是-75-80dbm之间,天线增益是3dbi,那么最差也能接收到-78dbm的微弱信号并解析成功(国产读写器芯片大概-60-70左右,也可以读到)。和空气中那点小损耗相比,差很多。如果那公司推导,基本上20米以外的标签,或者周围有电磁波干扰的环境,才会考虑标签返回的能量是否能被读写器接收。
        说了半天,感觉把标签该有的东西,上文也提到了。这就是rfid读距,是一个可用公式套的值。读写器的话,别说能读多远,要说射频口发射功率是多少,天线增益是多大,设备优化的好不好,eirp是多少。标签的话,也别说读距,只告诉我们读写器到标签的最小功率(前向功率)是多少,标签返回时反向功率是多少,剩下的,我们可以算。
       很多人在楼道里做RFID读距测试,或者贴着墙,很多时候,是有电磁波反射的,当反射的电磁波和直达标签处的电磁波,波峰和波峰重叠,波谷和波谷重叠时,读取距离就会超远,这个值没有意义。如果波峰和波谷重叠,就形成盲区,后退一些,还能读到。这些都没意义。

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