RFID-система, какой бы совершенной она ни казалась на бумаге, в реальности работает ровно так, как позволяют условия монтажа. Один и тот же транспондер, закрепленный на пластиковой или металлической поверхности или утопленный заподлицо в металл, покажет разницу в дальности считывания в разы. Ниже — ключевые факторы, влияющие на качество считывания, и сравнительная таблица по расстояниям считывания для продукции Superisys.
Металл отражает радиоволны и создает противофазное поле
Транспондеры работатт за счет того, что наводят в своей антенне ток от поля считывателя, модулируют его и переизлучают обратно. Металлическая поверхность рядом с меткой работает как зеркало: она отражает падающую волну, и отраженная волна приходит к антенне метки с фазовым сдвигом.
Если метка лежит прямо на металле, отраженная волна оказывается почти в противофазе с падающей. Прямая и отраженная составляющие вычитаются — результирующее поле в точке антенны падает почти до нуля. Метке просто нечем питаться: чип не получает достаточной мощности для включения. Это явление называют фазовым подавлением (phase cancellation) или нулевой точкой поля.
Вихревые токи «съедают» энергию
Переменное магнитное поле (особенно на частоте 13,56 МГц) наводит в металле вихревые токи. Эти токи:
-
нагревают металл (тепловые потери);
-
создают собственное магнитное поле, направленное против поля считывателя.
Для ВЧ-меток это критично: индуктивная связь и без того работает на довольно малых расстояниях, и любой металл в зоне действия считывателя резко снижает качество контура. Именно поэтому устойчивые к металлу метки делают с ферритовым экраном — он «отводит» магнитное поле от металла.
Металл экранирует и искажает диаграмму направленности
Если металл находится не под меткой, а рядом (например, корпус оборудования, труба, стена и т.п.), он:
-
экранирует часть пространства — за металлической преградой поле просто не распростраеятся;
-
искажает диаграмму направленности антенны считывателя, создавая зоны с усилением и зоны с провалом;
-
меняет поляризацию волны, что снижает эффективность приёмной антенны метки.
Почему расстояние считывания не совпадает с заявленным
Заявленное производителем максимальное расстояние считывания почти всегда измерено в идеальных условиях. В реальной эксплуатации на него влияют три группы факторов.
- Способ и поверхность установки. Металл за антенной метки расстраивает согласование и «съедает» энергию, поэтому для таких поверхностей выпускаются специальные метки с экраном или воздушным зазором (anti-metal). Диэлектрики (пластик, дерево, вода) смещают резонанс, особенно заметно это для УВЧ-меток. Даже небольшой зазор между меткой и металлом может вернуть часть расстояния, но полностью решить проблему без специального исполнения нельзя.
Конструктивно anti-metal метка — это метка с: - экраном (металлическая пластина или фольга) между антенной и металлической поверхностью;
- диэлектрическим зазором заданной толщины, который превращает систему «метка + металл» в подобие антенны над экраном;
- пересчитанной геометрией излучателя, настроенной на работу именно в таких условиях.
- Ориентация метки относительно считывателя. Максимальная дальность достигается, когда плоскости антенн параллельны. Отклонение на 30–45 градусов может сократить зону считывания вдвое, а перпендикулярная ориентация сокращает дальность более чем на 60%.
-
Тип и мощность считывателя. Разные считывающие головки имеют разную выходную мощность и размер апертуры. Например, компактные головки для встраивания в оборудование физически не могут обеспечить ту же дальность, что стационарные устройства с внешними антеннами.
Иными словами, anti-metal метка использует металл как часть своей электродинамической системы. Но даже она не возвращает дальность к «идеальным» значениям: обычно это 50–70 % от дальности той же метки в свободном пространстве.
Ниже приводим таблицу тестирования меток ВЧ диапазона (13,56 МГц) с считывателями, проведенного компанией Superisys. Эта информация поможет вам подобрать идеальное сочетание головки чтения/записи и метки.
Тестирование на металлических поверхностях проводилось на алюминиевых пластинах. Расстояние на других металлах может отличаться. Метки для установки на неметаллические поверхности были протестированы в воздухе — рекомендуется использовать их на расстоянии 60-80% от максимального в существующих условиях монтажа.
