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关于RFID阅读器的读写距离的相关理论和结论

(2008-05-30 14:56:37)
标签:

rfid

uhf

rf

分类: RF

一:整个耦合的分类根据射频识别系统作用距离的远近情况,射频标签天线与读写器天线之间的耦合可分为以下三类:(1)密耦合系统;(2)遥耦合系统;(3)远距离系统。

1、密耦合系统密耦合系统的典型作用距离范围从0~1cm。实际应用中,通常需要将射频标签插入阅读器中或将其放置到读写器的天线的表面。密耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合(闭合磁路)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。密耦合系统的工作频率一般局限在30MHz以下的任意频率。由于密耦合方式的电磁泄露很小、耦合获得的能量较大,因而可适合要求安全性较高,作用距离无要求的应用系统,如电子门锁等。

2、遥耦合系统遥耦合系统的典型作用距离可以达到1m。遥耦合系统又可细分为近耦合系统(典型作用距离为15cm)与疏耦合系统(典型作用距离为1m)两类。遥耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合(闭合磁路)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。遥耦合系统的典型工作频率为13.56MHz,也有一些其他频率,如6.75MHz、27.125MHz等。遥耦合系统目前仍然是低成本射频识别系统的主流。

3、远距离系统远距离系统的典型作用距离从1m到10m,个别的系统具有更远的作用距离。所有的远距离系统均是利用射频标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁耦合(电磁波发射与反射)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。远距离系统的典型工作频率为:915MHz、2.45GHz、5.8GHz,此外,还有一些其他频率,如433MHz等。远距离系统的射频标签根据其中是否包含电池分为有无源射频标签(不含电池)和半无源射频标签(内含电池)。一般情况下,包含有电池的射频标签的作用距离较无电池的射频标签的作用距离要远一些。半无源射频标签中的电池并不是为射频标签和读写器之间的数据传输提供能量,而是只给射频标签芯片提供能量,为读写存贮数据服务。

远距离系统一般情况下均采用反射调制工作方式实现射频标签到读写器方向的数据传输。远距离系统一般具有典型的方向性,射频标签与读写器成本目前还处于较高的水平。从技术角度来说,满足以下特点的远距离系统是理想的射频识别系统:

(1)射频标签无源;

(2)射频标签可无线读写;

(3)射频标签与读写器支持多标签读写;

(4)适合应用于高速移动物体的识别(物体移动速度大于80km/h);

(5)远距离(读写距离大于5m~10m);

(6)低成本(可满足一次性使用要求);

现实的远距离系统一般均只能满足其中的几款要求。

 二:关于灵敏度的相关理论与公式,再推导出理论上的距离数值。

2.1 灵敏度的概述功率

灵敏度 (dBm dBmV dBuV)

dBm=10log(Pout/1mW),其中Pout是以mW为单位的功率值

dBmV=20log(Vout /1mV),其中Vout是以mV为单位的电压值

dBuV=20log(Vout /1uV),其中Vout是以uV为单位的电压值

换算关系: Pout=Vout×Vout/R dBmV=10log(R/0.001)+dBm,R为负载阻抗 dBuV=60+dBmV

应用举例无线通信距离的计算这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法:所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播,它是理想传播条件。电波在自由空间传播时,其能量既不会被障碍物所吸收,也不会产生反射或散射。

通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关。

[Lfs](dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz) 式中Lfs为传输损耗,d为传输距离,频率的单位以MHz计算。

由上式可见,自由空间中电波传播损耗(亦称衰减)只与工作频率f和传播距离d有关,当f或d增大一倍时,[Lfs]将分别增加6dB .

下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗 Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz) Los 是传播损耗,单位为dB d是距离,单位是Km f是工作频率,单位是MHz

下面举例说明一个工作频率为433.92MHz,发射功率为+10dBm(10mW),接收灵敏度为-105dBm的系统在自由空间的传播距离:

1. 由发射功率+10dBm,接收灵敏度为-105dBm Los = 115dB

2. 由Los、f 计算得出Xd =30公里这是理想状况下的传输距离,实际的应用中是会低于该值,这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响,如大气、阻挡物、多径等造成的损耗,将上述损耗的参考值计入上式中,即可计算出近似通信距离。

假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB,可以计算得出通信距离为: d =1.7公里

结论: 无线传输损耗每增加6dB, 传送距离减小一倍。

2.2 标签灵敏度 ISO18000标准规定标签的灵敏度要求灵敏度级别最低限V/M 最高限V/M 写操作所需场强

 

灵敏度级别

最低限

V/M

最高限

V/M

写操作所需场强

S1

10

5

15

S2

4

2.5

6

S3

1. 5

N/A

2

 

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