Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RádióhullámokterjedésénekésazRFIDtechnológia
eszközeinekvizsgálata
Bevezetés
Az RFID technológia alkalmazhatóságának megítéléséhez elengedhetetlen a rádióhullámok
terjedésének mélyreható ismerete a jellemzők, lehetőségek és korlátok tekintetében. E
vizsgálatnak azonban ezen túlmenően kitűzött célja a transzponderekkel történő
kommunikáció jellemzőinek megismerése is, mert a lehetséges új irányok feltérképezése
csakis ezek figyelembe vételével lehetséges.
Tekintettel arra, hogy az UHF RFID technológia tömeges elterjedésében a passzív
kommunikáció a jellemző, vizsgálatunk erre a technológiára terjed ki. Ennek megfelelően az
alábbi peremfeltételeket vesszük figyelembe:
• a transzponder nem rendelkezik önálló rádiókommunikációs képességgel
• a transzponder nem rendelkezik a kommunikációhoz szükséges energiaellátással
• a transzponder olcsó, egyszerű áramkörrel rendelkezik
• az olvasó képes a transzponderektől visszaérkező igen gyenge jelek vételére
Az RFID technológia számos frekvenciasávban megjelenik, melyek mindegyike sajátos
jellemzőkkel rendelkezik (1. ábra). Jelen vizsgálatunkban ezek közül az UHF
frekvenciatartományra koncentrálunk.
1. ábra
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Az elektromágneses hullámok
Az elektromos töltéssel rendelkező objektumok az 2. ábra szerinti módon hatnak a
környezetre:
2. ábra
A 3. ábra az adóantennán gerjesztett jel terjedését és a vevőantennán történő megjelenés jellemzőit
mutatja be:
3. ábra
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Néhány mennyiség megjegyzése árán egyszerűen konvertálhatjuk a dB értékeket skaláris
értékekké: 10-es szorzó a teljesítményben megegyezik 10 dB-vel, míg a kétszeres
teljesítmény majdnem pontosan 3 dB. Ezek alapján pl. 4-szeres szorzó 6 dB-t, a 8-szoros
szorzó 9 dB-t jelent.
Információ, moduláció
Az periodikus jel, amely nem változtatja sem amplitúdóját, sem frekvenciáját, sem pedig
fázisát (continuous wave, CW), azon kívül, hogy létezik, nem közvetít semmilyen további
információt. A fenti jellemzők valamelyikének változtatásával azonban további információ
továbbítható. Ezt a módszert modulációnak nevezik, és az alábbi formulával írható le:
ahol m(t) az alapsávi információt hordozza, míg a lényegesen nagyobb frekvenciájú
koszinuszos tényező a vivőfrekvenciát jelképezi. Amennyiben m(t) szintén cosinus-jellegű
függvény, a trigonometrikus azonosságok felhasználásával az alábbi formára hozhatjuk a
fenti összefüggést:
A szinuszos moduláció úgynevezett oldalsávokra osztja a vivőfrekvenciát, melynek
eredményeként a felhasznált sávszélesség növekszik.
Az RFID technológiában a moduláció általánosan digitális, ennek következtében az
információ jól elkülöníthető jelek sorozataként jelentkezik. A legegyszerűbb példaként az
OOK moduláció (on-off keying) említhető, ahol a logikai „1”-nek megfelelően m = 1, illetve a
logikai „0”-nak megfelelően m = 0, amint azt a 4. ábra mutatja:
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
4. ábra
Az OOK modulációban mindkét szimbólum fix idejű és a jel vagy létezik, vagy nem létezik.
Bármely áramkör, amely képes befolyásolni a kibocsájtott jelszintet – például egy kapcsoló –,
képes generálni az OOK-nak megfelelő modulációt, és bármely áramkör, amely képes
érzékelni a beérkező jelszintet, képes demodulálni, azaz a kódolt adatot visszanyerni (pl.
dióda). Az RFID technológia esetében ugyanakkor meg kell jegyezni, hogy a passzív
kommunikáció használatánál ez a moduláció a gyakorlatban nem tekinthető megfelelő
megoldásnak, mivel itt sajátos korlátozások fogalmazódnak meg.
A passzív kommunikáció ugyanis azt jelenti, hogy a transzpondernek bitenként rendelkeznie
kell a válaszadáshoz szükséges energiával. Mivel azonban az OOK magas jelszintje függ az
éppen továbbított bitektől, – pl. sok „0” bit egymás utáni továbbításakor – elképzelhető,
hogy a transzponder nem jut a működőképesség biztosításához elegendő feszültségszinthez.
Ennek a problémának egyik megoldása a moduláció előtt történő kódolás. Az RFID
technológia esetén lehetséges megoldás a jelszélességen alapuló kódolás (pulse interval
encoding, PIE). E kódolásban a „0” bit a rendelkezésre álló idő felében, míg az „1” bit
ugyanennek az intervallumnak legalább 1,5-2-szeresében biztosít magas jelszintet. Ezzel a
kódolással az 5. ábra szerint biztosítható, hogy a transzponder minden bit idejében legalább
50 %-ban, valamint átlagosan 63 %-ban ellátott legyen elegendő energiával:
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
5. ábra
A digitális kódolás esetén azonban figyelembe kell venni a négyszögjelek Fourier-sorba
fejtésének jellemzőit (az ábrán 3-ik és az 5-felharmonikust tüntettük fel):
A négyszögimpulzussal történő kódolás tehát növeli a spektrumot, azaz a rendszer által a
megbízható kommunikációhoz szükséges frekvenciatartományt. Ezen felül az 6. ábra szerint
az is tény, hogy minél nagyobb adatátviteli sebességet szeretnénk elérni, annál rövidebb
periódusidővel kell kódolnunk az információt, ami nagyobb spektrumot igényel:
6. ábra
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A kibocsájtott elektromágneses energia tehát nem csupán a vivőfrekvencián jelenik meg,
hanem annak bizonyos környezetében oszlik meg.
Ez azonban felveti azt a problémát, hogy hogyan működjenek együtt a hétköznapi életben
előforduló szokványos rádiókommunikációs alapú rendszerek, mint pl. a rádió és tv-adások,
a mobilszolgáltatók, a taxis kommunikáció vagy a műholdas szolgáltatók.
A fenti problémára a legelfogadottabb válasz a frekvenciasávok felosztásán alapuló
multiplexelt közeghozzáférés (frequency-division multiple access, FDMA), mely rendszerben
az adók különböző vivőfrekvenciákon bocsájtják ki, a vevők pedig a számukra fontos
frekvenciákra hangolva nyerik vissza az információt.
Az UHF RFID rendszerek olvasói és transzponderei a fentiek alapján a 860-960 MHz
frekvenciatartományban kommunikálnak, és minden más frekvenciatartományban történő
forgalmazást kiszűrnek. Sajnálatos módon, jelenleg a világon nincs egységesen kijelölt
frekvenciatartomány (7. ábra):
7. ábra
Összefoglalva:
• ha egy elektromágneses jellel információt akarunk továbbítani, modulálni kell azt
• a moduláció következtében növekszik a szükséges spektrum, tehát az interferencia
elkerülése érdekében a vivőfrekvencia körüli frekvenciasávot kell kijelölni
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
• a passzív RFID technológia energiamérlegének sajátosságaiból adódóan olyan
kódolást és modulációt kell alkalmazni, amelyből adódóan nem lehetséges a
spektrális szempontok leghatékonyabb figyelembe vétele
Bár az egyéb rádiós rendszerek (pl. mobiltelefon, WiFi) a spektrum vonatkozásában
hatékonyabb modulációs technikákat alkalmaznak, azok általában azt igénylik, hogy a vevő
képes legyen a vivőfrekvencia fázisában történő változások érzékelésére. A passzív RFID
transzponderekkel szembeni elsődleges elvárás azonban az, hogy minél olcsóbb legyen. Ez
viszont a lehető legegyszerűbb áramköri megvalósítást igényli, amely viszont általában csak a
jelszint megváltozásának érzékelésében merül ki.
Amint azt azonban a későbbiekben látni fogjuk, a passzív RFID technológiában is léteznek
olyan modulációs technikák (SSB, PR-ASK), amelyek annak ellenére, hogy a transzponder
oldalán a jelszint változása észlelhető, az olvasó oldalán a vivőfrekvencia fázisváltozásán
alapuló moduláció történik, lehetővé téve ezzel a hatékonyabb spektrum használatot.
A passzív UHF RFID kommunikáció (backscatter technika)
A passzív és szemipasszív RFID címkék nem rendelkeznek önálló rádióadóval, hanem az
antennájuk által visszavert jelet modulálják. A 8. ábra a backscatter technika sematikus
folyamatát mutatja. Az olvasó adóantennáján átfolyó áram elektromágneses sugárzást
generál. A transzponder antennájára érkező elektromágneses jelek áramot indukálnak,
melynek eredményeként a transzponder antenna is kibocsájt elektromágneses sugárzást,
mely ezután visszaérkezik az olvasó vevőantennájára. Amennyiben azonban a transzponder
antennájának kapcsolata megszakad a földeléssel, nem keletkezik áram, így a visszasugárzás
sem történik meg.
8. ábra
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A fent említett szakadást előidézhetjük például egy tranzisztorral (9. ábra) attól függően,
hogy a tranzisztor kapuja nyitott vagy zárt állapotban van.
9. ábra
A transzponder működésének vezérlése tehát nem a vivőfrekvencián (860-960 MHz)
történik, hanem a néhányszáz kHz-es tartományban, amely lehetővé teszi, hogy ez a
technika igen olcsó elektronikus alkatrészekkel alkalmazható legyen (annak ellenére igaz ez,
hogy a transzponderek a valóságban ennél kissé bonyolultabbak).
A passzív UHF RFID kommunikáció energiamérlege
Az előzőekben láttuk, hogy az RFID olvasó amplitúdómoduláció segítségével digitális
szimbólumokat küld a transzponder felé. A szimbólumok kódolása olyan, hogy a konkrét
bitsorozattól függetlenül a szükséges energiamennyiség a transzponder antennáján mindig
rendelkezésre álljon. A vett jelet a transzponder a legegyszerűbb módon a jelerősség
érzékelésével képes demodulálni, és az alapsávi jelet dekódolni a logikai áramkörei
segítségével (10. ábra).
10. ábra
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A 11. ábra pedig a transzpondertől az olvasó felé történő kommunikációt mutatja
sematikusan:
11. ábra
A transzponder kódolja a küldendő adatot, és ennek megfelelően módosítja az antenna
impedanciáját. Az olvasó a vevőantennájára beérkező jelet leválasztja más érkező jelekről
(pl. reflexió), demodulálja majd dekódolással visszanyeri a transzponder által küldött
információt.
Bár az eddigiekben több alkalommal hangsúlyoztuk, hogy mivel a transzponder nem
rendelkezik a kommunikációhoz szükséges saját energiaforrással, a működéshez az olvasótól
származó elektromágneses jel energiája szükséges, nem adtunk még választ arra a kérdésre,
hogy pontosan milyen nagyságú energiáról van szó és milyen távolságból képes az olvasó
biztosítani azt. Miután a passzív RFID rendszerben a kommunikáció kétirányú, meg kell
határoznunk egyrészt azt az energiamennyiséget, amelyet az olvasónak ki kell bocsájtania
ahhoz, hogy az adott távolságban elhelyezkedő transzponder működőképes legyen (forward
link budget), másrészt pedig azt, hogy a transzponder válaszenergiája elegendő-e ahhoz,
hogy az olvasó fogadja és értelmezze a kapott választ (reverse link budget).
Megjegyezzük, hogy az EpcGlobal nem támogatja az energiaszükségelt két irányra bontását,
de a gyakorlatban e két fogalom használata igen elterjedt más rádiós rendszereknél,
különösen ott, ahol az adó és a vevő komplexitásának jelentős különbözősége okán az
energiaszükséglet vizsgálata szintén jelentősen eltér egymástól.
Az odairányú energia meghatározáshoz az alábbi kérdésekre kell válaszolnunk:
• mekkora energiát képes az olvasó kibocsájtani
• mekkora energia érkezik a transzponderhez az olvasótól való távolság függvényében
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
• mekkora energia szükséges a transzponder működéséhez
• mekkora energia szükséges ahhoz, hogy a transzponder dekódolni tudja a jelet
Az olvasó adóteljesítménye
Az RFID olvasó adóteljesítményét gyakorlati és szabályozási szempontok egyaránt
meghatározzák. A legtöbb RFID eszköz engedélynélküli frekvenciasávban működik, mely
frekvenciasávot az egyes nemzeti vagy közösségi szabályozás jelöl ki (Magyarországon pl. az
FNFT alapján az EU szerinti 865-868 MHz). A működési paraméterekre azonban a szabályozás
előír bizonyos feltételeket, mint pl. a maximális adóteljesítménye (pl. 1 W).
A terjedési veszteség
Az adóantenna által kibocsájtott jelerősség és a vevőantennára érkező jelerősség különbsége
a terjedési veszteség. Ennek megállapításhoz – legalább nagyvonalakban – ismernünk kell az
antenna működésének jellemzőit.
A legegyszerűbb megközelítés, ha feltételezzük, hogy az antenna minden irányban azonos
energiasűrűséggel sugároz (izotropikus antenna). A kisugárzott energia ebben az esetben az
adott r távolságban felrajzolható gömbfelületen oszlik el egyenletesen (12. ábra).
12. ábra
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Az összes kisugárzott energiának (PTX) a transzponder antennájának effektív felületére (Ae)
jutó energia (PRX) ezek alapján:
Az UHF RFID transzponderek esetén, a 915 MHz-en számolt fél hullámhossz megfelelő
számítás alapját képezi:
A kapott értékkel megbecsülhetjük a terjedési veszteséget. Mivel a gömb felülete 1 m-es
sugár esetén 12,6 m2, az 1 W (30 dBm) kisugárzott energiából 0,7 mW (-1,6 dBm) energia jut
a transzponderre. Ebből következően a veszteség ≈ 32 dB.
Tekintettel arra, hogy a terület a középponttól mért távolság négyzetével arányos, igen
egyszerű más távolságokra kifejezni a veszteséget: 10-szeres távolság 20 dB növekedést
jelent, míg pl. 3-szoros távolság ≈ 9,5 dB növekedést. Tehát 3 m-es távolságban a terjedési
veszteség 32 dB + 9,5 dB ≈ 41 dB, míg 10 m-es távolságban 32 dB + 20 dB = 52 dB.
A transzponder energiaszükséglete
A transzpondernek elegendő energiára van szükséges az IC bekapcsolására. A korszerű
transzponder IC-k teljesítményigénye olvasáskor 10-30 µW (a memória írásához ennél
nagyobb energiára van szükség). Ezt a teljesítményt a kb. 30 %-os hatásfokkal működő
egyenirányító áramkör biztosítja (a veszteséget maga a kapcsolás emészti fel). Tehát a
beérkező szükséges energia 30-100 µW. Tételezzük fel a rosszabb esetet, azaz rögzítsük,
hogy számításainkban a transzponder működését biztosító beérkező energia 100 µW (-10
dBm). Ha tehát az olvasó által kibocsájtott teljesítmény 1 W (30 dBm) és a transzponderhez
érkezéskor a teljesítmény 100 µW (-10 dBm), akkor 30 - (-10) = 40 dB veszteség lehetséges,
mely a korábbi számítások alapján 3 m-es távolságnak felel meg (13. ábra).
A visszirány energiamérlegének számításánál tudnunk kell még az alábbiakat:
• mekkora teljesítménnyel adja vissza a transzponder a jelet
• mekkora teljesítmény szükséges ahhoz, hogy az olvasó vegye, demodulálja és
dekódolja a jelet
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
13. ábra
Amint azt a korábbiakban leszögeztük, a passzív transzponder nem képes saját
rádióhullámot generálni, mindössze a beérkező elektromágneses jeleket képes reflektálni. A
transzponder antennájának függvényében elméletileg akár a beérkező energia négyszerese
is visszaverődhetne, de ebben az esetben a transzponder IC-je nem kapna energiát a
működéshez. A gyakorlatban a moduláció hatékonysága igen változó az egyes
transzpondereknél, de nagyságrendileg általában igaz, hogy a beérkező energia 1/3 része
kerül visszasugárzásra, ami -5 dB értéknek felel meg.
Az olvasó által igényelt energiamennyiség számos körülménytől függ. A gyakorlati
tapasztalatok alapján tételezzük fel, hogy egy átlagos olvasó számára minimálisan szükséges
energia 0,03 nW (-75 dBm), bár tudjuk, hogy léteznek ennél nagyobb szenzitivitású olvasók
is.
A fentiek alapján, együttesen is feltűntethetjük a kétirányú kommunikáció energiamérlegét
(14. ábra). Itt már megjelenik a transzpondertől visszainduló elektromágneses jel, az általa
felhasznált energiamennyiséggel csökkentett szinttel.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
14. ábra
Az olvasóhoz visszaérkező -55 dBm erősségű jel mutatja, hogy ennél 20 dBm-mel kisebb jel is
feldolgozható lenne. Ez azt jelenti, hogy ebből a szempontból a transzponder akár további 29
m-rel távolabb is lehetne. Már most látszik azonban, hogy az olvasó, a közeg és a
transzponder által alkotott rendszer követelményeinek egyszerre kell teljesülni ahhoz, hogy
a rendszer az elvárásoknak megfelelő kommunikációra képes legyen.
Az ábra alapján megérthetjük, milyen összefüggés van az olvasóhoz visszatérő jel erőssége
valamint az olvasó és transzponder távolsága között. A transzponderhez érkező jel
nagyságáról megállapíthatjuk, hogy az a távolság négyzetével fordítottan arányos. Ha pl.
megkétszerezzük az olvasó és a transzponder távolságát, akkor az odaérkező jel erőssége a
negyedére csökken. Ugyanígy a kétszeres visszaúton is negyedannyi lesz a jelerősség, így
összességében megállapítható, hogy az olvasóhoz visszaérkező jel erőssége fordítottan
arányos az olvasó és a transzponder távolságának negyedik hatványával.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Az antenna nyeresége és a polarizáció
A korábbiakban kimutattuk, hogy izotropikus antennát és 1 W kimenő teljesítményt
feltételezve az olvasó a néhány méteren belül elhelyezkedő transzponderekkel képes
megfelelően kommunikálni. Azt is feltételeztük azonban, hogy a transzponderek az
adóantennához képest tetszőleges irányban egyenlő valószínűséggel helyezkednek el. A
gyakorlatban azonban az ilyen esetek ritkán fordulnak. Az esetek nagy többségében az
olvasó antennája nem a teljes térben elhelyezkedő transzponderekkel igyekszik
kommunikálni, hanem a tér bizonyos irányából számít a transzponderek válaszára. Ebben az
esetben a tér többi irányába kisugárzott energia veszteségnek minősül, sőt, adott rendszer
számára zavarólag is hat, ha nem kívánatos válaszok érkeznek más irányokból. Helyesen
járunk tehát el, ha igyekszünk az olvasó antennájának kibocsájtott energiáját valahogyan
irányítani annak megfelelően, hogy az alkalmazás szempontjából milyen irányban
legvalószínűbb a transzponderek jelenléte. Ahogyan azt látni fogjuk, ezzel azt is elérjük, hogy
ez által növelhető a kiválasztott irányba jutó kisugárzott energia.
Szerencsére ez az elvárás teljes mértékben lehetséges és megvalósítható. Az ilyen antennát
irányított antennának nevezzük. Az antenna sugárzási karakterisztikájának térbeli jellemzőit
mutatja a 15. ábra. Az ábrán a térbeli alakzat az azonos energiájú pontok halmaza. Jól
látható, hogy a kiválasztott irányban jóval nagyobb távolságban jelenik meg ugyanaz az
energiaszint, mint más irányokban.
15. ábra
Az adott irányban mért sugárzási intenzitás és az átlagos intenzitás (izotropikus antenna)
aránya az antenna irányhatása. Az antenna irányítottsága az így megállapított irányhatás
értékek maximuma.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Az antenna nyeresége (gain, G) azt mutatja, hogy a legnagyobb intenzitású sugárzás
irányában mért térerő hányszorosa az izotropikus antenna által létrehozott térerőnek.
Le kell szögeznünk, hogy az antenna passzív eszköz, azaz nem képes nagyobb energiát
kibocsájtani, mint amennyit betápláltunk. Mindössze arról van szó, hogy az irányított
antenna a betáplált energiát nem egyenletesen sugározza ki a térbe, hanem bizonyos
irányba többet, más irányokba kevesebbet.
Nagyobb nyereségű antenna nagyobb direktivitást, azaz egyre keskenyebb karakterisztikát
eredményez (16. ábra).
16. ábra
A kvázi-térbeli ábrák ugyan szemléletesek, de mennyiségi összefüggések bemutatására nem
igazán alkalmasak. A gyakorlatban ezért inkább az antenna egyes szimmetriatengelyeinek
síkjában képzett metszeteket érdemes használni. A 17. ábra egy kereskedelmi forgalomban
lévő valódi RFID antenna, ún. „patch” antenna karakterisztikáját mutatja. A patch antenna
elemei: egy meghatározott méretű fémlap, alatta egy nálánál nagyobb kiterjedésű másik
fémlap, míg közöttük adott permeabilitású szigetelőanyag található. Mivel azonban ezek az
elemek műanyag házba integrálva kerülnek forgalmazásra, a belső elrendezést általában
nem ismerik a felhasználók
Az ábra logaritmikus skálázású, bár használatos lineáris skálázású karakterisztika is. A
nyalábszélesség az a szög, amelyen belül a jelszint csökkenés nem haladja meg az adott
értéket. Látható, hogy kb. 72o-os nyílásszögű a 3 dB értékhez tartozó nyalábszélesség. A
szögből (radiánba történő átszámítás után) számolható az antenna nyeresége:
G ≈ 4*Π / (1,252) ≈ 8-9 dB
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A közzétett adatok szerint az adott antenna nyeresége G = 8,5 dB, tehát számításaink
helyesek. A gyakorlatban a patch antennákkal valóban ilyen nyereség értékek érhetők el.
17. ábra
A valóságban nem minden antenna ennyire irányított. Bár teljes mértékben izotropikus
antenna gyakorlati megvalósítása nehézségekbe ütközik, léteznek olyan antennák, amelyek
igen jól közelítenek annak tulajdonságaihoz.
A legegyszerűbb példa a kevéssé irányított antennára a dipól antenna (18. ábra). A dipól
antenna két egyenlő hosszúságú kollineárisan elhelyezett fémvezetőből áll középen
ellentétes feszültséggel táplálva. A gyakorlatban számos RFID transzponder antennája a dipól
antenna valamilyen változata. A fél hullámhossz méretű (az UHF RFID
frekvenciatartományában kb.16 cm hosszúságú) dipól antenna nyeresége jellemzően 2,2 dB.
18. ábra
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A nyereséget az ideális (nem létező) izotropikus antennához képest származtatva a dBi
jelölést alkalmazzuk. A gyakorlatban azonban célszerű valamilyen létező referencia
antennához viszonyítva megállapítani bármely más antenna nyereségét. Erre a dBd jelölést
használjuk, és ismerve a dipól antenna nyereségét (2,2 dB) természetesen felírható az alábbi
összefüggés:
dBd = dBi – 2,2
Ismerve egy irányított antenna nyereségét és a kibocsájtandó teljesítményt kiszámolhatjuk,
mekkora teljesítményt kellene alkalmaznunk egy izotropikus antennán ahhoz, hogy a
főirányban ugyanazt a teljesítményt érjük el, mint az irányított antenna. Ezt a mennyiséget
effektív izotropikus sugárzó teljesítménynek nevezzük (effective isotropic radiated power,
EIRP). Az EIRP a valódi teljesítménynél éppen az irányított antenna nyereségének megfelelő
értékkel nagyobb:
EIRP = PTX (dBm) + GTX(dBi)
Az EIRP fogalma – közvetlenül vagy közvetetten – inkább megjelenik a rádiós rendszerek
működtetésére vonatkozó szabályozásokban, mint az olvasók kimenő teljesítménye, hiszen a
tér valódi elektromágneses terhelését – és más rendszerekre gyakorolt hatását – az antenna
nyereségével együtt lehet korrekt módon meghatározni. Az USA-ban pl. az FCC az EIRP
értékét 36 dBm értékben maximálja azzal, hogy az olvasó maximális kimenő teljesítménye 30
dBm, de amennyiben az alkalmazott antenna nyeresége nagyobb, mint 6 dBi, abban az
esetben az olvasó kimenő teljesítményét ugyanabban a mértékben csökkenteni kell.
Az EIRP-vel közeli relációval kapcsolatos további fogalom az ERP (effective radiated poewer),
melynek meghatározása:
ERP = PTX(dBm) + GTX(dBd)
mely szerint az olvasó kimenő teljesítményének a dipól antennához viszonyított nyereséggel
növelt értékéről van szó. Szívesebben használjuk azonban az EIRP fogalmát, mivel az ERP
kevésbé határozottan definiált.
Térjünk most vissza az eredeti célkitűzéshez, melyben az RFID olvasó képességeinek
növelése vonatkozásában került felszínre az antenna irányítottságának lehetősége.
Amennyiben egy irányított antennát használunk az 1 W engedélyezett kimenő
teljesítménnyel, és az RFID transzponder az irányított antenna főirányába esik, akkor a
tényleges teljesítmények figyelembe vételével a transzponder akár távolabb is lehet, mint
azt a korábbi számításaink mutatták. A nyereségnek megfelelően az elérési távolság a 19.
ábra szerint megnövekszik 6 m-re.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
19. ábra
Tehát az odairány tekintetében az elérés megkétszereződött 3 m-ről 6 m-re. Korábbi
számításaink szerint éppen ennek kellett történnie: megnöveltük a kimenő teljesítményt
négyszeresére, és az elérhető transzponderek távolsága kétszeresére növekedett.
Ugyanakkor tudnunk kell, hogy ez az előny csak a várt térrészben elhelyezkedő
transzponderek tekintetében élvezhető.
De mi a helyzet a vissziránnyal? A reciprocitási tétel értelmében egy antenna adási és vételi
karakterisztikája megegyezik. Más szavakkal ugyanaz a hatása annak, ha az A antenna által
kibocsájtott jeleket B antenna veszi, mint annak, hogy a B antenna által kibocsájtott jeleket A
antenna veszi. Az izotropikus antennára korábban felírt képlet általánosításaként felírhatjuk:
Ae = G * (λ�
�Π)
ahol G az izotropikus antennához képest dBi mértékegységben mért nyereség.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Ezt az összefüggést használva felírhatunk egy egészen általános képletet két antenna közötti
adás és vétel szabályáról (Friis-egyenlet):
Ennek az összefüggésnek ismeretében az irányított antennák esetére is azonnal
meghatározhatjuk a visszirány jellemzőit (20. ábra). A vett jel erőssége annak ellenére, hogy
kétszeres távolságból érkezik, láthatóan ugyanakkora, mint az izotropikus antenna esetében
volt. Ennek magyarázata, hogy a transzponderhez ugyanakkora energia érkezik, és bár az
olvasó antennájához a nagyobb távolság miatt 6 dB-vel gyengébb jel érkezik, az antenna
nyeresége 6 dB-vel növeli a jelerősséget.
20. ábra
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A Friis-egyenletet alkalmazhatjuk a transzponder antennájára is:
ahol Tb a transzponter vesztesége (esetünkben -5dB). Majd ezt behelyettesítve:
Ahogyan azt korábban is megállapítottuk, a képletből is látható, hogy a legáltalánosabb
esetben az olvasóhoz visszaérkező jel erőssége a távolság negyedik hatványával fordítottan,
valamint az antennák nyereségének négyzetével egyenesen arányos.
A szemipasszív transzponderek esetén különösen jelentős az olvasó vevőantennájának
nyeresége (odairányban ugyanis könnyen elérhető a nagyobb távolság, hiszen a
transzponder IC-jének működtetéséhez nem szükséges a beérkező jel energiája). A
transzponder antennájának nyeresége ugyanis elhanyagolható (jellemzően legfeljebb 2 dBi,
mivel általában dipól-szerű antennákról van szó). Ráadásul a gyakorlatban általában nem
tudjuk befolyásolni a transzponder antennájának optimális irányát, így kevéssé valószínű,
hogy annak főnyalábja épp az olvasó főnyalábjának irányába sugároz. Helyesen járunk tehát
el, ha a folyamatban nem várunk érdemi nyereséget a transzponder antennájától.
Most ismét a Friis-egyenletet alkalmazva felírhatjuk az alábbi összefüggéseket, amelyek a
minimális energiák alapján egyszerű becslésekhez vezethetnek a vételkörzet nagyságát
illetően:
ahol Pmin,tag a transzponder helyes működéséhez minimálisan szükséges energia, míg Pmin,rdr
az olvasó által a visszaérkező jelek megfelelő feldolgozásához szükséges minimális energia.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Meg kell még ismernünk az RFID technológiában igen fontos további antenna jellemzőt, a
polarizációt. Az elektromágneses hullámok transzverzális módon terjednek (mint pl. a
hullámok a víz felületén), azaz a hullámok merőlegesek a terjedés irányára. Az elektronok
tehát nem a terjedés irányába, hanem arra merőlegesen mozognak. A térerő vektor iránya a
kisugárzott elektromágneses hullámok polarizációja. Amennyiben ez a vektor az időben
állandó irányú, lineáris polarizációról beszélünk.
Ellentétben a víz felületi hullámaival, amelyek a gravitáció miatt eredendően függőleges
polarizációjúak, az elektromágneses hullámok tekintetében bármilyen polarizációs irány
lehetséges. Ennek ellenére a gyakorlatban lineáris polarizáció esetén általában függőleges
(vertikális) vagy vízszintes (horizontális) polarizációról beszélünk (21. ábra).
21. ábra
A fentiek mellett lehetséges olyan polarizáció is, amelynek iránya az időben változik (22.
ábra). Ha pl. az elektromos tér az idő függvényében periodikusan változtatja irányszögét,
anélkül, hogy nagysága változna, cirkuláris polarizációról beszélünk.
A cirkuláris polarizációnak igen nagy szerepe van a passzív RFID technológiában. A
transzponder antennájának megfelelő irányára ugyanis a korábbiakban is elmondottak
szerint a legtöbb alkalmazásnál nincs garancia. Lineáris polarizációt használva könnyen
előfordulhat, hogy a transzponder antennájának az elektromos térvektor irányába eső
metszete nem biztosít elegendő energiát a működéshez. Márpedig félrevezetővé válik
bármely rendszer, ha egy transzponder nem válaszol az olvasó kérdésére annak ellenére,
hogy jelen van az adott térrészben.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Az UHF RFID olvasóval szembeni elvárások
A korábbi fejezetekben megismertek alapján összefoglaltjuk az RFID olvasókkal szemben
támasztott legfontosabb követelményeket.
Adóoldali követelmények
• Pontosság: az adónak nagy pontossággal kell biztosítania a vivőfrekvenciát valamint
az alapsávi modulációt
• Hatékonyság: az adónak a lehető legkevesebb energiával kell biztosítania a
kibocsájtott jeleket (az adó végerősítője a legnagyobb fogyasztású komponens)
• Optimális sugárzás: az adónak minimalizálni kell az olyan kisugárzást, amely nem a
kijelölt frekvenciasávba esik, mert az interferenciát okozhat más rádiós rendszerekkel
• Flexibilitás: az adónak energiatakarékossági okokból képesnek kell lennie
kikapcsolódnia (megakadályozva ezzel a felesleges rádiójel kibocsájtást), ugyanakkor
szükség esetén gyorsan bekapcsolhatónak kell lennie
Vevőoldali követelmények
• Érzékenység: a jó minőségű olvasónak képesnek kell lennie az igen gyenge jelek
vételére (az elméleti határ a termikus zaj, amely szobahőmérsékleten, 1 MHz-es
sávszélességben 4 femtoWatt, azaz -114 dBm)
• Szelektivitás: az olvasónak képesnek kell lennie kiszűrni a releváns jeleket a közeli
frekvenciatartományban működő más rendszerek elektromágneses jelei közül (pl.
mobiltelefon), valamint más RFID olvasók jelei közül
• Dinamikus tartomány: az olvasónak képesnek kell lennie igen széles (akár 10 000-
szeres) energia tartományban venni és feldolgozni a jeleket
• Flexibilitás: az olvasónak képesnek kell lennie igen gyorsan feldolgozni és értelmezni
a beérkező jeleket, észlelni az esetleges hibákat
Az olvasóval szemben további speciális elvárások is megfogalmazhatók. A legtöbb RFID
olvasó engedély nélkül használható, de ez egyúttal azt is jelenti, hogy már gyártáskor
biztosítsák a hatósági szabályozás által előírt követelményeket.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RFID olvasók vizsgálata (bemutatás, korlátok, felhasználási területek)
Az RFID-olvasók(/írók) (Interrogátorok) típusai
Adatírás szerint:
RO-Read only olvasók, csak olvasni képesek a közelükben lévő tag-ek adatait. Általában kis teljesítményű egy antennás olvasók. (Nem tévesztendő össze a csak olvasható tag-gel.) Felhasználási területük: olyan folyamatok, ahol csak a tag tartalma lényeges, azt nem szükséges megváltoztatni. Ilyen például az azonosító kártyák olvasása, beléptetés.
Read Only RFID olvasók
OEM LF RFiD Read-Only olvasó
PC RFID Olvasó kártyával (Read-Only)
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Olvasásra és írásra is képes olvasók, általánosan elterjedt olvasók logisztikai és kereskedelmi alkalmazásokban. Az RFID tag-ek olvasását, valamit az azokra töténő írást is képesek végrehajtani.
Olvasásra és íraásra is képes RFID olvasók
13.56 MHz. RFID kézi olvasó /
író, 140 ipari PDA243002
860 - 960 MHz. Gen 2 RFID telepített olvasó / író
beépített antennával216002
Smart olvasók, olyan írásra és olvasásra is képes olvasók, melyek magukban foglalják az adatfeldolgozó egységet is.
Smart RFID olvasók
Android alapú PDA vonalkód és RFID olvasó
Windows Mobile alapú RFID olvasó
Samsung Galaxy Nexus Nokia Lumina 920
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Android alapú NFC képes okostelefon
Windows Phone alapú NFC képes okostelefon
Kialakításuk szerint:
Szállítóeszközre szerelhető olvasók, robusztus kialakításúak, saját áramellátással. Beérkeztető/kiadó kapura szerelt olvasók. Állatazonosításkor használt speciális kialakítású olvasók. Kézi olvasók.
Asztali olvasók.
Példa RFID olvasókra kialakításuk szerint
Motorola RD5000 szállítóeszközre szerelhető RFID olvasó
Kapura szerelt RFID olvasó
Állatazonosításhoz használható RFID olvasó
PL3000 kézi UHF RFID olvasó
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RFT 201 asztali RFID olvasó Sony Xperia mobilkészülékbe épített RFID (NFC) olvasó
Működési frekvenciájuk szerint:
Frekvencia Előnyök
Hátrányok
Alkalmazási területek
Alacsony (LF: 9-135 kHz)
- Femes kozegben is
mukodik
- Legelterjedtebb
- -1,5 m-nél
kisebb
hatótávolság
- nem EPC
szabványos
- állat
azonosítás
- könyvtári
nyilvántart
ás
Magas (HF:
13,56 MHz) - Nedves
környezetben is
mukodik
- Elterjedt
- UHF-hez
képest kisebb
olvasási
távolság és
adatátviteli
sebesség
- Raklap
azonosítás
- Beteg
azonosítás
- Reptéri
alkalmazás
ok
Ultra magas - Nedves - elnyelodes - Logisztika
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
(UHF: 300-1200 MHz)
környezetben is mukodik
- Egyre elterjedtebb
- 1,5 m-nél nagyobb hatótávolság
veszélyes - Japánban nem
alkalmazható
- Jármű nyomkövetés
Mikrohullám (MW: 2,45 vagy 5,8 GHz)
- 1,5 m-nél nagyobb hatótávolság
- fém és folyadék közelében a legérzékenyebb a sebesség csökkenésre
- jármű beléptetés
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A olvasó helye az RFID rendszerekben
A tipikus RFID rendszer harom fo elembol all.Magabol az azonosıto jeladobol (1), az
olvasobol (2), es a vezerlo elektronikabol (3), ami a tovabbi rendszerhez valo
kapcsolodasokat is biztosıtja. Az olvasok egy, vagy tobb antennabol es a kapcsolodo
vezerloelektronikabol allnak.Kialakıtasukakapumerettolamobil-,kézikészülékekig
terjed.Azolvasóillesztésétalogisztikairendszerhezlegtobbszorkulonvezerlorendszer
végzi.
Arádiófrekvenciásazonosítórendszermeghatározóelemei
Az olvasok es a vezerlo elektronikak jelenlegmeg nem tekinthetok nyılt rendszernek,
ugyaniskialakıtasukesmukodesuknagyrésztagyártótólfügg.
AzolvasómindigegyRFIDrendszerrészekéntértelmezhető.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A felhasználás szemszögéből négyféle RFID rendszer kategóriát különböztethetünk meg,
bár a megvalósított RFID rendszerek két vagy több kategória alapján is felépülhetnek:
- Hordozható adatbefogó rendszerek
- Számítógép hálózattal összekapcsolt rendszerek (networked)
- Ellenőrzési, irányítási rendszerek
- Helymeghatározó (pozícionáló) rendszerek
A hordozható adatbefogó rendszereket a hordozható adat-terminálok használata jellemzi az ezekkel összeépített RFID olvasókkal együtt. (kézi olvasók használata.) Azokban az alkalmazásokban használjuk őket, ahol a közeli távolságra lévő, címkével jelölt elemek elérésében rugalmasság szükséges. A kézi olvasók és hordozható adatterminálok befogják az információt, amely azután továbbításra kerül közvetlenül a számítógép host információs menedzsment rendszeréhez egy rádiófrekvenciás
adatkommunikációs (RFDC) linken keresztül.
A kézi olvasó berendezése csaknem mindegyike ipari PDA, általános célú operációs rendszer támogatással, mint Android, Windows, Linux, stb. Léteznek ugyan olyan kézi RFID olvasó berendezések, melyek csupán egy alkalommal egy tag-et tudnak olvasni (csoportosan nem), nem programozhatók, csupán HID eszközként tudnak működni, de
ezek jelentősége elhanyagolható.
RFID rendszer hordozható adatbefogóval
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A kézi (handheld) eszközök a következő felhasználási területeken jellemzők:
- tárgyak azonosítása
- dokumentumok hitelesítése
Tárgyak azonosításával kapcsolatos felhasználási területek, alkalmazások:
Leltározás, tárgyi eszköz- és készletleltár
RFID címkével történő azonosítása, a leszámolt tényleges mennyiségek (darabszám,
súly, hossz, stb.) megadása. Leltározás akár "kettős vakleltár" módszerrel is.
Szolgáltatások:
- Automatikus azonosítás (RFID) - Bevételezés - Komissiózás - Raktáron belüli áthelyezés (tárhelyes raktár esetén) - Raktárközi áthelyezés - Kiadás - Napi feldolgozás - Készletkezelés - Többszintű ellenőrzés (Teljes, szúrópróba)
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Rendezvénymenedzsment, beléptetés (jegyellenőrzés)
Vezeték nélküli mobil adatgyűjtő terminálok segítségével egyszerűen és gyorsan végezhető el a belépőjegyek/bérletek érvényességének ellenőrzése a beléptető pontokon. Alkalmas szabadtéri rendezvények lebonyolításának támogatására is, hiszen a mobil terminálok valamint egy vagy két bázisállomás segítségével akár egy nagyobb sportpálya vagy konferenciaközpont is lefedhető. Teljes mobilitást biztosít, ezért főként rendezvényszervező cégek és alkalmi rendezvények szervezői számára alkalmazható.
(konferenciák, koncertek, sportesemények, vállalati rendezvények, stb)
Szolgáltatások:
- Beléptetés - Jegyellenőrzés - Automatikus regisztráció
Dokumentumok azonosításával kapcsolatos felhasználási területek, alkalmazások:
Orvosi receptek hitelességének ellenőrzése.
A mobil adatgyűjtő terminálok (kézi olvasók) kiválthatnak minden olyan alkalmazást,
ahol ma vonalkódot alkalmaznak. Ilyen szolgáltatási területek:
- Üzletek pénztárai - Szerszámok, eszközök kiadása, visszavétele - Őrjáratozás abban az esetben, ha a bejárandó útvonalon vannak elhelyezve a
vonalkódok, jövőben az RFID tag-ek, és a bejárást végző személynek kell azokat leolvasni, hogy bizonyíthassa a bejárást
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Nem tipikusan mobil adatgyűjtők alkalmazására alapulnak a következő alkalmazások, de
adott esetben kézi olvasók is használhatók, használandók:
- Könyvtári rendszerek részeként mobil adatgyűjtők felhasználásával megvalósítható egyes (elveszett, rossz helyen tárolt) dokumentumok megkeresése. A könyvtári rendszerek esetében a telepített olvasók játszanak fontosabb szerepet
- Állatazonosítás. Elveszett, kóborló állatok azonosítása, amennyiben az állat rendelkezik beültetett RFID tag-gel.
Példaként néhány kézi RFID olvasó bemutatása:
LF kézi RFID olvasó
Mobil, kézi RFID író - olvasó vezeték nélküli pisztoly (125 KHz MHz LF) és integrált vonalkód olvasó. RFID reader / barcode
RFID olvasó - író és integrált vonalkód scanner. A készülékkel lehetséges vonalkódot közvetlen TAG -be írni, illetve adatbázisba rögzíteni.
Tulajdonságok
- 125 KHz MHz LF - Távoli adatbázis kapcsolat - Egy gombos működtetés - Belső memória - Wifi kapcsolat - Online és offline módok - Feladatra paraméterezhető funkciók és led kijelzések. - Energiatakarékos auto on-off üzemmód - Akkumulátor kijelzés
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
HF kézi RFID olvasó
Handheld Mobile Computer with HF RFID Reader243003
Tulajdonságok
- 13.56Mhz - RFID olvasás/írás, vonalkód olvasás - Microsoft® Windows® CE 5.0 - Marvell® XScale® PXA270
- Processor - 520MHz - 256MB FLASH memória - 128MB SDRAM - IP65 - Integrált WLAN és Bluetooth®
Specifikáció
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
OS/Processor Microsoft Windows CE 5.0
Marvell XScale PXA270 processor – 520 MHz
Memória és adattároló 256 MB FLASH Storage
128 MB SDRAM
Wireless Integrált IrDA 1.2 Compliant
Integrált WLAN IEEE 802.11 b/g
Integrált Bluetooth Class II Compliant
Opcionális GPRS module
Táp Standard Li–Ion akku Pack, 3.7 V DC, 2200 mAh
Opcionális nagy kapacitású Li-Ion akku Pack, 3.7 V DC, 4000 mAh
Built–in töltő
Adapter : 100–240 V AC, 50/60 Hz Input – 5 V DC/2.6 A
Külső csatlakozók DC–In Jack
RS232, USB 1.1 Client, USB 1.1 Host, DC-IN and DC5 V/300mA
Bővítő helyek SD/MMC slot (csak SD támogatás)
Külső RFID és GPS modul csatlakozó
SIM kártya hely a GPRS modul számára
Környezet Működés -10 ℃ to 50 ℃
Tárolás -20 ℃ to 60 ℃
Képernyő 3.5" QVGA Transflective TFT, Color LCD with LED Backlight
LED backlight adjustable ON/OFF
4–wire resistive type touch panel
LED indikátorok Töltés LED 2 color(G/R)
Vonalkód olvasó LED 2 Color(G/R)
A WLAN, BT működését jelző LED-ek
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Keypad & Controls 26 vagy 41 billentyűs alfanumerikus billentyűzet
2 vonalkód olvasó gomb (“ravasz”)
Software IE6.0, lnbox, ActiveSync
Summit Client Utility a WLAN konfigurálásához
software update lehetőség SD kártyáról
Opciók RS232 soros kábel
USB kábel
Dokkoló
Akku töltő
Autós bölcső
Képernyővédő fólia
Nagy kapacitású Li–Ion akku Pack (3.7V DC, 4000 mAh)
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
UHF kézi RFID olvasó
902 MHz RFID Gen 2 UTE Portable Reader Writer246003
Tulajdonságok
- IP55 - Frekvencia 902~928 MHz - Kimenő teljesítmény 1 Walt - Antenna Cirkuláris
- Olvasási távolság 1.5 m~1.8 - Tag támogatás EPC Class 0, 0+, 1 & Gen2 - Csoportos tag olvasás Igen
Specifikáció
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Operációs rendszer Windows CE 5.0 Professional Plus
CPU Intel Processor 400 MHz
Memória SDRAM: 64 MB, Flash ROM: 64 MB
LED kijelző kétszínű (zöld/piros)
Képernyő 240 x 320 reflective TFT színes LCD, érintőképernyő
Billentyűzet 36 billentyűs, alfanumerikus, 2 vonalkód olvasó billentyű (“ravasz”)
Kommunikáció USB, Infra, PCMCIA, 1 CF Type 1/Type II slot, Wireless
Táp 12 V DC külsől adapter, 2 Lithium-Ion akku pack @7.4 V, 5000 mAh
Működés -5 ºC to 50 ºC
Tárolás -20 ºC to 60 ºC
Software támogatás Microsoft Biztalk Server R2, Oracle Sensor Edge Server,
IBM WCTME
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
A hálózatos rendszer-alkalmazások (networked) jellemezhetőek rögzített helyzetű , telepített olvasókkal, amelyek közvetlenül egy hálózatra kötött információs menedzsment rendszerrel vannak kapcsolatban. A címke (címke) -ek mozgó vagy
mozgatható elemeken, embereken helyezkednek el, az alkalmazástól függően.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Hálózatos RFID rendszer
Vezérlő alkalmazások (controlled) a címkéket azért használják, hogy valamilyen vezérlési vagy irányítási funkciót kialakítsanak velük. Ezek a vezérlési funkciók tipikusan magukba foglalják a belépés engedélyezés, osztályozás és biztonság területeit, a gyakorlatban ez az automata sorompókat, PLC-k (programozható logikai vezérlők, pl. benzintank telítettség jelzők) osztályozását, automatikus osztályozást, ajtó belépési mechanizmusokat és információs rendszereket jelenti. Ezen rendszerek is zömében
telepített RFID olvasókat használnak.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Vezérlő RFID rendszer
A helymeghatározó rendszerek arra használják a címkéket, hogy elősegítsék az automatizált hely és navigációs rendszerek működését. Ezek a "Real-Time Locating System" azaz valós idejű rendszerek általában aktív RFID címkéket használnak, mivel itt a nagy hatótávú olvasási képesség elvárt. Az aktív RFID címkék általában mozgó objektumokra (járművek) vagy emberekre kerülnek, míg az olvasó berendezések fixek, telepítettek. Ezeknek a címkéknek a jelzéseit az antennák úgynevezett rácshálózata gyűjti össze, amelyek továbbítják egy információs rendszerbe azonosítás és helymegállapítás céljából. Az indoor helymeghatározás RFID technológia segítségével
egy jövőbe mutatótechnológia.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Helymeghatározó RFID rendszer
Telepített olvasót használó RFID rendszerek bemutatása
UHF RFID Könyvtári Állománykezelés, Állományvédelem
RFID technológia tökéletes, fejlett megoldás a könyvtárak, archívumok részére. Felgyorsítja az információ áramlását, nagyságrendekkel megnöveli a hatékonyságot, lerövidíti a könyvek kiadásának, visszavételének idejét, segít az ügyfélkezelés minőségének további emelésében. Egyesíthető a már meglévő vonalkódos rendszerrel, egyben kibővítve a funkciókat például az önkiszolgáló be- és kijelentkezéssel, az önkiszolgáló könyv leadással, sőt, a lopások elleni védelemmel is. Az RFID csökkenti az eltűnt, elveszett könyvek mennyiségét. Lényegesen lerövidül a könyvek keresésére fordított idő, mivel az RFID érzékelő megmutatja, hogy az adott könyv melyik polcon, hol található.
UHF RFID előnyei a könyvtári használatban:
Önkiszolgáló kijelentkezés
Gyors önkiszolgáló kijelentkezés. Egyszerre, egyidejűleg sok könyvet lehet az olvasóval
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
leolvasni. Nincs szükség arra, hogy a könyvtáros egyesével beolvassa a könyveket. Ezt a mechanikus munkát a gép elvégzi. A könyvtárosnak lehetősége van hasznosabb,
értékesebb munkát végeznie.
Automatikus válogatás a visszahozott könyveknél
A rendszer a visszahozott könyveket a megadott szempontok alapján szétválogatja.
Készlet felvétel, készlet ellenőrzés, leltár
Az kézi RFID olvasóival lehetséges az, hogy a könyvtáros a kézi olvasót egy adott polc felé irányítja és az olvasó egy pillanat alatt beolvassa a polcon található összes könyv
adatait. Nem szükséges a könyveket egyesével leszedni, beolvasni a vonalkód olvasóval.
Könyv keresés
Ha egy könyv nincs a helyén, akkor a kézi PDA olvasót a könyv keresésére is lehet
használni. A keresési távolság 1,5 – 2 méter lehet. A keresés így felgyorsul.
Biztonság, állományvédelem
RFID ki-bejárati antennákkal a lopásokat is fel lehet deríteni. Az antennák jeleznek, amikor egy könyvet illetéktelenül próbálnak a kijáraton kivinni. Másodpercenként 100 könyvet tud az antenna ellenőrizni, ami minden igényt kielégít, nem lassítja az áthaladást.
Könyvtári rendszer sematikus felépítése:
(Önkiszolgáló) Ki és beléptetés – (Self) Check in/out
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Minden könyvtári ügyfél (olvasó) rendelkezik egy ID kártyával, amely a könyvtárba való belépéskor azonosítja a belépő olvasót, a könyvtár elhagyásakor pedig az olvasó kilépését. Ezen felül tartalmazza az adott olvasó jogosultságait is. Kilépés előtt az olvasó a pultra teszi a kölcsönözni kívánt példányokat, azok mindegyike fel van szerelve RFID címkével, így az RFID olvasó elolvassa az ID kártyát, valamint a könyveken lévő RFID tag-eket, ily módon a kölcsönző és a kölcsönzött könyvek automatikusan összerendelődnek, “ráterhelődnek” az olvasóra.
Köny visszavételi pult - Book Drop
A visszahozatal során a könyvet be kell helyezni a visszahelyező nyílásba. Amint a könyv a nyílás belsejébe kerül (és már nem lehet visszahúzni) a könyvet az RFID olvasó beolvassa, a képernyőn megjelenik a visszaigazolásról szóló üzenet és a rendszer az adatbázisba automatikusan feltölti a könyvet. A könyvet immár nem követeli a könyvtár
az olvasótól.
Polc menedzsment - Shelf Management
A polcokon elhelyezett telepített RFID olvasók detektálják, ha egy könyv a polcra kerül, valamint, ha azt leveszik onnan. Így mindig pontosan tudható a polcon lévő könyvek állománya. Az olvasó kézi RFID olvasó segítségével megkeresheti a kívánt könyvet a
polcon.
Könyvek állományba vétele, selejtezése – Tagging
Az új könyveket a polcra kerülés előtt RFID tag-ekkel látják el, valamint az új könyv bekerül a könyvtári adatbázisba. Selejtezés esetén a könyv RFID-je kill parancsot kap,
valamint a könyv törlődik az adatbázisból is.
Lopásérzékelés – Anti-theft Detection
Könyvtári állományvédelem: A rendszer azonnal jelez, amint illetéktelenül próbálnak
könyvet kivinni a könyvtárból.
Az RFID-s könyvtári rendszerhez szükséges műszaki berendezések:
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Berendezés megnevezése
Jellemzők A berendezés fényképe
Uhf RFID Gate Reader
Ki-bejárati antenna a
biztonsági funkcióhoz
1-2m érzékelési
távolság
UHF RFID Fixed
reader
Rögzített olvasó
Nagy olvasási
érzékenység
RFID Handheld
kézi RFID olvasó
Címkéket olvas, UHF,
1D Vonalkódot /2D vonalkódot: GPRS/GSM/WiFi/
Bluetooth
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
UHF RFID Antenna
10dBi
Könyvtári fix RFID
antennák
Könyvbe helyezhető
RFID címke -
UHF RFID desktop
reader – olvasó USB 1.1 Communication
UHF RFID card / kártya
As ID card(egyedi könyvtári belépő-kártya, személyre
szabott grafikával
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Egészségügy, gyógyszerek eredetiségének biztosítása
RFID-címkéket helyeznek a gyógyszeres üvegek dobozának aljára, és minden RFID-címkét egyedi cikkszámmal és a gyógyszer lejárati dátumával látják el. A gyógyszeres ládák szállítása előtt egy gyógyszergyártó vállalat egy RFID-olvasó segítségével azonosítja az egyes ládákat, és mindegyikről feljegyezi a rendeltetési helyüket. Amikor a
ládák megérkeznek a nagykereskedőkhöz, a címkéket újra leolvassák.
Ha a gyógyszerek hamisítványaira bukkannának, vagy az orvosságot illetéktelenek kinyitották volna szállítás közben, a nagykereskedő és a gyógyszergyártó által olvasott és tárolt adatok összehasonlításából a hamisítás, illetve az illetéktelen felbontás azonnal kiderül, a vállalatok által összegyűjtött adatok felbecsülhetetlen értéket jelenthetnek a rendőrségnek vagy az egészségügyi hatóságoknak. A nagykereskedők, újracsomagolást végző cégek és a gyógyszertárak ellátó központjai az EPC kód segítségével ellenőrizhetik a beérkező áru eredetiségét; a gyógyszertárak és a kereskedők megkaphatják az RFID-címkével ellátott gyógyszerek eredetének digitális dokumentációját.
A jövőben a fogyasztóknak lehetőségük lesz arra, hogy a patikában megvásárolt termék azonosító kódját egy bizonyos webhelyen megadva ellenőrizzék az orvosság eredetét. A gyógyszer bevétele előtt tehát meggyőződhetnek arról, hogy a tabletta eredeti és biztonságos.
Áru- és személyszállítás
Az egyik elso alkalmazasi terulete volt az RFID-nek. A vilag nagyvarosainak tobbsegeben alkalmazzak ezt a technologiat, es a felhasznalok kore folyamatosan no. Aa ltalaban az utazóbérlet egy RFID tag-et tartalmaz, amit a járatok kapujában elhelyezett olvasó
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
érzékel, és csak akkor engedi fel az utast, ha érvényes bérlettel rendelkezik.
Az autópálya matricák is gyakran tartalmaznak RFID azonosítót, így az, hogy egy autón van-e érvényes matrica, konnyen, emberi beavatkozas nelkul megtudhato. Egy jo
minosegu kameraval a bliccelo autos rendszama azonnal leolvashato, es ıgy az
illetéktelen használat gyakorlatilag lehetetlenné válik.
Termékek azonosítása
Az RFID nevebol is adodoan a legaltalanosabb felhasznalasi lehetoseg. Az azonosıtas elso
szintje egy RFID-vel ellátott tárgy jelenlétének érzékelése volt egy 1 bites tag-gel. Ezeket
a tag-eket láthatjuk az áruházakban minden termékre ráragasztva. Ezt elsősorban
lopásgátlásra használták, használják.
Ahogy megjelentek az egyre nagyobb kapacitasu chip-ek, lehetove valt a termekek
egyedi azonosıtasa. Bar egy parszaz bites tag beszerzesi koltsege sokkal dragabb
(mennyisegtol fuggoen 5-20 cent), mint egy vonalkod nyomatatasa, a novekvo
tomegtermeles miatt ez egyre csokken, es ıgy belathato idon belul mindenhol kivalthatja
azt. Olyan teruleteken, ahol 50 cent nem eszreveheto koltseg, viszont a sebesseg vagy a
leolvasas egyszerusege annal fontosabb tenyezo, ott eloszeretettel alkalmazzák a
technológiát.
Raktározás
Egy logisztikai kozpontban a raktarkeszlet pontos ismerete elengedhetetlen, viszont a
forgalom hatalmas. Az allando napra (vagy inkabb
percre) pontos informaciok biztosıtasa nehez
feladat, de ha sikerul, nagy elonyt jelent a
versenytársakkal szemben. Ha minden kartonon
van egy RFID azonosító, ami a benne levő terméket
és annak darabszámát pontosan tartalmazza, akkor
bármit, ami áthalad a kapun, regisztrál a rendszer,
és frissíti a készlet adatbázisát.
RFID kapu egy raktárban
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Beléptetőésbiztonságirendszerek
Elengedhetetlen dolog értékeink védelme az illetéktelenektől. A betörők egy idő után a legmodernebb zárak feltörésére is megtalálják a megoldást, ezért fontos a folyamatos fejlesztes. Mar egy egyszeru passzıv RFID chip is 128 bit informaciot tud eltarolni, es
amennyiben ezt az informaciot kulcskent hasznaljuk, egy ~3*1038 kombinacioval
rendelkezo kulcsot kapunk. Egy tag-nek sem az ára, sem a mérete nem haladja meg egy
átlagos kulcs árát, így könnyen válthatja ki azt a mindennapokban. Bonyolult chipekkel
és többszörös kétirányú kommunikációval a tag másolása is nehezebb, mint egy
szokványos kulcsé.
Példaként néhány telepített RFID olvasó bemutatása:
RFIDíró-olvasó125KHzLFRFIDreader
RFID olvasó - író. A készülékkel lehetséges TAG -be írni. Elsősorban beléptető
rendszerekhez. Kültéri és beltéri alkalmazás.
Tulajdonságok
- Olvasási távolság: 30 cm
- Működési tartomány: 125 KHz LF
- Protokoll: Wiegand
- Opcionális protokoll: RS485
- Led kijelzés
- Rögzítő konzol
- Működési hőmérséklet: -25C° - +65C°
- Kültéri felhasználásra is
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RFID író - olvasó 13.56 MHz HF RFID reader
RFID törzsvásárlói rendszer, RFID terminál
Tulajdonságok
- RFID alapú törzsvásárlói terminál (Mifare 13.56 MHz), RFID rendszer - A rendszer lehetőséget biztosít országos pontgyűjtő rendszer menedzselésére,
üzemeltetésére - Alkalmazható üzletek, üzletláncok, klubbok, kaszinók, egyéb pontgyűjtő és
bónusz rendszerek esetében - Online és offline működés - Különböző kártyakategóriák kezelése - Fejlett adatbiztonság - Jogosultsági szintek kezelése (Master, Operator, User) - Operátorok karbantartása - PIN kód megerősítés lehetősége
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
- Riportok, lekérdezések, állapotok
- Bizonylatnyomtatás (hő papiros) - Vezeték nélküli kommunikáció - Érintőképernyős kezelőfelület - Webböngésző programmal menedzselhető szerveroldali szolgáltatások
RFID író - olvasó 865-868 MHz UHF RFID reader
Symbol - XR480 RFID fix olvasó
Tulajdonságok
- Méretek M=22,2cm, SZ=30cm, H=5cm - Tömeg 2,2 kg - Alapanyagok Alumínium - Aa llapotjelzok LED: Tapellatas (zold), Mukodes (sarga), es Hiba (piros) - Mukodesi jellemzok Frekvencia 865-868 MHz - Szabvany-megfeleloseg ETSI EN 302 208 - Hálózati kapcsolatok 10/100 BaseT Ethernet, RJ45
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
- KulsocsatlakozokKontrollI/O(12db,DB15)USBHost-TypeA,USBClient
TypeBRS232soroskonzol,DB9
RFID író - olvasó 2,45 GHz mikrohullámú RFID reader
LR-3proRFIDolvasó
Tulajdonságok
- Leolvasásitávolságmaximum5méter
- MűködésifrekvenciaCW:2.435...2.465GHz,FHSS:2.400...2.484GHz
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
- Méretek 226x143x50mm
Mobiltelefonok, mint RFID olvasók
A mobiltelefonoknak, mint RFID olvasóknak az alkalmazása erősen összefügg az NFC technológiával. Léteznek ugyan “hagyományos” kézi RFID olvasók is, melyekhez opcionálisan kapcsolható GSM modul GPRS adattovábbítás céljára (m-RFID), de ezek ipari PDA-k GSM modullal, és nem mobiltelefonok.
Az NFC egy olyan RFID rendszer, ami kétirányú kommunikációt tesz lehetővé a végpontok között, ellentétben az olyan korai rendszerekkel, mint például az érintésmentes okos kártyák, melyek csak egyirányú kommunikációra (olvasás) alkalmasak. Az NFC (Near Field Communcation) azaz a közeltéri kommunikációs eszközök családja.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Az NFC technológia egy kis hatósugarú vezeték nélküli kommunikációt lehetővé tevő
(most kialakulóban) lévő új technológia, amit a Sony és a Philips fejlesztett ki, elsősorban mobiltelefonos alkalmazásokhoz. Először 2004 március 18-án az ECMA-, majd 2003 december 8-án az ISO/IEC is szabványként fogadta el. Az NFC fejlesztések támogatására 2004-ben a Sony és a Philips, valamint a Nokia létrehozta az NFC fórumot.
Az NFC-ben az egyedi eszköz kap egy azonosítót, és az azonosítási folyamat ezen keresztül folyik.
Az NFC fórum 2004-ben alakult, és az alábbi öt előszabványt (technikai leírást=Technical Specifications) dolgozta ki:
- NFC Data Exchange Format = NDEF adatcsere formátum
- NFC Record Type Definition = RTD record típus formátum - NFC Text Record Type Definition = TRTD szöveges record típus formátum - NFC URI Record Type Definition = URI-RTD record típus formátum - NFC Smart Poster Record Type Definition = SP_RTD okos címke record formátum
Az NFC főbb jellemzői: működési frekvencia: 13.56 MHz (tehát HF RFID) , ható távolság: 0-20 cm, adatátviteli sebesség: 106 kbit/s, 212 kbit/s vagy 424 kbit/s. Biztonságos automatikus adatcserét biztosíthat elektronikus eszközök között. Kompatibilis számos gyakorlatban bizonyított érintkezés nélküli technológiával, mint a (HF) RFID, az ISO
14443, MIFARE és FeliCa smart kártyákkal.
Három technikai feladatot tud megvalósítani
- biztonságos smart kártya emulációt - Közvetlen adatcserét két készülék között - Információ lekérdezést (olvasás módban)
Kommunikációs módok:
- Passzív mód, amikor a passzív RFID működéséhez hasonlóan a kommunikációt kezdeményező berendezés a kisugárzott rádióhullámokon át biztosítja a vevő számára az energiát.
- Aktív mód, melyben mindkét berendezés saját energiaforrással biztosítja a kommunikációt.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Az NFC technológia legfőbb ígérete, hogy a szórakoztatóipari elektronikai eszközök
számára valódi mobilitást biztosíthat azzal, hogy fizikai közelségbe kerülve (~ 10 cm) a készülékek közvetlen kommunikációt tudnak majd egymással folytatni. Például kódokat, akár fájlokat is cserélhetnek. Alkalmas lehet például vezeték nélküli kommunikációs
kapcsolatok, például Bluetooth, vagy WIFI paramétereinek automatikus beállítására.
NFC technológián alapuló, már ma is működő szolgáltatások:
- jegyvásárlások (tömegközlekedés, külföldön már éles rendszerek is működnek) - PayPass érintés nélküli kártyák (már 83 millióan használják világszerte, és itthon
is elérhető)
- könyvtári azonosítás - lopások elleni védelem, termékazonosítás - autópálya matrica megoldások (itthon nem)
A lökést a technológiának a mobiltelefonba épített chipek jelentik . (Mivel banki és pénzügyi szolgáltatásokról, beléptető rendszerekről is szó van, ezért gyakran digitális kulcsnak, vagy mobilpénztárcának is emlegetik) Ezzel a legtöbb fenti szolgáltatás egy eszközből elérhetővé válik, hiszen az NFC chip és mobilunk segítségével kiválaszthatjuk, hogy éppen milyen szolgáltatást szeretnénk használni.
Ezt technológiailag többféleképpen lehet megtenni:
- telefonba integrált NFC chip (pl Galaxy S II, Nexus S), és az NFC szolgáltatásokat például Android alkalmazásokkal érhetjük el
- telefonba integrált NFC chip (pl Galaxy S II, Nexus S), és az NFC szolgáltatásokat dinamikus SIM kártyára írt alkalmazásokkal érhetjük el. (itt lép be a mobilszolgáltatók szerepe, szeretnének ugyanis plusz szolgáltatásokat
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
értékesíteni, és a SIM kártyás megoldás segítségével felügyelhetik az NFC
szolgáltatásokat.)
- olyan telefonok, amelyek nem rendelkeznek NFC chippel, lehetőség van olyan
megoldásra, hogy a SIM kártyához illesztik az NFC chipet egy hajlékony antennával, mely a telefon hátlapjára ragasztható.
Biztonsági rések:
Egy egyszerű androidos NFC-s okostelefonnal ingyen metrójegyet gyártott két biztonsági szakértő, akik feltörték San Francisco és New Jersey tömegközlekedési rendszerét. Corey Benninger és Max Sobell, az Intrepidus Group két biztonsági specialistája könnyedén és gyorsan képes az NFC-alapú érintés nélküli utazási kártyákon nullázni a számlálót, ami a már elhasznált jegyek számát dokumentálta. A két szakértő gyakorlatilag egy tízes “tömbjegy” megvásárlásával örök jegyet szerezhetne magának a két vizsgált társaságnál, ugyanis a kártyán elvileg titkosítva tárolt számlálót újra és újra le lehet nullázni, úgy, hogy a közlekedési társaságok elfogadóhelyei nem észlelnek hibát.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Az UHF RFID transzponderekkel szembeni elvárások
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RFID transzponderek vizsgálata
(bemutatás, korlátok, felhasználási területek)
Az RFID címke, bélyeg, tag, vagy más néven transzponder (a TRANSmitter - adó vevő és
resPONDER – válaszadó=transponder) az adott áruhoz vagy megfigyelt tárgyhoz rendelt
azonosító adatokat tartalmazó chip. Az RFID címke feladata, hogy érzékelje a lekérdező
impulzusokat, vagy a vehető rádióadást, és választ generáljon a kérdésre Ezért a fő
komponensek egy transzponder áramkörben lényegében az alábbiak: antenna és
rádiófrekvenciás adó és vevő áramkör, flip-flop vagy mikroprocesszor áramkörvezérlésre és
adat menedzselési célokra, memória, amely alkalmas adat-tárolásra.
RFID rendszer vázlata
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Azonosító címkék, tag-ek (jeladók) alkatrészei és főbb megjelenési formái
Az RFID tag-ek csoportosítása:
Használt frekvencia szerint:
RFID rendszerekben használt frekvenciatartományok
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Frekvenciatartományok jellemzői és az általános felhasználások
Frekvenciatartományok kezelése
A rádiófrekvenciás azonosítás - RFID szabványosításának/szabályozásának egyik
legfontosabb része a frekvenciagazdálkodás. Mivel korábban nem voltak ilyen irányú globális
fejlesztések, így néhány kivételtől eltekintve az egyes országok egymástól függetlenül
alkották meg frekvenciagazdálkodási rendszerüket, világméretű szabályozást minden
területre nem hoztak létre. Emiatt jelenleg nincs olyan civil szervezet, amely az RFID
technológia által használt frekvenciatartományokat globálisan szabályozná. Így elvileg
minden ország maga szabályozhatja ezt a kérdéskört.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
LF és HF
Az alacsony (LF: 125 - 134.2 kHz és a 140 - 148.5 kHz) és magas (HF: 13.56 MHz)
frekvenciatartományban üzemelő RFID tag-ek engedélyezés nélkül a világ bármely pontján
használhatók.
UHF
Az ultra-magas (UHF: 868 MHz-928 MHz) frekvencia tartományban működő tag-ek
használata az adott ország engedélyeihez kötött mivel erre vonatkozóan nincs átfogó
nemzetközi szabvány. Észak-Amerikában a 902 - 928 MHz-en (+/-13 MHz a 915 MHz
középértékhez képest) működő UHF tag-ek engedélyezés nélkül használhatóak, de az átviteli
energia mértéke szabályozott. Európában az RFID tartományokat és más alacsony
energiaszinten sugárzó rádiós alkalmazásokat az ETSI EN 300 220 és EN 302 208, valamint
ERO 70 03 (ERO EFIS Frequency Information System ERO- Frekvenciainformációs Rendszer
www.efis.dk) ajánlás szabályozza bonyolult sávhasználati előírások által. Ezzel lehetővé teszi
az RFID eszközök 865-868 MHz történő használatát. Az RFID olvasóknak sugárzást
megelőzően ellenőrizniük kell az adott csatornát (Listen Before Talk - Beszéd előtt hallgat), ez
a követelmény szükségessé tette a teljesítmény korlátozását is. Az Észak-Amerikai UHF
szabványok nem elfogadottak Franciaországban mivel azok interferenciát okoznának
hadászati célú tartományaikkal. Kínában és Japánban nincs az UHF tartomány használatával
kapcsolatos előírás. Ezekben az országokban, minden egyes alkalmazás telepítésekor
jóváhagyást kell kérni az adott helyen illetékes hatóságnál, mely jóváhagyás később
visszavonható. Ausztráliában és Új-Zélandon a 918 - 926 MHz UHF tartomány használata
nem engedélyhez kötött de az átviteli energiára vonatkozóan vannak megkötések.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
SWF mikrohullám
A mikrohullámú (2,45 vagy 5,8 GHz) frekvencia tartományban működő tag-ekre nincs
kereskedelmi használatra szóló megegyezés.
Mikrohullámon túli
Egyes források megemlítik a “mikrohullámon túli tartomány”-ban dolgozó RFID tag-eket,
ezek a 3 GHz/10,6 GHZ frekvenciatartományban működnek.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Felhasznált energiaforrás szerint:
Passzív
A passzív transzponderek nem rendelkeznek önálló áramforrással, a mikrochipből történő
kiolvasáshoz és a kommunikációhoz szükséges energiát az olvasó által gerjesztett
elektromágneses mezőből nyerik. (A passzív elnevezés onnan ered, hogy ezek az
adathordozók az író/olvasó sugárzási tartományán kívül nem működnek, nem bocsátanak ki
jelet.
Passzív RFID címke
Szemipasszív
A szemipasszív transzponderek rendelkeznek önálló áramforrással (elem), de ezt csak a
mikrochip működtetésére használják, a kommunikációhoz szintén az olvasó által gerjesztett
elektromágneses mezőt használják. Ezek a fajta transzponderek az olvasó hatótávolságán
kívül nem lépnek működésbe, nem bocsátanak ki jelet.
Szemipasszív RFID címke
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Aktív
Az aktív tagek saját adóval és többnyire saját energiaforrással rendelkeznek. Általában
nagyobb méretű objektumok azonosítására használják.
Aktív RFID címke
Írási/olvasási tulajdonságok szerint:
Címke osztályok
Class 0: csak olvasható Class 1: Olvasható/írható Class 2: Olvasható/írható + Biztonság
Class 3: Olvasható/írható + Biztonság + Elemmel kiegészített, szenzoros
Class 4: Aktív címke
Class 5: Aktív címke, képes más Class 5 címkékkel kommunikálni
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Alkalmazott szabványok szerint:
Generációk
Gen 1: 2003-ban jelent meg
Gen 2: 2004-ben jelent meg, lényeges különbség az előzőhöz képest a nagyobb
teljesítmény és biztonsági lehetőségek (ISO szabvány)
A GEN 2 szabvány (Protokoll) jellemzői
Teljes neve: „EPCglobal UHF Class 1 Generation 2”
Célja: az RFID „levegő” protokoll „bábeli helyzetének” egyszerűsítése
2006-ban a Hardware Action Group javaslatára ISO 18000-6C néven
szabvánnyá is vált.
Jellemzői:
- Min. 96 bit adattároló
- Kisebb, olcsóbb jeladó
- Különböző frekvenciákon is működik
- Nagyobb olvasási sebesség
- Több, akár 1600 jeladó egyidejű olvashatósága
- Egy 32 bites „kill” paranccsal az adattartalom törölhető
- Nem kompatibilis a korábbi Class 0 és Class 1 típusokkal
Gen 3: még nincs róla publikus információ
Megjelenési forma szerint:
- Dry-Inlay: bélyegkonvertáló cégek használják általában
- Wet-Inlay: átlátszó műanyag felületű bélyegek, nem nyomtathatók
- Papír-Inlay: általában öntapadós nyomtatható bélyegek
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
- Műanyag-Inlay: általában öntapadós nyomtatható bélyegek
- Hard-tag: kemény borítású, többszöri használtara
- Metal-tag: kemény bitírású, fémcikkek azonosítására
Memóriakezelés szerint:
- Csak olvasható (RO) (gyártáskor írják meg) Az ilyen memóriával rendelkező bélyegek
csak a gyártáskor rögzített azonosítószámot tartalmazzák, amelynek egyediségét a
gyártó biztosítja. Olyan alkalmazásokhoz lehet felhasználni ahol a bélyegre nem
szükséges változó információt felírni.
- Egyszer írható sokszor olvasható (WORM) A WORM memóriával rendelkező
bélyegek adatfelírása általában a felhasználónál történik. Előfordul, hogy az egyszer
írható bélyegre több alkalommal is fel tudunk vinni új adatokat (nem ritkán l00
alkalommal), azonban a memória úgy lett kialakítva, hogy a biztonságos működés
csak egyszeri írással garantálható. A legtöbb jelenlegi alkalmazásban ilyen bélyegeket
találunk.
- Többször írható és olvasható (RW) A több alkalommal írható memóriájú bélyegek
esetében a gyártók által javasolt maximális adat-felírások száma 10.000-100.000
alkalom között változik. Az ilyen bélyegek sok lehetőséget nyújtanak az
alkalmazásokban változó információk többszöri rögzítéséhez. Mivel ezeknek a
címkéknek a legdrágább az előállítása, így használatuk még nem elterjedt.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RFID Tag-ek bemutatása a használt frekvencia alapján
LF Alacsony frekvencia (125-134Khz)
Felhasználási területek:
- Ipar, mezőgazdasági alkalmazások
- Biztonságtechnika
Előnyök:
- Működik fémes környezetben
- Széles körben elterjedt
Hátrányok:
- Rövidebb olvasási távolságok
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
HF Magas frekvencia (13.56 Mhz)
Felhasználási területek:
- Raklap azonosítás
- Áru követés és védelem
- Beléptető rendszerek, utazás
- Légipoggyász követés
Előnyök:
- Működik nedves környezetben
- Széles körben elterjedt
Hátrányok:
- Nem működik fémes környezetben
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
- Rövidebb olvasási távolságok (~ 1,5m)
UHF Ultra-magas frekvencia (868-956Mhz)
Felhasználási területek:
- Raklap és konténer azonosítás
- Kamion és vontató azonosítás
Előnyök:
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
- Nagyobb olvasási távolságok (~ 7m)
- Ütközésmentes technológia
- Megjelent a 2. generációs szabvány (Gen2)
Hátrányok:
- A rádióhullámok elnyelődhetnek
- Nem működik nedves környezetben
Mikrohullám (2.45Ghz)
Felhasználási területek:
- Gépjárművek azonosítása és nyomkövetése
Előnyök:
- Nagy olvasási távolság (akár 30m)
- Gyors olvasási sebesség
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Hátrányok:
- Bonyolultabb háttérrendszert igényel
- Drágább
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RFID antennák vizsgálata
(bemutatás, korlátok, felhasználási területek)
Az RFID rendszer fő részei
RFID antennák csoportosítása polarizáció szerint:
- lineáris polarizációjú anatennák. Csak egy adott polarizációjú jel továbbítására,
ileetve fogadására képesek. A fix polarizáció lehet vízszintes, vagy függőleges. Ilyenek
a dipol antennák. Akkor használhatók, ha a tag orientációja ismert és fix.
lineáris antenna karakterisztika
- Cirkuláris polarizációjú antennák. Két síkban hoznak létre körkörös hatású sugárzást.
Ilyenek a helix, patch és kereszt-dipol antennák. Akkor célszerű használatuk, ha a tag
orientációja ismeretlen, vagy a tag nem fix. A körkörös polarizációjú antenna
nyeresége kisebb, mint a vele azonos nagyságú lineáris polarizációjú antennáé.
(Legaláb 3 db-lel.)
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
cirkuláris karakterisztikájú antennák
RFID antennák csoportosítása a használt frekvencia szerint:
LF 9-135 KHz,
HF 10-15 MHz,
UHF 850-950 MHz,
SHF (mikrohullámú) 2,45 vagy 8,5 MHz
RFID rendszerek számára hozzáférhető frekvenciasávok
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RFID antennák által használt frekvenciasávok összefoglaló táblázata
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RFID antennák csoportosítása működési elvük szerint szerint:
Alacsony frekvenciás rendszereknél induktívan csatolt rendszerekről beszélhetünk, ahol az
információ átadása egy lazán csatolt – az olvasó és a transponder tekercsek által együttesen
alkotott – transzformátoron keresztül történik.
Induktívan csatolt RFID antenna
Az induktív csatolást az LF és HF frekvenciasávban alkalmazzák.
Az UHF és SHF frekvenciatartományban elektromágneses (backscattered) csatolást
alkalmaznak, ahol az olvasó és a transponder tekercs elektromágneses hullámok
segítségével kommunikál.
Elektromágneses catolást alkalmazó RFID antenna
A backscattered csatolást dipol antenna segítségével valósítják meg.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
RFID eszközök antennái és méretük:
Az alacsony frekvencián (ƒ<135 kHz, illetve ƒ=13,56MHz) működő passzív RFID eszközök
antennáival szemben támasztott követelmény az adáson és vételen túl az eszköz
működéséhez szükséges tápellátás biztosítása a vett jelből.
Ezen követelmény többmenetes keretantennákkal biztosítható.
A 13,56 MHz frekvenciára tervezett négyszögletes keretantenna nyomtatási képe az alábbi
ábrán látható.
Keretantenna nyomtatási képe 13,56 MHz frekvenciára
Az üzemi hullámhosszhoz képest kisméretű keretantennák legjelentősebb hátránya a kis
hatásfok. Az ábrán látható keretantennára kapott jósági tényezô határérték megközelítőleg 3.
A mérések alapján a fenti keretantenna jósági tényezôje = 35, tehát a megvalósított antenna
az elméleti határ közel 12-szeresét éri csak el.
Rádióhullámok terjedésének az RFID technológia
eszközeinek vizsgálata 2012
Az aktív RFID eszközök antennáinak nem feladata az eszköz tápellátása, emiatt a
leggyakrabban alkalmazott antenna rezonáns dipól, melynek hajlított, nyomtatott kivitelű
változatát látjuk az alábbi ábrán.
RFID antenna nyomtatási képe 915 MHz frekvenciára
Az aktív RFID eszközök antennáinak legfontosabb tervezési paramétere a maximális nyereség
elérése. Az ábrán látható antenna mért nyereségértékét az alább látható ábrán vetjük össze
az antenna geometriai méretének megfelelô idealizált antenna nyereségével.
RFID antenna nyeresége
Megállapítható, hogy az elméleti nyereségértéknél közel 3 dB-lel kisebb a megvalósított
antenna nyeresége.