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Um problema comum no local com sistemas RFID é que quando a etiqueta é colocada na antena do leitor, a distância de leitura é na verdade pior do que quando separada por alguns centímetros. A primeira reação dos engenheiros é geralmente "o chip de etiqueta é saturado" - esse julgamento contém etiquetas passivas UHF, onde o circuito rectificador do chip passa por mudanças não lineares nas características de impedência quando a potência de entrada excede um determinado limiar.
Mas o problema não está sempre no chip. Quando os materiais absorventes são introduzidos entre etiquetas e metais, ou organizados em torno dos leitores para suprimir reflexões multirotas, a própria placa absorvente também tem um limite de "capacidade de potência". Além deste limite, a placa de onda absorvente já não é uma camada de direção passiva e parâmetro fixo do fluxo magnético, mas será uma fonte de detonação imprevisível que varia com força de campo.
Saturação da placa de absorção: A permeabilidade magnética não é uma constante independente da força de campo
A função central de uma placa de onda depende da permeabilidade magnética de enchimentos magnéticos suaves como ferrito, ferro de carbonil, FeSiAl, etc. A permeabilidade magnética descreve a habilidade de um material para responder a um campo magnético externo, mas essa habilidade tem um limite superior: quando a força do campo magnético externo aumenta em certa medida, a magnetização do material se aproxima da magnetização de saturação, e a permeabilidade magnética começa a diminuir. Este fenômeno é chamado de saturação parcial.
A diferença entre calibração de sinais pequenos e condições de trabalho de alta potência
Em testes convencionais de intervalo RFID, a força do campo magnético na etiqueta é geralmente entre alguns A/m e dezenas A/m, muito abaixo do campo de saturação da maioria dos materiais magnéticos suaves. A placa de onda absorvente opera na região linear, com permeabilidade magnética estável e parâmetros consistentes com as especificações. Mas quando a etiqueta é colocada perto da antena leitora ou quando o leitor opera em alta potência, a força de campo magnético na etiqueta pode aumentar de uma a duas ordem de magnitude e entrar na região não linear da placa absorvente. Nas notas de aplicação da antena RFID de 13,56 MHz correspondente pelo Omicron Lab, é claramente apontado que esse efeito ocorre: materiais ferritas "mostram efeitos não lineares sob alta força de campo magnético, especialmente quando parcialmente saturados", e as condições correspondentes do sistema ressonante mudarão. A questão central desta nota é se a antena que corresponde calibrada com um pequeno sinal (0 dBm) ainda é verdadeira sob sinais de alta potência. A resposta é - não necessariamente para sistemas que contêm ferritos.
Dois caminhos de falha após saturação: degradação da absorção e detonação da antena
Após a placa de absorção entrar em saturação parcial, a degradação do desempenho ocorre ao longo de dois caminhos simultaneamente.
A primeira questão é a deterioração do desempenho de absorção
A diminuição da parte real da permeabilidade magnética μ 'significa que a capacidade da placa absorvente para guiar o fluxo magnético é fraca, e as linhas de campo magnético que estavam originalmente confinadas no caminho de baixa resistência magnética começam a "sobrevoluir" em direção à placa de trás do metal ou ao ambiente ao redor. A variação da parte imaginaria da permeabilidade magnética é mais complexa: em alguns sistemas materiais, a saturação parcial pode causar a perda tangente aumentar primeiro e depois cair, e a posição e profundidade do pico de absorção mudar simultaneamente. A curva de perda de reflexão marcada na folha de especificação da placa de absorção é medida em pequenas condições de sinal, e o desempenho de absorção real sob alta força de campo pode se desviar significativamente dessa curva.
A segunda questão é o incumprimento das antenas
A placa absorvente está ligada perto da antena de etiqueta ou na região próxima do campo com a antena leitora/escritora, e sua permeabilidade magnética participa diretamente na indução equivalente da antena. A diminuição de μ 'significa que a indução equivalente da antena diminui e a frequência resonante muda para frequências mais altas. Se a antena estiver ajustada à frequência alvo (como 13,56 MHz ou 915 MHz) sob pequenos sinais, o compensamento de frequência sob alta força de campo pode causar que a antena se desvia do ponto de correspondência conjugado do chip, resultando em redução da eficiência de espalhamento de trás e diminuição da distância de leitura.
O efeito de superposição de dois caminhos é o fenômeno observado no local, onde "quanto mais você se aproxima, mais difícil é ler". Quando a etiqueta está perto do leitor/escritor, a força de campo aumenta, as saturações da placa absorvente, o μ 'diminui, a antena se detona, e o poder obtido pelo chip é na verdade menor do que quando a distância é prolongada. A pesquisa da IEEE sobre a nonlinearidade da etiqueta UHF acoplada observou um fenômeno semelhante: quando a potência do leitor aumenta ou a etiqueta é aproximada, algumas etiquetas "de repente pare de responder". Este estudo atribui a razão para o efeito combinado de acoplamento entre antenas de etiqueta e nonlinearidade do chip, mas a saturação da placa absorvente proporciona um caminho explicativo adicional e muitas vezes ignorado para este fenômeno.
Por que a ficha de especificação regular não pode expor esse problema
As especificações da placa de onda são quase inteiramente medidas em pequenas condições de sinal. A perda de reflexão é medida usando um analisador de rede de vetores a baixa potência, a permeabilidade magnética é extraída usando um analisador de impedência em pequenos sinais, e a correspondência de antenas é calibrada usando pequeno sinal S11. Esses dados descrevem o comportamento da "região linear".
Mas o poder dos leitores RFID pode ser muito alto em condições próximas ao campo. O poder de saída de um leitor UHF fixo pode alcançar 30 dBm (1W) ou ainda mais alto, e o ganho da antena amplifica ainda mais a força do campo. A força do campo magnético na região próxima pode ser várias ordem de magnitude maior do que em pequenas condições de teste de sinais. Dentro deste intervalo de força de campo, o comportamento não linear da placa de onda absorvente começa a manifestar-se, e a especificação não fornece curvas de parâmetros em altos níveis de campo. É por isso que placas de absorção que satisfazem as especificações podem desempenhar mal em cenários de alta potência próximos ao campo. O problema não é que o próprio material não seja qualificado, mas que as condições de avaliação não correspondem às condições de serviço.
Seleção e julgamento de materiais absorventes por RFID baseados em "capacidade de potência x força de campo de trabalho"
Primeiro, confirmar o intervalo de força de campo real no cenário de aplicação, em vez de supor que "pequenas condições de sinal representam tudo"
Se a etiqueta ou a placa absorvente for colocada na região próxima do campo da antena leitora/escritora (distância inferior a λ/2 π), ou se o leitor/escritor opera em potência próxima máxima, a força de campo pode entrar na região não linear da placa absorvente. Ao selecionar, a força de campo magnético na localização alvo deve ser estimada, e a taxa de retenção de permeabilidade magnética da placa absorvente nessa força de campo deve ser confirmada com o fornecedor.
Em segundo lugar, os fornecedores são obrigados a fornecer dados de permeabilidade magnética ou perda de reflexão sob alta força de campo, em vez de apenas fornecer pequenos parâmetros de sinal
O método de teste de referência é medir a correspondência ou perda de reflexão da antena com placas de onda absorventes em diferentes níveis de potência de excitação (como 0 dBm e 20 dBm), e observar se os parâmetros passam por mudanças significativas. As notas de aplicação do Omicron Lab demonstram a viabilidade deste método: comparando as curvas S11 sob sinais pequenos e grandes, a não linearidade de ferrito relacionada à potência pode ser quantificada.
Em terceiro lugar, no design do sistema, evitar operar a placa de onda absorvente na posição com a maior força de campo
Se a função da placa de absorção é suprimir reflexões multirotas ao redor do leitor ou correntes de eddy na placa de trás do metal, ela deve ser colocada a uma certa distância do radiador da antena para reduzir a força de campo que a placa de absorção pode resistir. O limite da capacidade de potência da placa de onda absorvente pode ser "circunscrito" através da otimização da distribuição, em vez de usar forçadamente materiais mais espessas para dificultá-la.
Quarto, durante o estágio da amostra, verificar a distância de leitura usando a potência real do leitor e a distância real do rótulo, em vez de extrapolar dados de um pequeno analisador de rede de sinais
A perda de reflexão e permeabilidade magnética na folha de especificação são descritas na região linear, e o desempenho real sob alta potência próxima do campo precisa ser confirmado através de testes de nível de sistema. Ao testar, múltiplos pontos de distância de longe para perto devem ser cobertos para observar se há uma redução não monotónica na distância de leitura em uma certa distância - este é um sinal típico de saturação de placas de onda.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.A linha de produto do material absorvente RFID abrange as faixas de frequência UHF e HF, fornecendo permeabilidade magnética e dados de perda de reflexão em pequenos sinais e condições de alta força de campo, e apoiando a avaliação de combinação de capacidade de potência baseada na potência real do leitor e distância da antena de etiqueta do cliente.
O produto é adequado para cenários RFID que requerem absorção estável e combinação de antenas em ambientes de alta potência próximos ao campo. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.