Современная электроника №4/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 Системы RFID в СВЧ, микроволновом диапазоне, перспективы их развития и некоторые способы защиты данных Рис. 1. Виды пассивной метки Метки RFID крайне востребованы и всё активнее внедряются в повседневную жизнь. Именно по этой причине технологии RFID быстро развиваются. Эта статья является обзором текущего состояния и перспектив эволюционирования технологий RFID. Андрей Кашкаров (ak35@yandex.ru) История радиочастотной иденти- фикации как беспроводной техноло- гии автоматического сбора данных прослеживается с конца 1940-х годов ХХ века. RFID сопутствовал быстрый рост в связи с разработкой интеграль- ных схем. Если в 2020 году объём рын- ка RFID-решений составлял порядка 9 млрд долларов, то к 2028 году сей объём предположительно составит 19,5 млрд. Одним из основных сти- мулирующих рост рынка RFID фак- торов является увеличение числа RFID-систем в производственных под- разделениях, призванных улучшить контроль качества и логистику. В про- изводстве освоен первый отечествен- ный RFID-считыватель, работающий на СВЧ [1]. Решения на основе RFID позволяют контролировать состоя- ние и производительность оборудова- ния, дефекты в процессах и системные сбои, а также обеспечивают преди- ктивное техническое обслуживание оборудования и систем. Пассивные метки или транспондеры не имеют автономного (собственного) источника питания. На рис. 1 представ- лен вариативный вид пассивной мет- ки. Современная их форма может быть разной. Пассивные метки, отвечая на сиг- нал считывателя, модулируют нагрузку своей антенной системы при нахожде- нии её в поле несущей частоты считы- вателя. Принцип и особенности взаимодействия метки и считывателя Вид пассивных меток может быть различным, об этом сказано, к при- меру, тут [2]. Они взаимодействуют со считывателем с помощью электромаг- нитной индукции, для возникновения чего необходима хотя бы минимальная напряжённость поля, чтобы обеспечить транспондер энергией для взаимосвязи. Кроме того, сигнал, отражённый транс- пондером и вернувшийся к считывате- лю, должен быть сильным настолько, чтобы детектировать его корректно, без ошибок. Поэтому пассивные RFID- метки применяются в условиях относи- тельно близкого расстояния. Поскольку величина напряжения, индуцируемого в RFID-метке, прямо зависит от частоты ЭМ-поля, проходящего через антенну метки, системы RFID, действующие на относительно высоких частотах, име- ют более высокую дальность считыва- ния, чем системы, работающие на низ- ких частотах. Факторы уверенной связи между меткой и транспондером К классификационным признакам, используемым в RFID, относятся сле- дующие: ● принцип действия носителей данных в системах RFID; ● способ обеспечения энергией RFID- метки; ● возможность записи данных в RFID- метку; ● тип передачи данных от радиометки к считывателю; ● тип взаимодействия между считыва- телем и радиометкой; ● функции обработки информации в RFID-метке. Пассивные радиочастотные мет- ки получают энергию для работы с помощью напряжения, индуциро- ванного в обмотке своей антенны, – с помощью индуктивной связи. Если говорить упрощённо, то антенна счи- тывателя является первичной обмот- кой, которая с помощью индуктивной связи передаёт напряжение на антенну транспондера, действующую как вто- ричная обмотка. Индуктивная связь между антеннами считывателя и мет- ки возможна в ближнем поле, притом что обе антенны параллельны друг дру- гу – это необходимо для получения мак- симального расстояния считывания в типичной системе RFID с индуктивной связью. Коэффициент связи, завися- щий только от геометрических пара- метров, может быть максимальным, если обе антенны имеют одинаковую эффективную площадь. Соответствен- но, оптимизация расстояния считыва- ния обусловлена так: чем ближе метка к считывателю, тем лучше связь между их антеннами. Следующее условие эффек- тивного взаимодействия – минимиза- ция угла между обеими антеннами [3], когда метка перемещается и не имеет ориентированной (зафиксированной) позиции. К примеру, при идентифика- ции животных, спортивных мероприя- тиях и т.д. – это фактор дополнительно- го риска корректной идентификации. Поскольку передача данных в системе RFID определяется качеством взаимо- действия двух отдельных резонансных цепей с магнитной связью, взаимодей- ствующих как цепь последовательного резонанса в считывателе и цепь парал- лельного резонанса в метке, фактором риска являются, кроме неточной взаим- ной ориентации метки и транспондера, температурные влияния, а также номи- нальные допуски компонентов (L, R, С). Уверенная обработка сигнала обе- спечивается при напряжении порядка 1 мкВ. Проблема усиления в приёмни- ке неотделима от проблемы выделения