Современная электроника №4/2022

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2022 любой дополнительной информации. Размер 512 бит и выше позволяет запи- сать относительно много, однако на практике встречаются случаи несовме- стимости с разными считывателями. Содержание банков EPC, User Memory, отдельных областей KILL и ACCESS может быть защищено от измене- ния значения, временно или навсегда (Permalock = Permanent Lock). Диапазон частот 860...960 МГц являет- ся международным стандартом, благо- даря чему его применяют универсально в системах бесконтактной идентифи- кации: автомобильные транспондеры, транспортные карты, магнитные про- пуска и метки на товарах. Подобные метки удобно отслеживать на относи- тельно большом удалении, что актив- но применяется на складах. Также есть специальный класс актив- ных меток RTLS – Real Time Locating Systems – системы определения поло- жения в реальном времени. Они при- меняются для контроля за животны- ми, на спортивных мероприятиях и в др. случаях. Для позиционирова- ния используются технологии CSS (Chirp Spread Spectrum) и SDS-TWR (Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging), основанные на измерении времени распространения радиосиг- нала от передатчика до приёмника (time of flight) и вычислении рассто- яния от метки до нескольких (не менее трёх) анкеров – рабочих узлов инфра- структуры, имеющих фиксированные координаты. Метка взаимодействует с инфраструктурой через двунаправлен- ный радиоинтерфейс – как принимает, так и передаёт сигнал. Инфраструкту- ра обеспечивает связь программного интерфейса приложения (API) с серве- ром. Сервер управляет инфраструкту- рой, метками и процессами измерения, анализирует результаты измерений и информацию о состоянии меток. На рис. 5 представлено позиционирова- ние условной метки М относительно анкеров А1...А4. Вкратце разобрав отличия RFID раз- ных стандартов, протоколов связи и частотных диапазонов, посмотрим на перспективы, важные для разработчи- ков РЭА. СВЧ-метки и аспекты дальности идентификации В RFID-системах с пассивными мет- ками считыватель чередует передачи непрерывной волны и модулирован- ных радиочастотных команд в метку [6]. Дальность считывания в значитель- ной степени определяется характери- стиками обмотки антенн считывателя и транспондера. Чем больше размер правильно рассчитанной и сконстру- ированной антенны, тем большее рас- стояние для уверенной взаимосвязи можно ожидать. Для увеличения даль- ности считывания транспондера разра- ботчики переходят на более высокую частоту, чтобы обеспечить наведённое ЭМ-полем минимально допустимое напряжение, необходимое для пита- ния RFID-метки. Для оценки мощности, нужной для работы пассивного транспондера в СВЧ и микроволновом диапазонах, исполь- зуют понятие потери энергии в свобод- ном пространстве. Потери определя- ют соотношение между энергией ВЧ, излучаемой считывателем в простран- ство, и ВЧ-энергией, принимаемой мет- кой. Эти потери зависят от расстояния между меткой и антенной считывателя, частоты передачи считывателя, коэф- фициентов усиления антенны метки и антенны считывателя. При использовании полупроводни- ковой технологии чипы для RFID-метки применяют с условным расходом энер- гии < 5 мкВт. Тогда для работы чипа принимаемая антенной метки энер- гия Рт < 50 мкВт. При условии получения максимально возможной мощности на антенне мет- ки следует: когда излучаемая мощность передатчика считывателя Р ~ 0,5 Вт, тог- да потери в свободном пространстве не превысят 40 дБ. Для обеспечения даль- ности взаимодействия на относитель- но больших расстояниях, более 10 м, чипированные метки обеспечивают функционалом сбережения энергии в режиме «выключение питания» или «резерв». Так, метки с условно большой потребляемой мощностью с функци- ей «обратного рассеяния» снабжают батареей резервного питания чипа. Если RFID-метка выходит из зоны дей- ствия считывателя, чип автоматиче- ски переключается в энергосберега- ющий режим «выключение питания». В этом состоянии потребление энер- гии составляет несколько микроам- пер. И напротив: чип реактивируется, как только принят достаточно сильный сигнал в рабочей зоне считывателя, так он переключается обратно в нормаль- ный режим. При этом в активной радио- частотной метке «резервная» батарея обеспечивает только питание микро- чипа, что позволяет системе длитель- ную работу без замены автономного элемента питания. Для передачи дан- ных от метки к считывателю исполь- зуется энергия ЭМ-поля, излучаемого считывателем – как и в системе RFID с пассивными метками. Весьма важен аспект влияния чув- ствительности приёмника СВЧ на даль- ность считывания. Появление многих отражений переменной интенсивности от разных объектов ведёт к изменени- ям напряжённости ЭМ-поля вокруг мет- ки и считывателя. Такие фоновые или «помехозависимые» эффекты вероят- ны в среде, насыщенной металличе- скими объектами, что характерно для промышленного производства. При идентификации активной метки в СВЧ-системах ЭМ-помехи влияют на напряжённость поля, и транспондеру может не хватить сигнала считывателя для перехода первого в рабочий режим. Сигнал транспондера может быть ниже уровня несущего сигнала передат- чика не более чем на 100 дБ; так полага- ют на практике. Однако в расчётах мно- го разных факторов влияния, поэтому он может быть и другим, на уровне 75 дБ ниже уровня несущего сигнала пере- датчика. Поскольку для передачи дан- ных производится модуляция сигнала, отражённого транспондером, отражён- ная мощность разбивается на отражён- ный несущий сигнал и 2 боковые поло- сы. При беспримесной АSК-модуляции с коэффициентом, приближённым к 100%, две «боковые полосы» содержат каждая по 25% от общей отражённой мощности, а при более низком коэффи- циенте модуляции – пропорционально меньше. Отражённый несущий сигнал не будет корректно принят приёмником считывателя, ибо он полностьюмаски- руется передаваемым сигналом на той же частоте. Поэтому значимая инфор- мация передаётся исключительно на боковых полосах, а при расчёте мощно- Рис. 5. Позиционирование условной метки М относительно анкеров А1–А4