بالنسبة لأولئك الجدد في مجال RFID السلبي، هناك سؤال شائع: بما أن بطاقات RFID تفتقر إلى البطاريات، ما الذي يزود الشريحة فعليًا بالطاقة؟ الجواب ليس أن العلامة تولد الكهرباء الخاصة بها؛ بدلاً من ذلك، فهو يحصد طاقة ترددات لاسلكية محدودة من المجال الكهرومغناطيسي المنبعث من قارئ RFID ويحولها إلى جهد تيار مستمر يمكن استخدامه بواسطة الشريحة. تُعرف هذه العملية باسم "حصاد طاقة الترددات اللاسلكية"-أو الحصول على الطاقة لاسلكيًا عن طريق العلامة.
استنادًا إلى خبرة Xminnov الواسعة في تصميم هوائي بطاقة RFID، وتغليف الرقاقة، واختبار التطبيقات، فإن عوامل مثل نطاق القراءة، وتوافق المواد، وحساسية الرقاقة، وحجم الهوائي كلها تتوقف في النهاية على مشكلة أساسية: ما إذا كانت العلامة يمكنها الحصول على طاقة كافية ومستقرة في موقع التشغيل الفعلي.
لذلك، فإن فهم عملية تجميع طاقة بطاقة RFID يتطلب النظر إلى ما هو أبعد من الحقيقة البسيطة المتمثلة في أن "العلامات السلبية لا تحتاج إلى بطاريات". إن ما يحدد أداء النظام حقًا هو سلسلة الطاقة بأكملها-التي تمتد من طاقة إرسال القارئ إلى هوائي العلامة، ومطابقة المعاوقة، والتصحيح، وإدارة الطاقة، وصولاً إلى بدء تشغيل الشريحة واتصالات التشتت الخلفي.
ما هو حصاد طاقة علامة RFID؟
يشير حصاد طاقة علامة RFID إلى العملية التي تستخدم من خلالها علامة RFID الطاقة الكهرومغناطيسية RF (تردد الراديو) الناتجة عن القارئ لتوفير طاقة التشغيل لدوائره الإلكترونية الداخلية. لنأخذ على سبيل المثال علامات UHF RFID السلبية الشائعة؛ يفتقرون عادةً إلى بطارية تقليدية. عندما يشع القارئ إشارة RF إلى الفضاء عبر هوائيه، يلتقط هوائي العلامة جزءًا من تلك الطاقة. يقوم الهوائي بتحويل الموجات الكهرومغناطيسية إلى إشارات كهربائية للترددات اللاسلكية؛ تمر هذه بعد ذلك عبر واجهة التردد اللاسلكي ودوائر التصحيح، مما يحول إشارة التيار المتردد عالية التردد - إلى جهد تيار مستمر. بمجرد استيفاء شروط بدء تشغيل الشريحة، يبدأ المنطق الرقمي الداخلي للعلامة والذاكرة والوحدات الوظيفية الأخرى في العمل.
وفي الوقت نفسه، لا تعمل العلامة على إنشاء شبكة اتصالات لاسلكية جديدة للاتصالات، كما يفعل جهاز Wi-Fi. بالنسبة لعلامات UHF المنفعلة المتوافقة مع EPC Gen2/ISO 18000-63، يتم نقل البيانات بشكل أساسي من خلال "التشتت الخلفي" - تعديل المعاوقة عند طرف الهوائي لإنشاء حالات انعكاس مختلفة يمكن للقارئ اكتشافها. تتبنى مواصفات GS1 EPC Gen2 بشكل صريح تعديل التشتت الخلفي كآلية اتصال بين العلامة والمحقق. من وجهة نظر هندسية، تقوم علامة RFID السلبية بإجراءين متسلسلين بشكل فعال:
أولاً، يقوم بحصد الطاقة من مجال التردد اللاسلكي الخاص بالقارئ؛ ثم تستخدم تلك الطاقة لتشغيل عمليات الشريحة وتسهيل الاتصال بالتشتت الخلفي.
وهذا يفسر سبب عدم إمكانية مساواة "نطاق القراءة" لعلامة RFID بحجم الهوائي-فهوائي أكبر لا يضمن تلقائيًا نطاقًا أطول. يجب أن تحصل العلامة أولاً على طاقة إدخال RF كافية لجلب الشريحة إلى حالة التشغيل، ومن ثم التأكد من إمكانية اكتشاف الإشارة المرتدة بشكل موثوق بواسطة القارئ.
كيف يمكن لعلامة RFIDتحويل طاقة الترددات اللاسلكية إلى طاقة كهربائية؟
فيما يتعلق بهندسة الدوائر، يمكن تبسيط علامة RFID السلبية النموذجية على النحو التالي:هوائي RFID ← مطابقة المعاوقة ← المقوم ← إدارة طاقة التيار المستمر ← RFID IC.
يعتبر هوائي العلامة مسؤولاً عن التقاط الطاقة الكهرومغناطيسية التي يولدها القارئ. بالنسبة لـ UHF RFID، يكون الهوائي عادةً عبارة عن بنية موصلة (مطبوعة أو محفورة) مصممة لنطاق تردد محدد، بينما تستخدم علامات HF/NFC غالبًا هوائيات ملفوفة لحصد الطاقة عبر الاقتران المغناطيسي للمجال القريب-.
لا يمكن استخدام إشارة التردد اللاسلكي التي يلتقطها الهوائي مباشرة لتشغيل الشريحة الرقمية. داخل RFID IC، يجب أن يخضع مدخل التردد اللاسلكي للتصحيح وإدارة الطاقة ليتم تحويله إلى جهد تيار مستمر مستقر نسبيًا. تُظهر الأبحاث في مجال تشغيل الترددات اللاسلكية أن البنى النموذجية تستخدم هوائيًا وبنية رنانة ودائرة مقوم لتحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة تيار مستمر.
في أنظمة UHF RFID، تعتمد هذه العملية بشكل كبير على إمكانات التصحيح للواجهة الأمامية- للرقاقة. تصف نماذج البحث والهندسة عادةً تحويل طاقة التردد اللاسلكي المستلمة إلى طاقة تيار مستمر عبر مقوم لتنشيط العلامة IC.
هناك تفاصيل يتم التغاضي عنها بشكل متكرر هنا: العلامة لا "تلتقط" كامل طاقة التردد اللاسلكي المنبعثة من القارئ.
تتأثر الطاقة التي تصل فعليًا إلى العلامة بالفعل بعوامل مثل مسافة الانتشار واتجاه الهوائي وقدرة خرج القارئ والاستقطاب والأشياء المحيطة والانعكاسات البيئية. بمجرد وصول الطاقة إلى العلامة، يتم تقييدها بشكل أكبر من خلال كفاءة الهوائي ومطابقة المعاوقة وخصائص إدخال الشريحة. في النهاية، جزء صغير فقط من إجمالي سلسلة الطاقة يدخل فعليًا إلى الشريحة ويتم تحويله بشكل فعال إلى طاقة تيار مستمر.
ولذلك، فإن حصاد طاقة علامة RFID يمثل في الأساس تحديًا لتحويل الطاقة يتميز بمستويات طاقة منخفضة وخسائر عالية من الطاقة.
تستخدم UHF وHF/NFC طرقًا مختلفة لتجميع الطاقة
على الرغم من أن كلا من UHF RFID وHF/NFC RFID يمكن أن يعملا بشكل سلبي، إلا أن هناك اختلافات كبيرة في آليات اقتران الطاقة الخاصة بهما.
يعتمد UHF RFID بشكل أساسي على-انتشار الموجات الكهرومغناطيسية البعيدة. يشع القارئ طاقة الترددات اللاسلكية في الفضاء؛ يلتقط هوائي العلامة جزءًا من هذه الطاقة ويصححها عبر الدائرة الطرفية الأمامية للرقاقة. تعتبر هذه الطريقة-مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب نطاقات قراءة أطول، مثل التخزين والخدمات اللوجستية وتجارة التجزئة وإدارة الأصول.
يعمل HF RFID وNFC بشكل رئيسي حول 13.56 ميجاهرتز. تستخدم العلامات عادةً هوائيات ملفوفة لجمع الطاقة من خلال الاقتران المغناطيسي للمجال القريب-. تؤثر قوة الاقتران بين ملف العلامة وهوائي القارئ بشكل كبير على نطاق تشغيل العلامة واستقرارها.
في بعض أنظمة HF/NFC، يشكل هوائي العلامة شبكة رنانة مع مكثف، مما يتيح اقتران طاقة أكثر كفاءة عند التردد المستهدف. وبالمثل، يستخدم البحث في دوائر إمداد الطاقة RFID بنية حيث يقوم مغو ومكثف الرنين بجمع الطاقة من المجال الكهرومغناطيسي، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى طاقة تيار مستمر عبر دائرة مقوم.
لذلك، في حين أن تلخيص "حصاد طاقة RFID السلبي" ببساطة على أن "العلامة تستقبل موجات الراديو وتولد الكهرباء" ليس صحيحًا تمامًا، فهو مبسط للغاية لأغراض التصميم الهندسي. يتضمن جمع المجال البعيد بالموجات فوق الصوتية- والاقتران الميداني HF/NFC القريب- منطق تصميم متميز فيما يتعلق بتكوين الهوائي ومسافة الاقتران ومطابقة المعاوقة وبيئات التطبيق.
من وجهة نظر الشركة المصنعة لـ RFID، كيف يتم تقييم قدرة البطاقة على تجميع الطاقة؟
في Xminnov، عند تنفيذ مشاريع علامات RFID، فإننا نعطي الأولوية للأداء الشامل للعلامة في بيئات العالم الحقيقي- بدلاً من قياسات نطاق القراءة المعزولة- التي يتم إجراؤها في المختبر.
أولاً، يجب تحديد نطاق التردد المستهدف والبروتوكول-مثل EPC Gen2/ISO 18000-63 لـ UHF RFID، أو معايير ISO ذات الصلة لـ HF/NFC. بعد ذلك، يتم اختيار بنية الهوائي المناسبة بناءً على خصائص إدخال الشريحة.
تتضمن الخطوات اللاحقة اختبار مطابقة مقاومة العلامة، وتردد الرنين، والأداء على مواد مختلفة، وسلوك التنشيط داخل مجال التردد اللاسلكي الفعلي. بالنسبة لعلامات UHF، من الضروري أيضًا إجراء تقييم شامل لحساسية العلامة وأداء التشتت الخلفي وحساسية القارئ. إذا كانت العلامات مخصصة في النهاية للاستخدام على المعدات المعدنية، أو قطع غيار السيارات، أو عبوات السوائل، أو في الأماكن الضيقة، فإننا نعطي الأولوية عمومًا لاختبار المواد الفعلي بدلاً من الاعتماد فقط على نتائج اختبار الفضاء- المجانية.
وذلك لأنه قد يكون هناك اختلاف كبير بين "نطاق القراءة في الهواء الحر" الذي تم قياسه في المختبر و"نطاق القراءة الفعال" بعد تثبيت العلامة على المنتج.
