Как уже известно, антенна является неотъемлемой частью любого тега, отличающегося по частотам: низкочастотным (LF), высокочастотным (HF) или сверхвысокочастотным (UHF).
Но так же имеется антенна как внутри считывателей (настольных, стационарных), так и отдельные внешние стационарные антенны для создания зон регистрации меток, которые применяются в зависимости от логики бизнес-процессов и необходимого результата ради которого планируется внедрение технологии радиочастотной идентификации. Для начала следует прояснить, что антенны RFID-меток и UHF RFID антенны ближнего и дальнего поля это не одно и то же, хотя по характеристикам и принципу работы похожи между собой.
Ближнепольные антенны.
Расстояние менее 30 см между стандартной патч-антенной (антенна, в которой один излучатель) и RFID-меткой называется ближним полем, а антенна — ближнепольной. Ближнепольные антенны решают проблему эксплуатации меток в сложных климатических и эксплуатационных условиях и труднодоступных местах. При этом они имеют более компактные размеры и большую мощность.
При определении расстояния регистрации между тегом и ближнепольной антенной важен размер петли (диаграмма направленности антенны изображается в форме петли), которая создается излучателем. Регулируя этот параметр ближнепольная антенна способна считывать UHF метки с расстояния 1 см и менее, т.к.при меньшем расстояние сигнал от метки не экранируется ближним полем антенны и исключается влияние магнитной или диэлектрической проницаемостей.
Дальнепольные RFID антенны.
Применяются для создания зон регистраций UHF меток до 15 метров и используются на въездах на склад и в производственных помещениях при сборке RFID ворот, порталов или рамок на конвеере. Антенны дальнего поля имеют выраженную направленность, а диапазон считывания таких антенн зависит от коэффициента усиления и поляризации. Ориентация антенн как у метки, так и внешнего устройства должна быть такой, чтобы обе антенны имели одинаковую поляризацию. Поляризация антенн может быть как круговая, так и линейная.
Несмотря на то, что антенны RFID не являются основным устройством системы RFID, от их рабочих характеристик и правильных настроек зависит корректность работы в системе. Помимо основных рекомендаций по выбору антенн, таких как усиление и поляризация, существуют и другие факторы, которые позволят задать диапазон считывания системы и последующие результаты на более высокий уровень. Ширина луча и направленность являются двумя основными принципами, которые необходимо понять, чтобы принять более обоснованное решение о покупке.
Ширина луча, та же диаграмма направленности и ширина ДН, определяется как угол между двумя точками в одной плоскости, где излучение падает примерно на 3 дБ ниже максимальной точки, в пределах которого излучается наибольшая часть энергии сигнала. Его также можно рассматривать как пиковую эффективную величину излучаемой мощности основного направления волны. Чаще всего ширина луча рассматривается как горизонтальный угол на диаграмме направленности, но существует две ширины луча — азимут (горизонтальный) и угол возвышения (вертикальный).
В некоторых приложениях требуется очень широкая азимутальная или вертикальная ширина луча, чтобы считывать все помеченные элементы, расположенные, например, в небольшой комнате. В других применениях, таких как конвейерная лента, лучше подходит вертикальная ширина.
Направленность антенны определяется как ее способность фокусироваться в определенном направлении для передачи или приема энергии. То, как антенна направляет свою энергию, является весомым фактором как при выборе антенны, так и при настройке приложения. Если в приложении установлена антенна, а тип и диаграмма излучения неизвестны, помеченные элементы могут не считываться или не подвергаться воздействию поглощения, дифракции, отражения и преломления. Антенны могут быть сгруппированы на основе направленности — изотропные или анизотропные, или иначе omni-направленные и направленные.
Изотропная антенна — это антенна, которая излучает радиочастотное поле равномерно во всех направлениях. По мере удаления от источника площадь поверхности интегрирующей сферы увеличивается пропорционально квадрату радиуса сферы. Омнинаправленные антенны используются в основном в ближнепольных антеннах. Эти антенны построены так, чтобы увеличить охват азимутальной плоскости и уменьшить охват в плоскости возвышения. В ситуации, когда промаркированные объекты будут проходить через антенну с разных сторон лучше всего будет использовать всенаправленную антенну, для требуемой широты угла охвата.
В зависимости от области применения используются антенны с разной направленностью:
- Антенны с пониженной направленностью используются, где направленность между передатчиком и приемником может изменяться.
- Антенны с повышенной направленностью способны принимать и отправлять данные на расстояние до 15 метров, при условии направления сигнала в сторону другой антенны.
Анизотропная антенна подразумевает противоположность изотропной антенне и определяется как антенна, которая неравномерно излучает мощность в полях возвышения и азимута. Направленные антенны более распространены и излучают «пучок» радиочастотной энергии в область целевого направления. Эти антенны иногда имеют ширину луча по азимуту и углу места примерно одинаковой степени, чтобы обеспечить идеальный луч покрытия. Ширина луча определяется непосредственно усилением антенны — чем больше усиление, тем больше сфокусирован луч. Направленные антенны отлично подходят для применения, где промаркированные элементы проходят одну и ту же область циклически, например, лента конвейера. Луч направленности такой антенны имеет вид конуса.
Вид поляризации определяет поведение вектора колеблющейся величины в плоскости.
RFID антенны с линейной поляризацией
При направлении антенны вдоль длины метки создается максимально устойчивая связь между считывателем и меткой, обеспечивающая 100% срабатывание на максимально возможной дальности, т.к. вся энергия будет сосредоточена в одной плоскости. Наиболее эффективно применять при постоянном статичном положении радиометок.
RFID антенны с круговой поляризацией
Распространение поля антенн с левой и правой поляризацией вне зависимости от направленности имеет меньшую дальность, но осуществляется волнообразно. Для данного типа антенн не так важна ориентация RFID-метки или направленность, как расстояние между источником излучения до RFID-метки. Например, если излучатель с левой поляризацией подключить к первому считывателю, а правый, соответственно, ко второму можно уменьшить количество помех при внедрении систем СКУД.
Использование двух считывателей и антенн с одной поляризацией не единственная возможность повышения качества сигнала считывания. Также стоит учитывать количество антенн, их расположение (созданные ими поля считывания на основании диаграмм направленности), экранированность помещения и находящихся внутри него предметов, пропускную способность промаркированных объектов и материалов их комплектующих, мощность UHF-антенн и площадь излучателя антенн самих меток.