Pro správnou funkci a zobrazení kalkulačky místo tohoto textu, použijte prohlížeč Internet Explorer nebo Mozilla Firefox a povolte spuštění java aplikace.

Celková energetická bilance trasy čtečka – tag je dána sečtením všech zisků a ztrát od vysílací části čtečky, přes medium (vzduch) a tag, a zpět k přijímací části čtečky. To lze napsat v nejjednodušší formě vztahem:

přijatý výkon = vyslaný výkon + zisky - ztráty

Abychom určili všechny zisky a ztráty, musíme brát v potaz vysílací anténu (i přijímací anténu pokud máme pro vysílání a příjem různé antény), anténu tagu a všechno mezi tím. Útlum signálu na trase je určen jednotlivými ztrátami. Mezi tyto ztráty patří polarizační ztráty, ztráty volným prostorem, ztráty kabelem od čtečky k anténě (viz. Obr. 1) a ztráty nepřizpůsobením.

Abychom měli co největší přijatý výkon, tak jediné co v praxi můžeme ovlivnit je výkon vyslaný. K jeho nastavení jsme limitováni regionem, v jakém se nacházíme (viz tabulka 1).

 

                                                                   Region 1

Evropa

Jižní Afrika

869,4 – 869,65 MHz / 0,5W

869,4 – 869,65 MHz / 0,5W

                865,6 – 867,6 MHz / 2 W

                915,2 – 915,4 MHz / 8 W

                                                                   Region 2

USA, Kanada a Mexiko

Střední a Jižní Amerika

902 – 928 MHz / 4 W

902 – 928 MHz / 4 W

                                                                   Region 3

Austrálie

Nový Zéland

918 – 926 MHz / 1 W

864 – 868 MHz / 4 W

Japonsko

Jižní Korea

950 – 956 MHz / 4 W

910 – 914 MHz / 4 W

 

Tabulka 1Standardizace v RFID - Frekvence a výkon

 

Obrázek 1Výkonová bilance

 

I.       ENERGETICKÁ BILANCE

A.     Dopředný kanál (Nabíjení tagu)

Popisuje tok energie od vysílací části čtečky po RF tag. Výkon Ptag je množství RF výkonu vázaného do integrovaného obvodu tagu [W].

kde Greader je zisk vysílací antény, Gtag je zisk antény tagu, λ je vlnová délka [m], jsou celkové ztráty (polarizační ztráty, ztráty kabelem, ztráty nepřizpůsobením), r je vzdálenost čtečka – tag [m]

 

B.     Zpětný kanál (Trasa zpětného rozptylu)

 

Po nabití tagu, musí být dostatečné množství výkonu zpětně odraženo od tagu ke čtečce, aby došlo k přenosu informací. V našem případě uvažujeme monostatickou konfiguraci antény [1], tedy je dána pouze jedna anténa sloužící zároveň jako vysílač i přijímač.

Přijatý výkon při zpětném rozptylu (backscattering) je nepřímo úměrný čtvrté mocnině vzdálenosti mezi čtečkou a tagem. Úpravou Friisovy rovnice je očekávaný přijatý výkon čtečkou dán rovnicí (2). :

kde:

PRX,reader je přijatý výkon RFID čtečkou,

PTX,reader je vysílaný výkon RFID čtečkou,

Greader je zisk antény čtečky,

Gtag je zisk antény tagu,

R jsou ztráty při backscatteringu.

 

II.      ZTRÁTY NA TRASE

 

A.   Polarizační ztráty

 

Polarizační ztráty, Lpol, jsou dány úhlem, kterým jsou vůči sobě natočeny antény mezi čtečkou a tagem. V lineárním měřítku se mohou pohybovat od 0 do 1. Často je obtížné určit přesný úhel, protože čtečka a tag mohou mít nepředvídatelnou polohu vůči sobě. V takovém to případě volíme střední hodnotu polarizačního nepřizpůsobení X = 0,5 (lineární měřítko), což odpovídá Lpol = 3 dB (podle vzorce (3)).

   

     Lpol = 10log(X) = 10log(cos(α)2)                                                                                             (3)

 

B.   Ztráty volným prostorem (FSL)

 

Při šíření ve volném prostoru intenzita elektrického pole klesá nepřímo úměrně se vzdáleností. Přijatý výkon klesá se čtvercem vzdálenosti.

Pokud je frekvence uvedena v MHz a vzdálenost d v km, tak můžeme vztah (4) upravit decibelovým vyjádřením jako:

   FSL (d)dB = 32,4 + 20log(r) + 20log(f)                                                                                           (5)

 

C.   Ztráty kabelem

Tento parametr obsahuje všechny ztráty mezi RF konektorem čtečky a antény. Takovými ztrátami jsou útlum signálu procházející kabelem a případné ztráty v konektorech na cestě.
V appletu se uvažuje metr dlouhý kabel, takže jsou ztráty vztaženy na jeden metr. V praxi se takovéto ztráty pohybují od 0,3 po 0,8 dB/m.

 

D.   Ztráty při zpětném rozptylu (backscattering)

 

III.    ZISKY NA TRASE

A.   Zisk Antény čtečky

Anténa je pasivní prvek, její zisk je dán transformací vyzařované energie v prostoru. Zisk antény je logaritmickým vyjádřením činitele směrovosti D. Zisk udává, kolikrát větší výkon poskytuje přijímací anténa buď vůči půlvlnnému dipólu, nebo vůči izotropnímu zářiči.

Platí, že půlvlnný dipól má zisk 2,16 dB vůči izotropnímu zářiči:

     dBi = 2,15 + dBd                                                                                                                             (7)

kde:

      dBi vyjadřuje zisk v porovnání s izotropní anténou,
      dBd vyjadřuje zisk v porovnání s půlvlnným dipólem.

V praxi mají UHF antény zisk okolo 6dBi. Platí čím větší zisk tím větší anténa.

B.   Zisk Antény tagu

Anténa tagu jepřevážně malý dipól se ziskem 2,15 dBi, není zde už moc prostoru ke zlepšení zisku díky jeho všesměrovosti. Dále musíme započítat nepřizpůsobení antény.

 

Seznam použité literatury

            [1]     P. V. Nikitin, K. V. S. Rao, Antennas and Propagation in UHF RFID System, in 2008 IEEE International Conference on RFID, Las Vegas, Neveda, USA, pp. 277-288, April 16-17, 2008.

            [2]     SU, Zhuo, Shing-Chi CHEUNG a Koon-Ting CHU. Investigationofradio link budget for UHF RFID systems. 2010 IEEE International Conference on RFID-Technology and Applications.
         IEEE, 2010, s. 164-169. DOI: 10.1109/RFID-TA.2010.5529938. Dostupné z www: 
http://ieeexplore.ieee.org/lpdocs/epic03/wrapper.htm?arnumber=552993 

            [3]    IEEE Antennas and PropagationMagazine. 2009, vol. 51, issue 2. ISSN 1045-9243. Dostupné z: http://ieeexplore.ieee.org/lpdocs/epic03/wrapper.htm?arnumber=5162013