تقنيات اقتران RFID

إنّ فهم الطريقة التي يتواصل بها نظام “RFID“، على الأقل على المستوى الأساسي هو ضرورة خاصة بعملية النشر، حيث تُعد معرفة “RFID” جنباً إلى جنب مع الاختبارات المكثفة مفتاحاً لتطبيق “RFID” الناجح، كما تعتمد اتصالات العلامات والقارئ على مبدأين علميين هي الفيزياء والكهرومغناطيسية، وفي أنظمة “RFID” يتواصل القراء والعلامات في الغالب من خلال طريقة الاقتران الكهرومغناطيسي.

ما هو الاقتران RFID؟

الاقتران “Coupling”: هو نقل الطاقة من وسيط إلى وسيط آخر، وتستخدمه العلامات السلبية للحصول على الطاقة ونقل البيانات، كما يعتمد نوع الاقتران المستخدم الاستقرائي أو الانتثار الخلفي المعروف أيضاً باسم الإشعاعي، على التردد والمسافة بين العلامة وهوائي المحقق.

تشتمل علامة “RFID” متعددة الأوضاع على وحدة توليد الطاقة وكشف الإشارة ووحدة معالجة النطاق الأساسي وقسم إرسال ودائرة اقتران قابلة للتكوين وقسم هوائي، حيث في وضع المجال القريب تكون دائرة الاقتران القابلة للتكوين قابلة للتشغيل؛ لإقران قسم الإرسال بملف أو محث في دائرة الاقتران القابلة للتكوين؛ لنقل إشارة إرسال صادرة باستخدام اقتران كهرومغناطيسي أو حثي لقارئ “RFID”.

أمّا في وضع المجال البعيد تكون دائرة الاقتران القابلة للتكوين قابلة للتشغيل لإقران قسم الإرسال بقسم الهوائي، وبعد ذلك تستخدم علامة “RFID” متعددة الأوضاع تقنية الترددات الراديوية للتشتت الخلفي لنقل إشارة الإرسال الصادرة إلى أجهزة قراءة “RFID”.

ملاحظة:“RFID” هي اختصار لـ “Radio Frequency Identification”.

أساسيات اقتران RFID:

يؤثر نوع الاقتران المستعمل على العديد من جوانب نظام “RFID” بما في ذلك النطاق والترددات المطلوبة والعناصر الأخرى لجهاز “RFID”، وهناك عدة أساليب يمكن لكاتب قارئ “RFID” الاعتماد عليها في التواصل مع علامة “RFID”، حيث أنّ تقنيات اقتران “RFID” الرئيسية المتضمنة هي:

• اقتران ارتداد “RFID”.

• اقتران حثي “RFID”.

• اقتران السعة في “RFID”.

أصناف نطاق نظام RFID:

• المدى القريب – في حدود 1 سم.

• عن بعد – بين 1 سم و 1 متر.

• المدى الطويل – أكثر من 1 متر.

أنواع اقتران RFID:

من أجل أن تتواصل علامة “RFID” مع قارئ أو هوائي “RFID”، يجب أن تقترن دائرة العلامة ودائرة القارئ بطريقة ما، حيث أنّ الاقتران هو نقل للطاقة بين عنصرين إلكترونيين أو دائرتين، كما يوجد نوعان رئيسيان من الاقتران في أنظمة “RFID” هي السعوي والحثي، وهي الطريقة التي يمكن بها للزوجين من الدائرتين تحديد نطاق القراءة والتردد للنظام، كما يتم تعريف تقنيات الاقتران مع بعض المصطلحات المستخدمة بشكل متكرر في الصناعة المتعلقة بالاتصالات.

أولاً: الاقتران السعوي “Capacitive Coupling”:

الاقتران السعوي: هو تدفق إلى “1-2 سم”، حيث تستخدم الأنظمة التي تستخدم الاقتران التيارات الكهربائية بدلاً من المجال المغناطيسي من أجل الاقتران.

يُعد الاتصال ببضعة سنتيمترات من نطاق القراءة أمراً طبيعياً بالنسبة “LF” أو الاتصالات ذات التردد المنخفض، بسبب الحاجة إلى إنتاج مجال كهربائي باستعمال الأقطاب الكهربائية، ونظراً لأنّ هذا النوع من الاقتران فعال فقط في مثل هذا القرب الصغير، فإنّه لا يستخدم من قبل العديد من أنظمة “RFID” الموجودة، وأحد الأمثلة على التطبيق هو التحكم في الوصول أو البطاقات الذكية.

• “LF” هي اختصار لـ ” Low Frequency communication”.

ثانياً: الاقتران الوثيق “Close Coupling”:

يمكن أن تستخدم أداة التوصيل القريبة اقتراناً كهربائياً أو مغناطيسياً حسب القارئ والعلامة، والقراء الذين يتم توظيفهم للاقتران الوثيق، باستخدام مجال مغناطيسي لديهم ملف أولي متعرج، وعندما تكون العلامة على مقربة “0.1 سم – 1 سم” يتحد ملف الملف الثانوي للعلامة مع الملف الأساسي عبر المجال المغناطيسي المشترك من أجل التواصل، كما يتم إنشاء أجهزة القراءة والعلامات التي تستخدم اقتران المجال الكهربائي، وبحيث تشكل أسطح التوصيل عند تجميعها معاً وإدخالها بشكل متوازي تياراً كهربائياً للاتصال.

ثالثاً: الاقتران الحثي “Inductive Coupling”:

الاقتران الحثي: هو الاقتران من “1 سم إلى 1 متر”، حيث يعتمد الاقتران الاستقرائي على المجال المغناطيسي للقارئ، ممّا يعني أنّ هذا الاقتران يحدث فقط في المجال القريب، كما يعتمد حجم المجال القريب على القارئ، ولكن يمكن تعريفه عموماً على أنّه لمسة تصل إلى متر.

كان الاقتران الحثي موجوداً منذ الأيام الأولى لـ “RFID” عندما اشتملت الأنظمة على علامات ضخمة مع آليات هوائي معقدة، وتستخدم لتتبع الأجسام الكبيرة مثل السيارات، حيث تسحب العلامة المقترنة بالحث الطاقة من المجال المغناطيسي الذي أنشأه القارئ وتقوم بتعديلها، وبعد ذلك يقيس القارئ الاضطراب الناتج عن العلامة ويفك تشفيرها كبيانات، والمجالات المغناطيسية المستخدمة في هذه الأنظمة تنخفض بسرعة، ممّا يوفر اقتراناً حثياً ونطاقاً فعالاً.

يظهر الاقتران الحثي في تطبيقات “LF” و”HF” و”UHF” التي تتضمن ملفات أو هوائيات في البنية التحتية للعلامات، حيث تؤدي زيادة كمية حلقات الأسلاك أو الملفات في العلامة التي تستخدم الاقتران الحثي إلى زيادة كمية التيار التي سيتم إنشاؤها في العلامة، وفي المقابل سيؤدي ذلك إلى زيادة قوة الإشارة المرسلة من العلامة إلى القارئ، حيث تتضمن بعض أمثلة التطبيقات الملصقات الذكية “NFC” وبعض تطبيقات التحكم في الوصول وأي تطبيق “UHF” بنطاق قراءة أقل من متر واحد.

• “HF” هي اختصار لـ “High Frequency”.

• “UHF” هي اختصار لـ “Ultra high frequency”.

• “NFC” هي اختصار لـ “Near Field Communication”.

رابعاً: الاقتران المغناطيسي “Magnetic Coupling”:

يشير مصطلح اقتران مغناطيسي إلى أي اقتران يحدث باستخدام المجال المغناطيسي للقارئ والعلامة.

خامساً: الاقتران الإشعاعي “Radiative Coupling”:

الاقتران الإشعاعي: هو التشتت الخلفي من “1 م إلى + 4 م”، حيث استخدام التشتت الخلفي للتواصل بين القراء والعلامات ليس طريقة حقيقية للاقتران؛ وإنّها في الواقع طريقة اتصال تتضمن موجات كهرومغناطيسية.

يتم إرسال الموجات الكهرومغناطيسية من خلال الهواء من هوائي القارئ إلى هوائي العلامة، حيث يستقبل هوائي العلامة الطاقة، وبعد ذلك تنعكس كمية صغيرة من الطاقة على القارئ، كما تستخدم معظم أنظمة “UHF” التشتت الخلفي للتواصل بين العلامة والقارئ، وأحد الاستثناءات الشائعة هو عندما تكون العلامة والقارئ على مقربة، وعندما تكون على مقربة ستختار أنظمة “RFID UHF” الاقتران مغناطيسياً أو حثياً، كما أنّ توقيت السباق وتتبع الأصول وتتبع الملفات هي ثلاثة تطبيقات تستخدم التشتت العكسي للاتصال بعلامة القارئ.

سادساً: اقتران التبعثر العكسي “Backscatter Coupling”:

اقتران التبعثر العكسي: هو اقتران التشتت العكسي، وهو تقنية مطبقة على نطاق واسع، حيث يمكن أن تكون مسافة القراءة بضعة أمتار، كما يتم الاتصال بين القارئ والعلامة من خلال تعديل وإزالة تشكيل إشارة الموجة الحاملة “RF”، وعادةً ما تتبنى علامات “EPC Gen2 RFID” تقنية اقتران ارتداد الارتداد التي تستخدم مفتاح تغيير السعة أي تعديل “ASK” أو مفتاح تغيير التردد أي تعديل “FSK” أو مفتاح تغيير الطور أي تعديل “PSK”.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.

• “EPC” هي اختصار لـ “Evolved Packet Core”.

• “ASK” هي اختصار لـ “Amplitude shift keying”.

• “FSK” هي اختصار لـ “Frequency shift keying”.

• “PSK” هي اختصار لـ “Phase shift keying”.