لقد خصصت البلدان المختلفة أجزاء مختلفة من الطيف الراديوي لـ “RFID“، لذلك لا توجد تقنية واحدة تلبي بشكل مثالي جميع متطلبات الحالية والمحتملة، كما عملت الصناعة على اعتماد ثلاثة نطاقات ترددات لاسلكية رئيسية كالتردد المنخفض “LF” وتردد عالي “HF” والتردد الفائق “UHF”.
ما هو تردد RFID؟
تُعد كيفية ضبط الراديو على ترددات مختلفة لسماع القنوات المختلفة متماثلة مع ضبط علامات “RFID” والقراء على نفس التردد من أجل التواصل، هناك عدة ترددات مختلفة يمكن أن يستخدمها نظام “RFID”.
- التردد المنخفض “LF” هو 125-134 كيلوهرتز”.
- التردد العالي “HF” هو “13.56 ميجاهرتز”.
- التردد الفائق “UHF” هو “433 و 860-960 ميجاهرتز”.
ولكن أنظمة “UHF” قد ظهرت منذ منتصف التسعينيات، ولم تتفق البلدان على منطقة واحدة من الطيف “UHF” لـ “RFID”، حيث أنّ عرض النطاق الترددي “UHF” عبر الاتحاد الأوروبي حوالي “865 ميجاهرتز” إلى “868 ميجاهرتز”، مع قدرة المحققين على الإرسال بأقصى طاقة “2 واط ERP” في وسط ذلك النطاق الترددي “865.6 ميجاهرتز” إلى “867.6 ميجاهرتز”.
كما يتراوح عرض النطاق الترددي “RFID UHF” في أمريكا الشمالية من “902 ميجاهرتز” إلى “928 ميجاهرتز”، مع قدرة القراء على الإرسال بأقصى طاقة “1 واط ERP” لمعظم هذا النطاق الترددي، حيث خصصت أستراليا النطاق “920 ميجا هرتز” إلى “926 ميجا هرتز” لتقنية “UHF RFID”، وقنوات الإرسال الأوروبية مقيدة بحد أقصى “200 كيلو هرتز” في عرض النطاق الترددي، مقابل “500 كيلو هرتز” في أمريكا الشمالية.
- “UHF” هي اختصار لـ “Ultra high frequency”.
- “RFID” هي اختصار لـ “Radio Frequency Identification”.
- “HF” هي اختصار لـ “high frequency”.
- “LF” هي اختصار لـ “Low Frequency”.
آلية عمل موجات الراديو في تردد RFID:
تتصرف موجات الراديو بشكل مختلف عند الترددات المختلفة، لذلك من الضروري تحديد التردد المناسب لتطبيقك، فعلى سبيل المثال علامات التردد المنخفض لها طول موجي طويل وتكون أكثر قدرة على اختراق المواد المعدنية الرقيقة، وبالإضافة إلى ذلك تُعد أنظمة “LF RFID” مثالية لقراءة الأشياء التي تحتوي على نسبة عالية من الماء، مثل الفاكهة أو المشروبات، ولكن نطاق القراءة يقتصر على السنتيمترات أو البوصات، حيث تتضمن تطبيقات “LF RFID” النموذجية التحكم في الوصول ووضع العلامات على الحيوانات.
تعمل العلامات عالية التردد بشكل جيد إلى حد ما على الأشياء المصنوعة من المعدن ويمكن أن تعمل حول البضائع ذات المحتوى المائي المتوسط إلى العالي، حيث عادةً ما تعمل أنظمة “HF RFID” في نطاقات من البوصات، ولكن يمكن أن يكون لها نطاق قراءة أقصى يبلغ حوالي ثلاثة أقدام “1 متر”، كما تتضمن تطبيقات “HF RFID” النموذجية تتبع كتب المكتبات وتتبع تدفق المرضى وتذاكر العبور.
توفر ترددات “UHF” عادةً نطاق قراءة أفضل بكثير بوصة إلى “50+ قدماً” اعتماداً على إعداد نظام “RFID” ويمكنها نقل البيانات بشكل أسرع، أي قراءة العديد من العلامات في الثانية من الترددات المنخفضة والعالية، ومع ذلك نظراً لأنّ موجات الراديو “UHF” لها طول موجي أقصر، فمن المرجح أن تكون إشاراتها ضعيفة أو تضعف ولا يمكنها المرور عبر المعدن أو الماء، ونظراً لمعدل نقل البيانات المرتفع.
فإنّ علامات “UHF RFID” مناسبة تماماً للعديد من العناصر في وقت واحد، مثل صناديق البضائع أثناء مرورها عبر باب الرصيف إلى المستودع أو المتسابقين أثناء عبورهم خط النهاية، وكذلك لأنّ نطاق القراءة هو الأطول، فإنّها تشتمل تطبيقات “UHF RFID” الشائعة الأخرى على تحصيل الرسوم الإلكترونية والتحكم في الوصول إلى مواقف السيارات.
طيف تردد RFID:
أولاً: طيف التردد المنخفض:
يُسمح لأنظمة “LF RFID” فقط باستخدام النطاق الصغير بين “125 – 134 كيلو هرتز”، كما يسمح حجم الموجة الكبير لموجات “LF” باختراق المعدن والماء، وعلى الرغم من أنّ “LF RFID” له طول موجي طويل إلّا أنّ نطاق القراءة أقصر من كل من “HF” و”UHF RFID”، حيث يمتد فقط من بضعة سنتيمترات حتى حوالي 50 سم في الظروف المثالية، كما يرجع مدى القراءة القصيرة إلى الاعتماد على الاقتران المغناطيسي.
تُعد علامات “LF” أغلى بشكل عام من علامات “HF” و”UHF RFID”، ولكنّها تختلف حسب النوع والتطبيق، ويتم تشغيلها فقط عبر اقتران مغناطيسي ممّا يعني أنّها يمكن أن تستمر إلى أجل غير محدود اعتماداً على تآكل التطبيق، حيث تأتي في مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام ولكن جميع العلامات تستخدم نفس النوع من أدوات التوصيل المغناطيسية للطاقة والتواصل.
كما تتميز هذه العلامات أيضاً بمعدلات قراءة بطيئة نسبياً؛ لأنّ معدل نقل البيانات منخفض جداً ويستغرق وقتاً أطول للقارئ لاستقبال إشارة العلامة وفك تشفيرها، حيث تتوفر مجموعات الهوائي “LF” أو قارئ “RFID” اعتماداً على التطبيق، على عكس علامات “RFID” الأخرى، لا تحتوي علامات “LF” على معايير أمان، لذلك لا يوصى بها للتطبيقات التي يكون الاتصال المشفر مطلباً فيها.
ثانياً: طيف التردد العالي:
يمتد نطاق التردد العالي “HF” على طيف التردد اللاسلكي من “3 ميجاهرتز إلى 30 ميجاهرتز”، والطول الموجي للموجة عالية التردد أقصر بكثير من الموجة “LF”، أي حوالي “22 متراً” أو أقل، كما يستخدم التردد العالي مثل التردد المنخفض، اقتران مغناطيسي للتواصل بين العلامات وقارئ أو هوائي “RFID” ويمكن أن تمر موجات “HF” عبر معظم المواد باستثناء الماء والمعادن الكثيفة، حيث لا يزال من الممكن وسم المعادن الرقيقة، مثل الألومنيوم بعلامات “HF” وتعمل بشكل طبيعي.
عادةً ما تحتوي علامات “HF RFID” على نطاق قراءة عام يتراوح من بضعة سنتيمترات إلى حوالي متر في الطول اعتماداً على إعداد النظام، وضمن نطاق التردد العالي من طيف الترددات الراديوية أو الاتصال قريب المدى “NFC“، يوجد بروتوكول اتصال معتمد من المنظمة الدولية للتوحيد القياسي أو “ISO”، نظراً لأنّ “NFC” هو معيار اتصال عالمي وبالتالي فهو منظم، فهو يعمل على تردد واحد “13.56 ميجاهرتز” كما إنّ الحصول على الموافقة كمعيار اتصال عالمي وتشغيله فقط على تردد واحد يجعل “NFC” قابلاً للتكيف بسهولة مع مئات التطبيقات.
تُعد علامات “HF” و”NFC” غير مكلفة نسبياً ولكن يمكن أن تتراوح التكلفة حسب الحجم وعامل الشكل وعادةً ما يتم تسليم العلامات على هيئة ملصقات أو بطاقات أو علامات مغلفة بالبلاستيك وتكون صغيرة الحجم بشكل عام، بحيث يمكن تطبيقها على العديد من أنواع العناصر المتنوعة، كما تعتمد علامات “HF” على اقتران مغناطيسي كمصدر للطاقة الخاصة بها، لذا فهي تميل إلى الاستمرار في العمر الافتراضي للتطبيق ما لم تتلف بسبب اهتراء العلامة.
تُستخدم قارئات “HF RFID” مع علامات “HF” وهي منخفضة التكلفة نسبياً، كما يمكن قراءة علامات “NFC” بنفس قارئات “HF”، بما في ذلك أي هواتف ذكية تحتوي على قارئات “HF / NFC”، حيث تمنح القدرة على القراءة بواسطة الهواتف الذكية علامات “HF / NFC” القدرة على اكتساب شعبية واسعة في تطبيقات لا حصر لها.
- “NFC” هي اختصار لـ “Near Field Communication”.
ثالثاً: طيف التردد فوق العالي:
تعمل أنظمة “RFID UHF” ضمن هذه النطاقات المعينة بسبب معايير بروتوكول الاتصال التي وضعتها بالإضافة إلى المعايير التنظيمية للتردد التي وضعتها البلدان أو المناطق الفردية، كما يمكن أن تتداخل الأجهزة مع بعضها البعض، وتكون إمّا غير قابلة للتشغيل أو تكون ذات كفاءة ضعيفة للغاية؛ لأنّها تتنافس على النطاق الترددي.
كما قد يكون اعتماد التكنولوجيا على نطاق واسع أمراً صعباً؛ لأنّ الأنظمة ستعمل في نطاقات متباينة ولها بروتوكول أو معايير إرسال الإشارات مختلفة، حيث لا تتواصل أنظمة “UHF RFID” من خلال اقتران مغناطيسي، وبدلاً من ذلك يستخدمون تعديل التشتت العكسي السلبي وفقاً لمواصفات “GS1 EPCglobal UHF Class 1 Gen 2″، كما يبلغ طول الموجات “UHF” في المتوسط حوالي “33 سم”، لكن في الترددات الأعلى، مثل “2.45 جيجاهرتز”، ويمكن أن يصل طولها إلى “12 سم”، وعادةً ما يتم نشر “UHF RFID” في واحد من نوعين من أنظمة “RFID” السلبية أو النشطة.
