هوائيات نظام RFID

تكون هوائيات “RFID” في بعض الأحيان خارجية لقارئ “RFID” وفي أحيان أخرى يتم دمج هوائي “RFID” في قارئ “RFID” كحل من قطعة واحدة، وبالإضافة إلى ذلك يختلف كل من هوائيات “RFID” ذات التردد المنخفض “LF” والتردد الفائق “UHF” في الأبعاد من الحجم الصغير إلى حجم متر مربع، حيث أنّ هوائيات “UHF” و”LF RFID” خاصة بترددات معينة وهي ذات طبيعة بؤرية للغاية، ممّا يعني أنّ هناك منطقة دقيقة تنبعث منها إشارة “RF”، ويجب أن يكون هوائي “RFID” وعلامة “RFID” اتجاهاً خاصاً ببعضهما البعض.

ما هو هوائي RFID؟

هوائيات “RFID”: هي عناصر ضرورية في نظام “RFID”؛ لأنّها تحول إشارة قارئ “RFID” إلى موجات “RF” التي يمكن التقاطها بواسطة علامات “RFID”، وبدون نوع من هوائي “RFID” سواء كان مدمجاً أو مستقلاً لا يمكن لقارئ “RFID” إرسال واستقبال الإشارات إلى علامات “RFID” بشكل صحيح.

يتراوح حجم هوائيات “RFID” من أصغر من الهاتف الخلوي القياسي إلى حجم التلفاز، حيث عادةً ما يشير الاختلاف في الحجم إلى نطاق القراءة، فكلما زاد حجم الهوائي زاد الكسب وطول نطاق القراءة، ومع ذلك فإنّ بعض الهوائيات تعتبر استثناءات للقاعدة لأنّها مصممة لتطبيق معين، وأحد الأمثلة على ذلك هو هوائي “Impinj Guardwall” الكبير، حيث تم تصميم هوائي “Guardwall” خصيصاً لمساحات القراءة التي يتم التحكم فيها بإحكام، ويبلغ نطاق “6 ديسيبل” فقط؛ لأنّه مصمم ليتم تثبيته عبر جدار حماية آخر لإنشاء منطقة قراءة صغيرة ودقيقة.

يمكن تنفيذ تطبيقات “RFID” في أي بيئة تقريباً، حيث يجب مراجعة أو اختبار كل جزء من نظام “RFID” للحماية من دخول الماء والغبار، وكما أنّ أغلب الهواتف الشخصية ليست منتجة للاستعمال في الخارج في العواصف الممطرة، فإنّ معظم هوائيات “RFID” ليست كذلك، حيث تم تصنيف جميع الأجهزة الإلكترونية على أساس الحماية من دخول الغبار والمياه، اعتماداً على معيار “IEC” الأمريكي والمعيار البريطاني والذي يتراوح من “IP 00” إلى “IP 69”.

نطاق درجة حرارة تشغيل الهوائي ليس مهماً فقط لتطبيقات درجات الحرارة القصوى، حيث يجب أيضاً فحصه للتطبيقات الداخلية أو الخارجية أو التي لا يتم التحكم فيها بالمناخ، كما تحتوي جميع معدات “RFID” على نطاق درجة حرارة تشغيل يجب اتباعه بدقة، وإلّا فقد يعمل الجهاز ببطء أو يتوقف عن العمل أو يتفاعل بشكل سلبي مع درجات الحرارة خارج النطاق المحدد.

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

• “RFID” هي اختصار لـ “Radio Frequency Identification”.

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

• “LF” هي اختصار لـ “Low Frequency”.

آلية عمل هوائي RFID:

على عكس قارئات “RFID” فإنّ هوائيات “RFID” هي أجهزة غبية تستقبل قوتها مباشرة من القارئ وعندما يتم إرسال طاقة القارئ إلى الهوائي، يولد الهوائي مجالاً للترددات الراديوية، وبالتالي يتم إرسال إشارة التردد اللاسلكي إلى العلامات الموجودة في المنطقة المجاورة، كما تُعرف كفاءة الهوائي في توليد موجات في اتجاه معين بكسب الهوائي، بكل بساطة كلما زاد الكسب كان مجال التردد الراديوي الأقوى والأبعد مدى للهوائي.

يعطي هوائي “RFID” موجات “RFID” على طول مستوى أفقي أو عمودي، والتي توصف بأنّها قطبية الهوائي، حيث إذا كان المجال “RF” مستوياً أفقياً، فإنّه يوصف بأنّه خطي أفقي وينطبق نفس المبدأ على هوائي “RFID” الذي ينشئ مستوياً رأسياً، كما يمكن أن يكون لقطبية الهوائي تأثير كبير على نطاق قراءة النظام والمفتاح، ولتحقيق أقصى حد من نطاق القراءة يجب التأكد من محاذاة قطبية الهوائي مع قطبية علامة “RFID”، أمّا إذا لم تتماثل هذه فعلى سبيل المثال مع هوائي عمودي مستقطب خطياً وعلامة بهوائي أفقي مستقطب خطياً فسيتم تقليل نطاق القراءة بشدة.

ينقل الهوائي ذو الاستقطاب الدائري الموجات التي تدور باستمرار بين المستويين الأفقي والعمودي من أجل إعطاء مرونة معززة للتطبيق، ومن خلال السماح بقراءة علامات “RFID” في اتجاهات متعددة، ومع ذلك نظراً لأنّ الطاقة مقسمة بين مستويين، فإنّ نطاق قراءة الهوائي ذي الاستقطاب الدائري يكون أقصر مقابل كسب هوائي خطي مماثل.

مواصفات هوائي RFID:

• مجال التردد أي “902 – 928 ميجاهرتز” و”865 – 868 ميجاهرتز” و”860 – 960 ميجاهرتز”.

• القطبية أي دائرية أو خطية.

• الصلابة كتصنيف “IP” داخلي وتصنيف “IP” خارجي.

• قراءة المدى والقرب أي المجال القريب والمجال البعيد.

• نوع التركيب كهوائي اللوح والهوائي الأرضي وهوائي المستدير وهوائي البوابة.

ملاحظة:“IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

أنواع هوائي RFID:

يمكن تفريع هوائيات “RFID” مثل معظم معدات “RFID” إلى فئات مختلفة تساعد في تضييق أفضل هوائي للتطبيق، وعلى الرغم من أنّ الهوائيات يتم ربطها حسب عدة عوامل مختلفة، فإنّ أكثر المجموعات شيوعاً لهوائيات “RFID” هي القطبية أي دائرية مقابل خطية والصلابة أي داخلية مقابل خارجية.

أولاً: هوائي الاستقطاب الخطي “Linear Polarization”:

هوائي الاستقطاب الخطي: هي الهوائيات ثنائية القطب، حيث تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية بالكامل في مستوى واحد سواء عمودي أو أفقي في اتجاه انتشار الإشارة، وهذا هو أفضل انتشار للموجة عندما يكون اتجاه العلامة معروفاً وثابتاً، حيث يجب مطابقة هوائي “RFID” وعلامة “RFID” في الاستقطاب للحصول على أفضل معدلات قراءة.

ثانياً: هوائي الاستقطاب الدائري “Circular Polarization”:

هوائي الاستقطاب الدائري: هو الهوائي اللولبي أو ثنائيات الأقطاب المتقاطعة والتصحيح، حيث تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية في مستويين ممّا يخلق تأثيراً دائرياً مثل المفتاح اللولبي، وممّا يؤدي إلى ثورة واحدة كاملة بطول موجة واحد إطار زمني.

نظراً لأنّ هوائي “RFID” يصدر باستمرار طولاّ موجياً، فإنّ مجال الدوران سيغطي في النهاية أي علامة موجودة في مساره، كما أنّه من الأفضل استخدام هذا عندما يكون اتجاه العلامة غير معروف، لكن يجب التفقد من أنّه لا يقل عن “3dB” عند مقارنته بهوائي مستقطب خطي، كما يمكن أن يكون الاستقطاب الدائري يميناً أو يساراً ومن بعد ذلك خيارات “RHCP” و”LHCP” للهوائي المستقطب دائرياً.

• “dB” هي اختصار لـ “Bandwidth”.

• “RHCP” هي اختصار لـ “Right Hand Circular Polarized”.

• “LHCP” هي اختصار لـ “Left Hand Circular Polarized antennas”.

ثالثاً: الهوائي الدائري الأحادي أو الدائري بستاتيك:

هوائي أحادي “Monostatic”: هو هوائي “RFID” الأكثر شيوعاً، حيث يستخدم منفذاً واحداً مشتركاً لإرسال واستقبال الإشارات.

يستخدم “Bistatic” هوائيين “RFID” في نفس السكن المادي ويستخدم منفذاً واحداً للإرسال والمنفذ الآخر للاستقبال، حيث يمكن أن تكون قارئات “RFID” الأحادية 1 أو 2 أو 4 أجهزة قراءة منافذ، وفي بعض الأحيان يوجد أيضاً منفذ “LBT”، ممّا يجعله قارئ 5 منافذ، وعلى أجهزة القراءة الأحادية يرسل المنفذ أولاً وبعد ذلك يستقبل إشارات على نفس المنفذ، وعادةً ما تحتوي أجهزة قراءة “RFID” ثنائية الاتجاه على 8 منافذ “- 4 منافذ” إرسال و”4 منافذ” استقبال، بحيث يكون كل منفذ نشطًا دائماً إمّا إرسال الإشارات أو استقبالها.

كما يتم ضبط هوائيات “RFID” لتتردد فقط على نطاق ضيق من ترددات الموجة الحاملة التي تتمحور حول تردد نظام “RFID” المحدد، حيث تستخدم أنظمة “RFID” ديسيبل لوصف كسب الهوائي وخسائر الكابلات وناتج الطاقة لجميع مواصفات ولوائح الأجهزة، أمّا ديسيبل “Decibel” هو نسبة بين مستويين من قوة الإشارة وهو العاشر من “Bel Bel”.

• “LBT” هي اختصار لـ “Long Burst Data”.