Bilans łącza radiowego
Maksymalny zasięg odczytu znaczników w systemie RFID ograniczony jest poprzez zysk energetyczny anten, częstotliwość transmisji oraz lokalne regulacje odnoszące się do maksymalnej mocy wyjściowej czytnika. Podczas komunikacji pomiędzy czytnikiem a znacznikiem sygnał pierwotny (wysłany przez czytnik) tłumiony jest dwukrotnie. Przyczyną tak silnego tłumienia sygnału jest sposób "nadawania" przez znacznik,który ze względu na brak nadajnika wykorzystuje zjawisko rozpraszania wstecznego. Zmodulowana przez znacznik (transponder) nośna (fala odbita) wzmacniana jest jedynie przez niewielki zysk anteny znacznika, który wynosi w przypadku anten dipolowych ok. 2,2dBi, dlatego też wymaga się, aby część odbiorcza czytnika miała jak najwyższą czułość.
Jeśli znana jest moc wyjściowa nadajnika PTX,czytnik to można obliczyć gęstość mocy sygnału odbieranego przez znacznik w odległości r za pomocą wzoru:
,(1)
gdzie Gczytnik jest zyskiem anteny nadajnika. Wtedy moc odbieranego sygnału przez znacznik ma postać:
,
(2)
gdzie Ask,tag jest powierzchnią skuteczną anteny znacznika, definiowaną jako:
,
(3)
gdzie G to zysk anteny natomiast λ długość fali (dla danej częstotliwości). Podstawiając (2) i (3) dla anteny znacznika do (1) otrzymamy moc odbieranego sygnału przez znacznik:
,
(4)
gdzie Gtag jest zyskiem anteny znacznika. Znacznik nie transmituje lecz odbija fale w stronę nadajnika (modulacja rozproszenia wstecznego ang. backscattering modulation), tak więc gęstość pola wygenerowanego przez falę odbitą ma postać:
.
(5)
Znając gęstość pola odbitego przez znacznik można wyznaczyć moc odbieranego sygnału przez czytnik RFID:
.
(6)
Ostatecznie podstawiając (3) do (4) i następnie do (6) otrzymamy moc odbieranego sygnału po ówczesnym odbiciu przez antenę znacznika
.
(7)
Równanie (4) odnosi się do przypadku, gdzie przez cały czas występuje pełne dopasowanie pomiędzy anteną a nośnikiem danych (tzw. równanie Friisa). Aby szacowana odległość odczytu znacznika była dokładniejsza należy uwzględnić współczynnik dopasowania. Moc dostarczona do transpondera znacznika oraz jego zasięg odczytu jest maksymalny, gdy współczynnik dopasowania jest równy jedności. Jeśli współczynnik jest mniejszy od 1 to zasięg działania systemu maleje z pierwiastkiem jego wartości.
Na rys. 1 przedstawiono wykres mocy odebranej przez czytnik w funkcji odległości dla następujących wartości (na podstawie (7)):
- Gtag=2,2 dBi,
- Gczytnika=6 dBi,
- λ=0,34654m dla f=865,7MHz (kanał 1 w Europie),
- PTX,czytnik=2W ERP (zgodna z regulacjami ETSI).
Krzywa na rys. 1 przedstawia przypadek wyidealizowany (teoretyczny) czyli dla transmisji w swobodnej przestrzeni, co nie występuje w rzeczywistości. Pomimo, że czułość większości czytników dostępnych na rynku jest równa -80dB to w rzeczywistym środowisku pracy systemu RFID nie ma możliwości uzyskania odległości 8m tj. pokazano to na rys. 1. Przeanalizowany przypadek nie uwzględnia zjawisk towarzyszących propagacji fali w polu dalekim (rozpraszanie, interferencja, odbicia, szumy) oraz momentu modulacji fali nośnej przez znacznik, podczas której następuje zmiana impedancji obciążenia, czyli brak dopasowania impedancyjnego i spadek mocy dostarczonej do nośnika danych o około 5dB. Kluczowym parametrem mającym wpływ na obszar działania systemu RFID jest także wielkość anteny (powierzchnia promieniująca). Im ona jest większa tym więcej energii zostanie zaabsorbowane przez rezystancję promieniowania anteny oraz więcej doprowadzone do zasilenia IC.
Rys.1 Moc odbitego sygnału od znacznika w funkcji odległości
Dla anten dipolowych zysk
11-08-2010 09:31 przez Gość (niezweryfikowany)
Dla anten dipolowych zysk energetyczny wyrażany jest w jednostkach dBd.
Re: Dla anten dipolowych zysk
24-08-2010 17:25 przez Gość (niezweryfikowany)
Nie chce mi się tłumaczyć więc wklejam po angielsku.
dBd (dB dipole)
The gain an antenna has over a dipole antenna at the same frequency. A dipole antenna is the smallest, least gain practical antenna that can be made. The term dBd (sometimes just called dB) generally is used to describe antenna gain for antennas that operate under 1GHz (1000Mhz). The reason why the gain of many antennas, especially VHF/UHF antennas, is measured in dBd is because antenna manufacturers calibrate their equipment using a simple dipole antenna as the standard. Then they replace it with the antenna they are testing. The difference in gain (in dB) is reference to the signal from the dipole. (Back to top)
dBi (dB isotropic)
The gain a given antenna has over a theoretical isotropic (point source) antenna. Unfortunately, an isotropic antenna cannot be made in the real world, but it is useful for calculating theoretical fade and System Operating Margins. The gain of Microwave antennas (above 1 GHz) is generally given in dBi. A dipole antenna has 2.14 dB gain over a 0 dBi isotropic antenna. So if an antenna gain is given in dBd, not dBi, add 2.15 to it to get the dBi rating. For example, if an omni antenna has 5 dBd gain, it would have 5 + 2.15 = 7.15 dBi gain.
Krótko mówiąc nie zgadzam się ze stwierdzeniem, że dBd jest tylko dla anten dipolowych. Mamy możliwość przeliczania dBi na dBd i odwrotnie.