Статья · RFID-антенны UHF

RFID-антенна UHF: как выбрать антенну для считывателя — панель, коврик или тонкая, полоса, поляризация и дальность

Антенна задаёт зону, в которой считыватель UHF RFID видит метки: проём ворот, проезд, проход, полку или стол. Разбираем, как работает пара «антенна — пассивная метка», почему полосу выбирают по считывателю (866–868 МГц в России), чем панель отличается от коврика и тонкой антенны, когда нужна круговая поляризация, от чего зависит дальность считывания и какие антенны КАДАММ (KADAMM) взять под склад, конвейер, финишную зону и умную полку.

KADAMM ARF-PKADAMM ARF-P — антенны RFID UHF в корпусе панели 902–928 МГц: 5–12 дБи,

KADAMM ARF-MKADAMM ARF-M — антенны RFID UHF напольные (коврики) 860–868 / 902–928 МГ

KADAMM ARF-TKADAMM ARF-T — антенны RFID UHF тонкие (печатные и ближнего поля) 902–928 МГц:

Если коротко

Полоса — по считывателю: 860–868 МГц для России и Европы, 902–928 или 920–925 МГц для других планов.

Форма зоны: ворота — панели 9–12 дБи, проход — коврик, полка и стол — тонкая антенна 2–5,5 дБи или антенна ближнего поля.

Поляризация: метки вразнобой — круговая, одинаково ориентированы — линейная (+3 дБ).

Дальность ограничивает энергия на метке; металл и вода рядом сокращают её сильнее всего.

Как работает антенна считывателя RFID UHF

Система RFID UHF состоит из считывателя, антенны и меток. Считыватель формирует сигнал в полосе 860–960 МГц, антенна излучает его в зону считывания, а пассивная метка — чип с антенной на наклейке или в корпусе — получает из поля энергию и отвечает своим идентификатором. Метки и протокол обмена описывает стандарт ISO/IEC 18000-63 (EPC Gen2): он задаёт весь диапазон 860–960 МГц, а считыватель излучает в полосе, разрешённой в своей стране. В России для RFID UHF выделена полоса 866–868 МГц.

Пассивная метка UHF не имеет батареи: она получает энергию из поля антенны и отвечает, модулируя отражённый сигнал. Поэтому дальность ограничена прежде всего тем, хватит ли метке энергии для включения.

Из схемы видно, почему антенна — главный элемент, который задаёт зону считывания. Метка ответит, только если уровень поля на ней выше её порога чувствительности. Чем больше усиление антенны, тем дальше этот порог достигается в направлении луча; чем шире луч, тем больше площадь, но меньше дальность. Ответ метки в разы слабее, чем сигнал считывателя, поэтому линия «вниз» (к метке) почти всегда ограничивает дальность раньше, чем линия «вверх».

Полоса антенны: 860–868 или 902–928 МГц

Метки EPC Gen2 работают во всём диапазоне 860–960 МГц, но антенна рассчитана на определённую полосу, и её КСВН за пределами этой полосы растёт. Поэтому полосу антенны выбирают по считывателю: для российского и европейского частотного плана — исполнения 860–868 или 860–870 МГц, для американского и ряда азиатских — 902–928 МГц, для китайского — 920–925 МГц. В каталоге KADAMM антенны KADAMM RF900 выпускаются в обоих вариантах: RF900-12 и RF900-9 — на 902–928 МГц, RF900-12A и RF900-9A — на 860–870 МГц. Напольные коврики KADAMM ARF-M есть в исполнениях ARF-865 (860–868 МГц) и ARF-915 (902–928 МГц).

Проверьте частотный план считывателя. Антенна 902–928 МГц со считывателем, который излучает 866–868 МГц, будет работать с заметно худшим согласованием. Часть исполнений 902–928 МГц по техническому описанию выпускается и на 860–868 МГц под заказ — уточняйте у менеджера.

Какие бывают RFID-антенны UHF

Панели и решётки: ворота, проходы, стеллажи

Панельная антенна — направленный излучатель в плоском корпусе. Её ставят по одной или по две стороны проёма ворот склада, на проезд транспорта, над конвейером. Усиление 8–12 дБи даёт дальность в несколько метров. Вытянутые решётки длиной 445–920 мм с узким лучом в одной плоскости (18–38°) формируют зону вдоль конвейера или проёма и не захватывают соседние ворота. В серии KADAMM ARF-P — 15 исполнений 5–12 дБи, в серии KADAMM RF900 — квадратные панели 9 и 12 дБи с разъёмом N.

Напольные коврики: проходы и финишные зоны

Коврик укладывают на пол, и метка читается, когда человек или тележка проходит над ним. Так считывают метки на обуви и номера участников соревнований на финише, контролируют проход в зону. Коврики KADAMM ARF-M — 8–10 дБи, круговая поляризация, длина около метра.

Тонкие антенны и антенны ближнего поля: полки и столы

Тонкие печатные антенны 1,5–10 мм толщиной встраивают в полку стеллажа, ящик, шкаф выдачи или столешницу. Усиление 2–5,5 дБи — малая дальность здесь достоинство: антенна читает только свою полку и не видит метки соседних. Антенны ближнего поля читают метки в нескольких сантиметрах над поверхностью — на столе выдачи, у кассы, в смарт-шкафу. Серия KADAMM ARF-T — 2–5,5 дБи, от 100 × 65 мм до 600 × 115 мм.

Круговая или линейная поляризация

Антенна метки на наклейке — обычно линейный диполь. Если поляризация антенны считывателя тоже линейная, сигнал максимален при совпадении ориентаций и почти пропадает при повороте метки на 90°. Антенна круговой поляризации читает метку при любом повороте вокруг оси луча, но платит за это потерей около 3 дБ по сравнению с совпавшей линейной. Отсюда правило:

ориентация меток неизвестна (товары в коробках, поддоны вразнобой, люди) — круговая поляризация, исполнения с буквой C в артикуле;
ориентация известна и одинакова (номерные знаки на автомобилях, метки на контейнерах одного типа, конвейер) — линейная поляризация, исполнения с буквами H и V, запас по дальности;
два порта с разными поляризациями — для зон, где нужно и то и другое.

Таблица подбора RFID-антенн KADAMM

Исполнения, которые закрывают типовые задачи; полный перечень — в карточках серий. Таблица собрана из данных карточек.

Исполнение	Тип	Полоса, МГц	Усиление, дБи	Поляризация	Луч Г / В	Разъём	Габариты, мм
ARF-915-5C-145	панель	902–928	5	круговая правого вращения	80° / 70°	SMA (вилка)	145 × 145
ARF-915-8C-280	панель	902–928	8	круговая правого вращения	60° / 60°	TNC (вилка)	280 × 280 × 23
ARF-915-9C-270	панель	902–928	9	круговая правого вращения	60° / 55°	SMA (вилка)	270 × 270 × 60
ARF-915-10C-385	панель	902–928	10	круговая правого вращения	45° / 60°	N (розетка)	385 × 385 × 30
ARF-915-10H-385	панель	902–928	10	линейная горизонтальная	45° / 60°	N (розетка)	385 × 385 × 30
ARF-915-12C-920	панель	902–928	12	круговая правого вращения	60° / 18°	SMA (розетка)	920 × 160 × 30
ARF-915-12H-445	панель	902–928	12	линейная горизонтальная	40° / 38°	N (розетка)	445 × 445 × 30
ARF-922-12H-500	панель	920–925	12	линейная горизонтальная	30° / 65°	SMA (розетка)	500 × 270 × 60
ARF-865-10C-1100	коврик	860–868	10	круговая правого вращения	70° / 38°	TNC (вилка)	1100 × 500 × 20
ARF-915-10C-995	коврик	902–928	10	круговая правого вращения	80° / 23°	N (розетка)	995 × 350 × 45
ARF-915-2C-120	тонкая	902–928	2	круговая правого вращения	80° / 65°	SMA (розетка)	120 × 125 × 1,5
ARF-915-2,5V-100	тонкая	902–928	2,5	линейная вертикальная	80° / 65°	SMA (розетка)	100 × 65 × 3
ARF-915-4C-280	тонкая	902–928	4	круговая правого вращения	40° / 35°	SMA (розетка)	280 × 260 × 1,5
ARF-915-5C-500	тонкая	902–928	5	круговая правого вращения	20° / 40°	SMA (розетка)	500 × 210 × 1,5

Квадратные панели RF900 с разъёмом N (розетка): RF900-12 — 902–928 МГц, 12 дБи, луч 40°/40°, RF900-12A — 860–870 МГц, 12 дБи, луч 40°/40°, RF900-9 — 902–928 МГц, 9 дБи, луч 80°/68°, RF900-9A — 860–870 МГц, 9 дБи, луч 65°/66°.

При той же мощности считывателя антенна с узким лучом достаёт дальше, но в меньшем секторе. Угловые размеры — из карточек: от 106° у компактных панелей до 18° у решёток 920 мм.

От чего зависит дальность считывания

Запросы «считыватель UHF дальнего действия» и «дальность RFID-метки» — про одно: на сколько метров будет читаться метка. Дальность определяют пять величин:

мощность считывателя на выходе и потери в кабеле до антенны;
усиление антенны и направление луча на метку;
чувствительность чипа метки и размер её антенны;
совпадение поляризаций и ориентация метки;
окружение: металл за меткой отражает и гасит поле, вода и тело человека поглощают его.

Именно окружение чаще всего срывает проект: метка, которая на столе читается за 5 м, на металлической таре без специальной подложки может не читаться вовсе. Поэтому зону считывания проверяют на реальных метках и товаре до закупки партии антенн. Кабель от считывателя к антенне держат коротким: на 900 МГц каждые несколько метров тонкого кабеля стоят децибел, а децибел потерь — это заметная часть дальности. О выборе кабеля — в статье про коаксиальный кабель, о разъёмах SMA, TNC и N — в статье о ВЧ-разъёмах.

Где применяют RFID-антенны UHF

Задача	Что ставить	Серия
Ворота склада, приёмка поддонов	Две панели 9–12 дБи по сторонам проёма, круговая поляризация	RF900, ARF-P
Проезд транспорта, номерные метки	Панель или решётка с линейной поляризацией	ARF-P
Конвейер и сортировка	Вытянутая решётка с узким лучом	ARF-P
Финиш соревнований, контроль прохода	Напольный коврик 8–10 дБи	ARF-M
Умная полка, шкаф выдачи инструмента	Тонкая антенна 2–5,5 дБи под полкой	ARF-T
Стол выдачи, касса, библиотека	Антенна ближнего поля	ARF-T

Для стационарного считывателя на несколько антенн (4 или 8 портов) антенны берут одной серии, чтобы зоны были одинаковыми и настройка мощности — общей. Настольный считыватель UHF обычно уже содержит антенну ближнего поля, внешние антенны ему не нужны.

Как выбрать RFID-антенну: порядок

Шаг 1. Полоса

По частотному плану считывателя: 860–868 (Россия, Европа), 902–928 или 920–925 МГц.

Шаг 2. Форма зоны

Ворота и проезды — панели; проход — коврик; полка и стол — тонкая антенна или антенна ближнего поля.

Шаг 3. Поляризация

Ориентация меток произвольная — круговая; известная — линейная.

Шаг 4. Усиление и луч

Дальняя узкая зона — 10–12 дБи, ближняя широкая — 5–6 дБи, полка — 2–4 дБи.

Шаг 5. Разъём и монтаж

Разъём антенны — SMA, TNC или N; ответная часть кабеля должна совпадать. Для улицы — исполнение с нужной степенью защиты корпуса по карточке.

Модели

KADAMM ARF-P

Панели RFID UHF

902–928 МГц, 5–12 дБи, круговая и линейная поляризация.

Открыть карточку

KADAMM RF900

Панели 9 и 12 дБи

860–870 и 902–928 МГц, разъём N.

Открыть карточку

KADAMM ARF-M

Напольные коврики

860–868 / 902–928 МГц, 8–10 дБи.

Открыть карточку

KADAMM ARF-T

Тонкие антенны

902–928 МГц, 2–5,5 дБи, ближнее поле.

Открыть карточку

Частые вопросы

Антенна на полосу считывателя (860–868, 902–928 или 920–925 МГц) с формой зоны под задачу: панель для ворот и проездов, коврик для прохода, тонкая антенна для полки или стола.

В полосе 866–868 МГц. Метки EPC Gen2 (ISO/IEC 18000-63) работают во всём диапазоне 860–960 МГц, поэтому полосу антенны выбирают по считывателю.

Зависит от мощности считывателя, усиления антенны, чувствительности метки, поляризации и окружения. С панелью 8–12 дБи — единицы метров; на металле без специальной метки дальность резко падает.

Круговая — когда ориентация меток произвольная; линейная — когда метки всегда ориентированы одинаково: она даёт запас около 3 дБ по дальности.

Да, если у считывателя несколько антенных портов. Антенны одной серии дают одинаковые зоны и упрощают настройку.

Антенна, которая читает метки в нескольких сантиметрах над поверхностью и не видит удалённых меток: для стола выдачи, кассы, смарт-шкафа.