Пассивные UHF метки для работы на металлических поверхностях
В статье рассматриваются пассивные высокочастотные метки (UHF tags), предназначенные для работы на металлических объектах. В настоящее время подобные метки начинают пользоваться большой популярностью в таких приложениях, как радиочастотная идентификация контейнеров, железнодорожных вагонов, цистерн и автомобилей.
Пассивные радиочастотные метки (теги) в последнее время быстро развиваются и приобретают большую популярность. А благодаря появлению высокочастотных меток появляется возможность получения впечатляющих расстояний считывания (до 8–10 м). Организация EPCglobal создала спецификации EPC Gen1 и EPC Gen2, которые позволяют создавать метки совместимые по всему миру. Многие компании уже начали использовать такие метки — главным образом, в управлении каналами поставок для розничной торговли для идентификации контейнеров и поддонов (Wal-Mart, Metro и др.).
Но тонким местом в этом процессе является идентификация металлических контейнеров, так как расстояние считывания метки при креплении ее на металл значительно уменьшается. Целью нашей статьи будет обзор доступных на российском рынке меток на металл и их сравение.
По имеющимся у автора данным, сейчас на российском рынке доступны 7 меток, специально разработанных для работы на металлических объектах (табл. 1, рис. 1–7).
![Метка A918 Caen](/images/arhiv/07_01/38_1.jpg) Рис. 1. Метка A918 Caen
![Метка Patch Tag «Аэросолюшенз»](/images/arhiv/07_01/38_2.jpg) Рис. 2. Метка Patch Tag «Аэросолюшенз»
![Метки Large Rigid Tag (155 мм) и Large Rigid Tag (78 мм) Intermec](/images/arhiv/07_01/38_3.jpg) Рис. 3. Метки Large Rigid Tag (155 мм) и Large Rigid Tag (78 мм) Intermec
![Метка TA900-1](/images/arhiv/07_01/38_4.jpg) Рис. 4. Метка TA900-1 (прототип)
![Метка Large Rigid Tag Intermec](/images/arhiv/07_01/38_5.jpg) Рис. 5. Метка Large Rigid Tag Intermec
![Метка Wisteq](/images/arhiv/07_01/38_6.jpg) Рис. 6. Метка Wisteq
![Метка Confide](/images/arhiv/07_01/38_7.jpg) Рис. 7. Метка Confide
Таблица 1. Метки для работы на металлических объектах, доступные на российском рынке
Метка |
A918 |
Large Rigid Tag 78 mm |
Large Rigid Tag 155 mm |
PatchTag |
TA90041 |
Steelwave Gen2 |
Wisteq |
Фирма производитель |
Caen |
Intermec |
Intermec |
ООО «Аэросолюшенз СПБ» |
ООО «НТЦ «Альфа-1» |
Confidex |
Wisteq |
Стандарт |
ISO18000-6B |
ISO18000-6B, EPC Gen2 |
ISO18000-6B, EPC Gen2 |
ISO18000-6B, EPC Gen2 |
ISO18000-6B |
EPC Gen2 |
EPC Gen2 |
Размеры, мм |
242x19x12 |
78x32x10 |
155x32x10 |
180x26x16 |
172x18x7 |
45x32x6 |
|
Объем памяти, бит |
2048 |
2048/96 |
2048/96 |
2048 |
2048 |
96 |
96 |
Адрес в Интернете |
www.caen.it |
www.intermec.com |
www.intermec.com |
www.aerosolutions.ru |
alpha-1.ru |
www.confidex.fi |
www.wisteq.com |
Были закуплены 7 данных меток и произведены испытания, позволяющие сравнить их характеристики.
Сравнительные тесты
Были проведены качественные испытания меток с использованием двух ридеров: ручной NordicID PL3000 и настольный Samsys.
Дальность считывания определялась в следующих положениях метки относительно считывателя:
- метка расположена в свободном пространстве;
- метка закреплена на металлической поверхности (столбец «М» табл. 3);
- метка на металлической поверхности под углом 45° в вертикальной плоскости (столбец «М, 45» табл. 3);
- метка на металлической поверхности под углом 45° в горизонтальной плоскости (столбец «М, /45» табл. 3);
Результаты проведенного эксперимента отражены в таблицах 2, 3 и на рис. 8–10. На диаграммах дальность определена в процентах относительно максимальной дистанции считывания меток, полученной в данном эксперименте.
Таблица 2. Результаты измерения дальности считывания меток ручным ридером NordicID PL3000
Тип метки, фирма |
Дистанция чтения, см |
Относительная дистанция чтения, % |
на диэлектрике |
на металле |
на диэлектрике |
на металле |
ISO18000%6B |
|
PatchTag |
76 |
97 |
78 |
100 |
Intermec (155 мм) |
42 |
45 |
43 |
46 |
Intermec (78 мм) |
14 |
14 |
14 |
14 |
Gen 2 |
|
PatchTag |
68 |
94 |
70 |
97 |
Intermec (155 мм) |
41 |
39 |
42 |
40 |
Intermec (78 мм) |
16 |
17 |
16 |
18 |
Wisteq |
47 |
10 |
48 |
10 |
Confidex |
39 |
30 |
40 |
31 |
![Относительная дальность чтения различных меток ISO18000 ручным ридером NordicID PL3000](/images/arhiv/07_01/38_8.jpg) Рис. 8. Относительная дальность чтения различных меток ISO18000 ручным ридером NordicID PL3000
![Относительная дальность чтения различных меток EPC Gen2 ручным ридером NordicID PL3000](/images/arhiv/07_01/38_9.jpg) Рис. 9. Относительная дальность чтения различных меток EPC Gen2 ручным ридером NordicID PL3000
Таблица 3. Результаты измерения дальности считывания меток настольным считывателем Samsys
Тип метки, фирма |
Дистанция чтения, см |
Дистанция чтения, выраженная в процентах |
в воздухе |
М |
М, 45 |
М, /45 |
в воздухе |
М |
М, 45 |
М, /45 |
A918 Caen |
106 |
86 |
62 |
47 |
73 |
59 |
42 |
32 |
PatchTag |
115 |
146 |
132 |
100 |
79 |
100 |
90 |
68 |
TA900-1 Alpha-1 |
95 |
85 |
76 |
62 |
65 |
58 |
52 |
42 |
Intermec (155 мм) |
81 |
52 |
44 |
31 |
55 |
36 |
30 |
21 |
Intermec (78 мм) |
62 |
40 |
36 |
27 |
42 |
27 |
25 |
18 |
![Относительная дальность чтения различных меток EPC Gen2 настольным ридером Samsys](/images/arhiv/07_01/38_10.jpg) Рис. 10. Относительная дальность чтения различных меток EPC Gen2 настольным ридером Samsys
Как видно из диаграммы (рис. 10), максимальной дальностью обладает метка PatchTag компании «Аэросолюшенз». Второе и третье места, по дальности считывания делят метки A918 фирмы Caen и TA900-1 компании Альфа-1. Метки Intermec 155 мм и Confidex отстают от лидера по дальности практически вдвое и занимают четвертое и пятое места. И наихудшими параметрами обладают метки Intermec 78 мм иWisteq. Также бросилось в глаза то, что метка PatchTag на металле показала себя лучше чем на воздухе (табл. 2, 3), расстояние считывания на металле возрастало более чем на 20%. Как показало «вскрытие» меток, они отличаются конструкцией антенны. 6 меток используют антенну в виде полуволнового диполя, то есть «усы» антенны смотрят в разные стороны от полупроводникового чипа (Caen, Альфа-1, Intermac, Wisteq, Confidex). Метка же PatchTag имеет антенну, «усы» которой направлены в одну сторону параллельно друг другу. По-видимому, именно эта конструкция и обеспечила метке PachTag самую большую дальность считывания на металле. Чтобы разобраться в преимуществе этой конструкции, была запрошена техническая информация у инженеров «Аэросолюшенз». Как объяснил инженер, именно запатентованная конструкция и сочетание специальных материалов метки PatchTag и позволяет серьезно увеличить дальность считывания метки на металле по сравнению с метками, имеющими традиционную конструкцию.
Физические принципы, лежащие в основе традиционных меток
В основе конструкции большинства радиочастотных меток, в том числе и тех, которые предназначены для крепления на металлические поверхности, лежит полуволновой диполь. На рис. 11 приведены диаграммы направленности элементарного полуволнового диполя в горизонтальной и азимутальной плоскостях.
![Элементарный полуволновой диполь](/images/arhiv/07_01/38_11.jpg) Рис. 11. Элементарный полуволновой диполь (а) и его диаграмма направленности в горизонтальной (б) и вертикальной (в) плоскостях
Из рис. 11 видно, что в плоскости, перпендикулярной плечам излучателя, антенны подобного типа не являются направленными. Коэффициент усиления таких антенн составляет примерно 2,2 дБ.
Физические принципы, лежащие в основе конструкции Patch Tag
В метке Patch Tag используется печатная антенна. Антеннам данного типа свойственна направленность излучения как в горизонтальной, так и в азимутальной плоскостях. Диаграммы направленности антенны метки в соответствующих плоскостях показаны на рис. 12 и 13.
![Диаграмма направленности антенны метки в горизонтальной плоскости](/images/arhiv/07_01/38_12.jpg) Рис. 12. Диаграмма направленности антенны метки в горизонтальной плоскости
![Диаграмма направленности антенны метки в вертикальной плоскости](/images/arhiv/07_01/38_13.jpg) Рис. 13. Диаграмма направленности антенны метки в вертикальной плоскости
Ширина диаграммы направленности (по уровню 3 дБ) в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет соответственно 70° и 130°. Таким образом, за счет большей концентрации излучения в определенном направлении коэффициент усиления антенны метки Patch Tag превышает коэффициент усиления антенн, выполненных конструктивно в виде диполя, и составляет в точке максимума 6,5 дБ. Согласование антенны с входным импедансом интегральной схемы ASIC Philips Ucode 1.19 показано на рис. 14. Значение коэффициента отражения в заданном диапазоне частот (865–870 МГц) не превышает –32 дБ.
![Согласование антенны метки с входным импедансом интегральной схемы ASIC Philips Ucode 1.19](/images/arhiv/07_01/38_14.jpg) Рис. 14. Согласование антенны метки с входным импедансом интегральной схемы ASIC Philips Ucode 1.19 (ISO 18000-6)
Выводы
Из всех меток, участвовавших в тестировании, метка PatchTag компании «Аэросолюшенз» оказалась лидером по дальности считывания. Как указано на сайте производителя, «пассивная RFID-метка PatchTag предназначена для крепления как на диэлектрические (пластик, стекло и т. д.), так и на металлические поверхности маркируемых объектов. Ключевая отличительная особенность этой метки — оригинальная конструкция антенны с коэффициентом усиления 6,5 дБ. Данная метка специально оптимизирована для установки на металлические поверхности и отличается от аналогов тем, что основные ее показатели (дальность и стабильность регистрации, а также скорость, на которой осуществляется регистрация) при закреплении на металлической поверхности не ухудшаются, а улучшаются. Высокая стабильность основных показателей метки при различной угловой ориентации ее относительно антенны считывателя существенно расширяют спектр возможных применений. Подобную метку можно будет с успехом использовать в самых неблагоприятных условиях, в том числе для динамической идентификации паллет, контейнеров и автомобилей».
Метки фирм Caen, Intermec, Альфа-1 также показали неплохую дальность считывания и могут с успехом применяться для идентификации металлических объектов.
А вот метки фирм Wisteq и Confidex имеют очень малую дальность работы на металле и, с нашей точки зрения, не смогут применяться в приложениях, требующих больших расстояний считывания.
Владимир ЗАХАРОВ
|