为什么低频 RFID 的读取范围短?

电器工程 射频识别
2022-01-26 07:13:22

如果我想得到无线电波的波长,我必须用光速除以频率吗?那么拥有一个 125 kHz 的 RFID 意味着估计有 2 公里的波长吗?

如果它的波长是 2km 长,为什么这种低频 RFID 的读取范围很短?

4个回答

因为 RFID 不能基于波传播工作。因此,它实际上不是无线电系统(尽管工作在“RF”=无线电频率)。

将 RFID 标签更多地视为空心变压器的次级侧,其中信息通过标签改变其从变压器初级侧汲取的电量或通过为储能器(电容器)充电来传输,并且然后互换变压器的二次侧和一次侧的作用。

因为我们说的不是从天线传播的波,而是线圈耦合到磁场中,所以功率衰减比自由空间损失的距离²还要糟糕,几厘米后,几乎没有影响可以制作阅读器上的标签。

您正在将空中无线电通信与耦合电感器混淆。

要使用 125 kHz 载波通过空中进行通信,您需要一个大约 1/4 λ 的天线,即大约 600 米长,以便有效地传输 125 kHz。

显然 RFID 不能以这种方式工作。

RFID 使用耦合电感器,这意味着有两个线圈(可选地在其核心中具有磁性材料),它们以磁性方式相互耦合。

为了使这种耦合有效,距离只能是几厘米。

简而言之,天线不会辐射——它更像是一个耦合电感器。耦合下降与 \$r^3\$ 而不是 \$r^2\$ (如果我没记错的话)。

您已经计算了波长,因此您可以看到天线在波长的一小部分中有多小。

使用更大的天线(可能只有几米)和更高的发射功率,使用近场通信可以获得数百米的范围。例如,这用于洞穴无线电 - 因为近场确实可以很好地穿透岩石。

我有点惊讶仍然没有给出正确的答案。是的,重要的是要了解 RFID 实际上是通过不断变化的磁场来运行的,并且磁场会随着 \$r^3\$ 而下降。

然而,低频(例如 125kHz)的工作距离比高频(>1Mhz)短的原因是由于法拉第定律:

\$V_{emf} = -N\frac{d\Phi}{dt} = -NA\frac{dB}{dt}\$

其中N为电感线圈的圈数,\$\Phi\$为磁通量,\$B\$为磁通密度(即磁场强度),\$A\$为线圈的面积线圈回路。因此,对于固定的 \$N\$ 和 \$A\$,产生的用于信号恢复/电路供电的电压与磁场变化的速度(即频率)成正比。

例如,一个 1MHz 的信号将在相同距离产生 8 倍于 125kHz 信号的接收电压。将此与 \$B\$ 的 \$r^3\$ 衰减相结合意味着 1MHz 信号可以在两倍距离处产生与 125kHz 信号相同的电压。


注意:这忽略了电感器的寄生电容,它在较高频率下也会发挥作用。