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Superar el desvanecimiento con la diversidad de antenas con diversidad de antenas

Optimización de la selección e implementación de etiquetas

FUNDAMENTOS DE LA ANTENA RFID – GANANCIA Y PIRE

Autor: RJ Burkholder, profesor de investigación de electromagnético y RF en la Universidad Estatal de Ohio

En el último blog, sostuve que la antena es la parte más importante de un sistema RFID UHF (ver figura a continuación). Esto se debe a que el software de la computadora, el lector y la etiqueta RFID están bastante optimizados ahora y, a menudo, están fuera del control del diseñador/integrador del sistema. Las mejoras de rendimiento deben provenir de la antena y su despliegue.

Un sistema de inventario RFID UHF típico

Antes de adentrarse en el fino arte del despliegue de antenas, primero es necesario comprender los principios básicos de cómo funcionan las antenas y cómo el campo electromagnético irradiado por una antena llena y penetra un espacio determinado. Los principales problemas son la polarización, el desvanecimiento, la atenuación, la ganancia, la PIRE máxima (potencia radiada isotrópica efectiva) y la diversidad. Una buena comprensión de estos temas ayudará al diseñador a seleccionar el tipo y la cantidad de antenas, y dónde colocarlas para un rendimiento óptimo.

La característica más básica de una antena es su ganancia . Este número se define como la amplificación de la antena en comparación con una antena que irradia por igual en todas direcciones. Por lo tanto, las unidades de ganancia suelen ser dBi , que significa “ decibeles relativos a isotrópicos ”. Por definición, una antena que tiene una ganancia superior a 0 dBi no irradia isotópicamente (igual en todas las direcciones) pero tiene un patrón de ganancia , a veces denominado patrón de antena o patrón de directividad, como se ilustra a continuación.

Patrones de ganancia de una antena de haz ancho y una antena de haz estrecho .

La antena de haz estrecho tiene una ganancia mayor que la antena de haz amplio, pero una cobertura angular mucho menor. Esto se debe a que ambas antenas irradian la misma potencia total y el patrón de ganancia determina cómo se distribuye esta potencia. (Tenga en cuenta que, por simplicidad, asumo que las antenas son 100% eficientes. En otras palabras, toda la potencia de entrada a la antena se irradia). Nuestro primer principio es el siguiente:

1. Para la misma cantidad de potencia radiada, aumentar la ganancia de una antena disminuye la cobertura angular.

Una antena RFID típica de tipo parche tiene una ganancia de aproximadamente 6 dBi y se parece al patrón de haz amplio anterior. Al diseñador le gustaría mejorar el rango de lectura utilizando una antena con una ganancia mayor, como la antena de haz estrecho anterior, si la cobertura angular no es importante. Desafortunadamente, no es tan sencillo, pero no por la antena.

Esto nos lleva a un concepto muy importante en UHF RFID, a saber, la potencia radiada isotrópica efectiva (EIRP). La PIRE se define como la cantidad de potencia que emitiría una antena isotrópica teórica para producir la densidad de potencia máxima observada en la dirección de la ganancia máxima de la antena. Por ejemplo, un lector RFID típico genera 30 dBm (decibelios relativos a un milivatio) de potencia de RF. La conexión de una antena de parche con ganancia de 6 dBi da como resultado una PIRE de 36 dBm (30+6).

Resulta que 36 dBm es la EIRP máxima permitida por la FCC para dispositivos electrónicos en la banda UHF RFID. Ahora supongamos que quiero utilizar la antena de haz estrecho que se muestra arriba, que tiene una ganancia de 12 dBi, por ejemplo. Entonces la PIRE pasa a ser 42 dBm, lo que supera el límite de la FCC. Tendré que reducir el poder del lector para compensar. Nuestro segundo principio es este:

2. Aumentar la ganancia de una antena también aumenta la EIRP, que está limitada por la FCC .

Por lo tanto, para un rango de lectura máximo, no necesariamente ayuda usar una antena de alta ganancia porque tendrá que reducir la potencia de RF. La única ventaja de una antena de alta ganancia en RFID es obtener un buen rango de lectura con una potencia mínima o enfocar un haz en un área de cobertura limitada.

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