Rfid Antenler Nedir? Nasıl Çalışır?

Rfid Anten Nedir

Rfid antenler, elektromanyetik dalgalar sayesinde bir sistemden alarak çevreye verecek ya da çevresinde bulunan elektromanyetik dalgalardan aldığı işaretleri sistemi besler. Bundan dolayı kablosuz haberleşme sistemlerinin performanslarını artırmak için kullanılan bileşendir. Okuyucu-etiket veya Okuyucu-okuyucu arasındaki haberleşmeyi sağlamaktadır. Pek çok durumda etiket okuma mesafeleri çok düşük olduğundan dolayı anten kullanımları önem kazanılmıştır. Basit olmasının yanı sıra antenlerin düşük güçlerde ve en iyi sinyal alımlarını gerçekleştirir. Bunun için özel koşullarda uyum sağlamaları gerekmektedir .Bu nedenle anten uygulamalarında çalışacağı ortamların özellikleri ve uygulamanın gerektirdiği mesafeye bağlı olarak, en iyi performansını sağlaması için farklı şekil, boyut ve frekans aralıklarında tasarlanır .

Rfid Anten Çeşitleri

Antenlerin, dairesel yayın yapan ve düzlem yayın yapan antenler olmak üzere iki farklı çeşiti vardır. Düzlem yayın yapan antenler, en uzun okuma mesafesi ve maksimum kazanç oluşturmak için tek bir eksende yoğunlaşmaktadır. Dairesel yayın yapan antenler ise üretilen UHF enerjileri daha uzun mesafede eşit olacak bir şekilde dağıtmaktadır. Bu sebeple dairesel yönlü yayılımları ile çevrelerinde bulunan bütün etiketlerin okunma işlemi sağlanmaktadır. Antenlerin özellikleriyle anten seçim konusunda çok önemli olduğu için bu nedenle farklı tasarımlar mevcut olmaktadır . Anten tasarımında ve seçiminde okumasının en uygun şekilde gerçekleşmesini sağlayacaktır. Işıma huzmesinin ön-arka oranları , kenar kulakçık seviyesi, Eksenel oranı yönlendirmeleri ve kazançları ön plana çıkan tasarım parametrelerindendir. Rfid uygulamalarında, dairesel polarizasyona sahip antenler ve elemanlar kullanılmaktadır. Bu sebeple, herhangi bir şekilde yerleştirilmiş etiket ile okuyucular arasındaki haberleşmelerin güvenirliliğini sağlanmasıdır. Bunun yanı sıra bir okuyucuya birden çok anten bağlanabilmektedir.

Sistemlerimizde kullanılan okuyucu antenleri, Ekibimizde çalışan “RF” mühendisleri tarafından tasarlanmakta olup yerli ve milli ürünlerimizdir .Anten performansını belirleme de kullanılan parametrelere bakalım.

Rfid Anten performansını belirleyen parametreler;

Empedans:

Maksimum güç transferi için anten empedansının iletim hattı empedansına uyumlu olması gerekir. Bundan dolayı sistemde kullanılacak kablonun veya anten RF devrenin, üzerinden besleme yapılacak ise devre hattının anten empedansına uyumlu olması gerekir.

VSWR (Duran dalga voltaj oranı):

İletim hattı ile anten arasında “empedans” uyumsuzluğu var ise enerjinin tamamı anten tarafından yayımlanamayacak ve bir kısmı iletim hattı üzerinden tekrar üretece geri dönecektir.Ayrıca geri dönen (yansıyan) sinyal iletilmek üzere antene gönderilen iletim sinyalleri ile karşılaşır. Karşılaşma sırasında duran dalga oluşur. Oluşan bu duran dalganın, maksimum ve minimum voltaj seviyelerinin birbirlerine oranlanması ile VSWR bulunur.En önemli dezavantajı ise gönderim için iletim hattına verilen gücün verimli olarak kullanılamaması ve geri yansımasıdır. Bu nedenle anten üzerinde güç kaybı oluşmasına neden olur. Bu sebeple geri dönen güç ile vericiyi yakabilir,durumda duran dalga voltaj oranı oldukça önemlidir.

Rfid Anten Kazancı

Rfid Anten çıkış gücünün belirli bir yöne doğru yönlendirilmesidir. Şimdi anten gücü ve kazancı inceleyelim.

Antenin gücü bir yöne doğru artarken diğer yönlere doğru azalır ve bu anten gücünü farklılaştırmak için ışıma huzmesini değiştirmek gerekir. Işıma huzmesi ne kadar daralırsa, kazancı o kadar artar. Bu da etiketi okuma performansını artırır. Bundan dolayı Anten elemanlarından, dizi oluşturacak şekilde ışıma huzmesi daraltılır. Ancak anten kazancı artar. Fakat bu antenin boyutlarını büyütecektir.

Rfid Anten Verimliliği

RFID Anten uygulanan gücün, anten tarafından yayılması ile ilgilidir. Bu nedenle antenle iletim hattının uyumsuz empedans değerlerinde seçilmesi sonucu değişir. Ancak anten çıkışında elde edilen gücün , anten girişindeki güce oranlanması, bize anten verimliliğini (Efficiency) verir.

Huzme Genişliği (HPBW):

Yönlü bir antenin huzme genişliği, ışıma spektrumunda maksimum ışıma gücünün yarıya düştüğü yönler arasındaki açıdır.

Etiket boyutu/yönlendirmesi/açısı/yerleştirilmesi: 

Pasif RFID etiketler, 3cm’den 1.5m mesafeye kadar okunabilmektedir. Mesafeyi artırmak için ise büyük yapıda antenlere ihtiyaç olabilmesi için etiketin boyutu da büyümelidir. Kullanılan olan anten polarizasyonuna göre etiketin yönlendirmesi ve açısına ona göre yapılabilmektedir. Dairesel polarizasyonlu antenlerde ise açı ve yönlendirme pek sorun olmaz. Doğrusal antenlerde ise açıyı tutturmak için yönlendirmeyi doğru yapmak gerekmektedir. Antenin metal, su vb. çevresel faktörlerden etkilenebileceğini düşünmesine göre yerleştirme yapılmalıdır.

Okuyucu ayarları:

 Güç ayarlarının yüksek olması durumu okumanın da daha güçlü yapılacağını göstermektedir. Bu nedenle okuma aralığının maksimize edilenilmesi için ise okuyucunun daha yüksek alım yapacak duyarlılığı ona göre ayarlanır.

Kablo uzunluğu, çoklayıcılar ve adaptörler: 

Uzun kablo çok daha fazla kayıp denir. Bunun nedenle için de çoklayıcılar ve adaptörler kullanmak gerekmektedir. Rfid okuyucudan antene daha da kısa kablolar kullanmak gerekir.

Çevresel faktörler: 

Çevresel faktör okuma mesafesini etkilemektedir. Sistemi oluştururken ise birden çok test yaparak farklı varyasyonların hesaba katmak gerekir. Bundan dolayı su, metal, diğer radyo dalgaları UHF RFID okuma aralığını etkiler.

Polarizasyon:

Alıcı anten ile verici anten (etiket anteni) haberleşe bilmesi için polarizasyon önemlidir.

Alıcı ve verici antenler aynı yönde polarize olmalıdır. (yataysa yatay, dikeyse dikey). RFID mağaza sayımı uygulamalarında; etiketlerin pozisyonları çok farklı yönlerde olabileceğinden, okuyucu antenin dairesel polarize seçilmesinde fayda vardır. Rfid antenler kullanım amaçlarına ve teknik özelliklerine göre farklılık gösterir. Bunlar çeşitli boyut, şekil ve özelliklerdir. Etiket sayımında kullanılan el okuyucusu antenleri için, dairesel polarize ve ışıma huzmesi geniş antenler tercih edilir. Bu nedenle; anten seçimi önemlidir.

Mağaza alarm EAS sistemlerinde ise; kapı aralığını görmesi için dairesel polarize, dar huzmeli antenlerin seçilmesi çok önemlidir.

Koli içindeki rfid etiketli ürünleri okutmak için, tünel uygulamalarında yine dairesel polarize dar huzmeli yüksek kazançlı antenler seçilmelidir. Ancak otomatik geçiş sistemlerinde yüksek kazançlı antenler seçilmelidir. Bu örnekler ihtiyaca yönelik çeşitli rfid uygulamasına göre artmaktadır.