6 yếu tố ảnh hưởng tới tầm hoạt động của hệ thống RFID

Hữu Tình 22 giờ trước 13 bình luận

Bài viết này sẽ giúp bạn giải quyết những vấn đề thường thấy về tầm hoạt động của các thiết bị RFID. Trước khi đi sâu vào chủ đề này, có một điều tôi muốn nhắc lại đó chính là bạn luôn phải thử nghiệm khi đưa ra mỗi thay đổi. Với mỗi yếu tố được nêu ra trong bài viết này, bạn nên thử nghiệm nó một cách kỹ càng, đưa ra các thay đổi cần thiết, sau đó lại thử nghiệm lại một lần nữa.

Một số thiết bị được thiết kế để có tầm hoạt động xa nhất, trong khi đó một số thiết bị khác lại được thiết kế để phù hợp với một tầm hoạt động nhất định. Điều quan trọng nhất tôi muốn nhắc tới ở đây chính là bạn cần phải có một thiết bị phù hợp với yêu cầu của bạn. Và 6 yếu tố trong bài viết này sẽ giúp tối ưu hóa tầm hoạt động của thiết bị đó.

Độ lợi ăngten:

Nếu bạn muốn thiết bị có tầm hoạt động xa hơn, hãy sử dụng những ăngten có độ lợi cao hơn. Nếu bạn không cần thiết bị có tầm hoạt động xa, sử dụng ăngten có độ lợi thấp hơn. Còn nếu bạn muốn đọc các nhãn RFID ở khoảng cách sát cạnh thì chỉ hãy sử dụng ăngten có độ lợi cực thấp.

Chi tiết: rất đơn giản, ăngten có độ lợi cao hơn thì cũng sẽ yêu cầu năng lượng được cung cấp lớn hơn. Nếu bạn muốn thiết bị có thể đọc các thẻ RFID từ khoảng cách xa hơn, bạn sẽ cần những ăngten có độ lợi lớn (9 dBi hoặc cao hơn). Có thể bạn sẽ thắc mắc rằng: “Tại sao tôi lại cần một ăngten có độ lợi thấp?” Trong một số trường hợp, các nhãn RFID sẽ luôn được đặt ở cạnh thiết bị đọc (như ở các cửa hàng), vậy nên việc sử dụng một ăngten có độ lợi cao là không cần thiết. Và thêm vào đó, ăngten có độ lợi thấp thì sẽ có kích thước nhỏ gọn hơn những loại ăngten có độ lợi cao.

Sự phân cực của ăngten:

Nếu các thiết bị được gắn nhãn RFID được đặt thẳng hàng với ăngten thì ăngten phân cực tuyến tính sẽ có khả năng đọc xa hơn ăngten phân cực vòng. Ngược lại, trong trường hợp các nhãn RFID không được đặt thẳng hàng với ăngten thì ăngten phân cực vòng sẽ tốt hơn.

Chi tiết: Sự phân cực là dạng trường điện từ mà ăngten tạo ra. Phân cực tuyến tính chỉ trường điện từ được lan ra theo một mặt phẳng. Bạn có thể hiểu đơn giản giống như ta cầm kiếm chém dọc xuống hoặc chém một đường ngang. Phân cực vòng lại làm cho trường điện từ di chuyển theo hai trục, xoay tròn và xoắn lại với nhau, nó giống với một cơn lốc xoáy, và tâm lốc chính là chiếc ăng ten của bạn. Thông thường, nhà sản xuất sẽ thiết kế nhãn RFID sao cho phù hợp với ăngten phân cực tuyến tính hơn là phân cực vòng. Bởi chỉ hoạt động trên một mặt phẳng, ăngten tuyến tính sẽ có tầm hoạt động xa hơn so với một ăngten phân cực vòng có cùng độ lợi.

SOAP của nhãn

SOAP là viết tắt của Size/Orientation/Angle/Placement: kích thước/điều hướng/góc độ/nơi gắn nhãn. Nói một cách ngắn gọn: nhãn RFID lớn sẽ có thể được đọc ở khoảng cách xa hơn nhãn RFID nhỏ, bạn nên đặt nhãn RFID thẳng hướng với ăngten và chú ý nên xoay đúng chiều, và bạn nên chú ý tới loại nhãn RFID khi sử dụng trên các vật làm bằng kim loại.

Chi tiết: 

Kích thước: các nhãn RFID có phạm vi đọc rất đa dạng, từ vài cm cho tới hơn 100m. Trên nhãn RFID được lắp ăngten và ăngten có kích thước lớn hơn tất nhiên sẽ có khả năng phát sóng xa hơn.

Vị trí dán nhãn và góc độ đọc: để diễn tả về việc này, chúng ta có thể hình dung một ví dụ như sau: có một nhãn RFID được dán trên mặt của một linh kiện xe hơi và một thiết bị đọc RFID được gắn ở trên trần nhà. Trong trường hợp này, nếu bạn di chuyển linh kiện xe hơi đó theo hai hướng khác nhau thì đều sẽ có sự thay đổi lớn trong tầm hoạt động của thiết bị đọc RFID. 

Xoay nhãn RFID được dán trên linh kiện (thay đổi điều hướng của nhãn dán): Trường hợp này chỉ ảnh hưởng tới các thiết bị sử dụng ăngten phân cực tuyến tính, nếu bạn sử dụng sử dụng ăngten phân cực vòng thì sẽ không bị ảnh hưởng gì. Với các nhãn RFID có dạng hình chữ nhật, nếu bạn xoay nhãn một góc 90o thì sẽ ảnh hưởng tới khả năng đọc của thiết bị. Một số nhãn khác có hình vuông sẽ tránh được tình trạng này.

Lật ngược linh kiện (thay đổi góc độ đọc): việc đọc một nhãn RFID từ một góc lệch sẽ làm giảm tầm hoạt động của thiết bị đọc. Để có thể tận dụng hết khả năng của một thiết bị, các nhãn RFID nên được đặt thẳng hướng với ăngten. Thiết bị sẽ nhận diện nhãn RFID tốt nhất khi nhãn RFID được đặt thẳng hướng, góc lệch càng lớn thì tầm hoạt động càng giảm. Cũng có một số nhãn RFID có khả năng đọc ở mọi góc độ, giúp giải quyết được vấn đề này.

Nơi gắn nhãn: vấn đề này có thể ảnh hưởng rất lớn tới tầm hoạt động của các thiết bị RFID. Các nhãn RFID UHF bị ảnh hưởng rất nhiều khi dán lên những vật có chứa kim loại (vì sẽ phản xạ lại sóng vô tuyến) hoặc nước (hấp thụ sóng vô tuyến). Nếu bạn không chọn đúng loại nhãn RFID cho hàng hóa, tầm hoạt động có thể bị giảm rất nhiều hoặc có thể bạn sẽ không thể đọc được nhãn RFID. Có những loại nhãn RFID chuyên dụng với mặt sau được thiết kế đặc biệt để có thể dán lên kim loại (hoặc những vật có chứa nước). Có một quy tắc như sau: nếu trên thông số của nhãn RFID không ghi rằng sử dụng được trên kim loại, nhãn RFID đó sẽ mặc định không thể sử dụng trên bề mặt kim loại hoặc những vật có chứa nước. Thêm một điều nữa, mỗi vật dụng sẽ có một vị trí riêng để dán nhãn RFID sao cho có hiệu quả cao nhất. Bạn chỉ có thể tìm ra vị trí này bằng cách thử nghiệm nhiều lần trên sản phẩm của bạn.

Cấu hình thiết bị đọc:

Mức tiêu thụ năng lượng lớn sẽ có tầm hoạt động xa hơn, trong khi đó mức tiêu thụ nhỏ sẽ có tầm hoạt động thấp hơn. Thêm vào đó, để có thể tối đa hóa tầm hoạt động, bạn cần chỉnh thiết bị đọc ở chế độ nhận tín hiệu cao nhất.

Chi tiết: Tất cả các thiết bị đọc RFID đều có khả năng tùy chỉnh lượng năng lượng cung cấp cho ăngten. Hãy thử kiểm tra mức năng lượng (đơn vị dB) trong phần Setting của thiết bị; nếu mức năng lượng càng cao thì thiết bị càng có tầm sử dụng xa hơn và ngược lại. Có một điều quan trọng bạn cần chú ý, vì đơn vị được sử dụng ở đây là dB nên cứ tăng hay giảm 3 dB thì mức năng lượng tiêu thụ sẽ tăng gấp đôi hoặc giảm đi một nửa (27dB sẽ mạnh gấp đôi 24dB và 30dB sẽ mạnh gấp đôi 27dB). Việc cuối cùng là kiểm tra chế độ nhận tín hiệu (sensitivity settings) của thiết bị đang ở mức nào, thông thường thì thiết bị sẽ đặt mặc đinh ở mức cao nhất nhưng việc kiểm tra lại cũng là một điều cần thiết.

Độ dài dây cáp và sử dụng đầu chuyển đổi/các thiết bị chia cổng

Dây cáp càng dài, việc thất thoát tín hiệu càng lớn và việc sử dụng các đầu chuyển đổi cũng làm tăng việc thất thoát tín hiệu của hệ thống RFID. Để tối đa hóa tầm hoạt động của hệ thống, chỉ cần sử dụng loại dây cáp ngắn nhất có thể và tránh việc sử dụng các đầu chuyển đổi nếu không cần thiết. Nếu phải sử dụng dây cáp dài hơn, hãy cố gắng bù lại bằng việc sử dụng dây cáp có hệ số cách nhiệt cao hơn.

Chi tiết:

Độ dài dây cáp: dây cáp kết nối giữa thiết bị đọc RFID và ăngten sẽ làm thất thoát năng lượng. Cáp càng dài thì năng lượng thất thoát càng lớn và có thể không cung cấp đủ năng lượng cho ăngten để tạo ra một trường điện từ đủ mạnh. Nếu bạn muốn tối đa hóa tầm hoạt động nhưng thiết bị đọc cách ăngten một khoảng cách khá xa (hơn 6m), bạn nên sử dụng dây cáp có hệ số cách nhiệt lớn hơn để đảm bảo tầm hoạt động.

Các đầu chuyển đổi và các thiết bị chia cổng: đôi khi các cổng kết nối giữa ăngten và thiết bị đọc không đồng bộ với nhau, bạn sẽ phải sử dụng các đầu chuyển đổi. Tuy vậy, bạn cần phải biết rằng với mỗi đầu chuyển đổi thì hệ thống của bạn sẽ thất thoát 1/3dB. Các thiết bị chia cổng cho phép một đầu đọc có thể kết nối với nhiều ăngten hơn nhưng cũng làm cho năng lượng bị thất thoát nhiều hơn. Ví dụ như cổng chia của Impinj sẽ gây thất thoát khoảng 1dB. Trong phần lớn trường hợp thì việc sử dụng các thiết bị này là bắt buộc, vậy nên cách duy nhất để khắc phục việc này là tính toán số năng lượng bị thất thoát để bù trừ bằng những phần khác (tăng kích thước nhãn RFID, tăng mức năng lượng cung cấp,…)

Các yếu tố môi trường

Có rất nhiều yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng tới tầm hoạt động của hệ thống RFID. Để có thể tối đa hóa tầm hoạt động, bạn chỉ có một cách là thử nghiệm nhiều lần để tìm ra giải pháp tối ưu.

Chi tiết: các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng tới tầm hoạt động của hệ thống RFID có thể là: nước, kim loại, các loại đèn huỳnh quang, các máy móc lớn và việc xung đột các tần số sóng radio. Cách tốt nhất để tối đa hóa tầm hoạt động chính là chú ý tới các yếu tố nêu trên, sau đó thử nghiệm và thay đổi hệ thống sao cho hợp lý.