Como ya se mencionó el acoplamiento de la impedancia de la antena con la impedancia del circuito integrado es importante para obtener la máxima transferencia de energía. Como las impedancias son complejas dicho acoplamiento se ve afectado por los corrimientos de frecuencia. Este parámetro puede ser caracterizado por el coeficiente de transmisión de potencia ( ) cuyo valor máximo es 1. La impedancia puede ser acoplada a varios niveles de potencia del circuito integrado tal como la potencia de umbral para optimizar el intervalo de lectura de la etiqueta. Las limitaciones de la etiqueta pueden analizarse por medio de la siguiente ecuación, que especifica la potencia recibida en la etiqueta a partir de una potencia isotrópica (PIRE) transmitida.
tag t t path umbral
P PG L P ( 3.1)
donde PtGt es la PIRE y
L
path es la perdida de trayectoria.La pérdida de trayectoria depende fuertemente del ambiente de propagación; porejemplo, en la presencia de línea de vista y de múltiples trayectorias debido a reflexión la pérdida de trayectoriapuede analizarse por:
1 2 2 ( ) 1 1 1
1
4
n N jk r r path n n nr
L
PLF
e
r
r
(3.2)donde es la longitud de onda de la señal de radio frecuencia, r1es la distancia de la trayectoria de rayo directo, n es el coeficiente de reflexión para el n-esimo objeto donde choca la señal de RF (incluida la superficie donde se encuentre el sistema de RFID), rn es la distancia del n-esimo
54 En un ambiente cerrado la perdida de trayectoria es proporcional d-n donde la exponencial n puede variar entre 1 y 4 (en el espacio libre n=2). La pérdida de trayectoria puede comportarse exponencialmente con respecto a la distancia, debido a la naturaleza de propagación y puede ser pequeña en el espacio libre hasta cierta distancia entre el transmisor y el receptor. Una geometría típica para un sistema RFID se muestra en la figura 3.A.
Fig. 3.A. Geometría típica de un sistema RFID De acuerdo a la figura 3A se tiene que: 2 2
1 t r
r d h h y 2 2
2 t r
r d h h . El coeficiente de
reflexión n depende del ángulo de incidencia 1 2 sin (ht hr)
r , de la longitud de onda
)
(
de la señal de RF y de la permitividad relativa de la superficie reflejante. La expresión para el coeficiente de reflexión es:Para una polarización paralela (vertical)
2 ( ) 2
cos( )
( )
cos( )
( )
k
k
sen
k
k
sen
(3.3)Para una polarización perpendicular (horizontal)
2 ( ) 2
cos( )
( )
cos( )
( )
k
sen
k
sen
(3.4)donde k r j60 es la permitividad compleja, res la permitividad y es la conductividad de
55
3.7. Resultados obtenidos mediante la simulación de pérdidas por
trayectoria .
Analizando el caso típico de la figura 3A, de un sistema de RFID de tecnología pasiva para una frecuencia de 915 MHz, donde se considera que la antena del transmisor está colocada a una altura ht=3m y la antena del receptor a una altura hr=1m, teniendo una distancia d=10 m de separación entre sí y considerando que la superficie reflectora es de asfalto que tiene una permitividad relativa r=4 y una conductividad = 0.005, las pérdidas de propagación tiene un comportamiento como el que se muestra en las figuras 3.B y 3.C.
56 Fig. 3.C Perdidas por reflexion con r=4 con polarización Horizontal
Como puede se puede observar en las graficas de las figuras 3.B y 3.C, las perdidas que se tienen en el espacio libre a una distancia de 3 m es de aproximadamente -45 dB para una polarizacion horizontal y -40 dB para una polarizazion vertical , esto solo para el caso del rayo directo. Si se analizan casos mas criticos, por ejemplo para el rayo directo y dos rayos reflejados se observa que se presenta una perdida de alrededor de -70 dB para una polarización horizontal y -40 dB para una polarizacion vertical es decir se mantiene. De los resultados anteriores se observa una gran discrepancia dentro de la polarizacion horizontal conforme aumentan las reflexiones , lo que no sucede con la polarizacion vertical. Por tanto es conveniente tener una polarizacion vertical para un sistema RFID con línea de vista para tener menores pérdidas y alcanzar mayor distancia de recepción. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 Distancia (m) P e rdi da s de po te nc ia po r re fl e x ión ( dB )
Rayo directo con polarización horizontal sin efectos PLF Rayo directo con polarización horizontal con efectos PLF Rayo directo con polarización horizontal con efectos PLF y un rayo reflejado Rayo directo con polarización horizontal con efectos PLF y dos rayos reflejados Rayo directo con polarización horizontal con efectos PLF y tres rayos reflejados
er=4 ht=3 m hr=1 m
57
Capítulo 4
4.- EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LECTORES RFID QUE OPERAN
EN LA BANDA DE UHF.
En los capítulos anteriores se ha comentado sobre la gran creciente de la tecnología RFID en los últimos años y la tendencia a reemplazar a otros sistemas de auto identificación tales como el sistema de código de barras, sin embargo toda esta teoría es importante reforzarla con la práctica por lo tanto con el objetivo de corroborar que los equipos lectores de lectura/escritura de etiquetas de RFID están homologados con la norma ISO/IEC 18000-6C, se llevaron a cabo diferentes pruebas de lectura y escritura con unidades lectoras/escritoras .
Para la etapa practica de un sistema RFID se utilizaron los siguientes lectores debido a la disponibilidad de cada uno de ellos en el laboratorio de compatibilidad electromagnética, el lector ALR-Alien modelo 9800 entre otras características es del tipo bi-estatico es decir requiere como mínimo de dos antenas de RF, una antena para Transmitir y otra para recibir la señal proveniente de la etiqueta de RFID. Por otra parte los lectores ALR-Alien modelo 9900 e Impinj modelo Speedway son del tipo mono-estático es decir con una sola antena transmite (manda una señal comando hacia la etiqueta) y recibe la respuesta de la etiqueta. La elección del tipo de lector depende de la aplicación. A continuación se desglosa la metodología llevada a cabo para evaluar cada uno de los lectores de RFID.
En primera instancia se reconoce el hardware que integra cada uno de los lectores. Una vez familiarizado con el equipo, el siguiente paso es el reconocimiento del software tanto la configuración LAN (Local Area Network) como el software de Aplicación de todos los lectores. Para que la evaluación se llevo a cabo se verificando que todos los lectores de RFID estén en conformidad con la norma EPC global, es decir que sean de lectura y escritura y que además las etiquetas de RFID contenga una estructura de memoria con 4 campos: Banco de memoria Reservado, EPC (código electrónico de producto), Banco TID, Banco de Usuario [7],[12].
La segunda parte de las pruebas es corroborar las funcionalidades básicas de lectura y escritura en los banco de memoria, donde sea permitido, es decir solo para el banco EPC y de usuario se pueden hacer modificaciones. Esta información debe estar en sistema hexadecimal. La sintaxis de los comandos especiales como lock (bloquear) y kill (eliminar) están especificadas en [24], y [25] de acuerdo al lector correspondiente.
58 En las figuras siguientes se muestran un conjunto de fotografías que muestran la operación de las lectoras RFID, ALR-Alien modelo 9800, ALR-Alien modelo 9900 e Impinj modelo speedway respectivamente.
Figura 4.A.Operacion del lector RFID alien mod 9900
59 Figura 4.C. Operación del lector RFID Impinj mod Speedway
A continuación se reporta el desarrolló de las prácticas y resultados en cada uno de los lectores que se mencionaron anteriormente los cuales están a disponibilidad en el laboratorio de compatibilidad electromagnética de la SEPI Electrónica, ubicada en la unidad zacatenco, edificio Z tercer piso.