Principio de funcionamiento de un sistema RFID
Un sistema RFID se compone de una etiqueta y un lector. El lector genera y transmite una señal de interrogación a la
etiqueta RFID . Una
etiqueta RFID activa alimenta su microchip desde una batería y transmite la señal al lector. El lector alimenta
una etiqueta pasiva RFID ya sea por inducción magnética (acoplamiento de campo cercano) o por captura de ondas electromagnéticas (acoplamiento de campo lejano). Ambos métodos pueden transferir suficiente energía a una etiqueta pasiva para mantener su funcionamiento. Los sistemas RFID basados en frecuencias entre 100 kHz y 30 MHz funcionan mediante inducción magnética. En cambio, los sistemas RFID basados en frecuencias de microondas (2,45 y 5,8 GHz) funcionan mediante captura de ondas electromagnéticas.
El principio de inducción magnética de Faraday es la base del acoplamiento de campo cercano entre un lector y una etiqueta (Figura 1). Se crea un campo magnético alterno al pasar una gran corriente alterna a través de la bobina de antena del lector. Si la etiqueta, que incorpora una bobina de antena más pequeña, se coloca en este campo magnético, aparece un voltaje alterno a través de la bobina de la etiqueta. Este voltaje, una vez rectificado y acoplado a un capacitor, da como resultado la acumulación de carga, que se utiliza para alimentar el chip de una etiqueta pasiva.
Los datos se transfieren desde la etiqueta al lector mediante modulación de carga. La etiqueta varía la energía liberada del capacitor a la bobina de su antena. Esta variación se transmite desde la etiqueta al lector mediante acoplamiento inductivo tipo transformador. El lector lee la señal al monitorear el cambio en el voltaje terminal de la bobina de su antena. Por lo tanto, cambiar la resistencia de carga unida a los terminales de la bobina de la antena de la etiqueta tiene el efecto de la modulación de amplitud de voltaje a través de los terminales de la bobina de la antena del lector. El acoplamiento de campo cercano es el enfoque preferido para implementar un sistema RFID pasivo.
Sin embargo, el rango de operación de un sistema RFID de campo cercano se aproxima a c/2πf, donde es la velocidad de la luz y f es la frecuencia de operación. Este rango es de 3,5 m y 0,05 m para frecuencias de 13,56 MHz y 915 MHz, respectivamente. A medida que aumenta la frecuencia de operación, disminuye el rango de operación.
Por lo tanto, los sistemas RFID de campo cercano operan a una frecuencia de menos de 100 MHz. La magnitud del campo magnético es inversamente proporcional al cubo de la distancia (r) desde el centro de la bobina del lector hasta la etiqueta. Si la fuerza del campo magnético es demasiado débil en un
dada la distancia, la etiqueta no tendrá suficiente energía para encenderse. A 13,56 MHz, la mayoría de los sistemas de campo cercano tienen un rango operativo práctico entre 0,01 y 0,30 m. Estas limitaciones asociadas con los sistemas RFID de campo cercano han dado lugar a sistemas RFID de campo lejano (que funcionan a una frecuencia superior a 100 MHz) basados en la captura de ondas electromagnéticas.
- Captura de ondas electromagnéticas
El sistema RFID de campo lejano funciona según un principio similar al de un aparato de radio. Las etiquetas de los sistemas RFID de campo lejano capturan las ondas electromagnéticas que se propagan desde la antena dipolo conectada al lector (Figura 2). Una antena dipolo más pequeña en la etiqueta recibe esta energía electromagnética como una diferencia de potencial alterna. Esta diferencia de potencial se rectifica y se acopla a un condensador para la acumulación de carga y luego se utiliza para alimentar el chip de una etiqueta pasiva. Los datos de las etiquetas RFID de campo lejano no se pueden transferir al lector mediante un acoplamiento inductivo de tipo transformador porque la etiqueta opera más allá de la región de campo cercano. En su lugar, los datos se transfieren desde la etiqueta RFID al lector mediante retrodispersión. Etiquetas RFIDel uso de retrodispersión refleja parte de la onda electromagnética enviada desde el lector, de regreso al lector. Sin embargo, la etiqueta puede cambiar la potencia de la onda reflejada al variar la resistencia de una carga conectada a su antena. Esta variación de la resistencia de la carga está controlada por los datos a transmitir. Por lo tanto, la potencia de la onda reflejada recibida en el lector está controlada por los datos de la etiqueta y es el mecanismo para transmitir los datos de la etiqueta al lector en un sistema RFID de retrodispersión de campo lejano.
En los sistemas RFID de campo lejano, la energía entregada a la etiqueta y la señal transferida al lector siguen una ley inversa. Esto atenúa la intensidad general de la señal en 1/r4, donde r es la distancia entre el centro de la bobina del lector y la etiqueta. El rango de operación (aproximadamente 3 m) para un sistema RFID de campo lejano está limitado por la cantidad de energía recibida por la etiqueta y la sensibilidad del lector a la señal reflejada. Con los avances en la industria de los semiconductores, la energía requerida para alimentar una etiqueta a una frecuencia determinada continúa disminuyendo. También se han desarrollado lectores económicos con sensibilidad mejorada.
Para lograr un mayor alcance y operar etiquetas con mayor consumo de energía, las etiquetas de retrodispersión a menudo tienen una batería de respaldo para suministrar energía al microchip de la etiqueta. Las etiquetas generalmente tienen un modo de ahorro de energía "apagado" o "en espera" para evitar que la batería de respaldo de la etiqueta se use innecesariamente. Si la etiqueta RFID se sale del alcance del lector, la etiqueta cambia automáticamente al modo de "apagado". La etiqueta RFID no se reactiva hasta que se recibe una señal lo suficientemente fuerte en el rango de lectura del lector, después de lo cual vuelve al funcionamiento normal. Esta batería de respaldo de la etiqueta nunca proporciona energía para la transmisión de datos entre la etiqueta RFID y el lector, sino que sirve exclusivamente para el suministro de energía para el microchip de la etiqueta.
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