RFID電磁波的傳播機制
當有障礙物(包括地面)時,RFID電波傳播存在直射、反射、繞射和散射等多種情況,這幾種情況是在不同傳播環境下產生的。
(1)直射
直射是指電磁波在自由空間傳播,沒有任何障礙物。
(2)反射
反射是由障礙物產生的。當障礙物的幾何尺寸遠大于波長時,電磁波不能繞過該物體,在該物體表面發生反射。當反射發生時,一部分能量被反射回來,另一部分能量折射(透射)到障礙物內,反射系數與障礙物的電特性和物理結構有關。
(3)繞射
繞射也是由障礙物產生的,電波繞過傳播路徑上障礙物的現象稱為繞射。當障礙物的尺寸與波長相近,且障礙物有光滑邊緣時,電磁波可以從該物體的邊緣繞射過去。電磁波的繞射能力與電波相對于障礙物的尺寸相關,波長與障礙物尺寸相比越大,繞射能力越強。
(4)散射
散射也與障礙物相關。當障礙物的尺寸或障礙物的起伏小于波長,電波傳播過程中遇到數量較大的障礙物時,電磁波發生散射。散射經常發生在粗糙表面、小物體或其他不規則物體的表面。
總體來說,微波RFID希望收發天線之間沒有障礙物,提供電磁波直射的環境。微波 RFID的頻率主要包括433MHz、800/900MHz、2.45GHz或5.8GHz,其中433MHz和800/900MHz頻段電波的繞射能力較強,障礙物對電波傳播的影響較小;2.45GHz 和 5.8GHz 電磁波的波長較短,收發天線之間最好沒有障礙物。當頻率達到GHz時,不僅障礙物對電波傳播有影響,云、雨、霧也對電波傳播有影響。頻率越高、波長越短時,云、雨、霧的影響越大。
讀寫器和電子標簽所處的環境比較復雜,電波傳播時會發生衰減和衰落。衰減和衰落是不同的概念,衰減是指發射天線的信號到達接收天線時信號的振幅減小,衰落是指接收點的信號隨時間隨機地起伏。
(1)衰減
電波由發射天線到接收天線的過程中,產生衰減的因素很多,主要包括自由空間的傳輸損耗、障礙物的分隔和阻擋等。
?、僮杂煽臻g的傳輸損耗
自由空間的傳輸損耗與工作頻率、讀寫器與電子標簽的距離有關。當工作頻率分別為900MHz、2.4GHz和5.8GHz、讀寫器與電子標簽的距離分別為1m~10m時,自由空間的傳輸損耗如表所示。
②障礙物分隔和阻擋的損耗
障礙物的分隔和阻擋也能造成信號的衰減。不同頻率、不同障礙物造成的平均信號衰減如表所示。
(2)衰落
衰落是指信號隨時間隨機起伏的現象,有時是在幾秒或幾分鐘內有快速變化的快衰落,有時是幾小時或幾天內出現緩慢變化的慢衰落。引起衰落的原因可以分為吸收型衰落或干涉型衰落,吸收型衰落主要是由傳輸媒質電參數變化引起的,干涉型衰落主要是由隨機的多徑傳輸引起的,RFID的衰落主要是干涉型衰落。由于信號衰落是隨機的,只能掌握信號隨時間變化的統計規律,通常用信號電平中值、衰落幅度(或衰落深度)、衰落率和衰落持續時間等參數說明信號衰落的統計規律。信號衰落如圖所示。
干涉型衰落又稱為多徑衰落,接收點的場強是不同路徑的場的疊加,只要各路徑的時延稍有變化,合成信號電平就有明顯的快速起伏,表現出快衰落的特征。當電波經過兩個或兩個以上不同長度的路徑傳播到達接收點時,接收天線得到的信號是幾個不同路徑的信號之和,由于空間信號是用電磁場表示的,接收天線收到的是幾個電場的疊加。多個路徑長度有差別,將引起明顯的失真。多徑傳輸效應如圖所示。