Ngày 29 tháng 11 năm 2006, Bộ Bưu chính Viễn thông đã ban hành quyết định số 47/2006/ QĐ-BBCVT: “ Quy định về điều kiện kỹ thuật và khai thác đối với thiết bị vô tuyến điện cự ly ngắn được sử dụng có điều kiện”, trong đó có quy định dành cho thiết bị nhận dạng vô tuyến điện (RFID).
2.4.1 Điều kiện về tần số.
Thiết bị nhận dạng vô tuyến điện được sử dụng có điều kiện tại các băng tần:
13,553 13,567 MHz với tần số trung tâm là 13,56 MHz
433,05 434,79 MHz với tần số trung tâm là 433,92 MHz
866 868 MHz với tần số trung tâm của kênh thứ n được tính theo công thức: 865,9 MHz + 0,2 Mhz * n; n = 1 10
2.4.2 Điều kiện về phát xạ
2.4.2.1Phát xạ chính:
Công suất phát xạ của phát xạ chính không được lớn hơn các giá trị tương ứng với các băng tần cụ thể sau:
4,5 mW ERP tại băng tần 13,553 13,567 MHz. 10 mW ERP tại băng tần 433,05 434,79 MHz.
500 mW ERP tại băng tần 866 868 MHz; 920 925 MHz.
2.4.2.2Phát xạ giả:
Tại băng tần 13,553 13,567 MHz: Chế độ hoạt động:
o Tần số 9 kHz f 10 MHz: 27 dB A/m giảm 3dB/ 8 độ chia o Tần số 10 MHz f 30 MHz: -3,5 dB A/m
o Tần số 47 MHz f 74 MHz; 87,5 MHz f 118 MHz; 174 MHz f 230 MHz; 470 MHz f 862 MHz: 4 nW
o Các tần số khác giữa 30 MHz và 1000 MHz: 250 nW Chế độ chờ:
o Tần số 9 kHz f 10 MHz: 6 dB A/m giảm 3dB/ 8 độ chia o Tần số 10 MHz f 30 MHz: -24,5 dB A/m
o Tần số 30 MHz f 1000 MHz: 2 nW
Tại băng tần 433,05 434,79 MHz; 866 868 MHz; 920 925 MHz: dộ suy giảm phát xạ giả so với phát xạ chính không được nhỏ hơn 32 dBc tại khoảng cách 3m.
2.4.3 Một số nhận xét đánh giá.
1) Hiện nay trên Thế Giới vẫn dùng dải tần số thấp (nhỏ hơn 135 kHz) nhưng ở nước ta lại không có quy định sử dụng đối với dải tần này. Toàn bộ dải tần dưới 135kHz (với miền nam Mỹ và bắc Mỹ, còn Nhật Bản là nhỏ hơn 400kHz) là khá phù hợp, bởi vì nó có khả năng làm việc với cường độ trường điện từ cao trong dải tần này, đặc biệt là khi xử lý các hệ thống RFID lai ghép cảm ứng.
Dải tần số dưới 135kHz được sử dụng một cách hạn chế với các dịch vụ sóng vô tuyến khác bởi vì nó không được dành riêng cho dải tần ISM. Điều kiện lan truyền trong dải tần số sóng dài này cho phép các dịch vụ vô tuyến sử dụng dải tần này mở rộng ra những khu vực có bán kính lên đến hàng 1000km với giá thành công nghệ thấp. Điển hình cho dịch vụ vô tuyến sử dụng dải tần này là ngành hàng không và ngành hàng hảI (LORAN-C, OMEGA, DECCA), dịch vụ báo giờ, dịch vụ cung cấp tần số chuẩn, kể cả dịch vụ vô tuyến quân sự. Vì vậy ở Trung Âu, tín hiệu chuyển đổi thời gian DCF77 ở Mainflingen có thể bị phát hiện xung quanh dải tần 77,5 kHz. Một hệ thống RFID làn việc trong dải tần này có thể gây ra những rắc rối trong bán kính vài trăm mét xung quanh bộ đọc.
Để đề phòng sự va chạm, trong tương lai đạo luật đối với hệ thống vô tuyến cảm ứng ở châu Âu, 220 ZV 122, sẽ xác định vùng an toàn trong khoảng 70 đến 119kHz. Đạo luật này không lâu nữa sẽ được chỉ định cho hệ thống RFID. Ở Đức, dịch vụ vô tuyến đã được phép sử dụng dải tần số này.
Các dịch vụ sóng vô tuyến ở Đức đã được cho phép hoạt động trong dải tần này như bảng 2-5.
trong đó
AL: Dịch vụ vô tuyến hàng không FC: Dịch vụ vô tuyến hàng hải cố định FX: Dịch vụ vô tuyến hàng không cố định MS: Dịch vụ vô tuyến hàng hải di động NL: Dịch vụ vô tuyến hải không hành DGPS: Hệ thống định vị toàn cầu Time: Dịch vụ báo giờ
2) RFID được quy định hoạt động trong dải tần từ 433,05 434,79 MHz với tần số trung tâm là 433,92 MHz.
Dải tần này được dành riêng cho các dịch vụ vô tuyến không chuyên trên Thế Giới. Các ứng dụng vô tuyến điện không chuyên sử dụng dải tần này cho việc
truyền dữ liệu, giọng nói và các đài thông tin vô tuyến chuyển tiếp hoặc cho vệ tinh không gian.
Sự lan truyền các sóng trong dải UHF xấp xỉ sự lan truyền của sóng ánh sáng. Các sóng điện từ sẽ bị giảm cường độ và bị phản xạ khi nó gặp các toà nhà hoặc các chướng ngại vật.
Dải tần 433,05 434,79 MHz sử dụng cho dải ISM đã được xác định một cách tương đối là ở khoảng giữa dải vô tuyến điện không chuyên và nó chiếm giữ một phần lớn trong toàn bộ dải tần là do các ứng dụng của ISM đã được mở rộng ra. Thêm vào đó còn có cả các hệ thống tán xạ( của RFID), hệ thống liên lạc nhỏ, các máy phát từ xa( kể cả các ứng dụng trong nhà như máy đo nhiệt độ ngoài trời không dây), tai nghe không dây, các bộ LPD với dải sóng vô tuyến ngắn, hệ thống lối vào không chìa khoá( bộ truyền dữ liệu bằng tay đối với việc khoá trung tâm xe tải lớn) và nhiều những ứng dụng khác cũng hoạt động trong dải tần này. Tuy nhiên do ảnh hưởng qua lại lẫn nhau nên các ứng dụng rộng rãi của ISM là không thông dụng trong dải tần này, kể cả RFID.
Trên Thế Giới rất ít sử dụng, tại sao chúng ta lại dùng? Việc thiết kế chế tạo hoặc nhập khẩu hệ thống RFID có phù hợp không? Việc quản lý các đối tượng sử dụng RFID theo chuẩn chung của Thế Giới sẽ gặp khó khăn như thế nào? Theo ý kiến bản thân tôi, cần xem lại việc quy định sử dụng dải tần này cho RFID.
3) Cũng như dải tần số thấp, dải tần viba (2,45 GHz) được ứng dụng nhiều trên Thế Giới nhưng nước ta lại không có quy định cho việc sử dụng dải tần này. Vì vậy Bộ chủ quản cũng nên xem xét và đưa ra quy định cho dải tần này.
Dưới đây tôi xin nêu ra thống kê về sự phân bố ước tính của các bộ phát đáp RFID tại các dải tần khác nhau tính đến cuối năm 2005 (hình 2.3).
Hình 2.3: Sự phân bố ước tính của thị trường toàn cầu về các bộ phát đáp ở những dải tần số khác nhau (đơn vị: triệu cái)
4) Các nhận xét về điều kiện phát xạ chính.
- Đối với băng tần từ 13,553 13,567 chúng ta quy định công suất phát chính là 4,5 mW trong khi Mỹ quy định là 10 W. Vậy công suất phát xạ chính do chúng ta quy định liệu có phải quá nhỏ? Trong môi trường có quá nhiều ảnh hưởng từ các nguồn bức xạ khác, tín hiệu phát với công suất nhỏ như thế có thể giữ được độ ổn định và chính xác?
- Với băng tần từ 866 868 MHz và từ 920 925 MHz chúng ta chỉ quy định một mức công suất phát chính là 500 mW, trong khi đó chỉ với dải tần từ 865 868 thì các nước Châu Âu đã chia làm ba dải nhỏ với công suất phát khác nhau. Hay như ở Singapore công suất phát xạ chính cho dải tần từ 923 925 MHz lại được chọn với giá trị là 2 W.
Đây là vấn đề rất đáng quan tâm. Chúng ta cần xem lại các quy định sao cho hệ thống RFID hoạt động được hiệu quả nhất.
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU VỀ CÁC KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC DẢI TẦN CHO HỆ THỐNG RFID
Hoạt động của tag có thể bị ảnh hưởng bởi rất nhiều các yếu tố trong môi trường tự nhiên, nhất là các tính chất EM của các đối tượng gần hoặc tiếp xúc với anten tag. Trong số các đối tượng mà tag có thể gắn vào để nhận dạng, thì các vật liệu kim loại và vật liệu có tổn hao như là thùng kim loại và nước là đáng quan tâm hơn cả. Hiệu ứng môi trường của hai đối tượng này là khác nhau đối với anten cuộn trường-gần và anten tag trường-xa vì phản ứng của trường điện từ (EM- Electromagnetic) là khác nhau với cả hai loại anten này.
Nước và các chất lỏng khác có ít ảnh hưởng tới tag RFID trường gần hơn vì các hệ thống trường-gần có bước sóng dài nên ít khi bị hấp thụ bởi chất lỏng. Trong các ứng dụng thực tế, tag trường-gần thích hợp hơn khi gắn kèm vào các container chứa chất lỏng hoặc nước. Tag trường-xa cũng được dùng, nhưng khoảng đọc của chúng sẽ bị suy giảm rất nhiều.
Trong khi tất cả các tần số đều không thể hấp thụ các đối tượng bằng kim loại, thì chính các đối tượng bằng kim loại này lại gây ảnh hưởng khác nhau lên tag trường gần và trường-xa. Khoảng đọc của trường gần có thể sẽ bị suy giảm, trái lại khoảng đọc của trường xa lại tăng lên nếu có một khoảng không nhất định giữa các anten tag và bề mặt kim loại, lúc này đối tượng được coi như một bộ phản xạ của anten tag. Điều kiện này là duy nhất cho từng ứng dụng riêng biệt sử dụng tag trường-xa gắn trên các bề mặt kim loại, và các kết quả dự đoán cũng khác nhau trong tất cả các trường hợp. Tại các vị trí nơi mà các chất liệu kim loại là một phần của ứng dụng, tốt nhất là nên lợi dụng chúng như một thành phần của anten tag bằng cách xem chúng như là đất của anten. Nếu không làm được điều này, lúc đó mới cần đến các kỹ thuật bảo vệ tag.
3.1 Tag trường-gần [6]
Hình 3.1 dưới đây cho thấy ảnh hưởng của kim loại lên hoạt động của tag trường-gần. Khi anten cuộn được hướng tính song song với một bề mặt kim loại, từ trường tạo bởi cuộn dây anten sẽ tiếp xúc với bề mặt kim loại và các dòng điện được cảm ứng bên trong kim loại để thoả mãn điều kiện bờ trên bề mặt kim loại; nghĩa là, từ trường pháp tuyến đối với bề mặt kim loại sẽ bằng không. Các dòng này, còn được gọi là là dòng xoáy, có xu hướng chống lại từ trường cảm ứng đã sinh ra chúng và kết quả là sinh ra tổn hao ôm. Dòng xoáy có thể làm suy giảm mạnh từ trường, và dẫn đến làm giảm độ tự cảm của cuộn dây anten, do đó làm mất điều hướng tag [9]. Các hệ thống với hệ số phẩm chất Q cao rất nhạy cảm với những sự thay đổi này.
Hình 3.1: Anten cuộn gần với bề mặt kim loại: (a) phân bố từ trường của anten cuộn với một bề mặt kim loại; (b) Sử dụng hộp ferit để làm giảm tác động của kim loại.
Chèn một tấm ferit có độ từ thẩm cao giữa anten cuộn và bề mặt kim loại là một cách hữu hiệu để hạn chế tác động của dòng xoáy. Hầu hết từ trường được tạo ra bởi anten cuộn dây sẽ tập trung vào tấm ferit, do đó có rất ít từ trường tiếp xúc với bề mặt kim loại và cảm ứng với dòng xoáy.
Khi sử dụng tấm ferit để chắn kim loại như trên, cần phải lưu ý rằng trên thực tế độ tự cảm của anten cuộn cũng có thể tăng đáng kể bởi vì độ từ thẩm của chất liệu ferit rất cao. Như vậy, anten cuộn phải được điều chỉnh sao cho luôn duy trì được tần số cộng hưởng.
Hình 3.2 dưới đây cho thấy sự liên hệ giữa độ tự cảm của anten cuộn dây đối và khoảng cách d tới một tấm kim loại. Cấu trúc của anten cuộn được mô tả ở hình 3.3. Nó được đặt tại tâm của một tấm kim loại dài 200mm và rộng 200mm. Độ tự cảm của anten bị suy giảm khi nó gần với bề mặt kim loại. Khi anten cuộn được gắn trực tiếp vào tấm kim loại (d = 0mm), độ tự cảm chỉ còn 0.8µH tại tần số 13.56MHz, chỉ còn bằng một nửa so với trong không gian tự do (1.52µH), kết quả là tag bị mất điều hưởng đáng kể. Khi anten cuộn đặt xa so với tấm kim loại, độ tự cảm của anten cuộn sẽ từ từ tăng lên. Tại một khoảng cách lớn hơn d > 20mm, tác động của kim loại sẽ giảm đi, và độ tự cảm sẽ tăng dần đến mức độ gần bằng so với trong không gian tự do. [17]
Hình 3.2: Sự thay đổi về độ tự cảm theo kim loại, được tính toán bằng phần mềm IE3D; kích thước của kim loại là 200mm x 200mm.
Hình 3.3: Cho thấy độ tự cảm của anten cuộn dưới ảnh hưởng của tấm kim loại với sự có mặt của chất liệu ferit giữa chúng. Độ tự cảm của anten cuộn là 2,7µH tại tần
số 13,56MHz khi sử dụng một miếng ferit dày 1mm.
3.1.2 Tác động của nước lên hoạt động của anten tag
Hình 3.4 mô tả độ tự cảm của anten cuộn khi nó gần với hoặc nằm bên trong môi trường nước. Kích thước của mẫu nước là 250mm x 80mm x 80mm; các thông số lần lượt là εr = 77.3, δ = 0.048 [15]. Có thể thấy rằng nước có rất ít tác động lên độ tự cảm của anten cuộn dây kể cả khi nó được đặt trong nước. Điều này càng cho thấy các hệ thống RFID trường-gần thích hợp hơn đối với các ứng dụng có các đối tượng cần nhận dạng chứa nước hoặc chất lỏng như là đồ uống, sữa hay dầu…
Hình 3.4: Độ tự cảm của anten cuộn với sự tác động của nước.
3.2 Tag trường-xa [6]
Ngược với các hệ thống RFID trường-gần trong đó anten cuộn được sử dụng để ghép nhận năng lượng, tác động của môi trường lên tag RFID trường-xa phức tạp hơn nhiều. Khi một tag trường-xa được đặt gần hoặc gắn trực tiếp trên một đối tượng, hoạt động của tag sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau đây:
Đặc tính của đối tượng. Tác động của đối tượng kim loại là rất khác so với các đối tượng chất lỏng.
Đặt tính bức xạ của anten tag. Thông thường, anten định hướng thì sẽ ít bị ảnh hưởng hơn so với anten đẳng hướng.
Ví trí đặt tag trên đối tượng, nghĩa là khoảng cách của tag so với đối tượng và định hướng của tag.
Đối với một hệ thống RFID trường-xa với EIRP cho trước, khoảng đọc được xác định bằng các thông số của tag bao gồm độ tăng ích của anten tag, Gtag-ant, hệ số truyền công suất, τ, và công suất hoạt động ngưỡng của chip, Pngưỡng-chip. Trong số những thông số này, Gtag-ant và τ sẽ phụ thuộc vào môi trường do đặc tính bức xạ và trở kháng đầu vào của anten tag sẽ thay đổi. Nói cách khác, tác động của đối tượng
lên hoạt động của tag được quyết định bởi sự thay đổi về độ tăng ích và trở kháng đầu vào của anten tag.
3.2.1 Tác động của chất liệu kim loại lên anten tag
Đối với anten tag có cấu trúc mặt phẳng đất (ground plane) (như là anten mạch dải, planar inverted-F anten (PIFA), hay inverted-F antenna (IFA)), tác động của kim loại sẽ bị hạn chế. Biểu đồ bức xạ sẽ chỉ cho thấy một sự biến dạng nhỏ, trong khi trở kháng đầu vào vẫn giữ nguyên không đổi. Đối với các anten không có mặt phẳng đất như là dipole, folded dipole, hay meander line dipole, đặc tính bức xạ và trở kháng đầu vào của anten sẽ bị biến dạng khi đặt tag trên hoặc gần với đối tượng kim loại.
Tác động cơ bản của kim loại lên anten đó là điện trường tiếp tuyến trên bề mặt kim loại sẽ tiến dần đến không. Khi một anten, ví dụ là dipole được đặt trước mặt phẳng dẫn điện và trực giao hướng tính với mặt phẳng đó, tác động của mặt phẳng dẫn điện có thể được đặc tính bằng cách sử dụng một nguồn ảnh. Hướng của nguồn ảnh thì cũng giống với nguồn gốc nhằm thoả mãn điều kiện biên trên mặt phẳng ảnh, kết quả là tăng độ hướng tính của anten.