Hallo Leute, ich habe eine grundsätzliche Frage zum Thema: UHF-Transponder auf Metall. Wenn man ein RFID-Papierlabel auf eine Alufolie aufbringt, wird es vom Lesegerät nicht detektiert. Erst mit etwas Abstand zwischen Label und Alufolie ist eine Lesung möglich. Was ist hierfür eigentlich der genaue physikalische Hintergrund? Wäre dankbar, wenn mir da jemand weiterhelfen könnte. Vielen Dank und Grüße
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Verschoben durch Moderator
Das kommt , weil die Folie Fast alle Funkwellen einfängt und kurzschließt. Deswegen ist der Transponder im Funkschatten der alufolie, sie schirm ihn ab. die sendeenergie kommt ja von aussen und nicht vcom label selbst aber auch dann würde die alufolie die antenne auf dem folienlabel gut abschirmen.
Papierlabel schrieb: > Deswegen ist der Transponder im Funkschatten der alufolie Es ist nicht wirklich ein "Funkschatten" (man sendet ja von der Seite, auf der der RFID-Transponder sitzt), aber die Folie reflektiert praktisch die gesamte UHF-Energie in die Umgebung und bedämpft dabei die Transponderantenne so stark, dass diese nichts mehr aufnehmen kann, obwohl sie im Prinzip im Bereich der Funksicht liegt. Ein entsprechender Vergleich mit Lichtwellen lässt sich schwer anstellen, allenfalls kommen einem Reflektionen an dünnen Schichten in den Sinn. Auch da interferieren hin- und rücklaufende Wellen so, dass eine partielle Auslöschung gibt (die wellenlängenabhängig ist), siehe bunt schillernde Seifenblase. Wenn die Schicht dann noch dünner wird, kann man plötzlich ohne jegliche Reflektion durchgucken (Seifenblase kurz vor dem Platzen): man kann den Gegenstand scheinbar nicht mehr optisch wahrnehmen, obwohl er noch im Sichtbereich liegt. Ähnlich ist es mit deiner Alufolie, nur dass aufgrund der viel größeren Wellenlänge der UHF-Wellen der Abstand mehr als nur einige 100 nm sein kann wie bei der platzenden Seifenblase.
Dann stell dir die Alufolie als Kurzschlusswicklung parallel zur Sekundärwicklung eines Trafos vor! mfG ingo
Ingo schrieb: > Dann stell dir die Alufolie als Kurzschlusswicklung parallel zur > Sekundärwicklung eines Trafos vor! Würde nur bei einer magnetischen Antenne funktionieren. Deine Kurzschlusswicklung würde ja zu echten Verlusten führen, die Alufolie dagegen führt erst einmal nur zu einer Reflektion: sie erwärmt sich dabei nicht, die Energie kommt nur nicht wirksam bis in die Antenne.
Hm. Da fällt mir eine alte persönliche Frage ein: Warum spiegeln metallische Oberflächen? Ich hörte mal was davon, das bei Metallen immer sehr viele Elektronen aus der Oberfläche austreten und sozusagen einen Elektronensee auf dem Metall erzeugen. Diese Elektronen reflektieren dann elektromagnetische Strahlung. Was da wer genaueres?
In letzter Zeit geht ja die Fußfessel durch die Medien, durch einfaches Einpacken der Fessel in Alufolie, wäre diese ja sofort ausgeschaltet? Oder habe ich etwas nicht beachtet?
>Spiegelung In Metallen sind Elektronen frei beweglich. Eine auftreffende elektromagnetische Welle findet daher an der Oberfläche die Randbedingung E = 0 (bzw. u = 0) Diese wird dadurch erfüllt, dass die Elektronen sich sofort mit dem E-Feld mitbewegen. Dabei erzeugen Sie eine zweite Welle, die an der Oberfläche genau der auftretenden Welle entgegengepolt sind, die wieder abgestrahlt wird. Der Vorgang ist analog der Reflektion an einem kurzgeschlossenen Leitungsende, auch da wird durch U = 0 bei Reflektion eine Welle erzeugt, die entgegengesetzte Polung hat und vom Leitungsende zurück läuft. Elektrische Leiter "spiegeln" also eine Welle, indem ihre Elektronen eine neue, entgegengepolte Welle erzeugen. >Feldstärke in der Nähe einer Alufolie Auch hier ensteht die entgegengesetzt gepolte Welle, die direkt an der Oberfläche mit der Feldstärke Null verknüpft ist. bei zunehmender Entfernung überlagern sich aber ursprüngliche und reflektierte Welle, sodass wegen der Phasenverschiebung die E-feldstärke in etwa sinusförmig ansteigt, je weiter man von der Metalloberfläche entfernt ist. Bei lambda-halbe Entfernung wird zum Beispiel die Leistung sogar doppelt so groß wie der ursprünglichen Freifeld-Welle. Eine Antenne wird also direkt an der Folie nichts empfangen können, mit zunehmender Entfernung nimmt die Spannung sinusförmig zu, Eine Metallfläche hinter einer Antenne in lambda-viertel Entfernung ist sogar ein Reflektor, der die Spannung um 3 dB erhöht.
Hm. Danke. Aber warum spiegelt dann ein Kunststoff wie PVC nicht? Was ist dort mit den Elektronen anders? Ist es in Metallblock eine atomare Verbindung der Atome, die die Elektronen freiwerden läßt?
In Metallen gehen die Hüllen der Atome sozusagen ineinander über. Die Atome sind so dicht gepackt dass sich ihre äußerste Hülle überlappt und im Schnitt ein Elektron je Atom frei beweglich ist. Da können die Elektronen selbst dem extrem schnell beweglichen Feld des Lichtes (einige THz) folgen und so die Reflexion erzeugen. Kunststoff (Isolierendes Material) hat keine frei beweglichen Elektronen. Sie können dem Feld des Lichtes und anderer elektromagnetischen Wellen nur teilweise folgen (elastische Verformung). Dadurch entsteht keine vollständige Reflexion - Nur eine Verlangsamung der Lichtgeschwindigkeit im Material, die als Brechungsindex angegeben wird. Bei schrägem Auffall des Lichtes entstehen Effekte wie teilweise Spiegelung, Polarisation und Totalreflexion durch diese Teilbeweglichkeit der Elektronen.
UHF-Transponder auf Metall... natürlich geht das! Nicht mit dem angesprochenen Label-Transponder klar - weil die Antenne dafür gar nicht konzipiert wurde. Der Reader gibt aber 3.8W EIRP ab. Das ist nicht gerade wenig! Nimmt man an, dass: A. die Alufolie nicht unendlich groß und nicht geerdet ist(also nicht als Erde fungiert) und B. dass durch die Beschaffenheit des Senders (path loss, gain, Richtcharakteristik etc.) zumindest 1/5 davon in die "richtige" Richtung geht, so ist das immer noch eine ganze Menge, mit der man ruhig einige Hunderte von Tags versorgen könnte. Warum sollte das nicht möglich sein? Die Antenne des Tags war einfach an die Alufolie kapazitiv der gesamten Länge entlang gekoppelt und dadurch dermaßen verstimmt, dass es wahrscheinlich keine Spannung am Pufferkondensator des Chips gab. Die Energie war zwar ausreichend vorhanden, nur nicht an der "richtigen" Stelle sondern irgendwo in der unbekannten Alufolien-Geometrie, von wo sie "unbenutzt" weiter abgestrahlt wurde und der Tag wurde somit wahrscheinlich überhaupt nicht aktiviert. Wahrscheinlich, weil ein passiver UHF Tag zu einem recht wenig Energie braucht, weil er selbst gar nicht sendet sondern nur reflektiert (durch kurzschließen/"loslassen" der Antenne), und dazu noch versucht sich selbst an eine total verstimmte Antenne automatisch anzupassen. Es lässt sich also nicht ganz ausschließen, dass der Tag doch aktiviert wurde und versuchte auch die reflektierte Welle brav zu modulieren... dachte er zumindest :) Betrachtet man konsequent alle Eventualitäten, kommt man auf noch eine mögliche Erklärung. Kann sein, dass alles doch funktioniert hat, nur - nicht lange genug, um den Transponder zu Inventarisieren, da es doch für eine vollständige Inventarisierung zu wenig Energie gab :) Die Kommunikation mit einem Tag besteht aus mindestens drei Schritten je Zyklus, alle mit CRC-Überprüfung. Dabei muss der Tag nicht nur eine, sondern gleich vier solche Sessions - zwei davon mindestens vier Sekunden Lang persistent - unterstützen können. Scheitert eine mit dem kompletten chip reset - so weiß der Tag nach dem Aufwachen von nichts und starten die Kommunikation erneut. Scheitert sie nicht - muss der Tag spätestens im zweiten Schritt zumindest ca. 100 bit übertragen oder noch mehr - falls der Reader gleich User Memory Bank angefordert hat. Es reicht, dass die CRC irgendwo nicht stimmt, und der Tag wird in dem Zyklus "nicht detektiert" und da es keine Tags mehr gibt (keine Kollisionen) geht der Reader gleich in die nächste Runde. Am Reader kann man solche Aktivitäten nachvollziehen und daraus evtl. auf die Problemquelle schließen, ohne - kann man nur darüber spekuliere. Vielleicht könnte man sogar den Tag / die Alufolie verschieben oder einfach drehen (falls beide Antennen LP sind und nur falsch zueinander orientiert sind) und alles würde plötzlich von alleine funktionieren. Wie gesagt, es gibt 256000 Möglichkeiten, was da genau schief ging, und alle sind ziemlich wahrscheinlich... Bei UHF RFID lässt sich nie theoretisch sagen, ob die Lesereichweite durch den forward link oder den reverse link limitiert wird. Die Datasheets helfen da auch wenig, da es dort so gut wie nichts zum Thema steht. Man muss alle Teile des Systems zunächst vermessen und zwar im Feld und nicht nur im Labor. So findet man die minimale Sendeleistung, bei der der verwendete Transponder überhaupt anspringt und misst auch backscatter Level bis zu maximal erlaubten Leistung je Frequenzband. Je nach Transponder-Modell können beide Werte recht unterschiedlich sein. Zusammen mit delta RCS bzw. Backscatter-Phase bestimmen sie Performance eines Transponders unter den angestrebten Bedingungen. Daraus, sowie aus SNR des verwendeten Readers, geltender Regulierung (US, EU, Asien), der Polarisation beider Antennen, der Anzahl/Beschaffenheit der Objekte bzw. Überlappungsgrad der Tags (Population-Analyse) ergibt sich TRRmax forward und reverse (Theoretical Read Range) - so etwa von 10~20cm bis 12~15m. Passt das mit dem, was man so alles vorhat überein plus zumindest 1~2 dBm Spielraum je Antenne - wunderbar! Ansonsten lieber gleich Finger von dem Transponder-Modell lassen und einen performanteren Wählen. Ich füge einige Messergebnisse hinzu, die das mehr oder weniger veranschaulichen sollten. Jetzt aber zurück zu der ursprünglichen Frage :) Die Papier-Label sind für die Kunststoffe/Textilien/Stein/Holz aber auf keinen Fall für die Metalle/Flüssigkeiten gedacht. Es gibt aber tatsächlich die UHF Antennen/Transponder, die in deutlich kleineren Abständen vom Metall als Lambda/4 (ab 1~2 mm) perfekt funktionieren. Der Tag selbst wird direkt an die Metalloberfläche angeschraubt oder geklebt. Mit speziellen Antennen am Reader werden solche Tags nicht nur auf Alufolie, sondern auch dahinter, dazwischen und sogar am menschlichen Körper/Flüssigkeiten gelesen und beschrieben. Die billigere Labels können mit solchen Antennen auch am Körper funktionieren, das ist aber wirtschaftlich eher selten vertretbar. Für die Alufolie plus eine einfachere Patch- oder Chip-Antenne am Reader (was erheblich günstiger ist) braucht man einen "on metal" Tag. (z.B. Harting oder EuroID). Diese sind zwar teurer als die Papier-Labels, aber die Antennen dort werden genau dafür konzipiert. So erkennt man auch die echte "on metal" Transponder: im Gegensatz zu den "gefaketen" (wo eine ursprünglich für die Labels konzipierte Antenne auf härtere Substrate angebracht wurde, um einfach etwas Abstand von der Metalloberfläche zu schaffen) zeigen sie tatsächlich "on metal" eine bessere Performance, als in der Luft. Dazu gehört noch, dass die Labels gewöhnlich ein Spagat zwischen EU (860) und US(920) mit einer breitbandigen Antenne machen, derer Fr irgendwo dazwischen (bei GSM :)) liegt. Die besseren "on metal" Transponder gibt es eher in zwei unterschiedlichen Ausführungen und von daher sind sie auch effizienter... mit dem Nachteil, dass es bei einer anderen Regulation evtl. gar nicht geht. Das einzige, was tatsächlich nicht geht - und da sind wir wieder bei der einfacheren Variante der Theorie - einen komplett abgeschirmten Transponder anzusprechen :)
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