Frekans alanı imzaları
Çipsiz bir etiket bir dizi rezonant yapıdır — dipoller, yarıklar veya yansıtıcılar — her biri belirli bir frekansta güçlü saçmaya ayarlanmıştır. Geniş bantlı bir radar darbesiyle aydınlatıldığında yansıyan spektrum bu frekanslarda tepe ve çukurlara sahiptir. Desen ID'dir. 10 rezonatörlü bir etiket 2^10 = 1.024 benzersiz kod verir. 20 rezonatör bir milyon verir.
Materyaller ve üretim
Çip olmadığı için çipsiz etiketler kağıt veya plastik üzerine iletken mürekkeple basılabilir. Elektroniği yok edecek sıcaklıklara, bükülmeye ve neme dayanır. Karton kutunun üzerine basılan bir etiket birkaç sent kesirine mal olur. Okuyucu etiketi sorgulayan ve spektral yanıtı kodlayan süpürümlü frekans veya darbe radarıdır.
Tedarik zincirinin ötesinde uygulamalar
Çipsiz etiketler sahtecilik önleme (lüks mallar, ilaçlar), yapısal sağlık izleme (çatlaklar etiketin imzasını değiştirir) ve hatta tek kullanımlık çevre sensörleri (nem substratı şişirir, rezonansı kaydırır) için test ediliyor. Her uygulama etiketi tasarlanmış RCS spektrumuna sahip bir radar hedefi olarak ele alır.
Sınırlar
Menzil kısadır — onlarca metre değil metreler — çünkü etiket yükseltmez. Aynı demetteki birden fazla etiket spektral örtüşme yaratır. Ve okuyucu çevresel gürültüye karşı kalibre edilmelidir. Ama maliyetin her şey olduğu öğe seviyesinde izlemede çipsiz RFID barkodlara çekici bir alternatiftir.
Zaman-alanı reflektometrisi ve SAW
Frekans alanı etiketleri maliyet odaklı pazarlarda baskın olsa da, zaman alanı çipsiz RFID sistemleri daha yüksek hassasiyet için Yüzey Akustik Dalgası (SAW) teknolojisini kullanır. Bu cihazlarda, bir dönüştürücü gelen radar sinyalini piezoelektrik bir alt tabaka üzerinde hareket eden akustik bir dalgaya çevirir. Dalga ilerlerken, belirli aralıklarla yerleştirilmiş metal yansıtıcılar enerjiyi geri yansıtır. Akustik dalgalar ışıktan 100.000 kat daha yavaş hareket ettiği için, gecikmeler nanosaniye ölçeğinde ölçülebilir; bu da herhangi bir CMOS mantığına ihtiyaç duymadan veriyi temsil eden benzersiz zaman kodlu darbeler oluşturur.
SAW etiketlerinin temel avantajı, zorlu ortamlarda yüksek çözünürlüklü sensörler olarak çalışabilmeleridir. Akustik dalga hızı alt tabakanın fiziksel durumuna karşı son derece hassas olduğundan, yansıma zamanlamasındaki kaymalar doğrudan sıcaklık veya basınç değişikliklerine veri sağlayabilir. Bu özellik, onları pilli sensörlerin arızalandığı endüstriyel türbinlerdeki dönen parçaları veya yüksek voltajlı şalt cihazlarını izlemek için ideal kılar. Standart RFID'den farklı olarak, bu etiketlerin sinyal işleme süreci, etiket imzasını çevredeki karmaşık yansımalardan ayırt etmek için çapraz korelasyon algoritmalarına dayanır.
Bit yoğunluğu ve menzil zorlukları
Çipsiz RFID teknolojisindeki yaygın teknik engel, veri kapasitesi ile ayrılan bant genişliği arasındaki dengedir. Küresel lojistik için standart olan 64 veya 128 biti depolamak için, etiket geniş bir frekans penceresinde çok sayıda rezonatöre ihtiyaç duyar. Bu durum genellikle FCC gibi kurumlarca tanımlanan Ultra Geniş Bant (UWB) düzenlemelerini aşar. Rezonans elemanlarının sayısını artırmak, etiketin fiziksel boyutunu da büyüterek küçük etiketlere entegrasyonu zorlaştırır. Güncel araştırmalar, sinyalin genliğini ve evresini kullanarak daha dar bir frekans bandına daha fazla bilgi sığdıran çok durumlu kodlamaya odaklanmaktadır.
Çalışma menzili, çipsiz ve çipli sistemler arasındaki en belirgin fark olmaya devam etmektedir. Çipsiz etiketlerde aktif bir amplifikatör veya geri saçılımı yönetecek bir çip bulunmadığından, sinyal gücü radar menzil denkleminin dördüncü kuvvet yasasını takip eder ve mesafe arttıkça hızla zayıflar. Çoğu ticari uygulama bir ila iki metrelik bir menzille sınırlıdır. Bu durumun üstesinden gelmek, okuyucunun DSP ünitesinde gelişmiş arka plan temizleme teknikleri gerektirir; bu teknikler etiketin küçük Radar Kesit Alanını (RCS), depo ortamındaki duvarlar veya metal raflar gibi çok daha büyük yansıtıcılardan ayırmalıdır.
UWB ve Çoklu Rezonatör Kodlama
Modern çipsiz RFID sistemleri, fiziksel etiket boyutunu büyütmeden daha yüksek bit yoğunluklarına ulaşmak için Ultra Geniş Bant (UWB) sinyallerini kullanır. Erken dönem uygulamalar, bir rezonans tepesinin varlığına veya yokluğuna dayanan basit genlik kaydırmalı anahtarlamaya güveniyordu; ancak günümüzdeki sofistike okuyucular faz tabanlı kodlama tekniklerini kullanmaktadır. Mühendisler, geri saçılan sinyalin sorgulama dalgasına göre faz kaymasını ölçerek, tek bir rezonans yapısı içinde birden fazla bit kodlayabilirler. Bu yaklaşım, etiketin karmaşık Radar Kesit Alanı (RCS) özelliğinden yararlanarak her bir iletken elemanı ikili bir anahtardan ziyade çok durumlu bir veri taşıyıcısı olarak değerlendirir.
Bu işlem için gereken sinyal işleme kapasitesi oldukça yoğundur. Okuyucu, geri dönen zaman alanı sinyalini spektral imzadan ayırmak ve arka plan gürültüsü ile çoklu yol yansımalarını temizlemek için Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) gerçekleştirmelidir. Silikon tabanlı RFID'nin aksine, çipsiz etiketler elektromanyetik imza analizine dayanır. En büyük teknik zorluklardan biri, okuyucunun etiketin arkasındaki duvar veya zemin gibi çevresel yansımaları çıkardığı 'parazit giderme' işlemidir. Bu işlem hassas kalibrasyon gerektirir ve yüksek gürültülü endüstriyel ortamlarda pratik okuma mesafesini genellikle bir metrenin altına indirger.
Tarihsel Evrim: Chaff'tan Veriye
Çipsiz RFID'nin kavramsal ataları, İkinci Dünya Savaşı'ndaki 'chaff' (pencere) olarak bilinen radar yanıltma teknolojisine dayanır. Müttefik ve Mihver kuvvetleri, düşman radar frekansının yarım dalga boyuna denk gelen alüminyum folyo şeritleri atarak devasa sahte yansımalar oluşturuyordu. Chaff veriyi doygunluk yoluyla gizlemeyi amaçlarken, çipsiz RFID aynı rezonans saçılım ilkesini hassas veri iletmek için kullanır. 2000'li yılların başında Jalal Miah ve Stevan Preradovic gibi araştırmacılar, bu kaotik saçılımı organize veri kodlamasına dönüştürerek teknolojiyi savaş alanından envanter yönetimi ve ürün takibi alanına taşımıştır.
Bu süreçte 'uzamsal alan' ve 'frekans alanı' etiketleri arasında kritik bir ayrım oluşmuştur. Radar tarafından okunan 1D barkodlara benzeyen uzamsal alan etiketleri, ayrık iletken hatlardan yansıyan darbelerin uçuş süresini kullanır. Günümüzde standart haline gelen frekans alanı etiketleri ise bant genişliği verimliliğini maksimize etmek için spiraller ve 'C' şekilli rezonatörler kullanır. 2010 yılına gelindiğinde, iletken polimer mürekkeplerin geliştirilmesi bu rezonatörlerin doğrudan esnek yüzeylere basılmasına olanak tanımış ve silikon içermeyen, optik barkodlarla maliyet açısından rekabet edebilen ancak radyo dalgalarının avantajlarını koruyan kimlik tanımlayıcı hayalini gerçeğe dönüştürmüştür.