RFID Lesson 1

ระบบ RFID หรือ Radio Frequency Identification ประกอบไปด้วย Reader อ่านข้อมูลจาก Tag หรือ Transponder โดยบน Tag จะมีข้อมูลที่เรียกว่า UID (Unique Identification Number) อยู่และอาจจะมีข้อมูลอื่นๆอยู่ด้วยก็ได้ ตัวอ่านหรือ Reader ก็จะมีสายต่ออยู่กับสายอากาศ (Antenna) เพื่อกระจายคลื่นวิทยุไปยัง Tag

เรื่องน่ารู้เบื้องต้นของคลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งเหมือนกับพวก แสง คลื่นอัลตราไวโอเล็ต และคลื่นอินฟราเรด เพียงแต่ต่างย่านความถี่เท่านั้น คลื่นวิทยุที่แผ่กระจายออกจากสายอากาศนั้นประกอบไปด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ความถี่ของคลื่นวิทยุที่เราพูดกัน จะหมายถึงความถี่ของคลื่นพาหะหรือ Carrier Frequency ความถี่ในระบบ RFID ที่ใช้กันทั่วไปได้แก่

• 125 kHz. Low Frequency (LF)
• 134.2 kHz. Low Frequency (LF)
• 13.56 MHz. High Frequency (HF)
• 433 MHz. ใช้กันทั่วไปสำหรับ Active Tag แต่ไม่มีมาตรฐานกำหนด ส่วนใหญ่จะเป็น proprietary กำลังจะถูกทดแทนด้วยย่าน 2.45 GHz. เพราะมีมาตรฐานรองรับดีกว่า
• 868 MHz. Ultra High Frequency (UHF) สำหรับในโซนยุโรป
• 915 MHz. Ultra High
  Frequency (UHF) สำหรับในโซนอเมริกาและประเทศอื่นๆ
• 2.45 GHz. Microwave
  Frequency (UHF)
• 5.8 GHz. Super High Frequency (SHF) หรือ Microwave ย่านนี้ยังไม่ค่อยใช้กัน เพราะยังไม่มีมาตรฐานกำหนดและยังมีปัญหาในทางเทคนิคอยู่

สายอากาศนั้นจะถูก tuned มาให้ resonant เต็มที่ที่ความถี่ย่านแคบๆโดยมี center frequency อยู่ที่ค่าความถี่ของพาหะ ดังนั้นระบบที่ออกแบบมาสำหรับความถี่ 915 MHz. ซึ่งเป็น center frequency ของย่าน 902-928 MHz. จึงไม่สามารถที่จะอ่าน tag ที่ความถี่ 125 kHz, 13.56 MHz. หรือ 2.45 GHz. ได้ สำหรับย่าน 868 MHz. ถ้าเป็น tag ที่ comply ตามมาตรฐาน EPCGen 2 ก็อาจจะอ่านได้ (ผมจะได้พูดถึงในรายละเอียดต่อไปครับ)

ระบบ RFID นั้นจะใช้หน่วยเดซิเบล (decibel, dB) ในการบอกขนาดของค่า การขยายสัญญาณของเสาอากาศ ค่า cable loss และหน่วย dBm หรือ milli Watt ในการบอกค่า power output ทั้งนี้ในแต่ละประเทศก็จะมีการกำหนดย่านความถี่ที่อนุญาตและค่า power ในแต่ละย่านที่แตกต่างกันไป การเลือกใช้ค่า power output ที่ไม่เหมาะสมนั้นก็จะทำให้มีปัญหาทางกฏหมายและอาจยังเป็นอันตรายต่อสุขภาพอีกด้วย

ค่า dB นั้นเป็น ratio ระหว่างตัวเลขสองตัวและเป็น 1/10 ของ Bel ซึ่งถูกตั้งขึ้นตามชื่อของ Alexander Graham Bell หรือคนที่คิดผลิตโทรศัพทขึ้นนั่นแหละครับ ดังนั้นตัว B ก็เลยต้องเขียนเป็นตัวใหญ่ไงครับ โดยค่า dB นั้นจะใช้ scale ของ logarithmic ซึ่งจะทำให้ง่ายในเวลาคำณวณ เพราะเพียงแค่นำค่ามาบวกหรือลบกันเท่านั้น กล่าวคือ

Bel = log (P2/P1)

พอเป็น dB ก็จะกลายเป็น

dB = 10 x log (P2/P1)

นั่นเองครับ ค่า dB ก็ทำให้ตัวเลขใหญ่ขึ้นทำให้ง่ายต่อการคำณวณ ค่า gain ก็จะมีค่า dB เป็นบวก ส่วนค่า loss ก็จะมีค่า dB เป็นลบ มีค่า dB บางตัวเลขที่น่าจดจำไว้ครับ

• 3dB gain/loss เท่ากับ 2 เท่าหรือ ครึ่งหนี่งของระดับสัญญาณ แล้วแต่ว่าเป็น gain หรือ loss ดังนั้นถ้าสายสัญญาณมีค่า loss 3 dB มันก็จะทำให้สัญญาณเสีย power ไปครี่งหนึ่งที่ปลายสายอีกฝั่งหนึ่ง
  
• 10 dB gain/loss เท่ากับ 10 เท่าหรือ 1/10 ของระดับสัญญาณ แล้วแต่ว่าเป็น gain หรือ loss ดังนั้นถ้าสายสัญญาณมีค่า loss 10 dB มันก็จะทำให้สัญญาณเสีย power ไปถึง 90% ที่ปลายสายอีกฝั่งหนึ่ง
  
• 20 dB gain/loss เท่ากับ 100 เท่าหรือ 1/100 ของระดับสัญญาณ แล้วแต่ว่าเป็น gain หรือ loss ดังนั้นถ้าสายสัญญาณมีค่า loss 20 dB มันก็จะทำให้สัญญาณเสีย power ไปถึง 99% ที่ปลายสายอีกฝั่งหนึ่ง

ส่วนค่า power output หรือ power level นั้นจะใช้หน่วยของ dBm หรือ decibel milliwatt โดยก็จะเป็นการเทียบค่า power กับ 1 milliwatt นั่นเอง (1 mW)

Power (dBm) = 10 x log (P/1mW)

ค่าของ dBm ที่น่าจำก็คือ

• 0 dBm = 1mW
• 10 dBm = 10mW
• 20 dBm = 100mW
• 30 dBm = 1000mW หรือ 1 Watt
• 40 dBm = 10 Watt

เพิ่มเติมอีกหน่อยคือ

P (dBi; references an isotropic radiator) = 10 log (Pr/Pi), where Pi is power received from an isotropic antenna.
P (dBd; references a dipole antenna) = 10 Log (Pr/Pd), where Pd is power received from a dipole antenna.

Propagation Mode ที่ใช้กันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

• Free space line of
  sight transmission เช่นในระบบ satellite communications
• Reflection ใช้กันมากในระบบ land mobile communications
  
• Refraction คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีการหักเหเมื่อผ่านตัวกลางสองตัวที่มีค่าดัชนีหักเหที่ต่างกัน
• Diffraction คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีการหักเหรอบวัตถุด้วย

ค่าการลดทอน หรือ Attenuation คือการลดลงของ
amplitude และความเข้มหรือ intensity ของสัญญาณ เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเดินทางผ่านระยะทางหนึ่งๆ หรือเมื่อมีการสะท้อนกลับ หรือเมื่อมีการหักเห


Isotropic Source
แหล่งกระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในแบบ Isotropic จะกระจายคลื่นออกไปในทุกทิศทางเท่าๆกัน ซึ่งจะใช้เป็นตัวเทียบเพื่อความเข้าใจเท่านั้น มีใช้จริงน้อย ส่วนใหญ่ใช้กันใน lab