Сверхвысокочастотные rfid антенны считывателей-программаторов производители

Когда речь заходит о сверхвысокочастотных RFID антеннах, многие сразу представляют себе некие универсальные решения, но на практике каждая система требует индивидуального подхода — особенно в сегменте считывателей-программаторов. Порой вижу, как коллеги пытаются адаптировать низкочастотные антенны под УВЧ-диапазон, и получается тихий ужас: КСВ зашкаливает, диаграмма направленности пляшет. Вот об этих подводных камнях и хочу порассуждать.

Конструктивные особенности УВЧ-антенн

С микрополосковыми антеннами для считывателей-программаторов работал лет десять, и до сих пор помню первый провал — пытался сделать круговую поляризацию через квадратный патч, но на 915 МГц фазирование расползалось буквально на 2 мм смещения. Пришлось переходить на спиральные конструкции, хотя их согласование — отдельная головная боль.

Сейчас в новых линейках, например у китайской ООО Сиань Жуншэн Электроникс Текнолоджи (заметил их на https://www.xarsetcgj.ru), вижу интересные гибридные решения — комбинируют щелевые излучатели с патч-элементами. В их антеннах для программирующих считывателей удачно решена проблема переотражения от металлических корпусов, что критично при маркировке оборудования.

Кстати, о металле — многие недооценивают необходимость магнитных изоляторов. В прошлом месяце тестировали антенну на объекте у логистов, так без изолятора затухание достигало 40% при установке на металлическую стойку. Пришлось экранировать ферритовыми плитками, хотя изначально в проекте это не закладывали.

Проблемы согласования импедансов

Вот где собака зарыта! При кажущейся простоте, КСВ 1.5 на всем диапазоне 860-960 МГц — это почти утопия. Особенно для антенн считывателей-программаторов, где нужна стабильность при переключении между режимами чтения и записи. Помню, для одного проекта пришлось делать три итерации согласующей цепи — сначала классическую L-схему, потом П-образную, в итоге остановились на T-образной с дополнительными стабами.

У того же производителя ООО Сиань Жуншэн в антеннах для программирующих считывателей импедансные трансформаторы выполнены по схеме с четвертьволновыми переходниками — решение не новое, но работает стабильно даже при температурных скачках. Хотя на морозе ниже -25°С все равно появляется расстройка на 3-5%.

Сейчас экспериментирую с копланарными волноводами вместо микрополосковых линий — меньше паразитных емкостей, но сложнее в изготовлении. Для серийных сверхвысокочастотных RFID антенн пока нерентабельно, хотя для прецизионных считывателей-программаторов возможно оправдано.

Полевые испытания и типичные ошибки

Настройка антенн в лаборатории — это одно, а на производстве... Как-то раз разрабатывали систему для маркировки шин на конвейере — антенны считывателей-программаторов располагали под резиновым полотном. Оказалось, углеводородные пары от резины меняют диэлектрическую проницаемость среды — пришлось пересчитывать резонансные частоты с поправкой на химический состав воздуха.

У ООО Сиань Жуншэн Электроникс Текнолоджи в описании продуктов упоминается тестирование в условиях агрессивных сред — это как раз тот случай, когда маркетинг совпадает с реальными потребностями. Их антенны для программирующих считывателей мы как-то тестировали в цеху химического производства — выдержали полгода без деградации параметров.

Частая ошибка — неучет многолучевости. В одном из проектов поставили антенну в углу помещения, получили стоячие волны с мертвыми зонами именно на траектории движения маркируемых объектов. Пришлось переделывать крепления под 15-градусным наклоном — банально, но сработало.

Тенденции в материаловедении

С субстратами для сверхвысокочастотных RFID антенн сейчас интересная ситуация — FR4 уже не удовлетворяет требованиям по потерям на гигагерцовых частотах, а Rogers дорог для массового производства. Вижу, что многие производители, включая ООО Сиань Жуншэн, переходят на керамико-полимерные композиты — дешевле чистой керамики, но стабильнее стеклотекстолита.

Медная фольга тоже эволюционирует — вместо стандартной 35 мкм все чаще используют реверсивную с шероховатостью менее 1.5 мкм. Для антенн считывателей-программаторов это критично — меньше скин-эффект на краях излучателя.

Заметил тенденцию к использованию сегнетоэлектрических пленок в антеннах для прецизионных считывателей — можно электронно перестраивать резонансную частоту. Правда, пока это дорого и для серийных решений не применяется, но за китайскими производителями стоит следить — они быстро адаптируют такие новшества.

Интеграционные аспекты

При интеграции антенн в считыватели-программаторы часто недооценивают влияние блока питания — импульсные помехи могут вносить до 10 дБ нестабильности. Приходится добавлять ферритовые кольца прямо на фидере, хотя это увеличивает габариты.

В новых разработках ООО Сиань Жуншэн (судя по описанию на https://www.xarsetcgj.ru) применяют встроенные фильтры сосредоточенной селекции — решение спорное, добавляет потери, зато радикально снижает внеполосные излучения. Для сертификации по ETSI иногда единственный вариант.

Сейчас вот бьюсь над проблемой теплового расширения — алюминиевый корпус считывателя и печатная антенна на полимерной основе имеют разные ТКЛР. После 200 циклов 'нагрев-охлаждение' появляются микротрещины в пайке фидера. Возможно, стоит перенять опыт у упомянутой компании — они используют компенсационные прокладки из силиконовой резины.

Экономика производства

Себестоимость сверхвысокочастотных RFID антенн сильно зависит от объема — при тиражах менее 1000 штук лазерная резка становится невыгодной, приходится использовать фотолитографию. Но для антенн считывателей-программаторов часто нужны точности ±0.1 мм, где лазер вне конкуренции.

У китайских производителей типа ООО Сиань Жуншэн Электроникс Текнолоджи интересная организация производства — делают базовые заготовки на ЧПУ крупными партиями, а дорабатывают под конкретные модели считывателей лазером. Экономия до 30% по сравнению с нашим подходом полного цикла.

Заметил, что они экономят на тестовых разъемах — ставят не SMA, а более дешевые U.FL, хотя для финального продукта это не критично. Но для тестовых измерений приходится использовать переходники, что добавляет погрешность.