Le domande più frequenti sulla tecnologia RFID e sui Tag UHF

La tecnologia RFID in generale

• Cosa significa RFID
• Cos’è un Tag RFID
• Cosa si intende per Tag attivi e Tag passivi
• Come possono essere letti i Tag RFID
• Quali sono le principali frequenze utilizzate nella tecnologia RFID

La frequenza UHF - Tag e Lettori

• Cos'è lo standard EPC Gen2 V2
• Cosa si intende per RAIN RFID
• Quanti Tag UHF è possibile rilevare contemporaneamente
• Qual è la classificazione dei Tag UHF
• Qual è la capacità di memoria di un chip UHF
• Qual è la distanza di lettura di un Tag UHF
• Come posizionare i Tag UHF
• Qual è la temperatura operativa di un Tag UHF
• Quali sono i materiali che interferiscono o ostacolano la lettura di Tag UHF
• Che differenza c'è tra antenne Linear-polarized e Circular-polarized
• Cosa sono i sistemi anti-collisione
• Che tipo di interfacce sono disponibili per i lettori RFID
• Le onde radio emesse RFID sono dannose per il corpo umano?

Cosa significa RFID

RFID è l'acronimo di Radio-Frequency Identification. È una tecnologia di identificazione (di una persona, un animale, o un oggetto) basata sulla comunicazione a radio-frequenza. L’identificazione avviene mediante Tag RFID, ovvero dei transponder dotati di un numero identificativo univoco e, a seconda dei modelli, anche di ulteriore memoria aggiuntiva. I Tag RFID, in particolare quelli passivi, hanno un costo particolarmente contenuto (intorno ai 0,05 €) e non richiedono alimentazione. Per questo, possono essere applicati a individui e cose in diversi campi: logistica, inventariato, supply chain, automazione, marketing, e molte altre, tra cui diverse applicazioni nell'ambito dell'Internet of Things.

Cos’è un Tag RFID

Un Tag RFID è un chip, o transponder, con un'antenna che ne amplifica il segnale radio. Nella forma più comune, un Tag RFID ha l'aspetto di un’etichetta con il circuito visibile in trasparenza. Viene chiamato anche wet inlay, quando è adesivo, oppure dry inlay quando non lo è.

Cosa si intende per Tag attivi e Tag passivi

I Tag attivi hanno una batteria interna, che in genere viene utilizzata per aumentare la potenza di trasmissione e, di conseguenza, la distanza di lettura. Un esempio di tag attivo è il Beacon Bluetooth BLE.

I Tag passivi, al contrario, non sono dotati di alimentazione interna: viene utilizzato un condensatore che, una volta carico, genera il campo elettromagnetico che trasporta le informazioni contenute nel chip. La sollecitazione avviene mediante un lettore RFID, che solitamente impiega una frazione di secondo per alimentare il Tag e leggerlo. I Tag più comuni sono proprio quelli passivi, proprio per il grande vantaggio di non necessitare di una batteria.

Per completezza, esistono anche Tag semi-attivi, dotati quindi di alimentazione. Tale alimentazione non viene utilizzata per i circuiti radio, ma serve per funzioni aggiuntive, come sensori di temperatura o di movimento.

Su RFID.it, ci occupiamo principalmente di Tag passivi.

Come possono essere letti i Tag RFID

I Tag RFID vengono letti/rilevati da appositi apparati fissi o mobili, chiamati RFID Reader, o lettori RFID. Tali lettori sollecitano per induzione o per elettromagnetismo il transponder, che si attiva e trasmette le informazioni contenute. I Lettori RFID possono avere un'antenna integrata, oppure esterna. Se il modello lo supporta, a un lettore possono essere collegate più antenne, in modo da individuare Tag in punti diversi, oppure per coprire accuratamente un determinato varco.

Quali sono le principali frequenze utilizzate nella tecnologia RFID

A seconda delle frequenza del chip, vi sono diverse categorie di RFID, con caratteristiche proprie. Di seguito, riportiamo le più comuni, normate da standard ISO.

• 125/134 kHz – RFID LF (Low Frequencies), a basse frequenze, codificate dallo standard ISO 18000-2. Hanno una distanza di lettura di pochi centimetri, una bassa velocità di trasmissione di dati, e vengono utilizzati soprattutto per l’identificazione di animali, ma anche per distributori automatici, antifurti, controllo accessi.
• 13,56 MHz – RFID HF (High Frequencies), ad alte frequenze, codificate dallo standard ISO 18000-3. La distanza di lettura è sempre di pochi centimetri (fino a 10) e la velocità da bassa a media. Questa particolare frequenza è chiamata anche NFC (Near Field Communication) e si sta diffondendo negli ultimi anni grazie al fatto che moltissimi smartphone possono fungere da lettori per questi Tag, dando vita a svariate e innovative applicazioni.
• 860-960 MHz – RFID UHF (Ultra High Frequencies), ad altissima frequenza, codificate dallo standard ISO 18000-6. Questo range è particolarmente diffuso per la distanza di lettura che raggiunge svariati metri, sempre utilizzando Tag passivi. Vi sono differenze tra i lettori UHF con standard USA e quelli con standard europeo relativamente alla frequenza utilizzata, ma è stato codificato uno standard chiamato RAIN per i Tag che sono compatibili con entrambi. Molto usato per la logistica, l’inventariato, il cronometraggio, il controllo accessi.
• 5,8 GHz – RFID SHF (Super High Frequencies), rappresenta la gamma di frequenze RFID più alte, codificate dallo standard ISO 18000-5. Comprende solo Tag attivi, quindi con una batteria interna, che possono raggiungere una distanza di rilevamento di centinaia di metri. Un esempio tipico è il Telepass.

Su RFID.it, ci occupiamo quasi esclusivamente di tecnologia RFID UHF.

Cos'è lo standard EPC Gen2 V2

È il protocollo EPC (Electronic Product Code) di seconda generazione, progettato per operare a livello internazionale. L'EPC Gen è al centro dell'attenzione perché sembra probabile una convergenza fra gli standard UHF Gen 2 e una revisione dell'ISO 18000-6, ovvero si applica solo ai Tag UHF. Il processo di unificazione potrebbe contribuire a un'ulteriore accelerazione nell'adozione su scala globale degli RFID.

Il protocollo di interfaccia aerea EPC Gen2 di GS1, pubblicato per la prima volta da EPCglobal nel 2004, definisce i requisiti fisici e logici per un sistema RFID con Tag passivi, operanti nella gamma di frequenze UHF da 860 MHz a 960 MHz. Negli ultimi dieci anni, EPC Gen2 si è affermato come standard per implementazioni UHF in più settori ed è al centro di sempre più implementazioni RFID.

Cosa si intende per RAIN RFID

RAIN RFID è un'alleanza globale che promuove l'adozione universale della tecnologia RFID UHF in modo simile ad altre organizzazioni di tecnologia wireless tra cui NFC Forum, WiFi Alliance e Bluetooth SIG. RAIN utilizza il protocollo GS1 UHF Gen2 che ISO/IEC ha standardizzato come 18000-63. La parola RAIN - un acronimo derivato da RAdio Frequency IdentificatioN - è intesa come un cenno al collegamento tra UHF RFID e il cloud, dove i dati basati su RFID possono essere archiviati, gestiti e condivisi via Internet. Una soluzione RAIN RFID utilizza un lettore per leggere e scrivere un elemento taggato, gestire i dati e agire.

Storicamente si sono diffusi 2 standard operativi leggermente diversi: uno per il mercato tipicamente europeo, operante a una frequenza intorno agli 860 MHz, e uno per il mercato americano, che opera intorno ai 960 MHz. Lo standard ISO 18000-63 contraddistingue Tag UHF passivi che operano a entrambe le frequenze, in modo che possano essere utilizzati a livello globale senza problemi.

I Tag RFID UHF pubblicati su RFID.it sono tutti conformi allo standard RAIN e ISO 18000-63.

Quanti Tag UHF è possibile rilevare contemporaneamente?

La tecnologia UHF permette di identificare in anti-collisione (vedi oltre) un numero molto elevato di transponder (oltre le 700 unità). Il numero massimo dipende dalla velocità di transito, dalla tipologia di informazioni da rilevare per ciascun transponder e dal tipo di controller RFID che viene utilizzato (buffer di memoria disponibile).

Qual è la classificazione dei Chip UHF

I Chip UHF possono essere classificati in diversi modi, ma principalmente in base alle dimensioni e alle caratteristiche dell'EPC, del TID e della memoria utente. Per maggiori informazioni sulle caratteristiche tecniche dei chip, clicca qui.

Qual è la capacità di memoria di un chip UHF

La capacità di memoria (user memory) di un chip UHF è attualmente di 512 bit (64 byte) o 1024 bit (128 byte). Sono da poco stati annunciati chip con capacità di 8 kbyte, i cui costi però risultano essere ancora molto elevati.

Qual è la distanza di lettura di un Tag UHF

La distanza di comunicazione della tecnologia UHF è uno dei punti di forza di questa particolare frequenza, in quanto consente un range maggiore rispetto alle altre tecnologie. La distanza varia in funzione dei Lettori e dei Tag utilizzati. I palmari mobili dotati di tecnologia RFID UHF consentono di comunicare con i Tag a distanze di 4-6 metri, mentre i controller di tipo Long Range UHF rilevano i Tag a 10/15 metri. Con specifici Tag passivi di tipo on metal sono possibili distanze di comunicazione addirittura fino a 30/35 metri. La grandezza di un Tag (in particolar modo della sua antenna) è il fattore che incide maggiormente sulla sua distanza di lettura.

Come applicare/posizionare i Tag UHF

Vi sono 4 aspetti principali da tenere in considerazione quando si applica un Tag: dimensioni, orientamento, angolatura, posizionamento. In inglese, si parla di analisi SOAP (Size, Orientation, Angle, Placement). Di seguito sono riportate le informazioni su ciascuno di questi aspetti, in modo da selezionare il Tag ideale.

• Dimensioni
  La dimensione del Tag è un aspetto importante al momento dell'acquisto. Non solo perché devono adattarsi alle dimensioni dell'oggetto taggato, ma anche alla correlazione che c'è tra la dimensione del tag e la distanza di lettura. In breve, più grande è il Tag, maggiore è la distanza di lettura.

• Orientamento
  L'orientamento del Tag (verticale o orizzontale o in altro modo), in relazione all'antenna del sistema RFID, è un fattore critico per ottenere tassi di lettura ideali. Per trovare l'orientamento che produce le migliori percentuali di lettura, ruotare il Tag su una superficie piana e verificarlo con diversi orientamenti. L'utilizzo di antenne polarizzate circolarmente aiuta a mitigare eventuali problemi causati dall'orientamento dei Tag. In ogni caso, si consiglia di effettuare dei test con il sistema RFID in uso.

• Angolatura
  Maggiore è l'angolatura del Tag, più breve è il raggio di lettura. Quando possibile, assicurarsi che la parte frontale del Tag sia rivolta verso l'antenna. Anche un piccolo angolo potrebbe causare una diminuzione della portata di lettura del Tag. Per mitigare questo problema, è meglio usare una serie di antenne per "colpire" il Tag da più angolazioni. Come per l'aspetto relativo all'orientamento, si consiglia di effettuare dei test, ruotando il Tag nelle 3 dimensioni.

• Posizionamento
  È bene testare la leggibilità del Tag in diversi punti sull'articolo da taggare, in modo da trovare il punto che genera le letture migliori. Ad esempio, su una scatola di cartone, si consiglia di scegliere il lato che sarà rivolto verso il lettore RFID e quindi testare in vari punti di quella faccia per trovare quello che produce i risultati migliori.

Qual è la temperatura operativa di un Tag UHF

Per i Tag più comuni, chiamati wet inlay (vale a dire delle semplici etichette in plastica con integrati il chip e l'antenna), la temperatura operativa è compresa tra -20°C e +70°C. Per temperature più estreme, vengono realizzati Tag appositi, con involucri più isolanti, adatti a resistere in contesti più ostili.

Quali sono i materiali che interferiscono o ostacolano la lettura di Tag UHF

Il metallo, il carbonio e tutti i materiali conduttori non "radiotrasparenti" possono creare l'effetto Gabbia di Faraday.

In particolare, le frequenze UHF sono attenuate soprattutto dai liquidi. Esistono tuttavia dei transponder che possono essere applicati ai liquidi con opportuni materiali isolanti.

Per i materiali metallici, invece, sono stati progettati dei Tag appositi, chiamati schermati, o anti-metal, o anche on-metal, che garantiscono una lettura ottimale anche se applicati su superfici metalliche. 

Che differenza c'è tra antenne Linear-polarized e Circular-polarized

Un'antenna "a polarizzazione lineare" è un dispositivo che focalizza l’energia radio proveniente dal reader in un unico orientamento (o polarità). Questo permette di aumentare la distanza di lettura, riuscendo ad incrementare la capacità di penetrazione dell’onda radio emessa; le antenne "Circular-polarized" emettono invece onde radio in maniera circolare (come si può intuire dal nome): in questo caso il raggio d'azione del reader è minore ma vi sono più possibilità di "colpire" il Tag; infatti quest’ultimo tipo di antenna viene utilizzato in situazioni nelle quali i Tag applicati sui prodotti non possono essere controllati, mentre invece in caso di reader dotati di antenna "Linear-polarized", le etichette dovranno essere allineate con molta precisione in direzione dell’antenna stessa. 

Cosa sono i sistemi anti-collisione

I sistemi anti-collisione sono delle procedure che vengono utilizzate per gestire la lettura di più Tag contemporaneamente; tecnicamente questi sistemi prevengono l'episodio fastidioso della sovrapposizione di onde radio, emesse da Tag diversi, che finiscono col disturbano vicendevolmente. All'interno di un unico campo elettromagnetico generato da una singola antenna di un reader, è possibile gestire la lettura di Tag diversi grazie ad algoritmi detti appunto anti-collisione, che regolano gli intervalli di tempo nei quali devono essere letti i Tag: in questo modo non si verificano interferenze e non si corre il rischio di ricevere informazioni errate o imprecise. 

Che tipo di interfacce sono disponibili per i Lettori RFID UHF

Le interfacce disponibili lato host sono le più comuni e comprendono: Ethernet RJ45, USB, RS232, RS485, TTL, Wi-Fi, GPRS, TTL/RS232. Sono inoltre disponibili vari modelli di controller con Input, Output e relé, microcontrolli integrati per sviluppo di applicazioni embedded.

Le onde radio emesse RFID sono dannose per il corpo umano?

I dispositivi RFID emettono onde radio, onde elettromagnetiche a frequenza molto bassa, innocue per il nostro corpo.

Viviamo comunque in un mondo pervaso da decenni da onde elettromagnetiche, non da ultimo quelle del 5G, ma si consideri che anche un normale televisore o una vecchia radio emettono onde elettromagnetiche. È quindi più di mezzo secolo che i nostri corpi convivono con le onde elettromagnetiche di qualsiasi tipo senza siano mai stati certificati danni per la salute.