Antennenplatzierung & Optimierung

Die Antennenplatzierung ist der wichtigste Faktor für die Leistung eines RFID-Systems – wichtiger als die Tag-Empfindlichkeit oder die Leistung des Lesegeräts. Ein 5.000-Dollar-Lesegerät mit schlecht platzierten Antennen wird schlechter abschneiden als ein 500-Dollar-Lesegerät mit gut platzierten Antennen. Ziel ist es, eine klar definierte Lesezone zu schaffen (den 3D-Raum, in dem Tags zuverlässig gelesen werden) und gleichzeitig Fehllesungen von außerhalb des Zielbereichs zu minimieren.

Ein Praxisbeispiel: Das Versetzen einer Dock-Door-Antenne von 2,5 m auf 2,0 m Höhe und eine Neigung von 15° nach unten verbesserte die Leserate bei einem großen Logistikprojekt von 87 % auf 99,2 %. Kleine Positionsänderungen bewirken große Leistungsunterschiede, da die RF-Signalstärke dem Abstandsquadratgesetz folgt – eine Verdoppelung der Entfernung bedeutet ¼ der Signalstärke.

Die Antennenpolarisation bestimmt die Ausrichtung der elektromagnetischen Wellen. Dies ist eine der wichtigsten Entscheidungen beim Systemdesign, da sie direkt steuert, ob Tags in verschiedenen Ausrichtungen lesbar sind.

Die Lesezone ist das 3D-Volumen, in dem Tags zuverlässig gelesen werden können. Sie ist wie ein Kegel oder eine Keule geformt, die von der Antennenfläche ausgeht, wobei die Abmessungen durch den Antennengewinn, die Reader-TX-Leistung und die Tag-Empfindlichkeit bestimmt werden. Eine 9-dBic-Antenne bei 30 dBm Leistung mit einem NXP UCODE 9 Tag (-22,1 dBm Empfindlichkeit) erzeugt eine Lesezone, die etwa 8–10 Meter tief und am fernen Ende 3–4 Meter breit ist.

Nahfeld vs. Fernfeld: UHF RFID-Antennen arbeiten in zwei Bereichen. Das Nahfeld (innerhalb von ~35 cm bei 920 MHz) nutzt magnetische Kopplung für sehr kurze, kontrollierte Lesevorgänge – ideal für POS-Stationen, an denen nur Artikel auf der Theke gelesen werden sollen. Das Fernfeld (jenseits von 35 cm) nutzt elektromagnetische Ausbreitung für die meisten RFID-Anwendungen. Nahfeldantennen sind speziell mit begrenzten Lesezonen für die Kodierung auf Artikelebene und den Point-of-Sale konzipiert.

Leistungsrichtlinien: 33 dBm für maximale Reichweite (~10 m, Verladetore). 30 dBm für Standardreichweite (~6–8 m, allgemeine Nutzung). 25 dBm für mittlere Reichweite (~3–5 m, Förderbänder). 20 dBm für kurze Reichweite (~1–2 m, Point-of-Sale). 15 dBm für das Nahfeld (~0,5 m, Regal-Reader). Beginnen Sie immer mit geringerer Leistung und erhöhen Sie diese, bis Sie die gewünschte Leserate erreichen – zu viel Leistung führt zu Fehllesungen.

33 dBm → ~10m   dock doors, max range
30 dBm → ~6-8m  general warehouse
25 dBm → ~3-5m  conveyor belts
20 dBm → ~1-2m  point-of-sale
15 dBm → ~0.5m  shelf / near-field

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) misst, wie effizient die Leistung vom Reader zur Antenne übertragen wird. Eine perfekte Anpassung ist 1:1 (die gesamte Leistung wird abgestrahlt). Alles über 2:1 bedeutet, dass ein erheblicher Teil der Leistung zum Reader zurückreflektiert wird, was die Leistung verringert und den PA-Verstärker mit der Zeit beschädigen kann. Die meisten kommerziellen RFID-Antennen erreichen ein VSWR von 1,2–1,5:1 über das gesamte Betriebsband.

Häufige VSWR-Probleme: Beschädigte oder geknickte RF-Kabel (ersetzen, wenn das VSWR 2:1 überschreitet). Falscher Steckertyp (verwenden Sie RP-TNC oder SMA wie angegeben). Antenne direkt auf Metalloberfläche ohne Abstandshalter montiert (verwenden Sie 15mm+ Distanzstücke). Wassereintritt in Außensteckern (wetterfeste RP-TNC mit Schutzkappen verwenden). Kabellänge über 10m ohne dämpfungsarmes Kabel (LMR-400 oder gleichwertig für Strecken über 5m verwenden).

Überprüfen Sie das VSWR immer über das gesamte Betriebsband (920–925 MHz für Vietnam). Eine Antenne kann bei 920 MHz ein hervorragendes VSWR von 1,2:1 aufweisen, sich aber bei 925 MHz auf 2,5:1 verschlechtern – was eine schlechte Leistung auf der Hälfte Ihrer FHSS-Kanäle bedeutet.

Die meisten produktiven Implementierungen verwenden mehrere Antennen pro Reader. Nextwaves-Reader unterstützen bis zu 32 Antennenanschlüsse. Wichtige Überlegungen: Abstand – typischerweise 1–2 Meter auseinander bei Verladetoren, mit einer Strahlüberlappung von 15–20 % für eine vollständige Abdeckung. Montagewinkel – 15–45° Neigung nach innen bei Portalanwendungen, um die Lesezone auf den Durchgang zu fokussieren. Antennensequenzierung – der Reader schaltet automatisch zwischen den Antennen um, um gleichzeitige Übertragungen aus überlappenden Zonen zu verhindern.

Beispiel für eine Portalkonfiguration (Verladetor): Montieren Sie 4 Antennen – 2 auf jeder Seite des Tores in 1,5 m und 2,5 m Höhe, um 30° nach innen geneigt. Verwenden Sie lineare Polarisation, die auf die Palettenseiten gerichtet ist. Stellen Sie den Reader auf Session S2 mit Q=6 für schnell fahrende Gabelstapler ein. Dies ermöglicht Leseraten von über 99 % bei Standard-Palettenladungen von 48–100 getaggten Kartons.

Beispiel für einen Förderbandtunnel: Montieren Sie 4 zirkular polarisierte Antennen in einer quadratischen Anordnung um das Band – oben, unten, links, rechts. Stellen Sie Session S1 für Single-Pass-Lesung ein. Leistung auf 25 dBm einstellen, um die Lesezone auf den Tunnel zu begrenzen. Dies verhindert das Lesen von Tags auf benachbarten Förderbändern.

CONFIGURE_ANTENNA_ENABLE payload (4 bytes):

Ports 1-4:    0x0F 0x00 0x00 0x00  (0b00001111)
Ports 1,3:    0x05 0x00 0x00 0x00  (0b00000101)
Port 1 only:  0x01 0x00 0x00 0x00  (0b00000001)

Bit 0=ANT1  Bit 1=ANT2  ...  Bit 31=ANT32

Metalloberflächen sind die Interferenzquelle Nr. 1 in Lagern. Sie reflektieren RF-Signale und erzeugen Funklöcher sowie Mehrwegeinterferenzen. Lösung: Montieren Sie Antennen auf nicht-metallischen Oberflächen oder verwenden Sie 50mm+ Distanzstücke zu Metallstrukturen. Richten Sie die Antennen so aus, dass die Hauptkeule nicht direkt auf Metallwände oder Regale trifft.

Wasser und Flüssigkeiten absorbieren UHF-Funkwellen stark. Ein Karton mit Wasserflaschen zwischen der Antenne und der getaggten Palette kann Lesevorgänge vollständig blockieren. Lösung: Positionieren Sie die Antennen so, dass der RF-Pfad Flüssigkeitsbehälter vermeidet, oder erhöhen Sie die Leistung um 3–6 dB, um den Absorptionsverlust auszugleichen.

Andere in der Nähe betriebene Reader können Interferenzen verursachen. Dense Reader Mode (DRM) und FHSS helfen, aber zusätzliche Maßnahmen umfassen: Konfiguration nicht überlappender Kanalmasken zwischen benachbarten Readern, Verwendung von Richtantennen zur Begrenzung von Signalüberschneidungen und Implementierung von TDMA-Scheduling, falls Ihre Middleware dies unterstützt.

Halten Sie Antennen ≥1m von Leuchtstoffröhren (RF-Störquelle) und ≥2m von Wi-Fi-Access-Points entfernt. Obwohl Wi-Fi bei 2,4/5 GHz arbeitet (anders als UHF 920 MHz), können schlecht abgeschirmte Geräte Breitband-Oberwellen erzeugen.