Placement et optimisation des antennes

Le placement des antennes est le facteur n°1 de la performance d'un système RFID — plus important que la sensibilité du tag ou la puissance du lecteur. Un lecteur à 5 000 $ avec des antennes mal placées sera moins performant qu'un lecteur à 500 $ avec des antennes bien placées. L'objectif est de créer une zone de lecture bien définie (l'espace 3D où les tags sont lus de manière fiable) tout en minimisant les lectures parasites provenant de l'extérieur de la zone cible.

Un exemple concret : déplacer une antenne de quai de chargement d'une hauteur de 2,5 m à 2,0 m et l'incliner de 15° vers le bas a permis d'améliorer les taux de lecture de 87 % à 99,2 % sur un déploiement logistique majeur. De petits changements de positionnement créent de grandes différences de performance car la force du signal RF suit la loi du carré inverse — doubler la distance signifie diviser par 4 la puissance du signal.

La polarisation de l'antenne détermine l'orientation des ondes électromagnétiques. C'est l'une des décisions les plus importantes dans la conception du système car elle contrôle directement si les tags dans diverses orientations seront lisibles.

La zone de lecture est le volume 3D où les tags peuvent être lus de manière fiable. Elle a la forme d'un cône ou d'un lobe s'étendant depuis la face de l'antenne, avec des dimensions déterminées par le gain de l'antenne, la puissance TX du lecteur et la sensibilité du tag. Une antenne de 9 dBic à une puissance de 30 dBm avec un tag NXP UCODE 9 (sensibilité de -22,1 dBm) crée une zone de lecture d'environ 8 à 10 mètres de profondeur et 3 à 4 mètres de largeur à l'extrémité.

Champ proche vs Champ lointain : les antennes RFID UHF fonctionnent dans deux régions. Le champ proche (à moins de ~35 cm à 920 MHz) utilise le couplage magnétique pour des lectures très courtes et contrôlées — parfait pour les stations POS où vous souhaitez lire uniquement les articles sur le comptoir. Le champ lointain (au-delà de 35 cm) utilise la propagation électromagnétique pour la plupart des applications RFID. Les antennes en champ proche sont spécifiquement conçues avec des zones de lecture confinées pour l'encodage au niveau de l'article et les points de vente.

Directives de puissance : 33 dBm pour une portée maximale (~10 m, quais de chargement). 30 dBm pour une portée standard (~6–8 m, usage général). 25 dBm pour une portée moyenne (~3–5 m, convoyeurs). 20 dBm pour une portée courte (~1–2 m, points de vente). 15 dBm pour le champ proche (~0,5 m, lecteurs d'étagères). Commencez toujours par une puissance plus faible et augmentez jusqu'à atteindre votre taux de lecture cible — une puissance excessive provoque des lectures parasites.

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

Le VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) mesure l'efficacité du transfert de puissance du lecteur vers l'antenne. Une adaptation parfaite est de 1:1 (toute la puissance est rayonnée). Toute valeur supérieure à 2:1 signifie qu'une puissance importante est renvoyée vers le lecteur, ce qui réduit les performances et peut endommager l'amplificateur PA au fil du temps. La plupart des antennes RFID commerciales atteignent un VSWR de 1,2–1,5:1 sur toute la bande de fonctionnement.

Problèmes courants de VSWR : Câbles RF endommagés ou pliés (remplacer si le VSWR dépasse 2:1). Type de connecteur incorrect (utiliser RP-TNC ou SMA comme spécifié). Antenne montée directement sur une surface métallique sans entretoise (utiliser des supports de 15 mm+). Infiltration d'eau dans les connecteurs extérieurs (utiliser des connecteurs RP-TNC étanches avec manchons). Longueur de câble supérieure à 10 m sans câble à faible perte (utiliser du LMR-400 ou équivalent pour les distances de plus de 5 m).

Vérifiez toujours le VSWR sur l'ensemble de votre bande de fonctionnement (920–925 MHz pour le Vietnam). Une antenne peut afficher un excellent VSWR de 1,2:1 à 920 MHz mais se dégrader à 2,5:1 à 925 MHz — ce qui signifie de mauvaises performances sur la moitié de vos canaux FHSS.

La plupart des déploiements en production utilisent plusieurs antennes par lecteur. Les lecteurs Nextwaves prennent en charge jusqu'à 32 ports d'antenne. Considérations clés : Espacement — généralement de 1 à 2 mètres pour les portes de quai, avec un chevauchement de faisceau de 15 à 20 % pour une couverture complète. Angle de montage — inclinaison vers l'intérieur de 15 à 45° pour les applications de portail afin de concentrer la zone de lecture sur l'ouverture. Séquençage des antennes — le lecteur bascule automatiquement entre les antennes pour éviter une transmission simultanée à partir de zones qui se chevauchent.

Exemple de configuration de portail (porte de quai) : Montez 4 antennes — 2 de chaque côté de la porte à des hauteurs de 1,5 m et 2,5 m, inclinées de 30° vers l'intérieur. Utilisez une polarisation linéaire orientée vers les faces de la palette. Réglez le lecteur sur Session S2 avec Q=6 pour les chariots élévateurs rapides. Cela permet d'obtenir des taux de lecture de 99 %+ sur des charges de palettes standard de 48 à 100 cartons étiquetés.

Exemple de tunnel de convoyeur : Montez 4 antennes à polarisation circulaire selon une disposition carrée autour du tapis — haut, bas, gauche, droite. Réglez la Session S1 pour une lecture en un seul passage. Puissance à 25 dBm pour confiner la zone de lecture au tunnel. Cela évite de lire les étiquettes sur les convoyeurs adjacents.

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

Les surfaces métalliques sont la source d'interférence n°1 dans les entrepôts. Elles réfléchissent les signaux RF, créant des zones mortes et des interférences par trajets multiples. Solution : montez les antennes sur des surfaces non métalliques ou utilisez des entretoises de 50 mm+ par rapport aux structures métalliques. Orientez les antennes de manière à ce que le lobe principal ne frappe pas directement les murs métalliques ou les rayonnages.

L'eau et les liquides absorbent fortement les ondes radio UHF. Un pack de bouteilles d'eau entre l'antenne et la palette étiquetée peut bloquer complètement les lectures. Solution : positionnez les antennes de manière à ce que le trajet RF évite les conteneurs de liquide, ou augmentez la puissance de 3 à 6 dB pour compenser la perte par absorption.

D'autres lecteurs fonctionnant à proximité peuvent causer des interférences. Le Dense Reader Mode (DRM) et le FHSS aident, mais des mesures supplémentaires incluent : la configuration de masques de canaux sans chevauchement entre les lecteurs adjacents, l'utilisation d'antennes directionnelles pour limiter les débordements, et la mise en œuvre de la planification TDMA si votre middleware le prend en charge.

Gardez les antennes à ≥1m des lampes fluorescentes (source de bruit RF) et à ≥2m des points d'accès Wi-Fi. Bien que le Wi-Fi fonctionne à 2,4/5 GHz (différent de l'UHF 920 MHz), un équipement mal blindé peut générer des harmoniques à large bande.