Estudo da interferência de materiais na leitura de uma TAG

 

                A cada dia que passa, a tecnologia RFID tem vindo marcar passo e afirmar-se no nosso quotidiano. Actualmente, utilizamos TAGs RFID para uma grande variedade de actividades: andar de metro, entrar/sair num parque de estacionamento ou edifício, identificar os nossos animais, sistemas de localização, efectuar inventários de produtos, etc. 

                Esta tecnologia está sujeita a interferências de vários tipos: electromagnéticas, reflexões, absorções, entre outras.

                Nesta parte do trabalho, pretendeu-se fazer um pequeno estudo sobre interferência de materiais que utilizamos no nosso dia-a-dia na leitura de uma TAG.

Metodologia

O estudo foi dividido em duas partes. Na primeira parte, efectuaram-se diversas medidas com duas TAGs de normas diferentes e em posições diferentes usando vários materiais como interferência. Na segunda parte, utilizou-se a antena descrita no capítulo 6 e um analisador de espectros para medir a potência que chegaria até esta usando o material-interferência da primeira parte.

O material utilizado foi o seguinte:

·         Dois tipos de TAG: ISO 14443 A e ISO 15693;

·         KIT 3ALogics EV-100;

·         Antena;

·         Analisador de espectros;

Material que foi usado como interferência:

·         12 tipos de tecido (ganga, piquet, fazenda, serapilheira, algodão, linho, opal suíço, bretagne, sarja, flanela, sintético, plástico)

·          lixa;

·          7 tipos de madeira (corticite, amendoeira, oliveira, cerejeira, pinho, choupo, contraplacado);

·         vidro;

·         metal;

·         plástico (duro);

·         4 tipos de papel (folha de papel normal, papelão, nota de 5 euros, fotografia);

·         moeda de 50 cêntimos de euro;

·         mão;

·         bolsa de guardar cartões;

·         bolsa de guardar cartões com outra TAG (cartão Multibanco);

·         carteira.

                De forma a assemelhar o estudo à vida real, as medidas não foram efectuadas na câmara anecóica, mas sim numa sala sujeita a vários tipos de interferência (reflexões, absorções…). No entanto, teve-se o cuidado de ser sempre a mesma pessoa a realizar as medições para que o erro fosse sempre influenciado no mesmo sentido.

                Na primeira parte do estudo, efectuaram-se medidas em três posições diferentes para as duas TAGs (Figura 16). Primeiramente, fez-se uma medição sem qualquer tipo de material, de seguida colocaram-se os materiais-interferência entre a antena do KIT e o cartão com a TAG (ver Tabela 3). As medições foram feitas em cima de papel milimétrico para facilitar a leitura dos valores e minimizar o erro.

Figura 16 - as três posições das TAGs usadas nas medidas: (1) – paralela à antena do KIT; (2) – com um ângulo de 60º em relação à antena do KIT; (3) – perpendicular à antena do KIT

 

                Na segunda parte do estudo, inicialmente, mediu-se a potência para os alcances obtidos na primeira parte do estudo (sem material-interferência) (ver Tabela 4). Por último, colocou-se a antena a 15 cm da antena do KIT e com os materiais-interferência entre as duas, registaram-se os valores de potência (ver Tabela 3). Para todos os casos, foram registados dois valores para a potência: um quando o KIT envia o burst (quando tenta ler cartões) e o outro quando o KIT não está a enviar o burst. (ver Figura 18) 

Figura 17 - antena e analisador de espectros

 

Resultados

                Os resultados obtidos foram os seguintes:

Tabela 3 - Resultados obtidos na primeira parte e na segunda parte (interferência dos materiais)

 

NOTAS: Para a medição (1) com a TAG ISO 14443A, foi necessário mexer um pouco o cartão para que a antena do KIT o conseguisse ler.

Para a medição da potência com o metal o valor não é o mais correcto, uma vez que, devido ao cabo que liga a antena ao analisador de espectros, não foi possível envolver a antena com o metal. Mas à medida que se tapava a antena com o metal o valor da potência ia diminuindo cada vez mais. Para este material, também não foi possível registar o valor da potência quando o KIT envia o burst. A Figura 19 mostra a potência registada para o metal.

Tabela 4 - Valores de potência para as distâncias máximas obtidas sem material - interferência

 

   

Figura  18 - Imagem retirada no analisador de espectros para medição a 15 cm e sem material-interferência (esquerda – sem burst; direita – burst)

 

Figura  19 - Imagem retirada do analisador de espectros para a medição de 15 cm e com o metal a fazer interferência

 

Análise dos Resultados

                Nos gráficos seguintes, apresenta-se o erro em relação ao valor medido sem material-interferência, para a primeira parte do trabalho (para as duas TAGs e para as três posições). O erro foi calculado da seguinte forma:

Gráfico 1 - Erro das medições com material-interferência em relação ao valor medido sem material-interferência – TAG 14443A, medição (1)

 

Gráfico 2 - Erro das medições com material-interferência em relação ao valor medido sem material-interferência – TAG 14443A, medição (2)

 

Gráfico 3 - Erro das medições com material-interferência em relação ao valor medido sem material-interferência – TAG 14443A, medição (3)

 

Gráfico 4 - Erro das medições com material-interferência em relação ao valor medido sem material-interferência – TAG 15693, medição (1)

 

Gráfico 5 - Erro das medições com material-interferência em relação ao valor medido sem material-interferência – TAG 15693, medição (2)

Gráfico 6 - Erro das medições com material-interferência em relação ao valor medido sem material-interferência – TAG 15693, medição (3)

Analisando os gráficos anteriores, verifica-se que a TAG 14443A é mais sensível aos tecidos enquanto que a TAG 15693 é mais sensível às madeiras. Ambas as TAG não foram lidas quando envolvidas por metal. Alguns dos materiais que provocaram maior interferência numa das TAGs, aumentaram o alcance na outra (moeda, bolsa + TAG).

Para os três tipos de medição a TAG que obteve maior alcance foi sempre a ISO 15693.

A segunda parte do trabalho veio confirmar as medições da primeira parte. Quando se colocaram os materiais-interferência, a potência recebida na antena descrita no capítulo 6 diminuiu, com excepção para a bolsa + TAG e a carteira.

                Nesta parte do trabalho, verificou-se também que a potência diminuiu com a distância.

                O valor da potência diminui ligeiramente quando o KIT envia o burst, em relação a este em repouso.

Considerações Finais

                Com estas medições pôde-se verificar que a interferência de materiais, bem como a posição das TAGs relativamente à antena do KIT, influencia o alcance de leitura destas. (ver Figura 20 e Figura 21), onde a bandeira axadrezada representa o alcance obtido sem material-interferência, as calças representam os tecidos, o papel higiénico representa os papeis, a lata de cerveja representa o metal, o símbolo da CGD representa a TAG utilizada como material-interferência e a árvore representa as madeiras; os valores indicados correspondem a centímetros).

 

Figura 20 - Figura representativa dos alcances obtidos para a medição (1) para a TAG 14443A

Figura 21 - Figura representativa dos alcances obtidos para a medição (1) para a TAG 15693

 

Em relação aos dois tipos de TAG que se utilizaram, verificou-se que os diferentes materiais-interferência provocam comportamentos diferentes. As TAGs apresentam sensibilidades diferentes aos diversos materiais, pois a sua finalidade de utilização também é diferente (a 15693 é indicada para acessos a parques de estacionamento e a 14443A para implantação em tecidos vivos).

Tal como seria de esperar, o metal impediu a leitura dos cartões (gaiola de Faraday).

As medições de potência confirmaram que a inclusão de materiais entre as TAGs e as antenas provocam interferências. A prova disso é a diminuição da potência com a inclusão de materiais-interferência. Este facto apenas não se verificou para o caso da bolsa + TAG e da carteira, isto pode-se dever à possível existência de materiais dentro da carteira que possam ter amplificado o sinal, tal como a TAG utilizada para provocar interferência.

Os alcances máximos obtidos para a leitura das TAGs são semelhantes aos alcances teóricos de leitura fornecidos pelo fabricante do KIT. No entanto, estes valores relativamente ao alcance máximo de leitura das TAGs ficaram um pouco aquém das expectativas (principalmente para a TAG 15693). Isto poderá querer dizer que a antena do nosso KIT é pouco potente e/ou pouco directiva.