RFID چیست؟ | معرفی تگ RFID، انواع Passive/Active و باندهای LF‑HF‑UHF

تگ RFID (Radio Frequency Identification Tag) تکنولوژی‌ایی است برای شناسایی به کمک امواج رادیویی. RFID امکان شناسایی، ردیابی و مدیریت اشیاء، افراد یا حیوانات را از راه دور و بدون تماس مستقیم رو فراهم می‌کنه. در واقع، نوعی «برچسب الکترونیکی هوشمند» است که به کمک امواج رادیویی داده رو به یه گیرنده یا خواننده (Reader) منتقل می‌کنه.

ساختار فیزیکی تگ RFID

هر تگ RFID معمولاً از سه بخش اصلی تشکیل می‌شه:

1. چیپ الکترونیکی (IC/Microchip)

• مغز تگ محسوب می‌شه که دیتا (مثلاً کد شناسایی یا اطلاعات محصول) رو تو خودش ذخیره کرده.
• اندازه حافظه از چند بایت تا چند کیلوبایت متفاوت است.
• شامل مدار منطقی، حافظه، و مدولاسیون امواج رادیویی است تا بتونه با Reader ارتباط برقرار کنه.

2. آنتن

• وظیفه دریافت و ارسال امواج رادیویی رو داره.
• شکل آنتن و طولش به فرکانس تگ بستگی داره (تگ‌های LF آنتن حلقوی دارن، تگ‌های UHF معمولاً نوار مسطح).

3. پوشش حفاظتی

• از چیپ و آنتن در برابر شرایط محیطی محافظت می‌کنه.
• ممکنه از کاغذ، پلاستیک، اپوکسی، شیشه، سرامیک یا مواد ضدآب ساخته بشه.
• بسته به کاربرد (مثلاً صنعتی، پزشکی، انبارداری) متفاوت است.

نحوه کار RFID Tag

عملکرد تگ‌های RFID رو فعلاً به‌صورت خلاصه بدونید صرفاً یه دیدی به دست آورده باشین، تمام تگ‌های RFID برای ارسال داده به Reader از نوعی مدولاسیون روی موج حامل (Carrier) استفاده می‌کنن، Reader سیگنال RF ارسال می‌کنه. Tag سیگنال رو دریافت می‌کنه و چیپ داخل تگ شروع به کار می‌کنه و داده ذخیره‌شده رو روی همون سیگنال مدوله می‌کنه و جواب می‌ده. Reader پاسخ رو دریافت می‌کنه و سیگنال رو تحلیل می‌کنه و به سیستم مرکزی (مثلاً نرم‌افزار ERP یا پایگاه‌داده) منتقل می‌کنه. یعنی بدون تماس، تگ و Reader از طریق امواج رادیویی با هم صحبت می‌کنن.

دسته‌بندی تگ RFID از نظر منبع تغذیه

تگ‌های RFID از نظر منبع تغذیه به دو نوع اصلی Passive (غیرفعال) و Active (فعال) تقسیم می‌شن. در تگ‌های Passive، هیچ باتری داخلی وجود نداره و انرژی موردنیاز برای فعال‌شدن چیپ از طریق امواج رادیویی ساطع‌شده توسط Reader تأمین می‌شه. این تگ‌ها ساده‌تر، ارزون‌تر و دارای عمر خیلی طولانی هستن، اما برد خواندن محدودی دارند (معمولاً تا حدود ۱۲ متر در تگ‌های UHF).

ویژگی کلیدی تگ‌های Passive

• قیمت پایین
• دوام بالا
• بدون نیاز باتری

در مقابل، تگ‌های Active مجهز به باتری داخلی هستن و می‌تونن سیگنال خودشونو به‌صورت مستقل و پیوسته ارسال کنن. این ویژگی باعث افزایش برد ارتباط (حتی تا صدها متر) و امکان ردیابی لحظه‌ای اشیاء می‌شه. بااین‌حال، قیمت بالاتر و عمر محدود باتری جز معایب این نوع تگ‌هاست.

کاربردهای تگ Passive

• انبارداری و لجستیک کالا (Supply Chain/Warehouse)
• کنترل تردد و کارت شناسایی

کاربردهای تگ Active

• ردیابی وسایل نقلیه در پارکینگ یا بزرگراه
• ردیابی کانتینرهای حمل‌ونقل و تجهیزات سنگین
• نظارت بر کارکنان یا تجهیزات امدادی در مناطق وسیع
• زنجیره سرد (Cold Chain Monitoring)

موارد کاربرد هر نوع تگ

۱. برچسب RFID روی کارتن محصولات در انبار یک شرکت لجستیکی

۲. تگ‌ چسبی روی جلد کتاب یا روی برچسب لباس در فروشگاه‌

۳. کارت ورود به ساختمان یا کارت اتوبوس مترو

۴. سامانه عوارض الکترونیکی (ETC) یا کنترل تردد در پارکینگ شهر

۵. پایانه بندری یا پالایشگاه نفت، تعداد محدودی دستگاه ولی گستره جغرافیایی وسیع

۶.  ردیابی کارکنان معدن یا تیم‌های آتش‌نشانی در تونل یا پالایشگاه

۷. ردیابی ویلچرها، پمپ‌های تزریق یا دستگاه‌های پرتابل در بیمارستان

چرا تگ Active؟

• فاصله زیاد بین Readerها (مثلاً چند ده متر تا صد متر)
• محیط‌های بسته و پر فلز (توان سیگنال قوی ضروری است.)
• برد خواندن بالا (۱۰–۱۰۰ متر) لازم است.
• لازم است خودشان به‌صورت دوره‌ای وضعیت (ID یا دما، لرزش و…) بفرستند.

دسته‌بندی تگ RFID بر اساس باند فرکانسی

LF (Low Frequency – باند فرکانس پایین)

فرکانس کاری: حدود 125 تا 135 kHz

برد معمولی: تا حدود 30 cm

ویژگی‌ها:

• • از امواج مغناطیسی inductive coupling استفاده می‌کند.
  • نسبت به فلز و مایعات مقاومت زیادی دارد.
  • سرعت انتقال داده پایین است، ولی پایداری سیگنال بالا دارد.
  • چون میدان مغناطیسی محدوده‌ی کوتاهی دارد، احتمال تداخل کم است.

کاربرد و دلیل انتخاب:

• • شناسایی حیوانات: مثل تگ‌های کارگذاری‌شده روی حیوانات خانگی یا دام‌ها (مطابق استاندارد ISO 11784/11785). دلیل: محیط بدن موجود زنده پر از مایعات است و باند LF در چنین شرایطی عملکرد مطمئنی دارد.
  • کنترل دسترسی (Access Control): کارت یا چیپ کلیدهای RFID در درب ورودی شرکت‌ها و هتل‌ها. دلیل: برد کوتاه باعث امنیت بالاتر می‌شود و نیازی به برد زیاد نیست.

HF (High Frequency – باند فرکانس بالا)

• فرکانس کاری: 13.56 MHz
• برد معمولی: 10 تا 100 cm

 ویژگی‌ها:

• • بین LF و UHF قرار دارد و از میدان مغناطیسی با دامنه بیشتر استفاده می‌کند.
  • سرعت تبادل داده نسبتاً بالا دارد.
  • از فناوری NFC (Near Field Communication) پشتیبانی می‌کند.
  • در حضور فلز ممکن است تضعیف شود، اما برای کارت‌های بدون تماس ایده‌آل است.
  • کاربرد و دلیل انتخاب:
  • کارت‌های بانکی و پرداخت NFC: مانند کارت‌های بانکی، گوشی‌های موبایل با NFC. دلیل: برد کوتاه (چند سانتی‌متر) امنیت بالا و جلوگیری از کپی‌برداری؛ انتقال داده سریع برای تراکنش ضروری است.

• • بلیط و پاسپورت الکترونیکی (e-Passport): تراشه داخل گذرنامه‌ها معمولاً از استاندارد ISO 14443 استفاده می‌کند. دلیل: قابلیت ذخیره و خواندن اطلاعات ایمن در فاصله کوتاه و سازگار با گیت‌های کنترل فرودگاه.

• • سیستم حضوروغیاب سازمانی: کارت‌های پرسنلی تماس‌ناپذیر. دلیل: هزینه مناسب و خواندن آسان.

* توی قسمت‌های بعدی راجع به تگ‌های Mifare و NFC بیشتر صحبت می‌کنیم.

UHF (Ultra High Frequency – باند فوق‌بالا)

• فرکانس کاری: 860 تا 960 MHz
• برد معمولی: تا حدود ۱۲–۱۵ ‌متر (برای تگ‌های Passive)

ویژگی‌ها:

• • از امواج الکترومغناطیسی radiative coupling استفاده می‌کند.
  • برد زیاد و توانایی خواندن هم‌زمان چندین تگ (Anti-Collision) دارد.
  • نسبت به فلز و آب حساس‌تر است، ولی با طراحی مناسب آنتن یا Spacer رفع می‌شود.
  • استاندارد رایج: EPCglobal Class 1 Gen 2 / ISO 18000-6C
  • کاربرد و دلیل انتخاب:
  • انبارداری و لجستیک: شناسایی خودکار کالاها هنگام ورود/خروج از انبار. دلیل: امکان خواندن صدها تگ در ثانیه با فاصله زیاد، بدون نیاز به خط دید مستقیم.
  • مدیریت زنجیره‌تأمین فروشگاه‌ها: برچسب UHF روی هر کالا. دلیل: کاهش خطا، شمارش دقیق، کنترل سریع در قفسه‌ها.
  • ردیابی خودرو و پالت صنعتی در خطوط تولید. دلیل: برد زیاد و سرعت بالا در محیط‌های متحرک.

Microwave RFID (باند مایکروویو)

• فرکانس کاری: حدود 2.45 GHz تا 5.8 GHz
• برد معمولی: ده‌ها متر تا بیش از ۱۰۰ متر (بسته به توان و نوع تگ)

ویژگی‌ها:

• • از امواج رادیویی با فرکانس بسیار بالا استفاده می‌کند، سرعت ارتباط زیاد و زمان پاسخ فوق‌العاده کوتاه.
  • در مقایسه با UHF دقت و پهنای‌باند بیشتری دارد، اما حساس‌تر به محیط‌های مرطوب و فلزی است.
  • معمولاً در سیستم‌های Active استفاده می‌شود.

کاربرد و دلیل انتخاب:

• • سامانه‌های پرداخت عوارض جاده‌ای (ETC): تگ نصب‌شده روی شیشه جلو خودرو و آنتن بالای دروازه. دلیل: لازم است خودرو در سرعت‌های بالا (تا ۱۲۰–۱۵۰ km/h) بدون توقف شناسایی شود؛ سرعت بالای موج مایکروویو و برد زیاد پاسخ‌گویی را تضمین می‌کند.
  • سیستم‌های صنعتی با نرخ داده بالا: مثلاً انتقال سریع داده یا حسگرهای فعال در کارخانه‌های خودکار. دلیل: زمان پاسخ و توان سیگنال بسیار بالا.

کوپل مغناطیسی (Inductive Coupling)

کوپل تابشی / انتشار الکترومغناطیسی (Radiative Coupling)

توی دسته‌بندی تگ‌ها بر اساس فرکانس کاری به ویژگی Inductive Coupling و Radiative Coupling اشاره شد که مبنای اصلی کار‌کرد RFID محسوب میشه. با عبور جریان از (تغییرات جریان در)  مدار‌های الکتریکی، قطعات شروع به انتشار میدان‌های الکتریکی (E)، میدان مغناطیسی (B) و امواج الکترومغناطیسی می‌کنند. تگ‌های RFID متناسب با فرکانس و فاصله‌ی موردنیاز تا Reader در میدان نزدیک (Near-field) یا میدان دور (Far_field) عمل می‌کنند.

خب حالا اگه بپرسین این تا چه فاصله‌ای میدان نزدیک می‌گن و از کجا میدان دور محسوب می‌شه باید بگم که به فرکانس کار تگ بستگی داره، طول‌موج (λ) متناسب با فرکانس محاسبه می‌شه و تا حدود فاصله‌ی λ/6 مرز بین میدان دور و نزدیکه. روش Inductive Coupling در میدان‌های نزدیک و روش Radiative Coupling در میدان‌های دور کاربرد دارد.

Inductive Coupling اشاره داره به انتقال انرژی از یه قطعه به قطعه‌‌ی دیگه‌ای از طریق میدان مغناطیسی مشترک، در نتیجه تغییرات جریان در یک مدار به مدار دیگه‌ای می‌تونه القا بشه. این پدیده توی مراجع دانشگاهی تحت عنوان تزویج سلفی کامل توضیح داده شده، اما فقط در سلف‌ها خلاصه نمیشه.
تگ‌ با فرکانس 125kHz و 13mHz به ترتیب طول‌موجی حدود 2400m و 22m دارن و از طریق Inductive Coupling در میدان‌های نزدیک کار می‌کنن.

در تگ‌های UHF و فرکانس‌های بالاتر از روش Radiative Coupling در میدان‌های دور استفاده می‌شه. به دلیل فرکانس بالا حالا امواج الکترومغناطیس با توان قابل‌قبولی منتشر می‌شوند، تو این حالت طول‌موج خیلی کم میشه و میدان مغناطیسی عملاً  در حد چسبوندن تگ به دستگاه Reader پس کاربردی نیس و کلاً تأثیر میدان توی فواصل دورتر قابل صرف نظره.

توی این فرکانس دیگه به اون چیزی که در انتقال انرژی و دیتا نقش داره سلف گفته نمیشه و حالا باید آنتن در نظر گرفته بشه.

💡توصیه

Load Modulation چیست؟

Load Modulation به‌ درد زمانی می‌خوره که تگ می‌خواد اطلاعات خودش رو برای دستگاه  Reader بفرسته، همونطور که Reader یه میدانی رو القا می‌کنه تا تگ روشن بشه، تگ هم می‌تونه یه میدان متقابل القا کنه. حالا تگ برای انتقال دیتا خودش توی مسیر سلفی که بش متصل شده یه بار اهمی (Load) متغیر میزاره و با تغییر مقدار بار می‌تونه میدانی که روی Reader القا می‌کنه رو کم‌وزیاد کنه پس دامنه ولتاژ سیگنال روی سلف با دیتا انتقال‌داده‌شده مرتبطه (نوعی مدولاسیون AM).