Tag Rfid | Introduzione ai transponder a radiofrequenza

Un tag RFID è un componente elettronico composto da un chip e da una piccola antenna, assemblati su un supporto di dimensioni ridotte. Il chip RFID (chiamato anche transponder RFID) ha un piccola memoria che può contenere dei dati e la capacità di trasmetterli su richiesta senza bisogno di alimentazione, sfruttando l’energia che l’antenna assorbe quando viene illuminata da un lettore RFID.

Questa capacità unica (trasmettere senza bisogno di alimentazione) fa della tecnologia RFID un sistema efficiente per tracciare gli oggetti. I sistemi RFID per la tracciabilità sono ormai diffusi in molti settori produttivi e riscuotono un successo crescente nella grande distribuzione.

Come funzionano i tag RFID

Mentre il microchip RFID incorpora memorie di diversi tipi e si occupa di gestire tutte le attività del tag, l’antenna permette di comunicare con i reader (o lettori) del sistema RFID. Le antenne integrate nei tag possono essere di due tipi. Quelle circolari permettono la lettura dei tag RFID in qualunque orientamento nel piano dell’antenna, mentre quelle lineari permettono la lettura dei tag con un orientamento particolare.

VEDI ANCHE: Un approfondimento sul funzionamento della tecnologia RFID

I tag RFID passivi

Tag RFID passiviIl principio grazie a cui il tag RFID è in grado di ricevere e di trasmettere le informazioni contenute nel chip è l’induzione magnetica. Quando entra nel campo di azione di un lettore RFID (da centimetri ad alcune decine di metri) il tag viene “svegliato” dal campo elettromagnetico generato dal reader RFID e gli risponde “riflettendone”, modulato, il segnale. Il segnale modulato di risposta viene quindi ricevuto dal reader che lo decodifica. Questo tipo di tag RFID, detto passivo, è il più diffuso sul mercato grazie soprattutto al prezzo che lo rende utilizzabilie in molte applicazioni.

Alcuni tipi di tag RFID passivi, se specificatamente progettati, offrono particolari capacità di robustezza e resistenza a condizioni industriali estreme. Il limite prestazionale dei tag passivi è la distanza di lettura e l’impossibilità di integrare sensori ausiliari. Inoltre, il fatto che si attivino solamente quando si trovano nel campo di azione di un reader, non li rende adatti ad applicazioni di localizzazione in tempo reale (Rtls).

I tag RFID attivi

Tag RFID AttiviI tag RFID possono integrare un sistema ricetrasmittente come i reader e questo è il caso dei tag attivi, che necessitano però di una batteria di alimentazione per la generazione del segnale. Grazie all’alimentazione integrata, i tag RFID attivi possano attivarsi indipendentemente dalla presenza di un reader nelle vicinanze e raggiungere distanze di lettura anche molto superiori ai tag passivi. Per il fatto che sono sempre accesi, i tag RFID attivi sono utilizzati quando c’è la necessità di realizzare dei sistemi di localizzazione in tempo reale (Rtls).

Il loro funzionamento può essere continuo o a intervalli di tempo nell’ottica del risparmio della batteria. La presenza della stessa permette ai tag RFID attivi di montare ed alimentare anche dei sensori aggiuntivi, per esempio per la rilevazione della temperatura o della pressione.

Tra gli svantaggi dei tag RFID attivi sono da segnalare le dimensioni usualmente più ingombranti di quelle dei tag RFID passivi, i costi di acquisto maggiori rispetto ai tag passivi, i costi di manutenzione o sostituzione della batteria, le difficoltà di utilizzo in situazioni ambientali difficili come quelli caratterizzati da temperature molte alte proprio per la presenza della batteria.

I tag RFID semipassivi

Esiste anche una terza categoria di tag RFID detti semi-passivi o Bap (Battery Assisted Passive). Si tratta di tag RFID passivi ma assistiti da batteria. Sostanzialmente, non usano l’energia fornita dalla batteria per trasmettere il segnale ma, come i tag passivi, “riflettono”, modulato, il segnale generato dal reader. La batteria ha due utilizzi: alimentare sensori aggiuntivi se il tag ne è provvisto, oppure aiutare il chip a “svegliarsi” tenendolo in uno stato di “stand by”, inattivo ma “acceso”.

Essendo la distanza di lettura dei tag passivi molto spesso limitata dalla difficoltà del chip a “svegliarsi” se non sufficientemente stimolato dall’energia del campo del reader, l’aiuto della batteria nei tag Bap, permette a questi ultimi di offrire distanze di lettura ben superiori. A livello di prezzi, i tag RFID Bap si collocano in linea di massima tra i tag RFID passivi e quelli attivi. Come nel caso dei tag attivi, la necessità di preservare la batteria può limitare l’utilizzo dei tag Bap negli ambienti più difficili.

Le frequenze di funzionamento dei sistemi RFID

La banda LF

Nella banda di frequenze LF (Low Frequency) troviamo i tag passivi che funzionano solitamente sui 125 kHz e sui 134 kHz secondo il principio dell’accoppiamento magnetico induttivo.
Tra i lori vantaggi dei tag LF ci sono la diffusione globale e l’assenza di problemi di funzionamento in presenza di metalli e liquidi.

Fra gli svantaggi, invece: distanze di lettura molto ridotte, quantità di memoria integrata solitamente limitate e read-only, l’impossibilità di leggere molti tag in contemporaneamente e i costi più alti rispetto agli altri tag passivi.

Tra le più comuni applicazioni si possono citare il tracciamento degli animali, il controllo accessi, chiavi con codice elettronico delle auto e molte applicazioni in ambienti dove è forte la presenza di metalli e liquidi.

La banda HF

Nella banda di frequenze HF (High Frequency) si trovano i tag che funzionano sui 13.56 MHz. Come gli i tag LF funzionano anch’essi secondo il principio dell’accoppiamento magnetico induttivo.

I vantaggi principali dei Tag HF sono l’alta sicurezza dei dati, la memoria più capiente e l’ottima adattabilità in presenza di liquidi o metalli. Gli svantaggi riguardano invece la distanza di lettora, generalmente molto limitata.

Sulla frequenza dei 13.56 MHz dunzionano diversi standard di sistemi RFID, i più importanti dei quali si chiamano Iso 14443 (tipo A e tipo B), Iso 15693 (ISO 18000-3 Mode 1) e Iso 18000-3 Mode 2.

VEDI ANCHE: Un approfondimento sulle frequenze di funzionamento dei tag RFID è disponibile qui.

Le prospettive applicative

Un lettore RFIDEsistono migliaia di tag diversi, ognuno caratterizzato da specificità particolari. Il substrato di base e i materiali di cui i tag sono ricoperti per rispondere alle più diverse esigenze applicative ne influenzano di primo acchito l’aspetto esteriore. Si va dalle semplici etichette molto simili a quelle tradizionali, ai cosiddetti hard tag progettati per resistere agli agenti atmosferici e alle sollecitazioni meccaniche, passando per svariate forme, dimensioni e materiali.
Dal punto di vista costruttivo, in questo database i tag sono classificati per tipo secondo le seguenti categorie:

Dry inlay

Consistono di un’antenna dotata di chip e stampata su sottile supporto plastico. Sono forniti in bobina continua, non fustellata. I dry inlay sono prodotti semi-lavorati che possono essere convertiti in etichetta, biglietto, badge, oppure incapsulati in materiali di diversa natura per realizzare tag RFID capaci di rispondere a variegate necessità applicative.

Wet inlay

A differenza dei dry inlay, sono fustellati e dotati di adesivo su un lato. Sono forniti in bobina.

Label

Le etichette sono fustellate, dotate di adesivo su un lato e ricoperte di uno strato di materiale stampabile sull’altro. Ai fini della classificazione in questo database, sono considerate “Label” tutte le etichette che non presentano particolari capacità di resistenza ad agenti chimici ed atmosferici, che non sono realizzate per essere applicate direttamente su materiali metallici, oppure che non presentano caratteristiche distintive come per esempio quelle anti-manomissione.

Special label

Sono le etichette che, grazie alle loro particolari caratteristiche, si differenziano dalle comuni etichette per possibilità di utilizzo o di applicazione all’oggetto da identificare.

Ticket/Badge

Sono i tag RFID di tipo badge dalle dimensioni tipiche delle carte di credito o altri biglietti/ticket realizzati per applicazioni di controllo accessi, biglietteria, pagamenti elettronici ecc.

Hard tag

Sono tag incapsulati in grado di resistere a particolari condizioni atmosferiche, a agenti chimici, a sollecitazioni meccaniche di diversa natura. Molto spesso sono realizzati appositamente per essere attaccati a materiali metallici. Ai fini della classificazione in questo database, sono considerati “hard tag” i prodotti incapsulati rigidi, non flessibili.

Special tag

Sono prodotti incapsulati che si differenziano dagli “hard tag” per la loro flessibilità o per la particolarità del loro metodo di applicazione all’oggetto da identificare.

Wristband

Sono braccialetti RFID per applicazioni come il controllo accessi e l’identificazione dei pazienti.

Le dimensioni dei tag sono estremamente ridotte: hanno una superficie di circa un millimetro quadro e uno spessore di soli 0.2 millimetri. Ogni transponder è abbinato a un supporto flessibile che può essere quindi inserito su varie tipologie di materiale come la carta o film plastico. Nasce quindi la così detta Smart Label o etichetta intelligente che potrà poi essere personalizzata da stampanti in tecnologia a trasferimento termico o impressione diretta.

Vedi anche: Un approfondimento slle principali aree applicative dell’Rfid

Le prospettive di sviluppo

I produttori di tag RFID stanno lavorando allo sviluppo di prodotti specifici per le più svariate applicazioni per offrire tag sempre più standardizzati e a prezzi sempre più contenuti. Ci sono campi applicativi, come nel caso dell’identificazione singola dei beni di basso costo, in cui i tag prodotti con le tecnologie attuali sono troppo cari per essere utilizzati. Questo sta spingendo diverse aziende a proporre sistemi di stampaggio dei tag direttamente sull’involucro dei prodotti con grandi risparmi in termini di costi di produzione. Queste nuove tecnologie saranno probabilmente disponibili sul mercato nel giro di pochi anni.

Secondo gli esperti fino al 2024 si continuerà a lavorare sul silicio ma nel frattempo si stanno ponendo le basi dei tag futuri, costituiti da nuovi materiali. Si parla di inchiostri speciali a base di argento per stampare i tag oppure di tag ai nanotubi di carbonio o al grafene, elementi caratterizzati da proprietà ottiche, termiche e meccaniche uniche, da cui potrebbe scaturire un rivoluzionario sviluppo della nanotecnologia.

La standardizzazione e l’abbassamento dei costi dell’hardware RFID, ne renderanno possibile l’applicazione in sempre più applicazioni e mercati verticali dando vita ad una vera e propria rivoluzione non solo nei processi industriali ma anche nelle abitudini dei consumatori.

Nota: The Biz Loft è nato come RFID Italia ed è stato il periodico leader nell’informazione su questo settore a partire dal 2006.

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