Por que o RFID de baixa frequência tem um curto alcance de leitura?

Se eu quiser obter o comprimento de onda de uma onda de rádio, devo dividir a velocidade da luz pela frequência? Então, ter um RFID de 125 kHz significa um comprimento de onda estimado de 2 km?

Se o comprimento de onda é de 2 km, por que esse RFID de baixa frequência tem um curto alcance de leitura?

Porque o RFID não funciona com base na propagação de ondas. Portanto, não é realmente um sistema de rádio (apesar de trabalhar em "RF" = Radiofrequência).

Pense em uma etiqueta RFID mais como o lado secundário de um transformador de núcleo de ar, onde as informações são transmitidas pela etiqueta, alterando a quantidade de energia que ela extrai do lado primário do transformador ou carregando um armazenamento de energia (capacitor) e depois trocando o papel do lado secundário e primário do transformador.

Como não estamos falando de uma onda que se propaga para longe da antena, mas de uma bobina acoplada a um campo magnético, a queda de energia é ainda pior que a distância² para perda de espaço livre e, após alguns centímetros, praticamente nenhum efeito de a etiqueta no leitor pode ser feita.

Você está confundindo comunicações de rádio através do ar com indutores acoplados.

Para se comunicar através do ar usando uma portadora de 125 kHz, você precisaria de uma antena de cerca de 1/4 de lambda com cerca de 600 metros de comprimento para transmitir esses 125 kHz com eficiência.

Obviamente, o RFID não funciona dessa maneira.

O RFID utiliza indutores acoplados, o que significa que existem duas bobinas (opcionalmente com um material magnético em seu núcleo) que se acoplam magneticamente.

Para que esse acoplamento seja eficaz, a distância pode ser de apenas alguns centímetros.

$r^3$$r^2$

Você calculou o comprimento de onda, para ver como a antena é pequena como uma fração do comprimento de onda.

Com antenas maiores, talvez alguns metros, e potências de transmissão mais altas, é possível obter faixas de centenas de metros usando comunicações de campo próximo. Isto é usado por exemplo na caverna-rádio - desde o near-field faz rocha penetrar razoavelmente bem.

$r^3$

No entanto, o motivo pelo qual a baixa frequência (por exemplo, 125kHz) funciona a uma distância menor que a alta frequência (> 1Mhz) é devido à lei de Faraday:

$V_{emf} = -N\frac{d\Phi}{dt} = -NA\frac{dB}{dt}$

$\Phi$$B$$A$$N$$A$

$r^3$$B$

Nota: isso ignora a capacitância parasitária dos indutores, que também entra em jogo em frequências mais altas.

O RFID de baixa frequência, como já foi dito, depende do vetor magnético e não do vetor elétrico da radiação EM emitida pela bobina. A energia magnética cai com o cubo da distância. A energia que pode ser transmitida é limitada pela autoridade reguladora. As próprias tags têm dois tipos passivo e ativo. Etiquetas passivas, como o nome sugere, coletam energia do campo recebido e se alimentam desse campo, modulando sua bobina receptora. O sinal emitido pela etiqueta também cai de acordo com a lei do cubo e deve ser recuperado da antena de transmissão em um circuito separado daquele que transmite a energia para alimentar a etiqueta. Tanto no tag quanto no leitor, geralmente há uma bobina transmitida e recebida.