O que posso fazer para aumentar o alcance da leitura passiva de HF RFID?

Estou trabalhando em um protótipo, cuja função é detectar se um objeto está "dentro do alcance" em alguns centímetros. No momento, estou apenas usando um Arduino e um kit Mifare RC-522 barato que opera a 13,56 MHz:

Consegui detectá-lo com sucesso, mas apenas a uma distância de cerca de 3-4 cm quando o tag está orientado paralelamente à antena.

De acordo com minha pesquisa limitada , a banda HF permite intervalos de leitura entre 10 cm e 1 m para tags passivos, dependendo de fatores como tamanho da antena, tamanho e orientação do tag e potência do transceptor.

Sei que esse leitor barato não é tarefa fácil, mas estou interessado em criar algo que atinja intervalos de leitura de 15 a 20 cm.

Alguns critérios:

• Não há necessidade de ler várias tags; apenas se uma tag está no intervalo ou não.
• Não há necessidade de escrever na etiqueta.
• Não é possível usar uma tag ativa.

Ainda não tenho experiência com a construção de leitores RFID, mas estou interessado em saber o que devo buscar.

Aqui estão algumas coisas que eu considerei:

• Coloque a antena embutida no leitor RFID barato e construa minha própria antena maior. Eu precisaria ver se o MFRC522 embutido tem a tarefa de fornecer energia adicional.
• Procure um IC diferente em torno do qual construir um leitor a partir do zero.
• Encontre uma solução pronta em vez de tentar criar uma (mais econômica?).
• Use algo diferente de RFID para uma detecção de proximidade simples.

Tenho experiência com microcontroladores e eletrônica básica e fiz projetos de áudio e iluminação, mas este é o primeiro com RFID. Como não preciso ler várias tags, para as quais o RFID é adequado, considerei talvez algum tipo de ímã e sensor de efeito hall, mas o alcance não parece adequado. Eu considerei usar um detector de proximidade ultrassônico, mas o aplicativo exige a detecção do objeto marcado, ignorando os não marcados (o ultrassom produziria falsos positivos em objetos não marcados). Eu considerei algum tipo de superfície refletora colocada no objeto e detecte a luz refletida, mas a orientação do objeto não é confiável o suficiente para manter o alinhamento.

Então, em poucas palavras, que modificações posso fazer no meu leitor existente ou que tecnologia alternativa devo buscar para obter uma detecção de 15 a 20 cm de um objeto com identificação passiva?

Planejo conectar qualquer detector de proximidade usado a um microcontrolador usando SPI.

Só posso relatar minhas experiências: -

Se você deseja detectar um tag do tipo passivo normalmente não alimentado a distâncias extremas, é necessário alimentá-lo a partir de um campo magnético significativamente maior. Tornar seu campo magnético mais forte é a única maneira de saber (e recomendar). Tornar sua etiqueta mais eficiente na recuperação de uma fração dessa energia também faz parte do acordo. Diminuir a energia necessária para a etiqueta também faz parte do acordo.

Uma vez que o tag "passivo" recebe energia suficiente desse campo magnético, ele pode transmitir um sinal de RF para anunciar sua presença - porque, com uma potência muito fraca, pode não ser capaz de transmitir mais do que algumas centenas de microwatts. Essa transmissão não deve ter que enfrentar o campo magnético predominante que a alimenta - deve estar em uma frequência portadora que não esteja conectada ao campo magnético de potência para que isso funcione com mais eficiência. Isso exigirá que o objeto estacionário que gera o campo magnético de potência seja capaz de receber esse sinal de RF.

Então agora você tem duas transmissões - a transmissão que alimenta o tag e a transmissão a partir do tag que contém dados de identificação - e não estão na mesma frequência se você deseja uma distância máxima.

A cerca de 10 cm (talvez 10 cm se eu apertar), um sistema que desenvolvi poderia detectar a presença de um dispositivo normalmente sem energia. No entanto, eu precisava transmitir cerca de 1 watt através do espaço, porque o dispositivo estava fazendo outras coisas que precisavam de energia - ele estava girando em um eixo e os fios não funcionavam. O transmissor de FM usado era de 80MHz e transmitido a cerca de 1mW. O receptor pode detectar isso em cerca de 1m, mas não foi especialmente projetado para detectá-lo a mais de 10 cm. O campo magnético gerado foi bastante grande e a bobina usada foi enrolada com fio de Litz - eu acho que era de cerca de 3 uH e tinha um pico de 400 volts para atingir o pico a 600kHz (calcule a corrente por si mesmo !!). Operar o campo magnético em 13MHz podeser melhor, mas isso começa a se tornar um trade-off, porque, na sua situação, você deseja que a "área de detecção" seja grande - isso significa uma bobina de grande diâmetro e você deseja que a corrente máxima através dela produza o campo maior e de maior alcance você está lutando contra a indutância da bobina. Você precisa de corrente nessa bobina para produzir um campo magnético e quanto mais, melhor.

Para obter essa corrente, usei fio Litz de 250 fios e ajuste paralelo para tornar a corrente de circulação na bobina muito maior do que a corrente de acionamento do gerador. Isso facilita o projeto do gerador, é claro.

Em resumo, se você quiser alimentar a etiqueta à distância, pense em bobina grande e fio litz e pense em ajuste paralelo para obter a máxima eficácia. A bobina de recebimento de energia também teve perda muito baixa e foi altamente ajustada para obter o máximo de tensão possível quando ajustada na distância máxima. É nisso que você deve se concentrar na minha opinião.