RFIDリーダーの電波出力比較ガイド

03.07.2019

updated 2023/06/21

Expert article

RFIDリーダーの電波出力比較ガイド

RFIDリーダーの電波

はじめに

RFIDリーダーの電波出力は、リーダーの性能を理解する上で重要な要素です。この記事では、RFIDリーダーの電波出力の異なる表示方法とその意味、および読取距離の決定方法について解説します。

RFID電波出力の基本

RFIDの電波出力は、タグをどれだけ遠くから読み取ることができるかを示す指標です。しかし、電波出力だけではリーダーの性能を完全には表現できません。受信感度や方向感度なども考慮する必要があります。

電波出力の単位

電波出力は通常、ミリワット（mW）またはデシベル（dB）で表示されます。デシベルは対数スケールで、異なるデシベル単位が比較される場合は注意が必要です。

読取距離の決定方法

RFIDリーダーの電波出力とアンテナ利得を考慮して、読取距離を決定することができます。ERP（実効輻射電力）とEIRP（実効等方輻射電力）は、この計算で使用される概念です。

問題

例：他の条件が等しい場合、どちらのリーダーがより遠くのタグを読み取ることができるでしょうか？

30dBm (1.0W) ERPのリーダー
32dBm (1.6W) EIRPのリーダー

（下部に答えがあります。）

デシベル（dB）の基本

デシベル（dB）は対数関数的スケールで2つの数字の関係を表します。

0dB: x=1*y
3dB: x=2*y
6dB: x=4*y
10dB: x=10*y
20dB: x=100*y
また
-3dB: x=y/2
-10dB: x=y/10

RFIDリーダーの電波出力は、通常、dBmやdBiなどの単位で表されます。これらの単位は、何と比較されるかによって異なります。例えば、3dBiのアンテナは、等方基準アンテナに対して2倍の出力を持っています。dBiの「i」は完全無指向性アンテナ/等方性基準アンテナを表します。

RFIDリーダーの電波出力は、アンテナへの電波出力とアンテナ利得の2つの要素から構成されます。アンテナへの電力は通常、mWまたはdBmで表され、dBmは1mWと比較した電力を表します。以下の表はdBmとmWの関係を説明します。

RFIDリーダーのアンテナ利得と電波出力の理解

アンテナ利得の基本

RFIDリーダーのアンテナ利得は、異なる基準アンテナと比較されることが一般的です。以下は、主な単位とその意味です。

dBi: 等方性基準アンテナと比較された利得。
dBd: 基準ダイポールアンテナと比較された利得。
dBic: 基準等方性円偏波アンテナと比較された利得。

また、dBiLが使用されることもありますが、その関係は明確でなく、使用は推奨されません。

アンテナの種類と特性

ダイポールアンテナは、理想的な等方性アンテナに対してダイポールから90度の角度に放射します。結果として、0dBd = 2.15 dBi。
等方性円偏波アンテナは、タグアンテナが線形の場合、極性のミスマッチにより円偏波方向で出力を失います。結果として、0dBic = -3 dBi。

電波出力制限の法律

ヨーロッパと日本やアメリカでは、RFIDリーダーの電波出力に関する法律が異なります。

ヨーロッパ

ヨーロッパでは、ERP (Efficient Radiating Power) が電波出力制限の基準として使用されます。これはダイポールアンテナに関連して記述されます。

例：電波出力27dBm (500mW)および5dBiのアンテナ利得の場合、ERP = 27dBm + 5dBi - 2.15 ≈ 30dBm (1.0W)。

日本やアメリカ

アメリカでは、EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) が電波出力制限の基準として使用されます。これは等方基準アンテナと比較されます。

例：電波出力27dBm (500mW)および5dBiのアンテナ利得の場合、EIRP = 27dBm + 5dBi = 32dBm (1.6W)。

初めに提起された実践問題がありました。

問題

例：他の条件が等しい場合、どちらのリーダーがより遠くのタグを読み取ることができるでしょうか？

30dBm (1.0W) ERPのリーダー
32dBm (1.6W) EIRPのリーダー

答え

1W ERPのリーダーの出力は、1.6W EIRPのリーダーの出力と同じです。

公式：

ERP（dBm） = (RF出力（dBm）) + (アンテナ利得（dBi）) -2.15dB

これは上の表を使用してmWに変換できます。

EIRP（dBm） = (RF出力（dBm）) + (アンテナ利得（dBi）)

これは上の表を使用してmWに変換できます。

dBi = dBic - 3dB (RFID)

dBi = dBd +2.15dB

いくつかの計算例：

250mWの出力、アンテナ利得3dBiの場合
250mW =24dBm
ERP =24 dBm + 3dBi -2.15dB =～ 24.85dBm (305mW)
EIRP =24 dBm + 3dBi = 27 dBm (500mW)

400mWの出力、アンテナ利得4dBiの場合
400mW =～ 26dBm
ERP = 26 dBm + 4dBi -2.15dB =～ 28 dBm (630mW)
EIRP = 26dBm + 4dBi =30 dBm (1W)

500mWの出力、アンテナ利得6dBicの場合
500mW =27dBm
ERP =27 dBm + (6dBic -3dB) -2.15dB =～ 28dBm (630mW)
EIRP =27 dBm + (6dBic-3dB) = 30 dBm (1W)

1Wの出力、アンテナ利得6dBiの場合
1W = 1000mW = 30dBm
ERP = 30 dBm + 6dBi -2.15dB =～ 34 dBm (2.5W)
EIRP = 30 dBm + 6dBi = 36 dBm (4W)

このように公式を使用して、異なる単位の出力を比較することが出来ます。