¿Qué puedo hacer para aumentar el rango de lectura de RFID HF pasivo?

Estoy trabajando en un prototipo, cuya función es detectar si un objeto está "dentro del rango" unos pocos cm. En este momento solo estoy usando un Arduino y un kit Mifare RC-522 barato que funciona a 13.56 MHz:

Lo logré detectar con éxito la etiqueta, pero solo a una distancia de aproximadamente 3-4 cm cuando la etiqueta está orientada paralela a la antena.

Según mi investigación limitada , la banda de HF permite rangos de lectura de entre 10 cm y 1 m para etiquetas pasivas, dependiendo de factores como el tamaño de la antena, el tamaño y la orientación de la etiqueta y la potencia del transceptor.

Me doy cuenta de que este lector económico no está listo para la tarea tal como está, pero estoy interesado en construir algo que alcance rangos de lectura de 15-20 cm.

Algunos criterios:

• No es necesario leer varias etiquetas; solo si una etiqueta está dentro del rango o no.
• No es necesario escribir en la etiqueta.
• No se puede usar una etiqueta activa.

No tengo experiencia con la construcción de lectores RFID (todavía) pero estoy interesado en saber qué debo seguir.

Aquí hay algunas cosas que he considerado:

• Deshazte de la antena incrustada en el lector RFID barato y construye mi propia antena más grande. Necesitaría ver si el MFRC522 a bordo es capaz de proporcionar energía adicional.
• Busque un IC diferente alrededor del cual construir un lector desde cero.
• Encuentre una solución preparada en lugar de intentar crear una (¿más rentable?).
• Use algo diferente a RFID para una simple detección de proximidad.

Tengo experiencia con microcontroladores y electrónica básica, y he realizado proyectos de audio e iluminación, pero este es el primero con RFID. Como no necesito leer varias etiquetas, para las cuales RFID es adecuado, he considerado quizás algún tipo de imán y sensor de efecto hall, pero el rango no parece adecuado. Pensé en usar un detector de proximidad ultrasónico, pero la aplicación requiere detectar el objeto etiquetado e ignorar los no etiquetados (el ultrasonido produciría falsos positivos en los objetos no etiquetados). He considerado algún tipo de superficie reflectante colocada sobre el objeto y detectado la luz reflejada, pero la orientación del objeto no es lo suficientemente confiable como para mantener la alineación.

Entonces, en pocas palabras, ¿qué modificaciones puedo hacer a mi lector existente, o qué tecnología alternativa debo seguir para lograr la detección de 15-20 cm de un objeto etiquetado pasivamente?

Planeo conectar cualquier detector de proximidad que se use a un microcontrolador usando SPI.

Solo puedo relatar mis experiencias: -

Si desea detectar una etiqueta de tipo pasivo normalmente no alimentado a distancias extremas, debe alimentar esa etiqueta desde un campo magnético significativamente más grande. Fortalecer su campo magnético es la única forma en que puedo saber (y recomendar). Hacer que su etiqueta sea más eficiente para recuperar una fracción de este poder también es parte del trato. Reducir la energía que necesita la etiqueta también es parte del trato.

Una vez que la etiqueta "pasiva" recibe suficiente energía de ese campo magnético, puede transmitir una señal de RF para anunciar su presencia. Debido a que tiene una potencia muy débil, es posible que no pueda transmitir más de unos pocos cientos de microvatios. Esta transmisión no debería tener que luchar contra el campo magnético predominante que lo alimenta: debe estar en una frecuencia portadora que no esté conectada con el campo magnético de potencia para que esto funcione de manera más efectiva. Esto requerirá que el objeto estacionario que genera el campo magnético de potencia sea capaz de recibir esta señal de RF.

Entonces, ahora tiene dos transmisiones, la transmisión que alimenta la etiqueta y la transmisión desde la etiqueta que contiene datos de identificación, ninguna de las dos tiene la misma frecuencia si desea una distancia máxima.

A aproximadamente 4 pulgadas (tal vez 5 pulgadas si lo presioné), un sistema que desarrollé podría detectar la presencia de un dispositivo normalmente sin alimentación. Sin embargo, necesitaba transmitir alrededor de 1 vatio a través de la brecha porque el dispositivo estaba haciendo otras cosas que necesitaban energía: estaba girando en un eje y los cables no funcionaban. El transmisor FM que usó estaba a 80MHz y se transmitió a aproximadamente 1mW. El receptor podría detectar esto a aproximadamente 1 m, pero no estaba especialmente diseñado para detectarlo más de 4 pulgadas. El campo magnético que generó fue bastante grande y la bobina que usó estaba enrollada con alambre de Litz: supongo que era de aproximadamente 3 uH y tenía aproximadamente 400 voltios pico a pico a 600 kHz (¡calcule la corriente usted mismo!). Operar el campo magnético a 13MHz podríaserá mejor, pero comienza a convertirse en una compensación porque, en su situación, desea que el "área de detección" sea grande; esto significa una bobina de gran diámetro y desea que la corriente máxima a través de ella produzca el campo más grande y de mayor alcance Estás luchando contra la inductancia de la bobina. Necesita corriente en esa bobina para producir un campo magnético y cuanto más mejor.

Para obtener esa corriente, utilicé un cable Litz de 250 hilos y una sintonización paralela para hacer que la corriente circulante en la bobina sea mucho más grande que la corriente de accionamiento del generador. Esto facilita el diseño del generador, por supuesto.

En resumen, si desea alimentar la etiqueta a distancia, piense en una bobina grande y piense en un cable litz y piense en una sintonización paralela para obtener la máxima eficiencia. La bobina de recepción de potencia también tenía una pérdida muy baja y estaba muy ajustada para obtener la mayor tensión posible cuando se ajustaba a la distancia máxima. Esto es en lo que deberías concentrarte en mi opinión.