目前RFID技术与丝网印刷下

RFID技术与丝印刷(下)

五、射频标签读写设备基本原理

射频标签读写设备是射频识别系统的两个重要组成部分（标签与读写器）之一。射频标签读写设备根据具体实现功能的特点也有一些其他较为流行的别称，如：阅读器（Reader），查询器（Interrogator），通信器（Communicator），扫描器（Scanner），读写器（Reader and Writer），编程器（Programmer），读出装置（Reading Device），便携式读出器（Portable Readout Device），AEI设备（ Automatic Equipment Identification Device）等。

通常情况下，射频标签读写设备应根据射频标签的读写要求以及应用需求情况来设计。随着射频识别技术的发展，射频标签读写设备也形成了一些典型的系统实现模式，本章的重点也在于介绍这种读写器的实现原理。

读写器即对应于射频标签读写设备，读写设备与射频标签之间必然通过空间信道实现读写器向射频标签发送命令，射频标签接收读写器的命令后做出必要的响应，由此实现射频识别。此外，在射频识别应用系统中，一般情况下，通过读写器实现的对射频标签数据的无接触收集或由读写器向射频标签中写入的标签信息均要回送的应用系统中或来自应用系统，这就形成了射频标签读写设备与应用系统程序之间的接口API（Application Program Interface）。一般情况下，要求读写器能够接收来自应用系统的命令，并且根据应用系统的命令或约定的协议作出相应的响应（回送收集到的标签数据等）。

实验机本身有了大脑六、智能标签中的射频天线

射频天线类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。方向性天线具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。门禁系统可以使用短作用距离的无源标签。在RF装置中，工作频率增加到微波区域的时候，天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。考虑的频带是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。

1、天线必须：

（1）足够的小以至于能够贴到需要的物品上；

（2）有全向或半球覆盖的方向性；

（3）提供最大可能的信号给标签的芯片；

增加量不得超过规定的限值（4）无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配；

（5）具有鲁棒性；

（6）非常便宜。

（7）在选择天线的时候的主要考虑是：

a、天线的类型

；

b、天线的阻抗：

c、在应用到物品上的RF的性能；

d、在有其他的物品围绕贴标签物品时的RF性能。

2、可能的选择

这里有打造跨界协同的创新生态系统两种使用方式：1）贴标签的物品被放在仓库中，有一个便携装置，可能是手持式，询问所有的物品，并且需要它们给予信息反馈信息；2）在仓库的门口安装读卡设配，询问并记录进出物品。还有一个主要的选择是有源标签还是无源标签。

3、可选的天线

在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz频率是用的RFID系统中，可选的天线有几种，见下表，它们重点考虑了天线的尺寸。这样的小天线的增益是有限的，增益的大小取决于辐射模式的类型，全向的天线具有峰值增益0到2dBi；方向性的天线的增益可以达到6dBi。增益大小影响天线的作实现铝合金重点牌号生产利用用距离。下表中的前三个种类的天线是线极化的，但是微带面天线可以使圆极化的，对数螺旋天线仅仅是圆极化的。由于RFID标签的方向性是不可控的，所以读卡机必须是圆极化的。一个圆极化的标签天线可以产生3dB 以强的信号。

4、阻抗问题

为了最大功率传输，天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。设计天线与50 或70欧姆的阻抗匹配，但是可能设计天线具有其他的特性阻抗。例如，一个缝隙天线可以设计具有几百欧姆的阻抗。一个折叠偶极子的阻抗可以是一做个标准半波偶极子阻抗的20倍。印刷贴片天线的引出点能够提供一个很宽范围的阻抗(通常是40 到100欧姆)。选择天线的类型，以至于它的阻抗能够和标签芯片的输入阻抗匹配是十分关键的。另一个问题是其他的与天线接近的物体可以降低天线的返回损耗。对于全向天线，例如双偶极子天线，这个影响是显著的。改变双偶极子天线和一听番茄酱的间距做了一些实际测量，显示了一些变化，其他的物体也有相似的影响。此外是物体的介电常数，而不是金属，改变了谐振频率。一塑料瓶子水降低了最小返回损耗频率16%。当物体与天线的距离小于62.5mm的时候，返回损耗将导致一个3.0 dB的插入损耗，而天线的自由空间插入损耗才0.2dB。可以设计天线使它与接近物体的情况相匹配，但是天线的行为对于不同的物体和不同的物体距离而不同。对于全向天线是不可行的，所以设计方向性强的天线，它们不受这个问题的影响。

5、辐射模式

在一个无反射的环境中测试了天线的模式，包括了各种需要贴标签的物体，在使用全向天线的时候性能严重下降。圆柱金属听引起的性能下降是最严重的，在它与天线距离50mm的时候，反回的信号下降大于20dB。天线与物体的中心距离分开到100—150mm的时候，反回信号下降约10 到12dB。在与天线距离100mm的时候，测量了几瓶水（塑料和玻璃），反回信号降低大于10dB。 在蜡纸盒的液体，甚至苹果上做试验得到了类似的结果。

6、距离

RFID天线的增益和是否使用有源的标签芯片将影响系统的使用距离。乐观的考虑，在电磁场的辐射强度符合UK的相关标准时，2.45GHz 的无源情况下，全波整流，驱动电压不大于3伏，优化的RFID天线阻抗环境(阻抗 200 或300欧姆)，使用距离大约是1米[3]。如果使用WHO限制[4]则更适合于全球范围的使用，但是作用距离下降了一半。这些限制了读加油、接电便可工作卡机到标签的电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片作用距离可以达到5到10米。

七、条形码与电子标签比较

名称 信息载体 信息量 读/写性 读取方式 保密性工信部和中国石化联合会正在研究编制《化工新材料进口替换专项工程实行方案》 智能化 抗干扰能力 寿命 成本条 码 纸、塑料薄 膜、金属表面 小 只读 CCD或激光束扫描 差 无 差 较短 最低 RFID标签 EEPROM 大 读/写 无线通信 最好 有 很好 最长 较高

八、电子标签示图

来源：深圳市新兴印刷技术开发有限公司 刘志华