RFID電子標(biāo)簽如何應(yīng)用

射頻識(shí)別（Radio Frequency Idenficaon），簡(jiǎn)稱RFID，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。利用超高頻RFID（UHF RFID）技術(shù)可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽。UHF RFID識(shí)別具有無方向性，可批量識(shí)別、壽命長(zhǎng)、不可改寫、耐污染等特點(diǎn)，并且可利用RFID的存儲(chǔ)區(qū)寫入重要信息。

一、RFID的頻率標(biāo)準(zhǔn)

頻率使用許可

射頻系統(tǒng)的工作頻率是射頻識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)最基本的技術(shù)參數(shù)之一。工作頻率的選擇在很大程度上決定了電子標(biāo)簽的應(yīng)用范圍、技術(shù)可行性以及系統(tǒng)成本的高低。

射頻識(shí)別系統(tǒng)歸根到底是一種無線電傳播系統(tǒng)，它必須占據(jù)一定的空間通信信道。在空間通信信道中，射頻信號(hào)智能以電磁耦合或電磁反射的形式表現(xiàn)出來，因此，射頻識(shí)別系統(tǒng)的性能必然會(huì)受到電磁波空間傳輸特性的影響。

在人們?nèi)粘Ｉ钪校姶挪o處不在，如飛機(jī)的導(dǎo)航、電臺(tái)的廣播、軍事應(yīng)用等。中國(guó)由國(guó)家無線電管理委員會(huì)（簡(jiǎn)稱無委會(huì)）進(jìn)行統(tǒng)一管理。因此，無線電產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用都必須得到國(guó)家許可。

二、頻率劃分

由于很多領(lǐng)域的應(yīng)用需要系統(tǒng)工作于一定的頻率范圍內(nèi)，因此需要對(duì)頻率進(jìn)行分段。近年來，對(duì)頻譜的分段已經(jīng)進(jìn)行了幾次，其中，最常用的是電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）建立的，規(guī)定：射頻識(shí)別系統(tǒng)屬于無線電的應(yīng)用范疇，因此，其使用不能干擾到其他系統(tǒng)的正常工作，ISM使用的頻率范圍通常是局部的無線電通信頻段，因此，通常情況下，無線射頻使用的頻段是ISM頻段。

射頻識(shí)別系統(tǒng)最主要的工作頻率是0-135k，ISM頻率6.78MHZ\13.56MHZ\27.125MHZ\40.68MHZ\433.92MHZ\869.0MHZ\915MHZ\2.45GHZ\5.8GHZ以及24.125GHZ。

下面我們主要介紹一下頻段869MHZ和915MHZ。

目前全球超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率在860-960之間，這是因?yàn)樯漕l識(shí)別系統(tǒng)將應(yīng)用于全世界，然而在全球找不到一個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)可以適用的共同頻率，世界各國(guó)對(duì)頻率方面的具體規(guī)定也各不相同。因此，頻率問題對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)來講是一個(gè)重要的問題。頻率問題主要包括工作頻率的范圍、發(fā)射功率的大小、調(diào)頻技術(shù)、信道寬度等。

頻段869MHz，允許短距離使用，如郵政、會(huì)議等。頻段888-889和902-928被射頻識(shí)別系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。此外，次臨近的頻段被D-網(wǎng)絡(luò)電話和無繩電話占用全球的頻段由國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和分配，ITU把全球劃分為3個(gè)大區(qū)，他們分別為區(qū)域1（歐洲和非洲地區(qū)）、區(qū)域2（美洲地區(qū)）、區(qū)域3（大洋洲和亞洲地區(qū)）。

超高頻RFID電子標(biāo)簽的特性如下：

1.超高頻電子標(biāo)簽通過電場(chǎng)傳輸能量。電場(chǎng)的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進(jìn)行定義，該頻段讀取距離比較遠(yuǎn)，無源可達(dá)10m左右，主要通過電容耦合的方式進(jìn)行能量交換和數(shù)據(jù)傳輸。

2.超高頻頻段的電波不能通過許多材料，特別是水、灰塵、霧等懸浮顆粒物。

3.電子標(biāo)簽的天線一般是長(zhǎng)條和標(biāo)簽狀。天線有線性和圓極化兩種設(shè)計(jì)，以滿足相應(yīng)的應(yīng)用需求。

4.該頻段有好的讀取距離，但是對(duì)讀取區(qū)域很難進(jìn)行定義。

5.有很高的傳輸速率，在很短的時(shí)間內(nèi)，可以讀取大量的電子標(biāo)簽。

三、超高頻RFID電子標(biāo)簽組成

電子標(biāo)簽可分為兩部分，即電子標(biāo)簽的芯片和標(biāo)簽的天線。天線功能是手機(jī)閱讀器發(fā)射到空間的電磁波和將芯片本身發(fā)射的能量以電磁波的方式發(fā)射出去;芯片的功能是對(duì)標(biāo)簽接收到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)、解碼等各種處理，并把電子標(biāo)簽需要返回的信號(hào)進(jìn)行編碼、調(diào)制等各種處理。

1、芯片

超高頻電子標(biāo)簽芯片是電子標(biāo)簽的核心部分，它的作用包括標(biāo)簽信息存儲(chǔ)，標(biāo)簽接收信號(hào)處理和標(biāo)簽發(fā)射信號(hào)的處理。

芯片按照功能和結(jié)構(gòu)特征劃分為射頻、模擬前端、數(shù)字控制，存儲(chǔ)單元三大模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

UHF電子標(biāo)簽的關(guān)鍵技術(shù)及頻段劃分

A、射頻前端

除了提供閱讀器和電子標(biāo)簽數(shù)字模塊的傳輸接口外，還提供數(shù)字電路的電源。

B、模擬前端

超高片電子標(biāo)簽?zāi)M前端處在射頻前端和后端數(shù)字電路之間，主要包括：

1. 芯片提供穩(wěn)定的電壓

2. 將射頻輸入端得到的信號(hào)進(jìn)行檢波，得到數(shù)字基帶所需的信號(hào)。

3. 位數(shù)字基帶提供上電復(fù)位信號(hào)。

4. 提供芯片的穩(wěn)定偏置電流。

5. 位數(shù)字基帶提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)等。

C、數(shù)字控制模塊

數(shù)字控制模塊由PPM譯碼模塊、命令處理模塊、CRC模塊、主狀態(tài)機(jī)、編碼模塊、防碰撞控制、映射模塊、通用寄存器、專用寄存器、EEPROM接口組成，其主要功能是處理模擬借條后的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)與月突起的通信，并根據(jù)需求與EEPROM通信?；诮档?a target="_blank">硬件開銷和設(shè)計(jì)復(fù)雜度的考慮，數(shù)字部分的時(shí)序控制均采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2、天線

天線是一種具有將導(dǎo)行波與自由空間波相互轉(zhuǎn)功能的結(jié)構(gòu)。它存在于一個(gè)由波束范圍、立體弧度和立體角構(gòu)成的三維世界中。無線電設(shè)計(jì)輸出的射頻信號(hào)功率，通過饋線輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來，并通過饋線發(fā)送到無線電接收機(jī)。沒有天線也就沒有無線電通信。

在超高頻電子標(biāo)簽中，天線面積占主導(dǎo)地位，即標(biāo)簽面積主要取決于其天線面積。然而天線的物理尺寸受到其工作頻率電磁波波長(zhǎng)的限制，在超高頻下電磁波波長(zhǎng)為30cm，相對(duì)于電子標(biāo)簽的應(yīng)用來說，這個(gè)尺寸不是太大，因此實(shí)際電子標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)的尺寸都會(huì)小于這個(gè)尺寸，一般尺寸設(shè)計(jì)到5-10cm，這種天線一般稱為小天線。

一般在超高頻應(yīng)用頻段中，最常用的是偶極子天線（又稱為對(duì)稱振子天線）。其中，偶極子天線由兩端同樣粗細(xì)和等長(zhǎng)的直導(dǎo)線排成一條直線構(gòu)成，信號(hào)從中間的兩個(gè)端點(diǎn)饋入，在偶極子的兩臂上產(chǎn)生一定的電流分布，種種電流分布就在天線周圍空間激發(fā)起電磁場(chǎng)。偶極子天線也可分為4種類型，即半波偶極子天線、雙線折疊偶極子天線、三線折疊偶戒子天線和雙偶極子天線。如下圖。

UHF電子標(biāo)簽的關(guān)鍵技術(shù)及頻段劃分

四、超高頻電子標(biāo)簽的封裝

封裝的分類

從材料：

1. 紙質(zhì)標(biāo)簽;2塑料標(biāo)簽;3玻璃標(biāo)簽

從形狀：

1. 信用卡標(biāo)簽;2、線形標(biāo)簽;3、圓形標(biāo)簽;4、手表型標(biāo)簽;5其他形狀

封裝的加工

封裝環(huán)節(jié)主要包括3個(gè)主要工藝，即天線基板制作、Inlay的制作（一次封裝）和基板上的涂覆絕緣膜、沖裁（二次封裝）。

1. 天線基板的制作目前主要包括兩種方式，一種是傳統(tǒng)的蝕刻工藝，另一種是通過絲網(wǎng)印刷工藝來實(shí)現(xiàn)。蝕刻工藝是將鋁箔和薄膜加工成鋁復(fù)合材料，再通過印刷彩色防腐蝕劑形成新的復(fù)合材料，通過蝕刻生產(chǎn)設(shè)備，加工成天線形狀的復(fù)合材料基板。這種工藝實(shí)際上是一種天線復(fù)合材料的成型過程。如今超高頻電子標(biāo)簽印制的過程中，導(dǎo)電油墨主要用于印制RFID天線，以替代傳統(tǒng)的壓箔法或腐蝕法制作金屬天線。

2. Inlay的制作（一次封裝）是指將帶有天線的基板和芯片通過點(diǎn)膠的方式制作成Inlay的過程，超高頻電子標(biāo)簽的封裝環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在天線基板和芯片的互聯(lián)上，最適宜的封裝方式為倒貼裝芯片技術(shù)（Flip Chip），它具有高性能、低成本、微型化、高可靠性的特點(diǎn)，為適應(yīng)柔性基板材料，倒貼裝的鍵合材料要以導(dǎo)電膠來實(shí)現(xiàn)芯片與天線焊盤的互連。

3. 基板上得涂覆絕緣膜、沖裁（二次封裝）。超高頻電子標(biāo)簽從形態(tài)上分為三大類，即傳統(tǒng)標(biāo)簽類（不干膠）、注塑類和卡片類。

4. 傳統(tǒng)的自粘不干膠電子標(biāo)簽用標(biāo)簽復(fù)合設(shè)備完成封裝加工過程。標(biāo)簽由層面、芯片線路層、膠層、底層組成。面層可以用紙、PP、PET等多種材質(zhì)制作產(chǎn)品的表面，應(yīng)用涂布設(shè)備將冷凝膠涂覆到Inlay層上，再加上塑料材質(zhì)的底紙，就形成了電路帶保護(hù)的標(biāo)簽，再刷上膠，和離型紙結(jié)合，就形成了成卷的不干膠電子標(biāo)簽，再經(jīng)過模切等工序，就形成了單個(gè)的不干膠電子標(biāo)簽;

5. 注塑類和PVC卡片與傳統(tǒng)的制卡工藝相似，即在成卷的Inlay表面上涂光油，通過與印刷好的上下底料相結(jié)合，形成大張的成品標(biāo)簽卡，再通過印刷、層壓、沖切等形成符合ISO7810卡片標(biāo)準(zhǔn)尺寸的標(biāo)簽卡，也可按照需要加工成異性等形式。

五、超高頻RFID標(biāo)簽的技術(shù)參數(shù)

1. 標(biāo)簽的能量需求：標(biāo)簽的能量需求指的是激活標(biāo)簽芯片電路所需要的能量范圍;

2. 標(biāo)簽的傳輸速率：標(biāo)簽向讀寫器反饋所攜帶的數(shù)據(jù)的傳輸速率以及接受來自讀寫器的寫入數(shù)據(jù)命令的速率。

3. 標(biāo)簽的讀寫速度：被讀寫器識(shí)別和寫入的時(shí)間決定，一般為毫秒級(jí)

4. 標(biāo)簽的容量：一般可達(dá)到1024Byte的數(shù)據(jù)量。

5. 標(biāo)簽的封裝形式：取決于標(biāo)簽天線的形狀

六、電子標(biāo)簽應(yīng)用領(lǐng)域

應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：供應(yīng)鏈上的管理和應(yīng)用、生產(chǎn)線自動(dòng)化的管理和應(yīng)用、航空包裹的管理和應(yīng)用、集裝箱的管理和應(yīng)用、鐵路包裹的管理和應(yīng)用、后勤管理的應(yīng)用等。

七、超高頻RFID標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)

1. ISO/IEC18000-6定義了超高頻的物理層和通信的協(xié)議;空中接口定義了TypeA和TypeB兩部分;支持可讀和可寫操作。

2. EPCglobal定義了電子物品編碼的結(jié)構(gòu)和超高頻的空中接口以及通信的協(xié)議，如class0、Class1Gen1、ClassGen2.

3. UbiquitousID，日本的組織，定義了UID編碼的結(jié)構(gòu)和通信管理協(xié)議。

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