五點你就知道 超高頻RFID電子標籤有哪些標準及應用

五點你就知道 超高頻RFID電子標籤有哪些標準及應用

工程師2 發表於 2018-04-20 09:18:00

一、RFID的頻率標準

頻率使用許可

射頻系統的工作頻率是射頻識別技術系統最基本的技術參數之一。工作頻率的選擇在很大程度上決定了電子標籤的應用範圍、技術可行性以及系統成本的高低。

射頻識別系統歸根到底是一種無線電傳播系統，它必須佔據一定的空間通信信道。在空間通信信道中，射頻信號智能以電磁耦合或電磁反射的形式表現出來，因此，射頻識別系統的性能必然會受到電磁波空間傳輸特性的影響。

在人們日常生活中，電磁波無處不在，如飛機的導航、電臺的廣播、軍事應用等。中國由國家無線電管理委員會（簡稱無委會）進行統一管理。因此，無線電產品的生產和使用都必須得到國家許可。

二、頻率劃分

由於很多領域的應用需要系統工作於一定的頻率範圍內，因此需要對頻率進行分段。近年來，對頻譜的分段已經進行了幾次，其中，最常用的是電氣和電子工程師協會（IEEE）建立的，規定：射頻識別系統屬於無線電的應用範疇，因此，其使用不能干擾到其他系統的正常工作，ISM使用的頻率範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。

射頻識別系統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別系統的工作頻率在860-960之間，這是因為射頻識別系統將應用於全世界，然而在全球找不到一個射頻識別系統可以適用的共同頻率，世界各國對頻率方面的具體規定也各不相同。因此，頻率問題對射頻識別系統來講是一個重要的問題。頻率問題主要包括工作頻率的範圍、發射功率的大小、調頻技術、信道寬度等。

頻段869MHz，允許短距離使用，如郵政、會議等。頻段888-889和902-928被射頻識別系統廣泛應用。此外，次臨近的頻段被D-網絡電話和無繩電話佔用全球的頻段由國際電信聯盟（ITU）進行統一的規劃和分配，ITU把全球劃分為3個大區，他們分別為區域1（歐洲和非洲地區）、區域2（美洲地區）、區域3（大洋洲和亞洲地區）。

超高頻RFID電子標籤的特性如下：

1.超高頻電子標籤通過電場傳輸能量。電場的能量下降的不是很快，但是讀取的區域不是很好進行定義，該頻段讀取距離比較遠，無源可達10m左右，主要通過電容耦合的方式進行能量交換和數據傳輸。

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.電子標籤的天線一般是長條和標籤狀。天線有線性和圓極化兩種設計，以滿足相應的應用需求。

4.該頻段有好的讀取距離，但是對讀取區域很難進行定義。

5.有很高的傳輸速率，在很短的時間內，可以讀取大量的電子標籤。

三、超高頻RFID電子標籤組成

電子標籤可分為兩部分，即電子標籤的晶片和標籤的天線。天線功能是手機閱讀器發射到空間的電磁波和將晶片本身發射的能量以電磁波的方式發射出去；晶片的功能是對標籤接收到的信號進行調節、解碼等各種處理，並把電子標籤需要返回的信號進行編碼、調製等各種處理。

1、晶片

超高頻電子標籤晶片是電子標籤的核心部分，它的作用包括標籤信息存儲，標籤接收信號處理和標籤發射信號的處理。

晶片按照功能和結構特徵劃分為射頻、模擬前端、數字控制，存儲單元三大模塊，系統結構圖如下：

A、射頻前端

除了提供閱讀器和電子標籤數字模塊的傳輸接口外，還提供數字電路的電源。

B、模擬前端

超高片電子標籤模擬前端處在射頻前端和後端數字電路之間，主要包括：

1. 晶片提供穩定的電壓

2. 將射頻輸入端得到的信號進行檢波，得到數字基帶所需的信號。

3. 位數字基帶提供上電復位信號。

4. 提供晶片的穩定偏置電流。

5. 位數字基帶提供穩定的時鐘信號等。

C、數字控制模塊

數字控制模塊由PPM解碼模塊、命令處理模塊、CRC模塊、主狀態機、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後的數據，負責與月突起的通信，並根據需求與EEPROM通信。基於降低硬體開銷和設計複雜度的考慮，數字部分的時序控制均採用狀態機實現。

2、天線

天線是一種具有將導行波與自由空間波相互轉功能的結構。它存在於一個由波束範圍、立體弧度和立體角構成的三維世界中。無線電設計輸出的射頻信號功率，通過饋線輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點後，由天線接收下來，並通過饋線發送到無線電接收機。沒有天線也就沒有無線電通信。

在超高頻電子標籤中，天線面積佔主導地位，即標籤面積主要取決於其天線面積。然而天線的物理尺寸受到其工作頻率電磁波波長的限制，在超高頻下電磁波波長為30cm，相對於電子標籤的應用來說，這個尺寸不是太大，因此實際電子標籤天線設計的尺寸都會小於這個尺寸，一般尺寸設計到5-10cm，這種天線一般稱為小天線。

一般在超高頻應用頻段中，最常用的是偶極子天線（又稱為對稱振子天線）。其中，偶極子天線由兩端同樣粗細和等長的直導線排成一條直線構成，信號從中間的兩個端點饋入，在偶極子的兩臂上產生一定的電流分布，種種電流分布就在天線周圍空間激發起電磁場。偶極子天線也可分為4種類型，即半波偶極子天線、雙線摺疊偶極子天線、三線摺疊偶戒子天線和雙偶極子天線。如下圖。

四、超高頻電子標籤的封裝

封裝的分類

從材料：

1. 紙質標籤；

2. 塑料標籤；

3. 玻璃標籤。

從形狀：

1. 信用卡標籤；

2. 線形標籤；

3. 圓形標籤；

4. 手錶型標籤；

5. 其他形狀。

封裝的加工

封裝環節主要包括3個主要工藝，即天線基板製作、Inlay的製作（一次封裝）和基板上的塗覆絕緣膜、衝裁（二次封裝）。

1. 天線基板的製作目前主要包括兩種方式，一種是傳統的蝕刻工藝，另一種是通過絲網印刷工藝來實現。蝕刻工藝是將鋁箔和薄膜加工成鋁複合材料，再通過印刷彩色防腐蝕劑形成新的複合材料，通過蝕刻生產設備，加工成天線形狀的複合材料基板。這種工藝實際上是一種天線複合材料的成型過程。如今超高頻電子標籤印製的過程中，導電油墨主要用於印製RFID天線，以替代傳統的壓箔法或腐蝕法製作金屬天線。

2. Inlay的製作（一次封裝）是指將帶有天線的基板和晶片通過點膠的方式製作成Inlay的過程，超高頻電子標籤的封裝環節主要體現在天線基板和晶片的互聯上，最適宜的封裝方式為倒貼裝晶片技術（Flip Chip），它具有高性能、低成本、微型化、高可靠性的特點，為適應柔性基板材料，倒貼裝的鍵合材料要以導電膠來實現晶片與天線焊盤的互連。

3. 基板上得塗覆絕緣膜、衝裁（二次封裝）。超高頻電子標籤從形態上分為三大類，即傳統標籤類（不乾膠）、注塑類和卡片類。

4. 傳統的自粘不乾膠電子標籤用標籤複合設備完成封裝加工過程。標籤由層面、晶片線路層、膠層、底層組成。面層可以用紙、PP、PET等多種材質製作產品的表面，應用塗布設備將冷凝膠塗覆到Inlay層上，再加上塑料材質的底紙，就形成了電路帶保護的標籤，再刷上膠，和離型紙結合，就形成了成卷的不乾膠電子標籤，再經過模切等工序，就形成了單個的不乾膠電子標籤；

5. 注塑類和PVC卡片與傳統的制卡工藝相似，即在成卷的Inlay表面上塗光油，通過與印刷好的上下底料相結合，形成大張的成品標籤卡，再通過印刷、層壓、衝切等形成符合ISO7810卡片標準尺寸的標籤卡，也可按照需要加工成異性等形式。

五、超高頻RFID標籤的技術參數

1. 標籤的能量需求：標籤的能量需求指的是激活標籤晶片電路所需要的能量範圍；

2. 標籤的傳輸速率：標籤向讀寫器反饋所攜帶的數據的傳輸速率以及接受來自讀寫器的寫入數據命令的速率。

3. 標籤的讀寫速度：被讀寫器識別和寫入的時間決定，一般為毫秒級

4. 標籤的容量：一般可達到1024Byte的數據量。

5. 標籤的封裝形式：取決於標籤天線的形狀

六、電子標籤應用領域

應用領域主要包括：供應鏈上的管理和應用、生產線自動化的管理和應用、航空包裹的管理和應用、貨櫃的管理和應用、鐵路包裹的管理和應用、後勤管理的應用等。

七、超高頻RFID標籤的標準

1. ISO/IEC18000-6定義了超高頻的物理層和通信的協議；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構和超高頻的空中接口以及通信的協議，如class0、Class1Gen1、ClassGen2.

3. UbiquitousID，日本的組織，定義了UID編碼的結構和通信管理協議。

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