认识超高频(UHF)无线射频智能标签(中文)

本文译自美国意联科技公司(Alien Technology Corporation)的网站认识超高频（UHF）无线射频智能标签(RFID T ag)应用的十大关键因素
RFID Tag的使用和中国人的风水观有异曲同工之妙, 风水讲究居室和家具的摆设, 家具必须摆好方位才能形成对人体健康和运势最好的效果. RFID也要讲究标签贴在产品或包装箱的方位, 并且要和读写器(Reader)的设置密切配合才能形成最好的读取效果。

因此, 对于RFID这项科技的深度认知, 才能使得整个RFID的应用系统发挥最好的功能。

1. 找到方向：在开始一项RFID的应用计划之前, 先自己在公司内做规划, 然后要实地勘查。

首先要定义这项RFID应用要达成的目标是什么? 需要什么资源?使用RFID标签要做什么用途? 是要追踪资产或是高价设备? 是用做制程管理? 是改善仓储作业? 还是提高运输时程的准确性? 是要降低库存缺货的机率? 或者你的目的是要做防伪的用途? 如果能够让客户理解RFID能够提升绩效超过客户的预期,
那么客户就会觉得这项RFID的投资就很划算了。

在确立如何应用和使用RFID的过程中, 首先要知道RFID要贴到什么东西上? 是贴到单一物件上呢? 或是贴到包装箱或是托盘(栈板)? 此外, 还要考虑未来可能的变化, 以符合未来的需要, 例如目前的需要是读取在输送带上的箱子, 但是未来箱子可能变成在拖盘上而不是在输送带上。

如果只考虑眼前的需要而没有兼顾未来的需求的话, 将使得目前投入的建置成本无法在未来有效的利用。

实地勘查是很重要的, 经由实地勘查你可以了解是否有电磁干扰以及其它影响无线电波传导的因素。

实地勘查也可以知道如何适当的布置天线以涵盖所有的范围, 以及计算读写器(Reader)和其它设施的需求数量。

实地勘查过程中也能理解到你需要写入那些信息, 以及RFID要贴到什么地方和怎么贴。

2.贴用RFID对象的材质可能是纸张, 纸箱, 塑料, 或金属
对于RFID各有不同的需求。

不同的材质对于从Reader发射出来的无线电波的传导,反射,和吸收各有不同。

由于RFID标签是依靠无线电波提供电力, 因此RFID所贴对象的材质对于无线电波的反应就非常重要。

. 纸张,布料,和纸箱对于无线电波是不具阻挡性的, 无线电波可以轻易穿透这些材质。

. 塑料材料对于无线电波基本上是可以穿透的, 塑料材料的表面也很容易黏贴。

但是有些塑料, 例如PC(polycarbonate, 聚碳酸酯), 含有大量的碳, 而碳本身是会吸收无线电波的, 所以不利于RFID。

黑色的塑料尤其要小心, 因为黑塑料通常都含碳。

对于含碳的塑料最好采用频率范围较为宽广的RFID, 宽带的RFID可适应世界各国的不同频率范围, 这种标签对于各种频率下的响应较为平均, 因此当贴在含碳的
塑料表面时性能会比较好。

. 在金属表面贴RFID标签有其困难, 金属的导电性质会使得RFID从无线电波所获得的电力消失无踪, 此外, 由于金属会反射无线电波, 反射波会造成好坏两种结果。

反射波如果和从Reader天线所发射的电波相位重迭, 可使得信号增强, 反之如果相位不重迭, 那就会抵消信号强度, 造成RFID标签收不到信号. 解决之道是在金属表面和标签之间形成绝缘层, 绝缘层的厚度会影响电波相位是否重迭, 从而使
金属对RFID的缺点转变成优点。

. 由于金属会反射无线电波, 因此金属或者是金属薄膜的包装会造成无线电波的传导发生困难。

但是我们也可以化阻力为助力, 善用金属会反射电波的特性, 把标签和金属的包装结合, 把金属的包装材
料当作是天线, 使无线电波聚焦从而使标签的功能可以充分发挥。

刮胡刀片和光盘的包装经常是用金属
薄膜作包装材料的。

当在金属材料表面或者是其它会对无线电波传导造成困难的材料表面贴附标签时, 建议要咨询有能力的系统集成商, 或者请标签生产厂商提供适用的标签, 使得这些不利的因素转成对信号接收有利的条件。

3. 贴附标签的内容物（液体\半液状物质\木材或者含有水分的东西）
贴附标签的对象其内容物的物理特性也会影响标签的性能，大部分干燥的内容物对于标签的性能不会造成影响。

. 液体：水分为主的液态物质对标签性能是有影响的。

水就像是会吸收无线电波的海绵, 使得大部分的无线电波能源消失无踪, 无法”启动”标签将芯片上的数据发送给Reader。

不过不同的液体对无线电波的反应是有差异的。

水是很能吸收无线电波的, 但是油却不太吸收无线电波。

无线电波可以穿透以油为主的液体。

标签的天线设计和贴附位置可以避免液体对标签的影响。

例如, 如果在酒瓶上贴RFID标签, 最好是贴在高出酒的液面之上的位置, 使标签后面不要有酒的液体来影响其性能(酒精跟水一样会吸附无线电波)。

. 半液状物质：半液状或是膏状物对标签性能是有影响的。

影响程度要看水分含量而定。

例如在花生酱对于标签的影响可能就比果冻小，含糖量高的东西会对标签性能影响较大, 因为糖中所含的碳会吸收无线电波。

. 木材或者是含有水分的东西：随着标签性能的提升木材类等含水分的东西对标签性能的影响随之降低，但是像木拖盘(栈板)之类的东西通常含有大量的水分, 而且通常放置室外, 淋过雨后之后, 含水量随之增高, 会增加对标签读取的困难度.
4.地理因素的影响
由于出口货物的生产地和货品出口地是不同的, 而各国也都规定了各自的RFID使用频率范围, 为使标签能够具有全球通行的性能, 标签必须在860-960MHz的频率范围内都能够有很有效的被读取. 这种全球通用的标签称为Global Tag. Global Tag在860-960MHz的范围内其频率响应都不应超出+-1.5dB的范围.
5.标签所贴物件的大小
标签所贴对象应该多大? 对于RFID标签而言对象小并不一定就比较好. 一般而言标签性能随着标签的大小而增减, 因此标签尽可能大些. 最好先采用量最大的通用型标签, 如有必要再改成高性能特定的标签. 如果被贴对象对无线电波的穿透性不理想, 那就要使用特定的高性能的标签. 如果标签的大小受限, 而对象也需要直立放置, 那么就可使用方形的两英吋见方的标签, 这样不论对象是水平或垂直放置都没有问题.
6.如何贴标签
首先要放弃比照条形码贴用的想法. 理想的RFID标签贴附和条形码是不同的, 条形码通常贴在箱子的下端, 而RFID标签贴的位置就不一定. 同时标签在箱子上的最佳读取位置不一定是最美观恰当的位置, 两者需要妥协. 花点时间研究最佳贴附位置一定是值得的. 例如, 如果箱子装的是瓶子,而瓶子里装的是水, 标签如果能对准两个瓶子之间, 而不要让标签正后方就对着水, 这样标签的读取性能会较好.
其次, 标签可以贴在纸箱的内侧, 而不必一定贴在纸箱的外面. 贴在纸箱里面并不影响读取性能,
也不影响销售箱子里的东西.
在箱子上贴标签时避免对称式的贴法. 这样可以避免箱子堆放在拖盘上时产生”影子”. 当多张标签彼此靠得很近时, 就会发生标签彼此被”遮蔽”的问题, 被遮蔽的标签难以被无线电波启动, 因而读取困难. 不过芯片和天线设计的进步使得这个问题逐渐减轻. 此外,人工贴标签的成本很高, 如果数量大时,
在流水线以自动化设备贴标签可以提升读取的可靠度, 也可以降低贴标签的成本.
7.读取距离的需求
读取距离的需求是几英尺还是几英吋就够了? 标签彼此是不是靠得很紧密? 移动速度多快? 读取距离如果比较远就需要比较大的标签, 读取速度会比较慢, 读写器的发射功率也要比较高, 或者标签性能要更敏感. 如果对象移动的快而数量又多, 那么读取距离就更要长些. 总之读取条件越苛那么标签就需要具备能在较长的距离外还能被读取的性能.
反之, 如果读取距离只需要几英吋就够了, 那么小尺寸的标签和低发射功率的读写器就足以应付.
远场天线适用于远距离读取, 例如移动的拖盘经过闸门读取或者纸箱在流水在线移动时读取等情况.
8.成功的读取
在实验室的读取率并不是成功与否的指标, 是否能够成功读取要看在实际应用中的表现. 能不能读取成功受到很多因素的影响, 我们可以借着恰当的贴附标签方向和多个天线来增加读取成功的机会.
对象是在移动中或是在静止状态也会影响读取能否成功. 一般而言对于不易读取的对象移动中比静止状态下比较能读取得到, 例如在拖盘再转台上移动拖盘上面的箱子就比较容易读取得到. 但是有些移动中的对象却又不合适读取. 例如放在码头上的拖盘其上的箱子就比以叉车举着拖盘以15公里时速经过闸门时读取来得容易. 叉车的金属车身也没带来什么好处. 所以实地勘查寻找标签贴附和读写器天线配置的最佳位置是很有必要的.
读写器的位置要依照物流路线来配置, 找出所有物料都要经过的点, 在这些点上装设天线. 采用多
重天线的配置能增加读取成功的机会. 如果对象一件一件的在流水线通过时来读取通常是既容易又精确, 此时读写器可以配置在对象的任一侧甚至是上面.
我们可以读取静置在叉车上的拖盘, 但是叉车上如果配置有专属读写器就更能读得为准确, 因为叉车上的读写器其电波涵盖范围比较集中, 专门用来读拖盘上的标签而不是用来读箱子上的标签.
读写器如果装在包装机的手臂上, 那在对包装中的整个拖盘上的各个箱子都能很容易的读取. 工厂中放置半成品的推车因为移动速度较慢而且不会堆放得很紧密, 所以读取也不会困难. 要注意装载对象所用容器的材质, 木制品, 塑料制品(尤其是聚碳酸酯)都会影响读取率.
标签贴附的方向也会影响读取是否成功, 任何时候双极性的标签天线方向最好是直立的, 双极性标签的天线如果水平放置会因为”互相垂直”的原因而读取失败. 如果标签贴了之后因为箱子堆放导致标签的方向难以控制, 那么使用圆极化天线是最理想的, 因为圆极化天线对标签的各个方向都可接受. 如果
标签的方向可以受控, 那么线性极化天线是最好的选择.
9.聚合
对于某些对象要整个拖盘百分之百读取是有困难的, 如果拖盘上混有不同的箱子困难度更会增加.
处理这种复杂情况最好是采用”聚合”(aggregation)的方式. 也就是把若干个单一对象集合装一箱, 若干个同样的装箱再集合成一个拖盘. 这样使得单一对象的标签和装箱的箱子上的标签就有数量上的关联性,
而箱子上的标签和拖盘上的标签也会有数量上的关连性, 少读了一个单一的对象或是少读了一个箱子,
或是少读了一个拖盘就马上可以发现.
10.环境的干扰
实地勘查也可以发现无线电波干扰的问题. 多个读写器, 机械设备, 无线报警装置或者无线监视系统等都是干扰源. 干扰源可以用屏蔽方式处理, 或者增加读写器的功率, 或者采用性能较好的标签. 建
筑物本身不论是玻璃帷幕的办公室或者砖砌的仓库对于标签的读取也是有影响的. 例如钢筋水泥的建筑因为其中含有大量反射无线电波的钢筋, 对于标签的读取可能产生好坏不一的结果.。