超高頻RFID標(biāo)簽一致性的近場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)

　　射頻識(shí)別RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有高速移動(dòng)物體識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別和非接觸識(shí)別等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在物流、制造、交通運(yùn)輸、醫(yī)療、防偽、資產(chǎn)管理等公共信息服務(wù)行業(yè)[1]。UHF RFID具有防碰撞性能強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)[2]。UHF頻段的RFID標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)最重要組成部分，如其一致性不滿足要求將直接導(dǎo)致RFID識(shí)別率和準(zhǔn)確率的下降[3]，從而影響RFID系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)一致性檢測(cè)的技術(shù)手段還是空白，本文從實(shí)踐測(cè)試出發(fā)，提出RSSI的近場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)。

　　1 RFID標(biāo)簽一致性及檢測(cè)技術(shù)

　　RFID標(biāo)簽一致性是指標(biāo)簽的基本特性相同，其他特性相類似，將基本特性量化，并通過技術(shù)手段鑒別[4]。本文描述的RFID標(biāo)簽一致性,是針對(duì)UHF頻段RFID標(biāo)簽讀寫性能，這一特性對(duì)于RFID標(biāo)簽是最基本、最重要的特性，也是很難批量檢測(cè)的特性。

　　標(biāo)簽一致性采用近場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)，而不是采用遠(yuǎn)距離檢測(cè),是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)距離檢測(cè)需要具備遠(yuǎn)距離條件的場(chǎng)地和建設(shè)配套的大型屏蔽室。其建設(shè)周期和建設(shè)成本是限制遠(yuǎn)距離檢測(cè)標(biāo)簽一致性的重要因素。

　　本文采用接收信號(hào)強(qiáng)度指示進(jìn)行數(shù)值量化，通過近場(chǎng)射頻識(shí)別技術(shù)，對(duì)屏蔽環(huán)境下的RFID標(biāo)簽批量檢測(cè)一致性。其中近場(chǎng)射頻識(shí)別采用0.1 mm近場(chǎng)天線作為檢測(cè)采集終端。

　　2 近場(chǎng)天線的研制

　　在UHF射頻識(shí)別系統(tǒng)中，偶極子天線及其變形結(jié)構(gòu)是最常用的天線，本文所涉及的近場(chǎng)天線是基于傳統(tǒng)的半波長(zhǎng)偶極子天線變換成長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)以便實(shí)現(xiàn)小型化。UHF頻段近場(chǎng)天線采用彎折偶極子天線結(jié)構(gòu)，可極大地減小天線的尺寸。

　　根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，Etotal=Er+EH。其中Etotal為發(fā)射機(jī)的總能量，它可以通過天線的S(1，1)表征，S(1，1)很低[8]，表示對(duì)天線輸入端來(lái)說能量反射很小，因而Etotal較大。Er為電場(chǎng)輻射能量，可通過Rr表征Er， Rr較小，說明Er較小，因此HT(轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)的能量)很大，證明了此天線為近場(chǎng)天線。

　　整體天線的制作是將天線元件構(gòu)建在FR4基板，板厚2 mm、介電常數(shù)4.7的印刷電路板上。需要介電常數(shù)相對(duì)較高的材料來(lái)將從天線后部放出的RF輻射級(jí)最小化。

　　實(shí)際制作的天線諧振頻率為915 MHz，阻抗帶寬為907~922 MHz共15 MHz。測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好，并具有一致性。接上閱讀器進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，讀寫距離在0.1 mm~5 mm，性能穩(wěn)定，滿足UHF頻段檢測(cè)讀寫器天線要求。

　　3 RSSI一致性檢測(cè)

　　接收信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI(Received Signal Strength Indicator)是指真實(shí)的接收信號(hào)強(qiáng)度與最優(yōu)接收信號(hào)強(qiáng)度等級(jí)間的差值，它的實(shí)現(xiàn)是在反向接收通道基帶接收濾波器之后進(jìn)行的。在無(wú)源射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)讀寫器中主要是指標(biāo)簽反射信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度。由RSSI指示產(chǎn)生的檢測(cè)法因?yàn)榻柚^少的硬件設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以是一種廉價(jià)的檢測(cè)技術(shù)。

　　本實(shí)驗(yàn)采用屏蔽罩，保證內(nèi)部測(cè)試環(huán)境參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，能夠有效屏蔽外界的電磁干擾。前向鏈路ERP在載波頻率為922.5 MHz的臨界狀態(tài)值為11 dBm。通過抽樣統(tǒng)計(jì)分析方法，獲得RFID標(biāo)簽批次一致性的閾值，作為批量檢測(cè)的依據(jù)。

　　將滾筒標(biāo)簽按順序標(biāo)號(hào)為T1…Tn，并在測(cè)試機(jī)控制下往返測(cè)試10次M1…M10。N個(gè)待測(cè)標(biāo)簽接受信號(hào)強(qiáng)度值的平均值RSSIm平均為:

　　射頻識(shí)別RFID電子標(biāo)簽檢測(cè)機(jī)使用卷筒式電子標(biāo)簽套裝，標(biāo)簽的頻段為900 MHz，對(duì)18000-6C協(xié)議的電子標(biāo)簽性能及協(xié)議檢測(cè)，適用標(biāo)簽的寬度2 cm~10 cm，檢測(cè)速率為10 000 pcs/h，可進(jìn)行讀檢測(cè)及寫EPC功能，可進(jìn)行超高頻電子標(biāo)簽的“TID”“EPC”“KILLPWD”這些功能初始化以及讀操作。調(diào)節(jié)設(shè)置讀寫器天線的功率、鏈路、標(biāo)簽鎖及解鎖操作。該設(shè)備采用全自動(dòng)控制，具有變頻調(diào)速、自動(dòng)記米數(shù)、記張數(shù)、設(shè)定長(zhǎng)度自動(dòng)停車、報(bào)警、放卷、自動(dòng)糾偏控制、氣脹軸收料、張力控制等功能，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，具有速度快、分切準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。

　　本文在分析RFID標(biāo)簽一致性及其檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上，提出近場(chǎng)天線技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集手段，分析彎折偶極子天線作為近場(chǎng)天線，實(shí)現(xiàn)0.1 mm近場(chǎng)天線的方法，采用RSSI及數(shù)理統(tǒng)計(jì)作為一致性檢測(cè)參數(shù)，并確定檢測(cè)閾值。采用超高頻RFID標(biāo)簽一致性檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)快速批量檢測(cè)，提高快速檢測(cè)手段，對(duì)于RFID標(biāo)簽在商業(yè)應(yīng)用中大批量應(yīng)用具有重要意義。