射頻識別(RFID)并非新技術(shù)，在首次被用于第二次世界大戰(zhàn)飛機敵我目標(biāo)識別后，它逐漸得以廣泛運用。這項技術(shù)涉及的領(lǐng)域眾多，包括智能密鑰卡、非接觸性支付、大樓保安鄰近卡以及收費應(yīng)用。近年來，由于射頻識別的性能提升和標(biāo)準(zhǔn)升級，如EPC Class 1 Generation(Gen)2標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生，促使射頻識別解讀器及標(biāo)簽得到了更廣泛的應(yīng)用，比如國防后勤、醫(yī)療保健及企業(yè)應(yīng)用。據(jù)一位業(yè)內(nèi)人士估計，在接下來的五年中，射頻識別標(biāo)簽的數(shù)量將從數(shù)百萬增長到數(shù)百億。 

增長帶給射頻識別解讀器和標(biāo)簽制造商成功機遇的同時，也帶來了一系列很有意思同時也很重要的問題—怎樣確保標(biāo)簽在金屬上的運作。這個問題在高價值資產(chǎn)跟蹤領(lǐng)域中特別棘手，比如軍用金屬外殼和元件(見圖1)的跟蹤。一種已獲得專利的高磁導(dǎo)率高介電材料為確保射頻識別標(biāo)簽在金屬產(chǎn)品上的運用提供了一個理想解決方案。 

技術(shù)挑戰(zhàn) 

射頻識別系統(tǒng)由一個標(biāo)簽或轉(zhuǎn)發(fā)器，以及一個解讀器(也稱詢問器)構(gòu)成。射頻識別標(biāo)簽由一塊微型硅芯片構(gòu)成并接有天線。在收到解讀裝置發(fā)來的信號后，可以在幾米之內(nèi)將唯一標(biāo)識信息發(fā)送出去(見圖2)。 

運作時，解讀器會發(fā)出電磁波。而貼在某物體上的標(biāo)簽天線會調(diào)諧并接收這些電磁波。在檢測到解讀器發(fā)出的射頻傳送信號后，標(biāo)簽(在這篇文章里，我們僅以無源標(biāo)簽為例)將發(fā)出自身識別信息。每個射頻識別標(biāo)簽保存的自身識別信息包括：序號、型號、顏色、裝配地點或其它類型的數(shù)據(jù)。當(dāng)這些標(biāo)簽經(jīng)過由兼容解讀器覆蓋的射頻區(qū)域時，它們會將自身識別信息發(fā)送回解讀器，并以此來識別物體。 

射頻識別解讀器不斷發(fā)送射頻載波信號，并偵聽和記錄收到的射頻信號及數(shù)據(jù)。標(biāo)簽的出現(xiàn)會調(diào)制射頻區(qū)域，而且同樣的射頻信號也會被解讀器偵聽。當(dāng)從由解讀器生成的射頻區(qū)域取得了足夠的放射能，標(biāo)簽會吸收一小部分由解讀器發(fā)送出來的放射能并開始發(fā)送調(diào)諧信息。這樣一來，直接調(diào)制或移頻鍵控(FSK)或相位調(diào)制(Phase Moderation)都能完成數(shù)據(jù)調(diào)制。解讀器解調(diào)來自標(biāo)簽天線的信號，并為下一步處理進(jìn)行解碼。 

射頻系統(tǒng)已經(jīng)在日常生活中變得越來越常用，而其在金屬上的有效運作卻仍是個問題。射頻識別標(biāo)簽?zāi)苡行Ы邮諄碜越庾x器的放射能。由于一個無源射頻識別標(biāo)簽沒有能源，所以它必須從入射波獲得所有能量。如果這個射頻源不能被有效地傳送到芯片中，芯片就不能被啟動，也就導(dǎo)致標(biāo)簽不能被解讀。一個設(shè)計良好的射頻標(biāo)簽天線可以調(diào)諧并接收解讀器頻率，同時匹配輸入能量。如果接近金屬物體，標(biāo)簽天線將失諧，這時，標(biāo)簽就不能有效地將能源傳送至位于解讀器頻率的芯片。在這種情況下，就需要有更高的傳輸功率來讀取標(biāo)簽，同時也就導(dǎo)致讀取標(biāo)簽的范圍縮小。簡單地說，金屬會干擾射頻標(biāo)簽與解讀器之間的信號，引起信號反射、失諧和減弱，這些都可能降低甚至完全破壞射頻識別的效用。 

在超高頻(UHF)射頻識別標(biāo)簽系統(tǒng)中，金屬物上標(biāo)簽的應(yīng)用尤其有困難。這些系統(tǒng)提供了較大的讀/寫范圍，但是它們的射頻更難于穿透類似金屬這樣的障礙物。更高頻的無線電波將被金屬物體反射回去。 

2004年，美國軍隊要求將所有價值超過5,000美元的設(shè)備貼上射頻識別標(biāo)簽。這一要求使上述問題得以充分暴露。美國軍隊采用的很多產(chǎn)品都含金屬。軍用手提電腦就是此類產(chǎn)品的典型。如果直接將標(biāo)簽安裝在電腦上，金屬會干擾標(biāo)簽工作，使標(biāo)簽不能被解讀。 

目前，處理這個問題的常規(guī)方式是使用一種類似泡棉的電介質(zhì)材料，將標(biāo)簽與電腦隔離。這種泡棉一般厚度為1/4到3/4英寸。標(biāo)簽離金屬越遠(yuǎn)，有效范圍就越大。但是，如果出現(xiàn)泡棉厚度受到限制的情況又該怎么解決？想一下，如果一個已貼簽的手提電腦必須嵌入一個堆疊站，這樣的話，所使用的泡棉電介質(zhì)材料就必須非常薄，比1/4或3/4英寸還要薄得多。如果出現(xiàn)對產(chǎn)品外觀要求非常嚴(yán)格的問題，又如何解決？在這些情況下，泡棉隔離標(biāo)簽的做法就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。 

采用泡棉隔離標(biāo)簽的做法確實有一個好處：便宜。但是同時，它的性能卻沒有永久保障。在軍事以及其它要求對高價值資產(chǎn)進(jìn)行跟蹤的應(yīng)用中，需要一種更高性能、極薄、可滿足外觀要求的替代解決方案。 

產(chǎn)品介紹 

愛默森·康明微波產(chǎn)品公司致力于解決射頻識別與金屬的問題，并且現(xiàn)已生產(chǎn)出一種已獲專利的極薄人造橡膠，將這種橡膠放在射頻識別標(biāo)簽與金屬之間時，標(biāo)簽就能被解讀。該產(chǎn)品的名稱是ECCOPAD，這種隔離材料比普通的隔離泡棉薄很多，并能在保持極小厚度的同時使金屬上的射頻識別標(biāo)簽被解讀(見圖3)。其厚度僅為1/10英寸，可以被用來分離射頻識別標(biāo)簽與金屬。 

標(biāo)準(zhǔn)的射頻識別標(biāo)簽被置于金屬上或其附近而不能被解讀，原因是標(biāo)簽的天線失諧。ECCOPAD具有的獨特電磁特性，能將標(biāo)簽天線重新調(diào)諧至正確頻率，使天線能夠與解讀器通訊。ECCOPAD擁有獨特的雙層設(shè)計，底層可以放置并緊貼在金屬上，面層則可以放置標(biāo)簽(見圖4)。底層用具有高磁穿透力的材料制成。這對天線重新調(diào)諧是非常必要的。面層則是由一種可以很好地調(diào)諧標(biāo)簽天線性能的純電介質(zhì)材料構(gòu)成。 

專為某種標(biāo)簽優(yōu)化后的ECCOPAD可能不適用于其它標(biāo)簽。因為實踐證明，金屬標(biāo)簽隔離層的電磁參數(shù)和厚度可能不盡相同。因此，一個適用于所有射頻識別標(biāo)簽的ECCOPAD是不存在的。表1列舉了針對一系列不同射頻識別標(biāo)簽進(jìn)行優(yōu)化后的ECCOPAD解決方案。 

本文小結(jié) 


高價值資產(chǎn)跟蹤，例如在軍用金屬外殼和元件上的應(yīng)用，是金屬上射頻識別解讀的典型問題。愛默生·康明微波產(chǎn)品公司專利生產(chǎn)的高磁滲透力、高電介質(zhì)系列材料為今天的射頻工程師提供了較普通隔離材料薄得多的解決方案。這些材料能在保持自身超薄的同時保證金屬上的射頻識別標(biāo)簽被解讀。 


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作者：Paul Dixon ，為愛默生·康明微波產(chǎn)品公司技術(shù)經(jīng)理