UHF RFID是一種熱門的電子標簽技術,通過無線電波可以使物品、場所或人員實現(xiàn)視距外的遠距離地自動識別。其廣泛應用于工業(yè)4.0,智能制造,物聯(lián)網(wǎng),庫存、物流追蹤,處方藥追蹤與認證,高安全性汽車鑰匙,身份識別以及安全設施的訪問控制等領域,是物聯(lián)網(wǎng)的基礎核心技術。
UHF RFID識別與追蹤中的應用為讀者提供了綜合的技術和應用指南,介紹了UHF RFID的技術、性能、市場、應用情況,重點講解RFID標簽設計、制作,以及后向散射技術與RCS功能的設計方法。
適讀人群:物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)從業(yè)者,電子標簽研發(fā)、設計人員
編輯推薦:
掌握智能制造、物聯(lián)網(wǎng)核心技術,看懂UHF RFID綜合技術和應用指南,詳解RFID標簽設計、制作,以及后向散射技術與RCS功能的設計方法。
UHF RFID廣泛應用于工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)、庫存物流、汽車鑰匙,身份識別、訪問控制等領域,是物聯(lián)網(wǎng)的基礎核心技術。
UHF RFID是一種熱門的電子標簽技術,UHF RFID在識別與追蹤中的應用為標簽天線設計和芯片工藝提供一個客觀的參考文檔,這些文檔都是從前沿的學術論文,工業(yè)數(shù)據(jù)和作者的經(jīng)驗中提煉而來。其次是UHF RFID在識別與追蹤中的應用包含了終端用戶、市場和產(chǎn)品的觀點。
UHF RFID在識別與追蹤中的應用為讀者提供了綜合的技術和應用指南,介紹了UHF RFID的技術、性能、市場、應用情況,重點講解RFID標簽設計、制作,以及后向散射技術與RCS功能的設計方法。
無源超高頻射頻識別(Passive UHF RFID)是一個應用在860~960MHz頻段的商業(yè)化電子標簽技術,它不依靠可見的直接路徑,而是利用雷達無線電波交流使人或者目標在超過10m范圍內(nèi)被自動識別(見圖0.1)。超高頻(UHF)為鏈式管理應用提供了主流的技術支持,如箱子和貨物的追蹤及可返回集裝箱的識別。它還廣泛應用于實時庫存、工業(yè)自動化、貨物跟蹤、資產(chǎn)管理、叉車監(jiān)控、身份識別、車輛出入管理、文檔的安全性管理和身份驗證等方面。UHF標準有很多,如今最為典型的是ISO 18000-6和EPC global2。
如今,許多條形碼的處理過程包括將條形碼的代碼對象和定向的條形碼正確地呈現(xiàn)給閱讀器。因此,傳輸系統(tǒng)的運行速度必須低于其最高速度,條形碼閱讀器才可以識別對象。不同于條形碼,RFID標簽并不需要限制在閱讀器的視線內(nèi),它可以嵌入到跟蹤對象中,并且RFID具有同時識別多個物體的能力。這是RFID優(yōu)于條形碼的地方,因此它不僅最大限度地減少了人工勞動,而且加快了讀取的速度。
高頻(HF)技術與UHF技術除了頻率以外最主要區(qū)別在于它們的讀寫距離。HF在頻率為13.56MHz時最大讀寫距離大約為1m。而UHF大約為10m。當需要較大讀寫距離時,就不能再使用13.56MHz頻率,因為相對于輻射電阻幾乎為零的波長,HF天線因為它們的長度太短而輻射距離過短。因此,HF天線需要被視為近磁場傳感器。很多依靠無線電波通信的UHF系統(tǒng)可以傳播很遠的距離。然而,UHF系統(tǒng)也可以在短距離工作,可以找到商業(yè)化的近場UHF優(yōu)化系統(tǒng)用作短距離閱讀器的例子,并且在10m范圍內(nèi)能被讀到的標簽同樣可以在10cm范圍內(nèi)被讀到。例如,UHF技術可以同時滿足在裝配站的應用中所需要的短距離讀取標簽及長距離存儲、運輸和接收處理過程。通過閱讀器不同的布置和配置,UHF系統(tǒng)對不同過程和讀寫距離進行了優(yōu)化。
在早期部署應用時,相比較HF的解決方案,當UHF系統(tǒng)用于液體和金屬環(huán)境時其性能下降。天線設計水平的提高、閱讀器的優(yōu)化和實踐已經(jīng)克服了這些限制。例如,一些UHF標簽專門為與金屬臨近的情況設計,利用金屬的導電性增強RF的性能。而HF技術需要應用于金屬和液體環(huán)境的這一想法如今更多的是概念而未應用于實際。在供應鏈的應用中,UHF被頻繁應用在區(qū)分含有液體和金屬的物件上。
UHF RFID在識別與追蹤中的應用的目標不是為了窮盡所有的技術及應用,而是重點在無源UHF RFID技術。首先,UHF RFID在識別與追蹤中的應用為標簽天線設計和芯片工藝提供了一些客觀的參考文檔,這些文檔都是從最新的學術論文、工業(yè)數(shù)據(jù)和作者的經(jīng)驗中提煉而來的。其次是UHF RFID在識別與追蹤中的應用包含了來自最終用戶、市場和產(chǎn)品的觀點。然而,UHF RFID在識別與追蹤中的應用沒有討論一些重要的UHF RFID話題,如閱讀器架構、ISO 18000-6空中接口協(xié)議標準和在全球范圍內(nèi)的規(guī)定。
UHF RFID在識別與追蹤中的應用是按以下內(nèi)容組織的:
第1章介紹了UHF RFID集成電路技術和性能方面的新動態(tài)。包括直流電壓生成電路及調(diào)節(jié)器,解調(diào)器部分恢復數(shù)據(jù),車載振蕩器控制數(shù)字部分以及數(shù)字部分存儲的組織,重點在于應用于ISO 18000第六部分的第二代EPC協(xié)議。這部分添加了對集成電路功能、制造問題、匹配需求和測量測試的完整描述。這一基準可以幫助芯片設計者確定這一技術的主要約束。
第2章介紹了RFID標簽的設計和制作。首先,使用低廉小型化材料設計天線只是眾多設計者要解決的問題中的一個。當跟蹤在不同的公司和世界各地之間貨物流量的時候,盡管具有被擾亂的環(huán)境特征(如相關物品、其他標簽、周圍的對象等),標簽必須具有良好的讀取性能。實現(xiàn)條件是如果標簽設計遵循一些規(guī)則,其中之一就是RFID芯片的寬帶阻抗匹配;另一個規(guī)則是限制標簽對環(huán)境的敏感性,包括電介質、電導率和含標簽物品形狀特征的分析,以便利用它或抵消它。
因為大多數(shù)UHF RFID標簽為偶極子結構,第2章首先介紹了偶極子天線的基本電路參數(shù)(輸入阻抗、輻射阻抗、效率、品質因數(shù)和阻抗)。在描述標簽介質和金屬環(huán)境性能影響后,提出了基于fat偶極子加載的小型化策略。RFID芯片和天線之間阻抗匹配的基本問題用單、雙調(diào)諧匹配策略進行了明確的解釋。這也證明了雙調(diào)諧匹配電路的帶寬特性在電介質中是至關重要的。此外,對電感耦合饋電標簽天線,以及相關的基于循環(huán)的商業(yè)化模塊,也做了全面詳細的介紹。給出了在有接收者還是無接收者時應用的例子,并且針對薄的和厚的結構也進行了檢驗。
第3章的重點在近場和遠場的通信中的雷達散射截面(RCS)和ΔRCS的設計方法.
第4章對UHF的挑戰(zhàn)進行了概述,包括其應用、市場、貿(mào)易和基本技術,尤其是在供應鏈管理和零售庫存上。投資回報率(ROI)被證明是在購買RFID決定中關鍵的因素。RFID技術若要刺激相關投資必須要減少成本,增大銷量。未來RFID的主要討論話題也很明確:在產(chǎn)品的整個生命周期使用標簽,智能嵌入式RFID解決方案,無縫和無處不在的基礎設施和用來管理小型智能設備的大型網(wǎng)絡中的未來軟件。
譯者序
原書前言
第1章 超高頻標簽集成電路的設計與實現(xiàn)
1.1 簡介
1.2 集成電路架構
1.3 RF到DC的轉換:系統(tǒng)建模
1.3.1 理想直流輸出電壓的選取
1.3.2 實際直流輸出電壓的選取
1.3.3 寄生效應和電容量在輸出電壓上的影響
1.3.4 匹配的考慮
1.3.5 得到的結果
1.4 RF到DC的轉換:建議的電路及其性能
1.4.1 閾值電壓消除電路
1.4.2 使用自動橋式消除電路的交叉耦合差分驅動
1.4.3 受控制的調(diào)諧電壓的交叉耦合差分驅動
1.4.4 結果
1.5 電壓限制器和調(diào)節(jié)器
1.6 解調(diào)器
1.7 振蕩器
1.8 調(diào)制器
1.9 數(shù)字模塊
1.10 技術、性能和發(fā)展趨勢
1.10.1 技術選擇
1.10.2 優(yōu)化設計
1.10.3 電路性能
參考文獻
第2章 超高頻電子標簽的設計
2.1 電子標簽天線設計
2.1.1 偶極子天線的基本電路參數(shù)
2.1.2 Fat天線和頂端加載
2.1.3 彎折偶極子
2.1.4 介電材料和金屬材料的影響——損耗和解調(diào)
2.1.5 近場、遠場UHF RFID標簽的行為
2.2. 天線的阻抗和微芯片阻抗之間的匹配
2.2.1 匹配條件
2.2.2 L-matching基礎知識
2.2.3 等效電路圖
2.2.4 雙調(diào)諧匹配
2.2.5 合成雙調(diào)諧標簽和naive標簽
2.2.6 最優(yōu)雙調(diào)諧匹配的備選方案
2.2.7 有關一個雙調(diào)諧匹配標簽及變量環(huán)境中的用法的例子
2.3 采用電感耦合反饋的RFID標簽天線
2.3.1 分析模型
2.3.2 天線設計與結果
2.4 針對包含液體的接收器的組合RFID標簽天線
2.4.1 模塊描述
2.4.2 電感耦合和天線匹配
2.4.3 天線設計
2.4.4 原始標簽的測量
2.4.5 結合空塑料容器和滿塑料容器的測量
2.4.6 組合天線
2.4.7 匹配條件的討論
2.5 金屬上的標簽
2.5.1 低剖面貼片天線的輻射效率
2.5.2 超薄金屬標簽
2.5.3 厚金屬標簽
2.5.4 在金屬表面改善偶極子設計
參考文獻
第3章 后向散射技術及其應用
3.1 通過基站和標簽之間通信的后向散射原理
3.1.1 前向鏈路:從基站到標簽的通信
3.1.2 回程鏈路:從標簽到基站的通信
3.2 標簽的品質因數(shù),Δσe s或ΔRCS
3.2.1 雷達散射截面變化的定義,σe s或ΔRCS
3.2.2 函數(shù)參數(shù)為ΔΓ時,Δσe s的估計
3.2.3 變量Δσe s=f(ΔΓ,Γ1)
3.3 Δσe s= f(a)的變化
3.4 理論分析后,討論RFID在UHF和SHF上的實際運用
3.5 測量ΔRCS
3.6 “雷達”等式
3.7 主要公式的總結
第4章 RFID市場
4.1 引言
4.2 市場轉折點:用戶
4.3 RFID能用來干什么
4.4 閉環(huán)和開環(huán)應用
4.4.1 閉環(huán)應用
4.4.2 開環(huán)應用
4.5 RFID的投資收益率
4.5.1 介紹
4.5.2 降低成本
4.5.3 銷售量增加
4.6 多種RFID技術
4.7 實例
4.8 下一代RFID:嵌入式產(chǎn)品和完善的基礎設施
4.8.1 介紹
4.8.2 RFID:“即貼即送”
4.8.3 下一代RFID:從“搖籃”到“墳墓”
4.8.4 嵌入式RFID
4.8.5 基礎設施的普遍化和無縫化
4.8.6 用于商務決策的軟件