RFID標簽貼標的影響因素

1.影響讀取率的射頻特性
下面介紹影響讀取率的射頻特性。
   （1）半透明：一些材料在被射頻能量穿過時，僅有很少或根本就沒有任何阻礙作用。而用有機纖維和人造纖維做的衣服、紙質(zhì)產(chǎn)品、木頭、絕緣的塑料和紙板對射頻都是半透明的，但是帶箔片襯里的紙包裝可能會阻擋射頻能量。
    （2）吸收：液體、含液體的物質(zhì)（如食物），特別是含鹽的液體和食物，都會吸收超高頻（UHF）射頻能量。含化合物的碳，如固體狀或粉狀的石墨，也會吸收UHF射頻能量。吸收會削弱或者衰減從閱讀器天線發(fā)出或者從電子標簽天線反射回的電磁場，它會隨著物質(zhì)和信號頻率而變化。通過計算對各物質(zhì)在某個頻率的吸收率，可以得出介電損耗。將電子標簽貼在瓶蓋正下方的空氣間隙上可以減少吸收部分電磁波能量。
    （3）屏蔽：金屬和非常薄的金屬箔片尤其會讓無線電波偏離目標，阻止無線電波穿過。屏蔽材料可以被當成感應線圈。電子標簽天線里的感生電流讓電子平行運動，產(chǎn)生一個反向電磁場，這樣就會削弱信號，一般來講，較高頻率的射頻信號比低頻更容易被屏蔽。
    （4）失諧：電子標簽的天線受周圍環(huán)境的影響很大。例如，電子標簽貼在水箱上（箱子頂、箱子底等）時對標簽的影響超過其他任何因素；罐子的吸收和屏蔽作用將降低到達電子標簽的能量，并且減弱反射給閱讀器的信號；電子標簽彼此太靠近，會形成電容性耦合，使天線失諧；傳送器、叉車和其他操作設備上的金屬會阻礙和反射信號，造成失諧。電子標簽擁有合適的天線形狀，將其貼在包裝箱子上的合適位置，并且使其托盤上的擺放方向合適，都能提高讀取率。為此，可能還需要重新設計包裝。
    （5）反射：反射是由于材料的表面有與周圍環(huán)境空氣不同的介電常數(shù)而產(chǎn)生的。信號反射可能是RFID技術(shù)在UHF頻段遭到的最嚴重的問題。舉例來說，因為反射，閱讀器信號可能無法穿過塑膜包裝的托盤，導致電子標簽接收不到足夠的啟動能量；金屬會反射幾乎所有無線電信號。而某些類型的塑料薄膜、鍍膜玻璃和建筑材料也會反射電磁波，使電磁波無法穿過。
    （6）干擾：干擾造成的所謂“死區(qū)”主要歸因于環(huán)境因素。傳送設備因為自身的電動機、控制器產(chǎn)生的震動或者電磁波釋放會導致“死區(qū)”的出現(xiàn)。其RFID系統(tǒng)、無線計算機、無線電和電話都會產(chǎn)生干擾，但是通常閱讀器/電子標簽的空中接口可以過濾掉這些干擾。靜電放電是由于材料累積靜電并且沒有正確接地導致的，它也會引起干擾。由于來自其他材料表面的多徑反射，閱讀器信號會自我干擾。干擾的例子包括信號穿過一個狹窄空隙后到過電子標簽時發(fā)生的表面衍射，或者從金屬物體反射并幾乎同時到達電子標簽的信號。

2.影響讀取率的穩(wěn)定因素
    標簽的選用與附著貼標、天線架設方式、閱讀器功率與參數(shù)設定這三個因素決定了RFID的讀取率是否穩(wěn)定。
1）選擇合適標簽
     標簽的選擇需根據(jù)閱讀器操作距離、物品外形及材質(zhì)、標簽讀取環(huán)境三個方面來綜合考慮。
（1）閱讀器操作距離：根據(jù)讀取操作距離需求來決定采用何種頻帶系統(tǒng)的標簽。
① 短距離手動讀取。如果應用情境都是以手持式讀取器來操作的，讀取范圍需求在20cm之內(nèi)，而且每次只讀取一個標簽，則選擇近場（Nearfield）磁感應方式的LF或HF標簽，適當改變手持式設備感應角度，以達到最佳磁場切割作用，此時得到穩(wěn)定讀取率一般沒有大問題。
② 短距離移動讀取。如果應用情境是在輸送帶上讀取物品標簽，只要天線架設的有效讀取區(qū)與物品移動方向構(gòu)成磁場切割作用，慢速移動物品仍然可以采用HF標簽。但是快速移動的物品建議還是采用遠場（Farfield）電波共振式UHF標簽，這樣才可能有較好的讀取率。
③ 長距離讀取。有在超過1.5m以上距離的讀取需求時，標簽就要求有足夠的敏感度（Sensitivity）。不管是固定或手持方式讀取，1.5m距離基本上已超過LF或HF標簽的極限。在目前的被動式（Passive）標簽中，UHF標簽是長距離讀取的唯一選擇，否則就要選擇主動型（Active）標簽才能確保長距離的穩(wěn)定讀取率。
（2）物品外形及材質(zhì)：根據(jù)物品外形與材質(zhì)選擇合適標簽規(guī)格。
① 敏感度。物品外形及材質(zhì)會影響電磁場的穿透力（Penetration），也會影響標簽的敏感度。通常標簽的敏感度與其本身天線設計有關(guān)，敏感度越好的標簽外形尺寸就越大。但是如果搭配天線架設角度，找到最好的極化面（Polarization），即使是小尺寸標簽也能得到穩(wěn)定的讀取率。
② 感應角度。當環(huán)境有其他RFID閱讀器同時運作時，標簽感應角度就顯得很重要。標簽應根據(jù)物品移動方向選擇最佳感應角度來附著物體，目的是與天線發(fā)射產(chǎn)生最佳的極化面，以確保較佳的讀取方向，避免讀取到其他不相干的標簽。
（3）標簽讀取環(huán)境。
① 金屬與含水分的環(huán)境。物品本身或環(huán)境若帶有水氣或金屬成分也會影響標簽的敏感度性能。水氣會吸收部分電磁波能量，影響標簽感度，金屬制品則會全面反射電磁波從而影響標簽的電磁耦合，兩者都會造成讀取率惡化。對于水氣環(huán)境，只要空氣濕度控制得宜應該不難解決；對于液體產(chǎn)品，只要標簽與容器間保持固定間隙，仍然可以得到穩(wěn)定的讀取率。最難處理的就是金屬反射環(huán)境，因為反射的電磁波強度會蓋住標簽背向散射（Backscatter）的信號，讓讀取器無法辨識標簽的響應內(nèi)容。因此在選擇RFID讀取環(huán)境時應該盡量避開金屬反射環(huán)境。
② 金屬專用標簽或客制化金屬標簽。若標的物本身就是金屬制品，欲達到滿意的讀取率恐怕只有使用金屬專用標簽或客制化金屬標簽。金屬專用標簽有一個特別設計的隔離層，可以避免金屬材料對標簽的特性影響，其讀取距離為2～3m，但是若背景環(huán)境的反射電波太強，則仍然無法保證100%讀取率。如果標簽需求量夠大或標的物屬于高單價物品，筆者建議使用客制化金屬標簽。客制化金屬標簽的設計原理是將金屬物體視為與標簽芯片共振的部分天線，這樣得到的讀取距離與讀取率都將大幅提升。筆者的使用經(jīng)驗為在4～6m距離時，讀取率可達到99.5%的水平。
2）天線架設
天線架設要點是要達到最佳電磁場形態(tài)，同時避開電波反射干擾。RFID天線架設示意圖如圖7-29所示。
（1）讀取區(qū)。目前固定型閱讀器通常至少搭配有四組輸出天線，適度控制讀取器的輸出功率與調(diào)整四組天線的發(fā)射方向，就可以消除讀取死角，建構(gòu)有效標簽讀取區(qū)。值得注意的是，在標簽讀取區(qū)最好避免金屬直接反射平面，這種金屬平面造成高強度反射電波，往往會將微弱的標簽響應信號蓋住，影響閱讀器的信號辨識能力。
（2）極化面天線。目前閱讀器使用的天線主要有線性波與旋轉(zhuǎn)波兩種極化面天線，線性波天線的穿透力比旋轉(zhuǎn)波天線的穿透力強，而旋轉(zhuǎn)波天線的方向性比線性波天線的方向性寬廣。該選擇何種極化面天線應根據(jù)標簽在物品上的貼附方向來決定。標簽貼附方向雜亂的選用旋轉(zhuǎn)波天線的讀取效果較佳，標簽貼附方向一致的選用線性波天線會有較遠的讀取距離。
3）閱讀器功率與參數(shù)的設定
（1）功率的設定。閱讀器發(fā)射功率可以通過程序操作來控制，功率太強容易產(chǎn)生折射干擾，功率不足則無法達到啟動標簽電磁場的最低能量要求。筆者建議以由弱漸漸加強的方式           改變閱讀器的功率輸出，找出最低啟動標簽電源的閱讀器輸出功率（Minimum turn on power）平均值。再運用閱讀器內(nèi)建的RSSI（Received Signal Strength Indication）接收信號強度指針來分析標簽靈敏度的平均值。比較標簽的RSSI及最低標簽啟動電源的閱讀器輸出功率，找出適用于標簽最佳讀取率的功率設定條件。換言之，可利用RSSI與標簽啟動功率兩個參數(shù)來判斷目前架設的天線所發(fā)射的電波環(huán)境是否具備合理性。
（2）碰撞參數(shù)的設定。一個閱讀器針對同一群標簽通信時，在同一時刻接收到大量的標簽傳遞的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生了信號碰撞。結(jié)果就會造成讀取率不佳。碰撞的解決與Q值的設定有關(guān)，Q值太大會影響讀取器進行盤點所需時間，因此必須根據(jù)標簽總數(shù)來決定，找出Q值與標簽總數(shù)之間的優(yōu)化關(guān)系，也即當標簽數(shù)量為多少，找出最佳建議Q值。
（3）利用RSSI值過濾。Reader在讀取某一區(qū)域內(nèi)的標簽數(shù)據(jù)時，同時也會接收到其他區(qū)域的標簽數(shù)據(jù)。Reader程序可以根據(jù)標簽響應的RSSI值差異性進行過濾，減少誤判現(xiàn)象。
（4）避開盲點。由于環(huán)境折射波與天線直接波會產(chǎn)生相位加成與抵消作用，其中相位抵消的點會在有效讀取區(qū)內(nèi)產(chǎn)生讀不到標簽的盲點，所以可以利用不同角度天線架設組合，并由Reader程控改變天線切換開關(guān)，達到讀取區(qū)中盲點的位置，減少因盲點造成的讀取率不穩(wěn)的現(xiàn)象。3.智能標簽的貼放方法
1）貼標機的工作原理
首先，箱子在傳送帶上以一個不變的速度向貼標機進給。然后，機械上的固定裝置將箱子之間分開一個固定的距離，并推動箱子沿傳送帶的方向前進。貼標機的機械系統(tǒng)包括一個驅(qū)動輪、一個貼標輪、標簽帶和一個卷軸。驅(qū)動輪間歇性地拖動標簽帶運動，標簽帶從卷軸中被拉出，同時經(jīng)過貼標輪貼標。貼標輪會將標簽帶壓在箱子上。在卷軸上采用了開環(huán)的位移控制，用來保持標簽帶的張力。因為標簽在標簽帶上是彼此緊密相連的，所以標簽帶必須不斷啟停。
     標簽是在貼標輪與箱子移動速度相同的情況下被貼在箱子上的。當傳送帶到達某個特定的位置時，驅(qū)動輪會加速到與傳送帶匹配的速度，待貼上標簽后，它再減速直到停止。
由于標簽帶有可能會產(chǎn)生滑動，所以它上面有登記標志，用來保證每一張標簽都被正確地放置。登記標志通過一個傳感器來讀取，在標簽帶的減速階段，驅(qū)動輪會重新調(diào)整位置以修正標簽帶上的任何位置錯誤。
2）套標機的工作原理
     當推瓶電眼發(fā)現(xiàn)有瓶子過來并認為有連續(xù)生產(chǎn)的必要時，進瓶螺桿開始運作推瓶（進瓶螺桿的作用就是將不等距而來的瓶子重新等距、等初速度分瓶），然后瓶子進入套標系統(tǒng)的核心單元，當套標電眼感應到有瓶子過來時，馬上將信息傳輸給控制中心PLC，并通過PLC依次并連續(xù)下達4個指令（送標、定位、切標、射標）。當射標結(jié)束，一個瓶子的套標過程便完成，之后便進入標簽整理、收縮單元。
     智能標簽的貼放方法主要取決于何時需要貼放標簽，在貨箱的什么位置貼放標簽及設備的頻率。在考慮任何貼標方法之前，應對貨箱做分析測試來尋找最佳貼放位置，以保證能成功讀取標簽。如果分析測試非常成功，就可以確認在貨箱的什么位置貼放標簽，以及最佳的標簽天線和閱讀器天線配置?？梢圆捎靡环N或多種貼標方法來滿足生產(chǎn)要求和客戶要求。
     標簽貼在什么位置?包裝需不需要預處理?這些看似簡單而又直接影響系統(tǒng)識讀率的主要因素，要需通過模擬實驗和現(xiàn)場測試進行貼標分析，因此正確的貼標取決于很多因素，其中很多看起來最佳的方法后來往往被證明是錯誤或者成本昂貴的。下面將對這些方法分類并進行簡單的分析。
（1）將標簽嵌入包裝：嵌有 RFID 芯片的一次性紙箱有幾個吸引人的特性，其中最顯著的是無須在包裝和封裝過程中對標簽進行處理，為標簽編碼這一步驟在包裝前、后均可進行，而且讀取標簽的成本和閱讀器的成本都可由供應商承擔。不過這種方法的缺點也很多。首先，業(yè)界預測包裝公司要用三四年來解決物理上的障礙并提供完整的解決方案。錯誤修正、重新制作和退款都會增加成本，如果你有多種產(chǎn)品，不僅要求采用不同標簽，而且標簽粘貼位置也不同，那么你不得不采購、存儲、和管理多種包裝，使之和產(chǎn)品內(nèi)容配套。其次，不僅紙箱生產(chǎn)商會因為對制造流程進行大改動而投入大量資金，紙箱包裝產(chǎn)品的運輸鏈和供應鏈也都需要重新設計。目前，紙箱往往堆放在室外，其環(huán)境不可控制。堆疊積壓、叉車的粗糙處理和惡劣的環(huán)境都不利于嵌有電子元件的產(chǎn)品。最后，帶有電子標簽的紙箱包裝可能還會遇到環(huán)保問題和回收再利用的問題，這取決于不同國家和地區(qū)之間的各種環(huán)保法規(guī)。
（2）先貼標、后編碼：如果貨箱上預先印刷了條碼，那么可以在編碼之前先將背面帶粘膠的RFID標簽貼到貨箱上。其工作流程具體為：用上游貼放器把標簽固定到貨箱上，當貨箱通過包裝線時，由一臺固定在包裝線上方的閱讀器為它編碼。這種方法可以使處理過程流程化，而且能夠降低成本，特別是在現(xiàn)有的貼放設備能處理貼標任務的情況下。但這種方法的一個不足之處是無法在現(xiàn)有的貼標之前檢查出“啞”標簽和壞標簽，這極有可能導致很多貨箱要重新貼標。這個方式的另一個缺點是不可避免地會為碰巧在附近的標簽也進行編碼。目前市場上大多數(shù)貼放器的設計中沒有處理成卷On-pitch標簽的功能。當某些標卷軸繞得過緊時，容易導致標標簽卡在貼放器中，甚至會造成嚴重損害。此外，如果標簽背面的粘膠不牢固，那么標簽可能會在未經(jīng)發(fā)現(xiàn)的情況下從貨箱上脫落。標簽行業(yè)花費了數(shù)年時間為不同的應用尋找完美的粘膠解決方案，但許多只供應標簽的供應商才剛剛接觸這方面的知識。因此，這種方式因為潛在的“啞”標簽和壞標簽、標簽受損或掉落及的誤編碼問題而增加了流程的不穩(wěn)定因素。
（3）先編碼、后貼標：這個方法解決了先貼標、后編碼方法的一些缺點，其具體流程是：首先采用嵌在貼放器里的編碼器對標簽進行編碼，然后再貼標。遺憾的是，截至本書發(fā)布之時，這種方法還沒有得到相關(guān)的證實。On-pitch標簽卷的靈活性和功能比智能標簽要差。此外，標簽自身也因為可選擇的膠有限而難以貼放到貨箱上。最后，這種方法往往不能滿足RFID標識原則，該原則規(guī)定要使用EPCglobal Inc.圖標對帶RFID的貨箱進行清晰標記，以便消費者識別。貨箱上預打印的消費者提升可能會因標記標準不斷變化而不得不改變。
（4）先編碼、印刷，然后貼標簽：智能標簽便是依照這種方法貼標的，該方法的具體流程為貼放器先為標簽編碼，并印刷標簽，然后把標簽貼到貨箱上。它通過校驗、檢測錯誤、恢復功能可保證標簽的正常工作。這種方法可以在包裝流程中合適的環(huán)節(jié)進行。采用同樣的保證措施可以檢驗印刷是否完成