RFID標(biāo)簽貼標(biāo)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(shí)，僅有很少或根本就沒有任何阻礙作用。而用有機(jī)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(duì)射頻都是半透明的，但是帶箔片襯里的紙包裝可能會(huì)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(huì)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(huì)吸收UHF射頻能量。吸收會(huì)削弱或者衰減從閱讀器天線發(fā)出或者從電子標(biāo)簽天線反射回的電磁場(chǎng)，它會(huì)隨著物質(zhì)和信號(hào)頻率而變化。通過計(jì)算對(duì)各物質(zhì)在某個(gè)頻率的吸收率，可以得出介電損耗。將電子標(biāo)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(huì)讓無線電波偏離目標(biāo)，阻止無線電波穿過。屏蔽材料可以被當(dāng)成感應(yīng)線圈。電子標(biāo)簽天線里的感生電流讓電子平行運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)反向電磁場(chǎng)，這樣就會(huì)削弱信號(hào)，一般來講，較高頻率的射頻信號(hào)比低頻更容易被屏蔽。
    （4）失諧：電子標(biāo)簽的天線受周圍環(huán)境的影響很大。例如，電子標(biāo)簽貼在水箱上（箱子頂、箱子底等）時(shí)對(duì)標(biāo)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(dá)電子標(biāo)簽的能量，并且減弱反射給閱讀器的信號(hào)；電子標(biāo)簽彼此太靠近，會(huì)形成電容性耦合，使天線失諧；傳送器、叉車和其他操作設(shè)備上的金屬會(huì)阻礙和反射信號(hào)，造成失諧。電子標(biāo)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(shè)計(jì)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(hào)反射可能是RFID技術(shù)在UHF頻段遭到的最嚴(yán)重的問題。舉例來說，因?yàn)榉瓷?，閱讀器信號(hào)可能無法穿過塑膜包裝的托盤，導(dǎo)致電子標(biāo)簽接收不到足夠的啟動(dòng)能量；金屬會(huì)反射幾乎所有無線電信號(hào)。而某些類型的塑料薄膜、鍍膜玻璃和建筑材料也會(huì)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?dú)w因于環(huán)境因素。傳送設(shè)備因?yàn)樽陨淼碾妱?dòng)機(jī)、控制器產(chǎn)生的震動(dòng)或者電磁波釋放會(huì)導(dǎo)致“死區(qū)”的出現(xiàn)。其RFID系統(tǒng)、無線計(jì)算機(jī)、無線電和電話都會(huì)產(chǎn)生干擾，但是通常閱讀器/電子標(biāo)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(dǎo)致的，它也會(huì)引起干擾。由于來自其他材料表面的多徑反射，閱讀器信號(hào)會(huì)自我干擾。干擾的例子包括信號(hào)穿過一個(gè)狹窄空隙后到過電子標(biāo)簽時(shí)發(fā)生的表面衍射，或者從金屬物體反射并幾乎同時(shí)到達(dá)電子標(biāo)簽的信號(hào)。

2.影響讀取率的穩(wěn)定因素
    標(biāo)簽的選用與附著貼標(biāo)、天線架設(shè)方式、閱讀器功率與參數(shù)設(shè)定這三個(gè)因素決定了RFID的讀取率是否穩(wěn)定。
1）選擇合適標(biāo)簽
     標(biāo)簽的選擇需根據(jù)閱讀器操作距離、物品外形及材質(zhì)、標(biāo)簽讀取環(huán)境三個(gè)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(biāo)簽。
① 短距離手動(dòng)讀取。如果應(yīng)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(gè)標(biāo)簽，則選擇近場(chǎng)（Nearfield）磁感應(yīng)方式的LF或HF標(biāo)簽，適當(dāng)改變手持式設(shè)備感應(yīng)角度，以達(dá)到最佳磁場(chǎng)切割作用，此時(shí)得到穩(wěn)定讀取率一般沒有大問題。
② 短距離移動(dòng)讀取。如果應(yīng)用情境是在輸送帶上讀取物品標(biāo)簽，只要天線架設(shè)的有效讀取區(qū)與物品移動(dòng)方向構(gòu)成磁場(chǎng)切割作用，慢速移動(dòng)物品仍然可以采用HF標(biāo)簽。但是快速移動(dòng)的物品建議還是采用遠(yuǎn)場(chǎng)（Farfield）電波共振式UHF標(biāo)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(shí)，標(biāo)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(biāo)簽的極限。在目前的被動(dòng)式（Passive）標(biāo)簽中，UHF標(biāo)簽是長距離讀取的唯一選擇，否則就要選擇主動(dòng)型（Active）標(biāo)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(biāo)簽規(guī)格。
① 敏感度。物品外形及材質(zhì)會(huì)影響電磁場(chǎng)的穿透力（Penetration），也會(huì)影響標(biāo)簽的敏感度。通常標(biāo)簽的敏感度與其本身天線設(shè)計(jì)有關(guān)，敏感度越好的標(biāo)簽外形尺寸就越大。但是如果搭配天線架設(shè)角度，找到最好的極化面（Polarization），即使是小尺寸標(biāo)簽也能得到穩(wěn)定的讀取率。
② 感應(yīng)角度。當(dāng)環(huán)境有其他RFID閱讀器同時(shí)運(yùn)作時(shí)，標(biāo)簽感應(yīng)角度就顯得很重要。標(biāo)簽應(yīng)根據(jù)物品移動(dòng)方向選擇最佳感應(yīng)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(biāo)簽。
（3）標(biāo)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(huì)影響標(biāo)簽的敏感度性能。水氣會(huì)吸收部分電磁波能量，影響標(biāo)簽感度，金屬制品則會(huì)全面反射電磁波從而影響標(biāo)簽的電磁耦合，兩者都會(huì)造成讀取率惡化。對(duì)于水氣環(huán)境，只要空氣濕度控制得宜應(yīng)該不難解決；對(duì)于液體產(chǎn)品，只要標(biāo)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?yàn)榉瓷涞碾姶挪◤?qiáng)度會(huì)蓋住標(biāo)簽背向散射（Backscatter）的信號(hào)，讓讀取器無法辨識(shí)標(biāo)簽的響應(yīng)內(nèi)容。因此在選擇RFID讀取環(huán)境時(shí)應(yīng)該盡量避開金屬反射環(huán)境。
② 金屬專用標(biāo)簽或客制化金屬標(biāo)簽。若標(biāo)的物本身就是金屬制品，欲達(dá)到滿意的讀取率恐怕只有使用金屬專用標(biāo)簽或客制化金屬標(biāo)簽。金屬專用標(biāo)簽有一個(gè)特別設(shè)計(jì)的隔離層，可以避免金屬材料對(duì)標(biāo)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(qiáng)，則仍然無法保證100%讀取率。如果標(biāo)簽需求量夠大或標(biāo)的物屬于高單價(jià)物品，筆者建議使用客制化金屬標(biāo)簽?？椭苹饘贅?biāo)簽的設(shè)計(jì)原理是將金屬物體視為與標(biāo)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(yàn)為在4～6m距離時(shí)，讀取率可達(dá)到99.5%的水平。
2）天線架設(shè)
天線架設(shè)要點(diǎn)是要達(dá)到最佳電磁場(chǎng)形態(tài)，同時(shí)避開電波反射干擾。RFID天線架設(shè)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(biāo)簽讀取區(qū)。值得注意的是，在標(biāo)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(qiáng)度反射電波，往往會(huì)將微弱的標(biāo)簽響應(yīng)信號(hào)蓋住，影響閱讀器的信號(hào)辨識(shí)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(qiáng)，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(yīng)根據(jù)標(biāo)簽在物品上的貼附方向來決定。標(biāo)簽貼附方向雜亂的選用旋轉(zhuǎn)波天線的讀取效果較佳，標(biāo)簽貼附方向一致的選用線性波天線會(huì)有較遠(yuǎn)的讀取距離。
3）閱讀器功率與參數(shù)的設(shè)定
（1）功率的設(shè)定。閱讀器發(fā)射功率可以通過程序操作來控制，功率太強(qiáng)容易產(chǎn)生折射干擾，功率不足則無法達(dá)到啟動(dòng)標(biāo)簽電磁場(chǎng)的最低能量要求。筆者建議以由弱漸漸加強(qiáng)的方式           改變閱讀器的功率輸出，找出最低啟動(dòng)標(biāo)簽電源的閱讀器輸出功率（Minimum turn on power）平均值。再運(yùn)用閱讀器內(nèi)建的RSSI（Received Signal Strength Indication）接收信號(hào)強(qiáng)度指針來分析標(biāo)簽靈敏度的平均值。比較標(biāo)簽的RSSI及最低標(biāo)簽啟動(dòng)電源的閱讀器輸出功率，找出適用于標(biāo)簽最佳讀取率的功率設(shè)定條件。換言之，可利用RSSI與標(biāo)簽啟動(dòng)功率兩個(gè)參數(shù)來判斷目前架設(shè)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(shè)定。一個(gè)閱讀器針對(duì)同一群標(biāo)簽通信時(shí)，在同一時(shí)刻接收到大量的標(biāo)簽傳遞的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生了信號(hào)碰撞。結(jié)果就會(huì)造成讀取率不佳。碰撞的解決與Q值的設(shè)定有關(guān)，Q值太大會(huì)影響讀取器進(jìn)行盤點(diǎn)所需時(shí)間，因此必須根據(jù)標(biāo)簽總數(shù)來決定，找出Q值與標(biāo)簽總數(shù)之間的優(yōu)化關(guān)系，也即當(dāng)標(biāo)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(biāo)簽數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)也會(huì)接收到其他區(qū)域的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。Reader程序可以根據(jù)標(biāo)簽響應(yīng)的RSSI值差異性進(jìn)行過濾，減少誤判現(xiàn)象。
（4）避開盲點(diǎn)。由于環(huán)境折射波與天線直接波會(huì)產(chǎn)生相位加成與抵消作用，其中相位抵消的點(diǎn)會(huì)在有效讀取區(qū)內(nèi)產(chǎn)生讀不到標(biāo)簽的盲點(diǎn)，所以可以利用不同角度天線架設(shè)組合，并由Reader程控改變天線切換開關(guān)，達(dá)到讀取區(qū)中盲點(diǎn)的位置，減少因盲點(diǎn)造成的讀取率不穩(wěn)的現(xiàn)象。3.智能標(biāo)簽的貼放方法
1）貼標(biāo)機(jī)的工作原理
首先，箱子在傳送帶上以一個(gè)不變的速度向貼標(biāo)機(jī)進(jìn)給。然后，機(jī)械上的固定裝置將箱子之間分開一個(gè)固定的距離，并推動(dòng)箱子沿傳送帶的方向前進(jìn)。貼標(biāo)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪、一個(gè)貼標(biāo)輪、標(biāo)簽帶和一個(gè)卷軸。驅(qū)動(dòng)輪間歇性地拖動(dòng)標(biāo)簽帶運(yùn)動(dòng)，標(biāo)簽帶從卷軸中被拉出，同時(shí)經(jīng)過貼標(biāo)輪貼標(biāo)。貼標(biāo)輪會(huì)將標(biāo)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(biāo)簽帶的張力。因?yàn)闃?biāo)簽在標(biāo)簽帶上是彼此緊密相連的，所以標(biāo)簽帶必須不斷啟停。
     標(biāo)簽是在貼標(biāo)輪與箱子移動(dòng)速度相同的情況下被貼在箱子上的。當(dāng)傳送帶到達(dá)某個(gè)特定的位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪會(huì)加速到與傳送帶匹配的速度，待貼上標(biāo)簽后，它再減速直到停止。
由于標(biāo)簽帶有可能會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，所以它上面有登記標(biāo)志，用來保證每一張標(biāo)簽都被正確地放置。登記標(biāo)志通過一個(gè)傳感器來讀取，在標(biāo)簽帶的減速階段，驅(qū)動(dòng)輪會(huì)重新調(diào)整位置以修正標(biāo)簽帶上的任何位置錯(cuò)誤。
2）套標(biāo)機(jī)的工作原理
     當(dāng)推瓶電眼發(fā)現(xiàn)有瓶子過來并認(rèn)為有連續(xù)生產(chǎn)的必要時(shí)，進(jìn)瓶螺桿開始運(yùn)作推瓶（進(jìn)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(jìn)入套標(biāo)系統(tǒng)的核心單元，當(dāng)套標(biāo)電眼感應(yīng)到有瓶子過來時(shí)，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(dá)4個(gè)指令（送標(biāo)、定位、切標(biāo)、射標(biāo)）。當(dāng)射標(biāo)結(jié)束，一個(gè)瓶子的套標(biāo)過程便完成，之后便進(jìn)入標(biāo)簽整理、收縮單元。
     智能標(biāo)簽的貼放方法主要取決于何時(shí)需要貼放標(biāo)簽，在貨箱的什么位置貼放標(biāo)簽及設(shè)備的頻率。在考慮任何貼標(biāo)方法之前，應(yīng)對(duì)貨箱做分析測(cè)試來尋找最佳貼放位置，以保證能成功讀取標(biāo)簽。如果分析測(cè)試非常成功，就可以確認(rèn)在貨箱的什么位置貼放標(biāo)簽，以及最佳的標(biāo)簽天線和閱讀器天線配置。可以采用一種或多種貼標(biāo)方法來滿足生產(chǎn)要求和客戶要求。
     標(biāo)簽貼在什么位置?包裝需不需要預(yù)處理?這些看似簡單而又直接影響系統(tǒng)識(shí)讀率的主要因素，要需通過模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試進(jìn)行貼標(biāo)分析，因此正確的貼標(biāo)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(cuò)誤或者成本昂貴的。下面將對(duì)這些方法分類并進(jìn)行簡單的分析。
（1）將標(biāo)簽嵌入包裝：嵌有 RFID 芯片的一次性紙箱有幾個(gè)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(duì)標(biāo)簽進(jìn)行處理，為標(biāo)簽編碼這一步驟在包裝前、后均可進(jìn)行，而且讀取標(biāo)簽的成本和閱讀器的成本都可由供應(yīng)商承擔(dān)。不過這種方法的缺點(diǎn)也很多。首先，業(yè)界預(yù)測(cè)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(cuò)誤修正、重新制作和退款都會(huì)增加成本，如果你有多種產(chǎn)品，不僅要求采用不同標(biāo)簽，而且標(biāo)簽粘貼位置也不同，那么你不得不采購、存儲(chǔ)、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(huì)因?yàn)閷?duì)制造流程進(jìn)行大改動(dòng)而投入大量資金，紙箱包裝產(chǎn)品的運(yùn)輸鏈和供應(yīng)鏈也都需要重新設(shè)計(jì)。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(biāo)簽的紙箱包裝可能還會(huì)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(biāo)、后編碼：如果貨箱上預(yù)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(biāo)簽貼到貨箱上。其工作流程具體為：用上游貼放器把標(biāo)簽固定到貨箱上，當(dāng)貨箱通過包裝線時(shí)，由一臺(tái)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(shè)備能處理貼標(biāo)任務(wù)的情況下。但這種方法的一個(gè)不足之處是無法在現(xiàn)有的貼標(biāo)之前檢查出“啞”標(biāo)簽和壞標(biāo)簽，這極有可能導(dǎo)致很多貨箱要重新貼標(biāo)。這個(gè)方式的另一個(gè)缺點(diǎn)是不可避免地會(huì)為碰巧在附近的標(biāo)簽也進(jìn)行編碼。目前市場(chǎng)上大多數(shù)貼放器的設(shè)計(jì)中沒有處理成卷On-pitch標(biāo)簽的功能。當(dāng)某些標(biāo)卷軸繞得過緊時(shí)，容易導(dǎo)致標(biāo)標(biāo)簽卡在貼放器中，甚至?xí)斐蓢?yán)重?fù)p害。此外，如果標(biāo)簽背面的粘膠不牢固，那么標(biāo)簽可能會(huì)在未經(jīng)發(fā)現(xiàn)的情況下從貨箱上脫落。標(biāo)簽行業(yè)花費(fèi)了數(shù)年時(shí)間為不同的應(yīng)用尋找完美的粘膠解決方案，但許多只供應(yīng)標(biāo)簽的供應(yīng)商才剛剛接觸這方面的知識(shí)。因此，這種方式因?yàn)闈撛诘摹皢　睒?biāo)簽和壞標(biāo)簽、標(biāo)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(biāo)：這個(gè)方法解決了先貼標(biāo)、后編碼方法的一些缺點(diǎn)，其具體流程是：首先采用嵌在貼放器里的編碼器對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行編碼，然后再貼標(biāo)。遺憾的是，截至本書發(fā)布之時(shí)，這種方法還沒有得到相關(guān)的證實(shí)。On-pitch標(biāo)簽卷的靈活性和功能比智能標(biāo)簽要差。此外，標(biāo)簽自身也因?yàn)榭蛇x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(biāo)識(shí)原則，該原則規(guī)定要使用EPCglobal Inc.圖標(biāo)對(duì)帶RFID的貨箱進(jìn)行清晰標(biāo)記，以便消費(fèi)者識(shí)別。貨箱上預(yù)打印的消費(fèi)者提升可能會(huì)因標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)不斷變化而不得不改變。
（4）先編碼、印刷，然后貼標(biāo)簽：智能標(biāo)簽便是依照這種方法貼標(biāo)的，該方法的具體流程為貼放器先為標(biāo)簽編碼，并印刷標(biāo)簽，然后把標(biāo)簽貼到貨箱上。它通過校驗(yàn)、檢測(cè)錯(cuò)誤、恢復(fù)功能可保證標(biāo)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(jìn)行。采用同樣的保證措施可以檢驗(yàn)印刷是否完成