在物联网产业包括智慧城市、智能交通、智慧物流和大数据的驱动下，作为物联网核心技术之一的RFID(射频识别)技术迎来了大规模的发展。目前全球物联网发展处于培育和成长阶段，未来十年将实现大规模普及，全球RFID市场也随着持续升温，并呈现持续上升趋势。在“2013深圳国际物联网技术与应用博览会”上，RFID标签、RFID智能卡、各种各样读写器(移动式或固定式)占据了整个场馆，由此可见RFID的热度。

如何提高目标标签被读取率

标签、读写器、应用解决方案是RFID产业的三大组成部分。“当前RFID行业中，厂商对RFID基础知识和客户现场需求了解不够，未针对客户需求进行特殊设计，使得产品没法满足市场需求。为此，厂商首先需要对RFID应用设计有一个全面的认识，以实现出色的产品设计。”上海电子标签与物联网产学研联盟秘书长王东教授说道。

RFID标签由天线和标签芯片组成，设计时可以将芯片等效为一个电容，天线等效为一个电阻和电感，彼此间通过电子感应工作，阻抗相互匹配很关键。“标签的种类很多，可分为低频、高频、超高频标签等，也可以是有源和无源标签。高频标签中影响电感参数的因素包括天线的形状和几何尺寸、线圈匝数等，也就是说我们可以通过芯片的标签参数计算出天线应有电感值，根据电感值来推算采用何种形式的天线，从而利用这种关系进行多次仿真来验证设定，实现阻抗间匹配。”王东说道。

此外，天线形状的改变会对标签芯片的频率特性和读写特性产生影响，如果应用中涉及金属、液体环境上的标签及涉及圆极化标签还需要做各种特殊设计。“总而言之，在设计时第一步是根据理论进行参数调整，通过仿真或者实际测试得知超高频(UHF)、高频(HF)标签设计的方向图，基于这些认识的基础上，根据应用需求来选择合适的标签，并找出读取率最佳的标签粘帖位置。”他表示。

在标签读取过程中，存在着误读其他标签或无法从众多标签中读取到目标标签这样一个普遍的问题，例如在汽车出库时，出库产品的标签可能没被读到，旁边的却被读到了。针对此类问题，厂商可以利用天线信号强弱不同、读写器读写的次数也不一样的工作原理来解决。货物出库的时候，经过门闸天线的正中时标签接收到的信号最强，这个时候读写器读取的次数最多，因此我们只需对读写器参数进行调整就可以提高仓库门对货物的读取率。此外，读写器空间部署位置也会对读取率的提高有所影响，例如是接一个天线还是多个天线、左右各放置多少个天线最合适、天线在门上怎么部署、放置角度等等。

王东表示，将RFID标签、读写器形成应用解决方案，需要注意天线、芯片、读写器三者间设计技术的共生问题，结合应用现场出现的问题，将它们看作一个整体系统进行协同设计，而不是单独设计，从而让整个系统很好地协同工作。

 
RFID标签设计时要考虑到天线RF要求、标签应用环境、天线外形需求、芯片参数、天线参数几大要素。
无源超高频标签的选择和设计问题

RFID是一个非常快捷、精准的技术。RFID标签具有双向射频通讯功能，正在逐渐取代单向通讯的条形码。RFID技术通过无线电信号对指定目标(带有RFID标签的物体)进行识别和追踪，当为应用选择适当RFID标签的同时，它的无线电的物理特质不容忽视。

“对RFID的特性和天线设计需要充分理解，包括芯片和天线的质量、稳定性和可靠性、标签应用对象和其周围的环境、天线大小和性能、正向链路和反向散射、标签供应商、标签芯片特殊的功能等因素，将这些进行最佳匹配才能够帮助作出最好的标签选择，减少实际操作中会遇到的不理想情况。”在无源超高频RFID领域拥有超过13年经验的美国意联科技全球副总裁谢建新说道，“因为如果RFID设计厂商不够了解RFID的特性，对天线设计了解不够充分，就不会知道标签设计存在怎样的限制和挑战，从而没法与客户进行正确的沟通、得到好的建议，也就做不出满足客户要求的产品。”

以无源超高频RFID系统为例，无源RFID标签内置天线、芯片、反向散射发射器，无电池；RFID读写器给标签提供电源、发送请求询问标签、接收标签返回的信息。整个系统的运作过程是：接收能量——获得信号(在接收能量的同时)——调制能量——用反向散射返回调制的信号，即读写器为标签提供电源同时发出请求，标签验证读写器的认证，标签接着返回信息，读写器显示标签的信息或状态。

“在这个运作过程中，标签在不同的层面存在着问题和挑战。第一是它必须接收能量；第二是它必须要获得这些调制的指令，然后才知道接下来要做什么事情；第三是用什么方式把信号反射回去。这样一个简单的标签只有两个天线——内共振IC线圈和远场天线(距离可短可远，在技术设计过程中可以自己控制)，各司其职，对其设计很具有挑战性。”谢建新指出。

他认为，设计标签需要考虑到以下几个问题。一是要考虑到地方区域性问题。在生产和进行产品贴标的时候，必须考虑产品是供应到什么区域。不同区域对标签的工作频率、功率、带宽等参数要求不一，美国、欧洲、中国、日本等都有自己不同的要求，例如美国的超高频标签频段范围是902~928MHz(4W EIRP FHSS)，而中国的是840~844MHz和920~924MHz(2W ERP FHSS)。

二是在应用上需要考虑无线电信号是否可以穿透材质。标签和读写器之间通过电子波来交流和传输，在传输过程中需要考虑到挡住信号的环境和物体因素，要了解这个物体载体本身自己的特性是什么。

最后还需要考虑标签贴在什么介质上。如果标签贴在导电介质上面就像用回形针短路电池，在导电介质的表面(比如金属板)的电压基本上是零，因此没有能量提供给标签。

除此之外，在设计过程中，我们还需要关注两个参数：一是标签开启电压，即需要多少能量启动标签。二是读取灵敏度。标签的反馈信号传得越远越好，但在接收的时候要越灵敏越好，如果灵敏度很高的话，就有足够的能量将这个芯片激活起来，读取灵敏度越高即表示需要更少的能量即可激活芯片。“设计时首先一定要做仿真，另外一点非常关键的就是阻抗的匹配，后续的步骤还有校验天线仿真图、检验电流分配、设计验证、创建原型图纸与手工样品、在吸波暗室进行宽频扫面校验等，其中任何设计阶段都可能需要修改、修正。”谢建新介绍道。

综上所述，标签的设计要考虑到天线RF要求、标签的环境、天线外形的需求、芯片参数、天线参数几大要素，从而进行最佳方案设计。“标签的设计是一门运用科学的艺术。标签天线设计就像挤气球，当你优化一方面的时候，会影响其他方面的因素。”谢建新说道，“在进行标签设计的时候，其读取灵敏度、天线外形需求长度和宽度及放置位置、各种阻抗匹配、芯片参数、天线参数等都是很基本的需求，这些要素是一个互动的关系。当你将这个‘气球’往任何一方压的时候，另外一边就会突出来，怎样在这中间达到平衡，有很多的讲究，也需要经验，这是一个非常具有挑战的技术。”

原文地址：物联网大热，驱动RFID应用升温

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