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超高频RFID标签一致性的近场检测技术

作者:童廷洋, 马振洲 来源:电子技术 2015-04-02 10:39:33

摘要:超高频RFID标签一致性直接影响RFID系统中采集数据的识别率和准确率。采用接收信号强度指示RSSI(Received Signal Strength Indicator)技术及数理统计,采集标签反射信号强度,设定标准差阈值,作为标签一致性检测参数。研制弯折偶极子近场天线,实现0.1 mm近距离标签识读。利用屏蔽效应,在全自动卷筒式RFID标签套装上设置打点标识机构,对标签批量标记,可实现对柔性超高频RFID标签的高速、批量一致性检测。

关键词:超高频[63篇]  RFID[1732篇]  近场检测[0篇]  

  射频识别RFID(Radio Frequency Identification)技术是一种利用射频通信实现的非接触自动识别技术,具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点,广泛应用在物流、制造、交通运输、医疗、防伪、资产管理等公共信息服务行业[1]。UHF RFID具有防碰撞性能强、传输数据量大的特点[2]。UHF频段的RFID标签是RFID系统最重要组成部分,如其一致性不满足要求将直接导致RFID识别率和准确率的下降[3],从而影响RFID系统的实际应用。针对一致性检测的技术手段还是空白,本文从实践测试出发,提出RSSI的近场检测技术。

  1 RFID标签一致性及检测技术

  RFID标签一致性是指标签的基本特性相同,其他特性相类似,将基本特性量化,并通过技术手段鉴别[4]。本文描述的RFID标签一致性,是针对UHF频段RFID标签读写性能,这一特性对于RFID标签是最基本、最重要的特性,也是很难批量检测的特性。

  标签一致性采用近场检测技术,而不是采用远距离检测,是因为实验室远距离检测需要具备远距离条件的场地和建设配套的大型屏蔽室。其建设周期和建设成本是限制远距离检测标签一致性的重要因素。

  本文采用接收信号强度指示进行数值量化,通过近场射频识别技术,对屏蔽环境下的RFID标签批量检测一致性。其中近场射频识别采用0.1 mm近场天线作为检测采集终端。

  2 近场天线的研制

  在UHF射频识别系统中,偶极子天线及其变形结构是最常用的天线,本文所涉及的近场天线是基于传统的半波长偶极子天线变换成长方形结构以便实现小型化。UHF频段近场天线采用弯折偶极子天线结构,可极大地减小天线的尺寸。

超高频RFID标签一致性的近场检测技术

超高频RFID标签一致性的近场检测技术

  根据能量转换原理,Etotal=Er+EH。其中Etotal为发射机的总能量,它可以通过天线的S(1,1)表征,S(1,1)很低[8],表示对天线输入端来说能量反射很小,因而Etotal较大。Er为电场辐射能量,可通过Rr表征Er, Rr较小,说明Er较小,因此HT(转换为磁场的能量)很大,证明了此天线为近场天线。

  整体天线的制作是将天线元件构建在FR4基板,板厚2 mm、介电常数4.7的印刷电路板上。需要介电常数相对较高的材料来将从天线后部放出的RF辐射级最小化。

  实际制作的天线谐振频率为915 MHz,阻抗带宽为907~922 MHz共15 MHz。测试结果与仿真结果吻合较好,并具有一致性。接上阅读器进行实际测试,读写距离在0.1 mm~5 mm,性能稳定,满足UHF频段检测读写器天线要求。

  3 RSSI一致性检测

  接收信号强度指示RSSI(Received Signal Strength Indicator)是指真实的接收信号强度与最优接收信号强度等级间的差值,它的实现是在反向接收通道基带接收滤波器之后进行的。在无源射频识别(RFID)系统读写器中主要是指标签反射信号的信号强度。由RSSI指示产生的检测法因为借助较少的硬件设备来实现,所以是一种廉价的检测技术。

  本实验采用屏蔽罩,保证内部测试环境参数相对稳定,能够有效屏蔽外界的电磁干扰。前向链路ERP在载波频率为922.5 MHz的临界状态值为11 dBm。通过抽样统计分析方法,获得RFID标签批次一致性的阈值,作为批量检测的依据。

  将滚筒标签按顺序标号为T1…Tn,并在测试机控制下往返测试10次M1…M10。N个待测标签接受信号强度值的平均值RSSIm平均为:

超高频RFID标签一致性的近场检测技术

超高频RFID标签一致性的近场检测技术

  射频识别RFID电子标签检测机使用卷筒式电子标签套装,标签的频段为900 MHz,对18000-6C协议的电子标签性能及协议检测,适用标签的宽度2 cm~10 cm,检测速率为10 000 pcs/h,可进行读检测及写EPC功能,可进行超高频电子标签的“TID”“EPC”“KILLPWD”这些功能初始化以及读操作。调节设置读写器天线的功率、链路、标签锁及解锁操作。该设备采用全自动控制,具有变频调速、自动记米数、记张数、设定长度自动停车、报警、放卷、自动纠偏控制、气胀轴收料、张力控制等功能,整机结构紧凑,具有速度快、分切准确、操作简单、运行平稳等优点。

  本文在分析RFID标签一致性及其检测技术基础上,提出近场天线技术作为数据采集手段,分析弯折偶极子天线作为近场天线,实现0.1 mm近场天线的方法,采用RSSI及数理统计作为一致性检测参数,并确定检测阈值。采用超高频RFID标签一致性检测技术,实现全自动快速批量检测,提高快速检测手段,对于RFID标签在商业应用中大批量应用具有重要意义。

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