基本說來,RFID技術(shù)的產(chǎn)生是為了使識別和跟蹤產(chǎn)品的過程變得簡單、快速和精確。RFID 商標(biāo)和標(biāo)簽具有的其他好處和能力包括以下幾類:
● 保護(hù)產(chǎn)品真實性;
● 保護(hù)產(chǎn)品以防盜;
● 控制零售點(diǎn)、倉庫和圖書館等的產(chǎn)品庫存;
● 控制通往建筑物、停車場、道路和其他場所的入口;
● 通過防止數(shù)據(jù)輸入過程中發(fā)生的差錯,提高數(shù)據(jù)處理速度并降低其成本。
在RFID 之前,產(chǎn)品包裝上的條形碼和銀行業(yè)務(wù)及信用卡上的磁條是識別、跟蹤產(chǎn)品和交易的主要方式。要取得條形碼或磁條上的數(shù)據(jù)需要用讀出設(shè)備掃描條碼、磁條或卡片,必須人工將產(chǎn)品或卡片放置在讀出設(shè)備中,而這樣會導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理的延遲,我們在航空票務(wù)柜臺和當(dāng)?shù)爻薪Y(jié)賬處均經(jīng)歷過這樣的延遲。
RFID 技術(shù)以自動方式提示產(chǎn)品或賬目的數(shù)據(jù),在RFID標(biāo)簽、商標(biāo)或卡片與讀出設(shè)備之間并無直接接觸。通過將產(chǎn)品或卡片上附有的數(shù)據(jù)返回到讀出設(shè)備,RFID 對磁輻射作出反應(yīng)。此外,存儲在RFID 商標(biāo)上的數(shù)據(jù)可以更新或改變。RFID 不會完全代替所有的條形碼和類似的系統(tǒng),但會成為將來產(chǎn)品識別的主要方式。
不管是用作標(biāo)簽固定于產(chǎn)品上,還是嵌入信用卡或銀行業(yè)務(wù)卡中,RFID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)基本相同。這種標(biāo)簽會有RFID 脈沖發(fā)射器,它有一個附著于天線上的芯片。此天線實際上是一簡單的線圈,產(chǎn)生磁感應(yīng)或電壓。
在RFID 標(biāo)簽與閱讀器/ 書寫器的天線之間發(fā)生數(shù)據(jù)交換,閱讀器/ 書寫器與一臺計算機(jī)相連接。以下分布描述RFID 技術(shù)是怎樣工作的:
1 .無源RFID標(biāo)簽在閱讀器的電磁場內(nèi)移動;
2 .此標(biāo)簽接收來自閱讀器的信號,以此激活商標(biāo);
3. 通過向閱讀器傳輸發(fā)射器芯片上存儲的數(shù)據(jù),標(biāo)簽作出反應(yīng);
4. 閱讀器將收到的數(shù)據(jù)傳遞到主計算機(jī), 此閱讀器還可為標(biāo)簽提供新數(shù)據(jù),重寫現(xiàn)有數(shù)據(jù),或使標(biāo)簽無效。
RFID 標(biāo)簽優(yōu)于條形碼的重要之處是無需閱讀器一行行地觀察即可閱讀,不像條形碼那樣,RFID 標(biāo)簽定位不需要人的協(xié)助,這樣閱讀標(biāo)簽的過程可以自動執(zhí)行。
RFID標(biāo)簽的另一個優(yōu)勢是RFID發(fā)射器上的芯片是一個動態(tài)的數(shù)據(jù)載體,這意味著數(shù)據(jù)既可從芯片上閱讀,也可書寫到芯片上。由于數(shù)據(jù)通過電磁輻射進(jìn)行交換,故可同時閱讀多個RFID標(biāo)簽。
目前,RFID 標(biāo)簽通過郵政和快遞服務(wù)日益增多地用于物流和供應(yīng)鏈管理、食品工業(yè)、醫(yī)療護(hù)理和制藥工業(yè)、圖書館、出入口管理和通行費(fèi)征收、航空行李搬運(yùn)、牲畜識別、文件跟蹤、產(chǎn)品鑒定或防假冒產(chǎn)品。為了防止服裝假冒和盜竊,一些公司甚至于將RFID 天線直接印刷到紡織品上。
RFID 標(biāo)簽類型
RFID 標(biāo)簽分兩種,即無源的和有源的。無源RFID 標(biāo)簽在傳遞它們攜帶的數(shù)據(jù)之前需要通過閱讀器系統(tǒng)激活。有源RFID 標(biāo)簽裝有電池,使商標(biāo)能夠獨(dú)立地傳遞信號。本文只關(guān)注無源RFID標(biāo)簽,它們是最常用的。
無源RFID標(biāo)簽的天線可產(chǎn)生感應(yīng)的或電容性信號。感應(yīng)天線能將磁場轉(zhuǎn)變成電信號或其他形式,這些天線看似纏繞的線圈。另一種是電容性天線,它對電磁能不敏感,而只對電信號敏感,電容性天線可根據(jù)其偶極子的形狀加以分辨。
電磁輻射的頻率決定著標(biāo)簽支持的閱讀距離。收集數(shù)據(jù)所要求的最小閱讀距離是設(shè)計具體應(yīng)用的RFID天線的主要影響因素。
RFID 標(biāo)簽可以一些頻帶為基礎(chǔ),例如低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)及微波上。RFID 商標(biāo)閱讀和書寫的距離為10~500 cm。
L F 天線支持的頻率為125 kHz。天線由纏繞200 多次的銅線圈組成,此種天線用于不超過5 0 c m 的比較短的閱讀距離。L F 標(biāo)簽常見的應(yīng)用包括出入口管理(即大門入口/ 安全卡)以及牲畜和家畜的識別。
H F 標(biāo)簽裝有由4 ~6 個銅線圈組成的天線,對13.56 MHz 的頻率敏感。這類標(biāo)簽支持的最大閱讀距離為1 m。HF 標(biāo)簽可用作“智能卡”,如圖書館頒發(fā)的閱讀卡,航空行李處理系統(tǒng)中的行李標(biāo)簽。
UHF 標(biāo)簽對862~950 MHz的頻率產(chǎn)生感應(yīng),閱讀/ 書寫距離為5 m 以上。在美國,U H F 標(biāo)準(zhǔn)頻率是915 MHz。在世界的其他地方可使用不同的頻率。大的閱讀距離需要偶極天線。這樣的標(biāo)簽使郵政和快遞服務(wù)能確定堆放在架子上的產(chǎn)品的性質(zhì)而無需檢查每一個包裝。這樣的標(biāo)簽也用于汽車駕駛員的自動繳費(fèi)卡。
微波RFID標(biāo)簽的閱讀距離約為1 m,對2.45 GHz 或5.8 GHz 的頻率產(chǎn)生感應(yīng)。微波標(biāo)簽用于物流。H F 和U H F 標(biāo)簽是應(yīng)用最普遍的RFID 系統(tǒng),此類標(biāo)簽主要由三部分組成:
● 天線—銀質(zhì)、銅質(zhì)或鋁質(zhì)天線通過傳輸和接收數(shù)據(jù)與閱讀器聯(lián)絡(luò);
● 芯片—芯片裝在天線上并存儲供傳輸?shù)臄?shù)據(jù);
● 插件—一個插件是承載片上的芯片和天線的組合體。RFID 插件可固定在膠紙上或塑料片上,以起到標(biāo)簽或商標(biāo)的作用,也可裝在塑料卡上。
制作RFID 天線
制作天線是RFID生產(chǎn)工藝的開始步驟??捎孟铝腥N不同的方法制作H F 和U H FRFID 標(biāo)簽天線:
● 用銀導(dǎo)電油墨直接印刷;
● 用腐蝕方法去除層壓件上的銅或鋁(減法);
● 涂上導(dǎo)電介質(zhì), 然后電鍍(加法)。
制作RFID 天線的各種方法均可用印刷方法完成。根據(jù)天線所要求的使用時間和特性,可用柔印、凹印和網(wǎng)印印制。
直接印刷:直接印刷使天線一次操作即可生產(chǎn),而其他方法需要多個步驟。對于直接印刷,使用溶劑基、導(dǎo)電、銀聚合物厚膜(P T F )油墨在塑料或紙基承印材料上印刷天線。這一應(yīng)用使用的U V 油墨目前正在開發(fā)之中。
H F 天線要求比較厚的墨層,以達(dá)到合適的導(dǎo)電性,因而網(wǎng)版印刷是制作這些天線的主要技術(shù)。網(wǎng)版印刷是產(chǎn)生厚墨層的一種理想的技術(shù)。通過轉(zhuǎn)換為不同線數(shù)的絲網(wǎng),即可容易地調(diào)節(jié)墨層厚度。印刷之后,熱空氣干燥使油墨中的銀離子連接起來,以此形成電路,即最終的天線。
除PTF 油墨之外,還有熱銀導(dǎo)電油墨。這類油墨不含聚合物連接料,而含有導(dǎo)電的有機(jī)金屬粒子。這些粒子在高溫之下熔融在一起。用熱銀導(dǎo)電油墨印制的天線具有的導(dǎo)電性比用P T F 油墨更好。
U H F 天線一般比H F 天線薄,因而,其他印刷方法比網(wǎng)版印刷更適合印制U H F 天線。柔印和凹印比網(wǎng)印的墨層薄得多,但對于U H F 天線足夠了。這兩種印刷方法一般用于印量大的活件。
柔印和輪轉(zhuǎn)凹印的印刷速度為1 0 0~5 0 0 英尺/ m i n(3 0 ~150 m/min),平臺網(wǎng)版印刷機(jī)的速度慢得多,因而平臺網(wǎng)印機(jī)通常只用于印制樣品和印數(shù)很小的活件。相反,輪轉(zhuǎn)網(wǎng)印的印刷速度約為80 ~200 英尺/min(2 5 ~60 m/min),處于平臺網(wǎng)印與柔印/ 凹印中間的突出位置上。
輪轉(zhuǎn)網(wǎng)印、柔印和凹印是大量生產(chǎn)卷對卷RFID天線的極好技術(shù)。U H F 天線的印數(shù)決定最適合的印刷技術(shù)。一般地說,與使用輪轉(zhuǎn)網(wǎng)印的單通道相比,使用柔印和凹印印制H F 天線需要兩個通道。由于雙通道生產(chǎn)可能涉及套準(zhǔn)問題,所以輪轉(zhuǎn)網(wǎng)印就成為制作所有尺寸的H F 天線的主要方法。它也用于印制短至中等印數(shù)的U H F 天線。
減法:用減法制作RFID 天線(有時叫做印刷腐蝕法),承印物是一個層壓件,它有一個塑料(如聚酯)底基,上面覆蓋一層2 0 ~25 mm 厚的銅或鋁膜。用網(wǎng)印的方法將抗蝕劑印在復(fù)合的金屬表面上。此抗蝕膜呈天線的陽圖形狀,保護(hù)下面的金屬不受腐蝕劑侵蝕。在涂覆腐蝕性的腐蝕劑時,腐蝕劑會溶解抗蝕膜未覆蓋的金屬。然后涂上脫膜液去除抗蝕膜,進(jìn)而制成天線。
加法:加法又稱印刷電鍍片,與減法類似。在塑料底基上涂一層薄的(幾微米)導(dǎo)電起催化作用的油墨,呈天線的陽圖形狀。此種特殊油墨含有金屬顆粒,在印刷之后,印過的材料再經(jīng)過電鍍過程,銅被鍍在材料上,只附著在導(dǎo)電油墨形成的圖形上。電鍍過程持續(xù)到材料上沉積的銅的量達(dá)到一定的厚度使之具有合適的導(dǎo)電性。
RFID 技術(shù)的未來
由于RFID標(biāo)簽使用的芯片的價格仍然較高,在近期,RFID的應(yīng)用將局限于多次應(yīng)用的H F標(biāo)簽。這些應(yīng)用包括個人識別產(chǎn)品,以及跟蹤圖書和文件的標(biāo)簽。不是用在單一產(chǎn)品識別, 各種UHF標(biāo)簽將用在物流方面,如標(biāo)簽箱、托盤和多種產(chǎn)品的貨柜上。
隨著對RFID 標(biāo)簽和商標(biāo)需求的增加,這些標(biāo)簽和商標(biāo)使用的芯片的價格將會下降。因此,我們可以預(yù)期,RFID 技術(shù)的應(yīng)用會擴(kuò)展。RFID 專家預(yù)計,在2010 - 2015 年間RFID產(chǎn)品的使用會有顯著增長,到那時,網(wǎng)版印刷在RFID 標(biāo)簽天線生產(chǎn)中已顯示的有效性,保證本工藝在這個市場上前途光明。(peter)