RFID干貨專(zhuān)欄概述

經(jīng)過(guò)20多年的努力發(fā)展，超高頻RFID技術(shù)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，每年的出貨量達(dá)到了200億的級(jí)別。在這個(gè)過(guò)程中，中國(guó)逐步成為超高頻RFID標(biāo)簽產(chǎn)品的主要生產(chǎn)國(guó)，在國(guó)家對(duì)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大力支持下，行業(yè)應(yīng)用和整個(gè)生態(tài)的發(fā)展十分迅猛。然而，至今國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一本全面介紹超高頻RFID技術(shù)的書(shū)籍。

為了填補(bǔ)這方面的空缺，甘泉老師花費(fèi)數(shù)年之功，撰寫(xiě)的新書(shū)《物聯(lián)網(wǎng)UHF RFID技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用》正式出版發(fā)布，本書(shū)對(duì)UHF RFID最新的技術(shù)、產(chǎn)品與市場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)性的闡述，干貨滿滿！RFID世界網(wǎng)得到了甘泉老師獨(dú)家授權(quán)，在RFID世界網(wǎng)公眾號(hào)特設(shè)專(zhuān)欄，陸續(xù)發(fā)布本書(shū)內(nèi)容。

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6.2.3標(biāo)簽性能認(rèn)證

最早出現(xiàn)的標(biāo)簽性能認(rèn)證是來(lái)自于阿肯色大學(xué)（Arkansas University）主導(dǎo)的阿肯色大學(xué)認(rèn)證（Arkansas Radio Compliance，ARC），也可以認(rèn)為是標(biāo)簽的射頻性能符合性認(rèn)證。后來(lái)這個(gè)實(shí)驗(yàn)室搬到了奧本大學(xué)（Auburn University）。早期的超高頻RFID市場(chǎng)中，沃爾瑪、梅西百貨等零售公司開(kāi)始大量使用電子標(biāo)簽，由于自身對(duì)于超高頻RFID技術(shù)不了解，委托奧本大學(xué)制定一套標(biāo)簽選型的規(guī)則。ARC認(rèn)證主要針對(duì)服裝和零售行業(yè)，制定的測(cè)試項(xiàng)目為標(biāo)簽貼在服裝、紙板、泡沫塑料等物品上時(shí)的性能指標(biāo)，為一種面向應(yīng)用的認(rèn)證。由于這些零售公司的需求不同，ARC認(rèn)證專(zhuān)門(mén)針對(duì)這些大公司指定了他們特有的類(lèi)別，比如一款標(biāo)簽通過(guò)了ARC認(rèn)證的Category M，那么這款標(biāo)簽就可以用于梅西百貨的商品標(biāo)簽。ARC認(rèn)證中具有多企業(yè)的Category，管理起來(lái)很麻煩，也很難成為一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而GS1推出了TIPP（Tagged-Item Performance Protocol (TIPP) Tagged-Item Grading），其意義是貼標(biāo)物體的性能協(xié)議與定級(jí)。ARC評(píng)測(cè)的目標(biāo)是標(biāo)簽，而TIPP評(píng)測(cè)的目標(biāo)是貼標(biāo)物體。

01、ARC認(rèn)證

（1）ARC認(rèn)證測(cè)試環(huán)境

ARC認(rèn)證采用的設(shè)備為Voyantic的Tagformance儀器，測(cè)試環(huán)境為微波暗室中4個(gè)不同角度的線極化天線，如圖6-35所示。這四個(gè)天線分別叫做Ant1、Ant2、Ant3和Ant4，它們與水平的夾角分別為0°、30°、60°和90°。

圖6-35ARC認(rèn)證測(cè)試環(huán)境

被測(cè)標(biāo)簽放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，在ARC認(rèn)證中轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為0°、30°、60°、120°、150°、180°、210°、240°、300°和330°。其中90°和270°時(shí)由于是標(biāo)簽極化方向，與天線的方向正交，測(cè)試意義不大，如圖6-36所示為轉(zhuǎn)臺(tái)不同角度時(shí)標(biāo)簽極化方向與Ant4的極化方向示意圖。

圖6-36極化方向示意圖

為了保證測(cè)試穩(wěn)定性，測(cè)試環(huán)境為微波暗室，如圖6-37所示為ARC認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試環(huán)境照片，其中要求每個(gè)天線與被測(cè)標(biāo)簽的距離應(yīng)在0.5米到2米之間，圖中的天線與被測(cè)標(biāo)簽的距離為1.5m。

圖6-37ARC認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試環(huán)境照片

ARC測(cè)試的頻率范圍為800MHz到1000MHz，步進(jìn)為1MHz。Voyantic發(fā)射的電磁波通過(guò)天線到達(dá)標(biāo)簽處時(shí)能量為-25dBm到10dBm，且0.1dB可調(diào)。選擇-25dBm到10dbm的范圍是因?yàn)楝F(xiàn)在市場(chǎng)上最好的普通標(biāo)簽靈敏度也未到達(dá)-25dBm，10dBm靈敏度的標(biāo)簽在實(shí)際應(yīng)用中工作距離為小于0.5米，靈敏度比10dBm還差的標(biāo)簽使用意義不大。

（2）測(cè)試流程

測(cè)試前應(yīng)提供500個(gè)一卷的干Inlay，這一卷Inlay中如果有壞標(biāo)簽（成卷生產(chǎn)存在良率問(wèn)題），可以通過(guò)黑點(diǎn)標(biāo)記出來(lái)。測(cè)試時(shí)操作員會(huì)隨機(jī)從這500張標(biāo)簽中抽出一些進(jìn)行測(cè)試，帶有黑點(diǎn)表記的會(huì)直接丟棄。要求廠商提供干Inlay測(cè)試是為了防止作弊，如果提供的是500個(gè)濕Inlay那么很有可能廠商會(huì)通過(guò)精挑細(xì)選的方式選出性能達(dá)標(biāo)的標(biāo)簽。

測(cè)試內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)和自定義測(cè)試項(xiàng)。

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)有兩項(xiàng)，分別是單標(biāo)簽測(cè)試和多標(biāo)簽靠近測(cè)試。如圖6-38（a）所示，單標(biāo)簽測(cè)試為單標(biāo)簽放置在一種材料的表面，使用Ant1到Ant4進(jìn)行測(cè)試，并記錄其靈敏度。這種測(cè)試材料種類(lèi)有：泡沫聚苯乙烯、單壁瓦楞紙板、卡片、塑料、橡膠、玻璃、靠近水（0.3cm）、靠近金屬（0.3cm）、帶有水的塑料容器、金屬表面。在認(rèn)證測(cè)試時(shí)，根據(jù)分類(lèi)（Category）中的要求進(jìn)行測(cè)試，比如Category A中的測(cè)試項(xiàng)目為單標(biāo)簽在泡沫聚苯乙烯表面，而Category I中的測(cè)試項(xiàng)目為單標(biāo)簽在卡片表面。多標(biāo)簽靠近測(cè)試如圖6-38（b）所示，將10個(gè)相同的標(biāo)簽等距離的擺放在一起，其間距為2.54cm或1.27cm。同樣，多標(biāo)簽靠近測(cè)試時(shí)也需要使用Ant1到Ant4，間距的選擇與根據(jù)分類(lèi)（Category）中的要求相關(guān)。

（a）單標(biāo)簽測(cè)試 （b）多標(biāo)簽靠近測(cè)試

圖6-38標(biāo)準(zhǔn)測(cè)測(cè)試項(xiàng)目

自定義測(cè)試項(xiàng)由最終客戶(hù)提出，主要針對(duì)牛仔褲、塑料袋、內(nèi)衣等，標(biāo)簽會(huì)以不同的方式放置在這些商品表面或內(nèi)部，最終要求達(dá)到一定的指標(biāo)。一般情況下采用4天線配合轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試，需要獲得不同標(biāo)簽環(huán)境中，不同天線、不同角度的標(biāo)簽靈敏度。

為了方便讀者理解ARC認(rèn)證，這里以Category A為案例進(jìn)行詳解。

測(cè)試頻率：900 MHz到930 MHz，步進(jìn)1MHz。

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試：?jiǎn)螛?biāo)簽在泡沫聚苯乙烯表面；多標(biāo)簽靠近測(cè)試距離為2.54cm。

自定義測(cè)試：?jiǎn)螛?biāo)簽貼在一條牛仔褲的上表面，如圖6-39（a）所示；單標(biāo)簽放置在兩條牛仔褲中間，如圖6-39（b）所示；單標(biāo)簽放置在10條牛仔褲中間，如圖6-39（c）所示；10個(gè)標(biāo)簽分別貼在10個(gè)牛仔褲的上部并堆疊在一起，如圖6-39（d）所示。

（a）單標(biāo)簽貼在一條牛仔褲的上表面（b）單標(biāo)簽放置在兩條牛仔褲中間

（c）單標(biāo)簽放置在10條牛仔褲中間（d）10個(gè)標(biāo)簽分別貼在牛仔褲的上部并堆疊

圖6-39ARC認(rèn)證Category A

Category A中2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)和4個(gè)自定義測(cè)試項(xiàng)完成后，Tagformance會(huì)打印6份測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試報(bào)告。如表6-7（a）所示為單標(biāo)簽在泡沫聚苯乙烯表面的測(cè)試要求，拿出測(cè)試報(bào)告進(jìn)行對(duì)比，如果每個(gè)測(cè)試條目都優(yōu)于表6-7（a）中的要求值則為該測(cè)試項(xiàng)通過(guò)。同理，表6-7（b）為多標(biāo)簽靠近測(cè)試要求；表6-7（c）為單標(biāo)簽貼在一條牛仔褲的上表面測(cè)試要求；表6-7（d）為單標(biāo)簽放置在兩條牛仔褲中間測(cè)試要求；表6-7（e）為單標(biāo)簽放置在10條牛仔褲中間測(cè)試要求；表6-7（f）為10個(gè)標(biāo)簽分別貼在是個(gè)牛仔褲的上部并堆疊在一起測(cè)試要求。

表6-7Category A測(cè)試要求

（a）標(biāo)準(zhǔn)單標(biāo)簽測(cè)試 （b）標(biāo)準(zhǔn)多標(biāo)簽靠近測(cè)試

（c）單標(biāo)簽貼在一條牛仔褲的上表面（d）單標(biāo)簽放置在兩條牛仔褲中間

（c）單標(biāo)簽放置在10條牛仔褲中間（d）10個(gè)標(biāo)簽分別貼在牛仔褲的上部并堆疊

當(dāng)6份測(cè)試項(xiàng)都符合要求時(shí)，則測(cè)試通過(guò)，可以拿到ARC Category A的認(rèn)證。并且在其關(guān)官方網(wǎng)站上會(huì)列出該認(rèn)證過(guò)的標(biāo)簽，如圖6-40所示為ARC官方網(wǎng)站的截圖。對(duì)Category A有需求的最終客戶(hù)可以在ARC官方網(wǎng)站上選擇通過(guò)認(rèn)證的標(biāo)簽。

圖6-40ARC Category A認(rèn)證標(biāo)簽列表

不同的品類(lèi)（Category）測(cè)試的內(nèi)容和要求不同，比如Category I的自定義部分需要測(cè)試內(nèi)衣塑料袋和牛仔褲，且性能要求也略有不同。ARC至今已經(jīng)有超過(guò)30種測(cè)試種類(lèi)，幾乎每次有新的需求就需要增加新的品類(lèi)（Category）。

02、TIPP認(rèn)證

基于ARC認(rèn)證存在的品類(lèi)過(guò)多、缺乏性能評(píng)級(jí)等問(wèn)題，由GS1發(fā)起的TIPP認(rèn)證逐漸成為行業(yè)的主流。與ARC認(rèn)證相比，TIPP認(rèn)證具有三個(gè)不同點(diǎn)：針對(duì)貼標(biāo)物體測(cè)試，因此不需要指定許多個(gè)品類(lèi)；性能分級(jí)，制定幾個(gè)性能分級(jí)，針對(duì)貼標(biāo)后性能差異較大的問(wèn)題通過(guò)分級(jí)評(píng)測(cè)；重視反向散射指標(biāo)，針對(duì)閱讀器靈敏度不同的問(wèn)題，提出標(biāo)簽反向散射強(qiáng)度指標(biāo)，與正向靈敏度一樣重要。

TIPP至今共有8個(gè)分級(jí)，分別是S05B、S15B、S15D、S20B、M05B、M10B、M15B、M20D。其中第一部分為字母S或M，S代表單標(biāo)簽，M代表多標(biāo)簽；第二部分為數(shù)字05、10、15和20代表不同級(jí)別，級(jí)別越高性能要求越高；最后部分為字母B或D代表類(lèi)別，不同類(lèi)別對(duì)不同方向和角度的靈敏度要求不同，相當(dāng)于應(yīng)用的大類(lèi)不同。如果被測(cè)物品通過(guò)了高級(jí)別的M15B說(shuō)明也可以通過(guò)M10B和M05B。S15B可以通過(guò)S05B的測(cè)試，但不能通過(guò)S15D的認(rèn)證，因?yàn)閷儆诓煌?lèi)別。

如表6-8所示為M20D的測(cè)試項(xiàng)目和通過(guò)要求，其中共有四項(xiàng)：2件堆疊靈敏度（全向）、2件堆疊反向散射能量（全向）、11件堆疊標(biāo)簽靈敏度（0°和180°方向）和11件堆疊反向散射能量（未要求）。對(duì)于靈敏度（Sensitivity），要求測(cè)試值小于表中的數(shù)值；對(duì)于反向散射能量，要求測(cè)試值大于表中數(shù)值。不同級(jí)別的TIPP測(cè)試項(xiàng)目都與表6-8類(lèi)似，只是要求指標(biāo)不同。

表6-8M20D 測(cè)試項(xiàng)目及通過(guò)要求

TIPP的測(cè)試環(huán)境與ARC的完全相同，因此不需要做任何調(diào)整。測(cè)試時(shí)需要注意的是貼標(biāo)物體的方向需要保持一致，如不同會(huì)引起系統(tǒng)誤差，因此TIPP規(guī)定了貼標(biāo)位置和方向。如圖6-41所示為貼標(biāo)物體為大衣、襯衣和襪子且對(duì)天線1時(shí)，其上方（Top）和前方（Front）的定義。

圖6-41TIPP規(guī)定中貼標(biāo)位置和方向

最終用戶(hù)可以根據(jù)自己商品的管理特點(diǎn)，選擇合適的分級(jí)，如圖6-42（a）的珠寶類(lèi)選擇S15B的分級(jí)，而圖6-42（b）T恤選擇M20D分級(jí)。這是因?yàn)橹閷氼?lèi)都是分散擺放的，加上標(biāo)簽的尺寸不大，因此選擇S15B；T恤經(jīng)常堆疊，且批量識(shí)別距離應(yīng)盡量好，因此選擇M20D。

（a）珠寶類(lèi)標(biāo)簽 （b）T恤類(lèi)標(biāo)簽

圖6-42不同商品標(biāo)簽的TIPP分級(jí)

TIPP認(rèn)證由于增加了反向散射能量強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)難度較ARC有所提高，但從實(shí)際應(yīng)用角度看，對(duì)行業(yè)的發(fā)展具有正向意義。TIPP分級(jí)的管理方式也給系統(tǒng)集成商帶來(lái)了許多便利。