意联谢建新：超高频无源RFID标签设计选择

　　【编者按】由国家金卡工程协调领导小组办公室主办，国家金卡工程物联网应用联盟、中国RFID产业联盟共同承办的“2013中国国际物联网博览会”于2013年6月4-6日在北京展览馆隆重举行。RFID中国网作为本届博览会指定官方网站，对博览会论坛的精彩内容进行了编辑整理。本文是根据美国意联科技有限公司全球副总裁、中国区总经理谢建新在物联网技术发展趋势专题论坛上的演讲整理而成，供业界朋友分享。

　　谢建新：各位来宾大家下午好!我今天演讲的题目是“超高频无源标签设计的科学艺术及选择”。

　　我们听了很多关于物联网、云计算、大数据的内容，假设这些是100层的高楼大厦的话，那么我今天讲的是地下一层、地下二层的东西。如果我们要有一个很好的未来，我们就要把基础打好，我们怎么用最有效和准确的方式为未来的大平台做好支撑，这是意联科技一直专注的方向。

　　2012年全世界消耗标签的量有23亿，我们在这里面占有相当大的份额，到目前为止我们依然是沃尔玛最大的供应商，很高兴在这里把意联科技的成功经验和大家有一个交流。大家可以看到现在有很多的标签，但是不是每一个标签都是一样，我今天想用一个浅显的方式给大家做一个介绍，让我们在实际工作中可以做到位，为将来的数据采集做一个贡献。

　　RFID可以减少劳力，提高自动化的水平，但为产品找到适合的RFID标签往往很费力。沃尔玛从2003年到现在一直在不断推进。沃尔玛委托了一所美国大学成立了RFID的实验室，根据不同的应用做一个测试，针对全世界所有的标签供应商提出来的产品根据应用环境需求做测试，当他认可的标签，比如牛仔裤的，什么样的标签适合贴在牛仔裤上，这些都是经过大量的时间和投入最后得出一个很简单的结论。最后让我们的终端用户可以很快很准确的得到成果。但谁付了代价，是沃尔玛付出了代价。我们在选择和设计的时候必须要从这些基本的需求开始，最后才能保证项目是一个成功的项目。

　　绝对不是每一个标签都是一样的，原因在哪里?今天RFID不断的取代条码在数据采集上扮演的角色。 RFID的优势是不需要看到这个东西，通过电子波扫描就可以知道里面有哪些信息，另外RFID可以很快速的读这个东西，而条码无法做到。从零售来看RFID可以实现一个群读的功能，比如一个箱子里面有100件毛衣，RFID可以都读出来，而条码无法做到。RFID绝对是一个条码的升级版，这个时候我们就要了解RFID绝对不是一个编码。RFID新技术进入国内的时候，我想很多的领导都会问这个归谁管，我觉得这个东西是一个典型的IT产品，里面有半导体的芯片，有天线，最后成了一个储存编码的东西。这里面有很深的技术含量，是一个具有半导体芯片的产品。

　　在选择这么一个重要的IT产品的时候，我们必须要考虑到几点，将来这个产品的质量稳定性和可靠性，而绝对不是一个价格的问题。往往一分钱一分货，你要考虑到整个标签应用的环境以及它具备哪些要求和性能，需要快还是慢，是在一个潮湿的环境还是一个干燥的环境，本身的数据传输，芯片本身是一个无源的技术。你必须要考虑到这些东西用什么方式传达出来。 另外选择标签的时候你要考虑到标签的天线设计伙伴，绝对不是哪一个人知道设计天线就可以把产品设计的很到位。在RFID标签里面要考虑到到底用哪一个芯片可以满足你的需求。如果你都考虑到必然会减少你未来应用中的麻烦。

　　条码是一个单向通信，而RFID是一个双向射频通信技术。RFID的超高频一共有三种类型，一个是无源超高频，其成本很低廉。有人就会问什么叫做很低廉?从投资回报来看买方自己心里有数。很多世界五百强的客户对芯片的价格都可以承受，他们更关注如何能解决问题。还有一个是有源半主动标签，它需要电池供应能量，半主动是什么概念?一般是休眠的状况，它需要一个信号去激活它。激活之后可以省电，另外相对距离比较远。最后一个是有源的，本身有电源，缺点是耗电，优点是数据可以传输很远。在应用选择上这是一个需求，你读取的距离是几米，几十米，几百米，电池的电量是否是你应用的关键，这些都是我们将来要考虑的。

　　实际上你可以看到把小小的意联科技的芯片和天线结合在一起就成了RFID。本身RFID的工作原理很简单，有天线，有芯片，还有一个反向散射器。RFID读写器的功能是给RFID提供一个能量，当这个能量传递给芯片的时候，芯片就会开启一些逻辑电路，把唯一的ID号以及内存的信息再传输回来，这样一个反复的交互就是RFID非常简单的工作原理。

　　接下来就进入到我们谈的重点了，一个标签在项目实施过程中会遇到各种层面的问题。这样一个标签通过无线电波传输遇到的一个挑战是可以接收到多少能量，如果这个能量非常微弱的话就像你在高原爬山时“缺氧”一样，所以你必须要给他一个充足的能量让他正常工作。电磁波里面不仅仅是能量，还有一个读写信号，这里面带一个调制指令，找需要交流的标签，里面的芯片在接受能量的同时要对读写信号有一个解析。最后再用同样的方式把能量传输回来。

　　看这个图，中间的环叫做LC线圈，这个天线的线形叫做9640，今天所有的RFID设计都是从这个天线里面得到的启发，看到了意联科技的产品才知道RFID的天线是这样设计的。大家可以看很多的标签长的都很像，就是一个原因。

　　另外今天已经是一个全球的经济模式，不仅仅是在中国的应用。很多厂商的客户是在欧洲或者美国，一个产品的流动可能会面临发到美国、欧洲或者日本。在每一个国家都有自己不同的频段，这是没有办法的，每一个国家的频宽都有不同，中国现在的频宽是840到844，920到924，这是一个很有智慧的设置。无论如何今天全球频率覆盖非常宽广，从840到996。如图有两个标签，他们有一个很明确的差别就是中间比较宽，刚刚我们讲到了天线的组成有两部分，一个是LC路，一个是原厂的天线，为什么会有这么一个区别，上面的是针对北美、中国、日本，下面的频宽是针对欧洲，不是所有的标签都是一样的，看起来一样，其实里面还有不一样的地方。

　　在应用层面我们必须要考虑到一个读写器和一个标签是读写器和标签互相的传输和接受，所谓RF有两类，一个是RF透波，即使这个东西挡在中间，本身的特质RF是可以穿透的。还有一个是不透波，根本无法穿透。可想而知，一个读写器发射到一个不透波，本身的应用中背后是没有能量，在实际过程中我们要怎么解决。

　　还有一个是标签你要放在什么地方，到底是放在白酒上，还是猪耳朵上等等。比如标签贴在导电介质上，这上面有一个短路，就没有电压的差异。这相当于你把一个RFID的标签放在金属表面，电压差值是零，就没有办法产生能量和接收能量。

　　接下来我们进入到艺术的部分。其组成有两个部分，一个是朝下的曲线，我们称之为一个开启电压的底线，怎么样把RFID里面的信息读取出来。还有一个反向背射的图形，这样一个图形就是为了你看到标签的性能是处于什么样的一个水平。竖的这个线就是频点，假设这个标签大量在中国应用的话，你必须考虑你的频点是922.5这样一个位置。我想很多人对股票都很熟，大家看到这个曲线越高越好，底下的开启是越低越好，为什么有的标签可以读五米，为什么有的标签可以读十米，因为灵敏度很好。

　　我们刚刚讲到天线有两部分组成，一个是LC路，一个是原厂天线。左边这个突点基本上是LC路来决定的，右边的突点是由原厂天线来决定的，由此你就可以根据自己的需求做一个改变。

　　我在上面讲到标签的性能是在空气中做一个测量，当你把这个标签贴到某一个物体上的时候，由于贴上去之后这个图或宽或窄，或低或高，所以识别方式会有一个改变。当这个标签在空气中的时候这个图是朝右的，这就是我们今天很多的标签你在选择的时候没有问题，但你在应用的时候出现了问题，这就是我们开始没有考虑应用的场景和需求。你贴在玻璃上、木头上、金属上是不一样。假设我贴在木头上中心频点必然和贴在玻璃上是不一样的。所以我们在谈项目的时候不要给他讲我要一个标签，应该给你讲我需要一个标签可以在50公里下在3米的范围内可以读取100个信息。

　　意联科技在整个天线设计的投入上相当相当多，这里给大家介绍的就是意联科技天线设计的一个技巧。从开始天线的阻抗匹配，怎么校验天线等等，我们就是通过这个图来校正，通过这样一个循环，最后我们保证出来的产品是可以符合应用需求。而且在整个频段以及能量上不会有问题，这也是意联科技的标签可以被业界认可的原因。

　　一个最佳的标签设计必须考虑到IC的参数、天线的参数、天线RF的要求，天线外形的要求以及标签的应用环境。如果天线你把它想成一个球的话，一边压一边就会突起来，两边一起压的话中间会突出来，怎么调整可要多下工夫。

　　我们为什么可以把这个工作做好，因为我们是全世界唯一一家RFID芯片供应商，我们自己做标签的生产，我们有芯片的生产，有读写器的产品，通过这种共生的关系我们知道一个天线怎么设计。我们拥有芯片，自己设计天线，我们的产品可以满足需求。全世界只有意联科技具备这个能力，今天和大家分享一下我们是寻求一个开放行业的发展，不会受限于一个封闭的环境，我想基础打好了，将来的平台发展会越来越好。谢谢!