射频识别(RFID)并非新技术，在首次被用于第二次世界大战飞机敌我目标识别后，它逐渐得以广泛运用。这项技术涉及的领域众多，包括智能密钥卡、非接触性支付、大楼保安邻近卡以及收费应用。近年来，由于射频识别的性能提升和标准升级，如EPC Class 1 Generation(Gen)2标准的产生，促使射频识别解读器及标签得到了更广泛的应用，比如国防后勤、医疗保健及企业应用。据一位业内人士估计，在接下来的五年中，射频识别标签的数量将从数百万增长到数百亿。

增长带给射频识别解读器和标签制造商成功机遇的同时，也带来了一系列很有意思同时也很重要的问题—怎样确保标签在金属上的运作。这个问题在高价值资产跟踪领域中特别棘手，比如军用金属外壳和元件(见图1)的跟踪。一种已获得专利的高磁导率高介电材料为确保射频识别标签在金属产品上的运用提供了一个理想解决方案。

技术挑战

射频识别系统由一个标签或转发器，以及一个解读器(也称询问器)构成。射频识别标签由一块微型硅芯片构成并接有天线。在收到解读装置发来的信号后，可以在几米之内将唯一标识信息发送出去(见图2)。

运作时，解读器会发出电磁波。而贴在某物体上的标签天线会调谐并接收这些电磁波。在检测到解读器发出的射频传送信号后，标签(在这篇文章里，我们仅以无源标签为例)将发出自身识别信息。每个射频识别标签保存的自身识别信息包括：序号、型号、颜色、装配地点或其它类型的数据。当这些标签经过由兼容解读器覆盖的射频区域时，它们会将自身识别信息发送回解读器，并以此来识别物体。

射频识别解读器不断发送射频载波信号，并侦听和记录收到的射频信号及数据。标签的出现会调制射频区域，而且同样的射频信号也会被解读器侦听。当从由解读器生成的射频区域取得了足够的放射能，标签会吸收一小部分由解读器发送出来的放射能并开始发送调谐信息。这样一来，直接调制或移频键控(FSK)或相位调制(Phase Moderation)都能完成数据调制。解读器解调来自标签天线的信号，并为下一步处理进行解码。

射频系统已经在日常生活中变得越来越常用，而其在金属上的有效运作却仍是个问题。射频识别标签能有效接收来自解读器的放射能。由于一个无源射频识别标签没有能源，所以它必须从入射波获得所有能量。如果这个射频源不能被有效地传送到芯片中，芯片就不能被启动，也就导致标签不能被解读。一个设计良好的射频标签天线可以调谐并接收解读器频率，同时匹配输入能量。如果接近金属物体，标签天线将失谐，这时，标签就不能有效地将能源传送至位于解读器频率的芯片。在这种情况下，就需要有更高的传输功率来读取标签，同时也就导致读取标签的范围缩小。简单地说，金属会干扰射频标签与解读器之间的信号，引起信号反射、失谐和减弱，这些都可能降低甚至完全破坏射频识别的效用。

在超高频(UHF)射频识别标签系统中，金属物上标签的应用尤其有困难。这些系统提供了较大的读/写范围，但是它们的射频更难于穿透类似金属这样的障碍物。更高频的无线电波将被金属物体反射回去。

2004年，美国军队要求将所有价值超过5,000美元的设备贴上射频识别标签。这一要求使上述问题得以充分暴露。美国军队采用的很多产品都含金属。军用手提电脑就是此类产品的典型。如果直接将标签安装在电脑上，金属会干扰标签工作，使标签不能被解读。

目前，处理这个问题的常规方式是使用一种类似泡棉的电介质材料，将标签与电脑隔离。这种泡棉一般厚度为1/4到3/4英寸。标签离金属越远，有效范围就越大。但是，如果出现泡棉厚度受到限制的情况又该怎么解决？想一下，如果一个已贴签的手提电脑必须嵌入一个堆叠站，这样的话，所使用的泡棉电介质材料就必须非常薄，比1/4或3/4英寸还要薄得多。如果出现对产品外观要求非常严格的问题，又如何解决？在这些情况下，泡棉隔离标签的做法就远远不够了。

采用泡棉隔离标签的做法确实有一个好处：便宜。但是同时，它的性能却没有永久保障。在军事以及其它要求对高价值资产进行跟踪的应用中，需要一种更高性能、极薄、可满足外观要求的替代解决方案。
产品介绍

爱默森·康明微波产品公司致力于解决射频识别与金属的问题，并且现已生产出一种已获专利的极薄人造橡胶，将这种橡胶放在射频识别标签与金属之间时，标签就能被解读。该产品的名称是ECCOPAD，这种隔离材料比普通的隔离泡棉薄很多，并能在保持极小厚度的同时使金属上的射频识别标签被解读(见图3)。其厚度仅为1/10英寸，可以被用来分离射频识别标签与金属。
标准的射频识别标签被置于金属上或其附近而不能被解读，原因是标签的天线失谐。ECCOPAD具有的独特电磁特性，能将标签天线重新调谐至正确频率，使天线能够与解读器通讯。ECCOPAD拥有独特的双层设计，底层可以放置并紧贴在金属上，面层则可以放置标签(见图4)。底层用具有高磁穿透力的材料制成。这对天线重新调谐是非常必要的。面层则是由一种可以很好地调谐标签天线性能的纯电介质材料构成。
专为某种标签优化后的ECCOPAD可能不适用于其它标签。因为实践证明，金属标签隔离层的电磁参数和厚度可能不尽相同。因此，一个适用于所有射频识别标签的ECCOPAD是不存在的。表1列举了针对一系列不同射频识别标签进行优化后的ECCOPAD解决方案。
本文小结
高价值资产跟踪，例如在军用金属外壳和元件上的应用，是金属上射频识别解读的典型问题。爱默生·康明微波产品公司专利生产的高磁渗透力、高电介质系列材料为今天的射频工程师提供了较普通隔离材料薄得多的解决方案。这些材料能在保持自身超薄的同时保证金属上的射频识别标签被解读。

 

来源: 电子系统设计