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物联网被视作继计算机、互联网之后,信息产业的第三次浪潮,在其实现的过程中,需要通信、传感器、RFID、定位等众多高新技术的合力协作。RFID与互联网、通信等技术相结合,能轻松实现对全球物品的跟踪与信息共享,因而被认为是实现物联网的重要基石,并被列为二十一世纪十大重要技术之一。
在无线通信实现的过程中,天线是必不可少的部件。RFID利用无线电波来进行信息的传输,电波的产生和接收都一定要通过天线来完成。当电子标签进入读写器天线工作区范围内,电子标签天线便产生足够的感应电流,从而获得能量被激活。对于RFID系统来说,天线是至关重要的部分,它与系统的性能紧密相关。
比如在一个仓储管理的项目中,RFID天线的成本在总体成本中占比还不足1%。但如果为了一味减少相关成本或其他问题造成选型失误,选用性能欠佳的RFID天线,在布局RFID天线的过程中就会有可能会出现读取不稳定、漏读、串读、读取失败等问题。在这种情况下,不但成本不会降低,反而会增加好几倍。因此在RFID系统部署时,需要对RFID天线加以重视。
RFID系统的天线大体能分为电子标签天线和读写器天线两大类,这两类天线根据方向性还能细分为全向天线和定向天线等,按照外形差异还能分为线状天线和面状天线等。RFID读写器天线需要具备宽频带、圆极化的特性。在低频和高频频段,电子标签和读写器基本都是采用线圈天线,通常用铜线。不过,由于高频使用的频率高,天线绕制的圈数会比低频少很多,这就使得高频RFID天线的制作更简单,价格也更低一些。在超高频频段,采用蚀刻工艺的较多,包括铜蚀刻天线和铝蚀刻天线,工艺也较为成熟。在微波频段,天线的形式更为多样化,包括对称振子天线、微带天线、阵列天线、宽频带天线等等。
不同频段、不同应用领域对电子标签天线结构及形式的要求也各不相同。总体而言,天线设计往往会遵循以下目标:
为了适应不一样应用场景对RFID性能参数的不一样的要求,出现了各类RFID天线的制作流程与工艺。目前,最常用的RFID天线制作流程与工艺主要有线圈绕制法、蚀刻法和印刷法三种。
用线圈绕制法制作RFID标签天线时,要在一个绕制工具上绕制标签线圈并做固定,要求天线线圈的匝数较多,线圈既可以是圆形环的,也可以是矩形环的。这种方法通常用于频率范围在125至134KHz的RFID标签。用这种加工方式制作天线的缺点很明显,主要可以概括为成本高、生产效率较低、加工后产品的一致性不够好等等。
蚀刻法常用铜或铝来制作天线,这样的形式在生产的基本工艺上与挠性印制电路板的蚀刻工艺接近。蚀刻法能够应用于大量制造13.56MHz、UHF频宽的电子标签,它具有线路精细、电阻率低、耐候性好、信号稳定等优点。不过这种方式的缺点也很明显,如制作程序繁琐、产能低下等。
印刷天线是直接用导电油墨在绝缘基板(或薄膜)上印刷导电线路,形成天线的电路。主要的印刷方法已从只用丝网印刷扩展到胶印、柔性版印刷、凹印等制作的过程。印刷法适合用于大量制作13.56MHz和RFID超高频频段的电子标签。其特点是生产速度快,但由于导电油墨形成的电路的电阻较大,它的应用场景范围受到一定的局限。由于印刷天线技术的进步,使得RFID标签的成本大大降低,推动了RFID的应用普及。
随着智能化需求及工艺技术的发展,RFID天线的尺寸仍在不断往小型化方向发展。在低频和高频电子标签中,天线的尺寸往往要比芯片大得多。因此,标签的尺寸往往就是受天线的尺寸制约的。从市场需求角度来看,RFID标签的小型化更有助于其进入更多应用场景。
与传统工艺相比,导电油墨印刷天线有着更低廉的成本,更高效的生产,主要反映在导电油墨所用的材料价格很低,网印工序中所用的印刷设备也比蚀刻设备更便宜。再加上这种印刷工艺操作起来简单快捷,整个工艺流程也较为简单,更为适合大批量制作。
此外,蚀刻工艺中的化学侵蚀反应会产生废料,容易对环境能够造成污染,相较之下,导电油墨印刷技术则要环保得多。
RFID想要实现更大规模的应用,成本还要进一步降低。因为很多时候人们并非出于对RFID技术的考量,而是难以接受电子标签背后高昂的成本压力。现在导电油墨技术能使RFID应用走出成本困局,大幅度的降低了RFID天线的制作成本。能预见,未来RFID天线制作与先进印刷技术的结合会更为紧密。
随着导电油墨和印刷技术的发展,RFID印刷天线技术将会促进普及。这有助于降低RFID标签的成本,以此来降低RFID的应用门槛,推动RFID技术在各行各业中落地,让万物互联的物联网世界早日到来。
2020年3月12日,服装标签及装饰制造商常达控股有限公司在香港证券交易所主板鸣钟上市。此次上市,意味着被誉为国内“服装标签第一股”的常达控股过去近三十年的努力终于收获市场认可。成功上市后的常达控股迈上了新的台阶,也是公司从传统服装吊牌向RFID市场拓展过程中的一座里程碑。
踏踏实实的做点事是芯联创展公司的价值观,芯联创展的公司使命是要为世界的自动识别行业做出我们的贡献。自动识别技术作为物联网产业核心基础的一部分,在万物互联的未来会起到逐渐重要的作用。
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