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浅析UHF Gen 2 RFID和HF RFID的那些区别

2022-08-09 09:43:27 网络

标题:浅析UHF Gen 2 RFID和HF RFID的那些区别

目前,UHF Gen 2RFID在高速生产线上的小型单体上的表现已经和货运中心周转的箱体托盘上的表现相媲美。由于成本低,UHF RFID已导致旧式的,速度慢,成本又高的HF 13.56 MHz RFID技术濒于淘汰。在决定究竟部署那种射频识别技术之前,需要理解UHF和HF的基本概念。

射频波中含有两种成分:即磁波和电波。通常,HF RFID 13.56 MHz依赖的是电磁场中的“近场”磁场,而UHF RFID 860-960 MHz则是远场辐射,既包含磁场有包含电场。而在UHF标签中响应的究竟是那种波则取决于两个方面:即RFID标签天线和RFID读写器之间的距离。

由于波中的磁场分量的强度将随距离快速地减小,故只能在近场方起作用。其有效范围被天线结构限制到大约一两个波长。由于HF标签为了接收能量而利用电感耦合来感应该磁场。HF标签天线通常是有点像线圈的电感型天线,因此需要更多的传导材料以及比等效的UHF标签天线更复杂的制造工艺。所幸的是,HF标签在磁场上方没有死角,使用合适的天线,UHF标签就能够很容易地获取相同的近场能量,并且效率和成本效益更高。

麦克斯韦的四个方程是电磁场分析和设计的基础。法拉第定律是这四个方程之一:“磁场中线圈感应的电压正比于磁场的强度和频率”。这就揭示了一个极其简单的概念:即频率越高,效率越高。UHF的频率是HF的60倍,这意味着对于RFID标签和RFID读写器天线之间的能量耦合效率来说,UHF是HF的大约60倍。

传统的概念是超高频RFID不适合于单品级标签:标签太大,超高频RFID不能工作于液体,金属以及彼此靠近的小型单品包装。而且UHF的距离太远,所有这些都忽视了一个事实,即UHF Gen 2可以比HF更容易和更高效地用于近场。这意味着UHF系统能够读取HF能够读取更多的东西,包括液体和金属含量高的物品。更重要的是,这意味着单品级应用已经能够平衡UHF Gen 2标准为供应链多带来的各种利益。关键是如何控制UHF的近场,射频波中的这个分量特别适合于距离很近的单品级RFID工作。采用近场UHF Gen 2方案的各类应用正在增长。

2004年12月,EPC global批准了UHF Gen 2协议,从而产生出第一个全球性的RFID标准。从此,市场上看到了许多符合该标准的产品。这一普及证明了从单品,容器到托盘的普适性,所用的对象有近场也有远场,材料覆盖了液体、金属、紧密堆积的和包装的物品等。

三年后,HF产品开发商不得不认可该标准。相反,最新的HF规范已经使起草者的幻想破灭。根据HF“V2”(UHF Gen 2的HF版本)的标准编纂人员- Ken Laing的说法,迄今为止工作进展有限,仅有的进展是对现有标准的有限改进以及出现了一些商用产品。

相对于在目前流行的HF标准ISO 15693上对EPC进行编码,Laing认为在Gen 2 HF标签上对EPC进行编码的公司将会看到性能方面的改善。他说,据RFID Update的结果,虽然改善并非惊天动地,但还是比现在市场上的HF产品好很多。也许重要的一点是,即便是标准已经得到批准,但一开始所谓合格的V2产品并不会符合它。这需要一段很长的时间,即便是现在可以使用,也达不到UHF Gen 2目前的性能。

不过本文还是返回来继续看一下有关频率的争辩,因为这与实际的部署有关。

考虑以下因素:

* UHF Gen 2覆盖全球所有的供应链上的各种应用;

* UHF Gen 2对所有类型的产品材料有效,包括液体和金属材料。

因此就UHF Gen 2来说,HF RFID技术中是多余的,因为:

* 没有任何一项是HF可以实现而UHF却无法实现的;

* 而许多HF无法实现的但UHF却能够实现。HF只能解决UHF RFID广大领域中的一小部分。

对于RFID应用来说,UHF是RFID的“超集”。遵从该标准的产品能够解决各种项目,容器,托盘,所有材料和包装类型,以及提供比HF高得多的吞吐率。

一个正确部署的UHF Gen 2系统,无论是大物品还是小物品,也无论是液体还是金属,工作都会很好,与容器和托盘上一样,能够有效地消除在近场UHF Gen 2出现之前HF所具有的单品级方面的优势。的确,液体可以吸收RF能量,而金属可以反射RF能量,但这一切都是远场时方需考虑的事情,而对于近场则是另一回事。事实上,由于一个正确设计的UHF标签天线能够用于近场和远场,实际上它可以利用所附属的金属,作为天线的延伸!但HF标签则不行,因为其缺乏电场耦合的手段。尽管如此,我们还是再深入探讨一下部署HF RFID系统的实际影响。

起初,HF无法实现远场应用,这意味着无法用于仓库和物流中心需要RFID远距离工作的容器和托盘,因此,HF的应用距离仅限于近场。

因此,选择HF作为物品级标签识别的企业还必须同时部署UHF Gen 2进行容器和托盘的识别。如今,要同时考虑到多路数据承载架构,成本,复杂度,效率以及维护等多种复杂因素,所以说,如果认为数字物流没什么难度,可是要碰壁的。这些还需要我们考虑一些经济因素:UHF Gen 2标签将永远比HF标签便宜。

事实上,由于UHF标签容易制造,因此将会便宜2-3倍。与HF标签不同,UHF Gen 2标签特别适合工艺升级特别好的简单的,高速制造技术。得益于UHF Gen 2的简单性以及单层天线结构,可以利用便宜的传导墨水工艺制造。UHF是一个符合标准的非常实际和经济的波段。实际上,为远距离设计的用在大型托盘上的同一UHF Gen 2芯片,也可以与一个小至6mm左右的近场天线一起使用-这种标签比以前广泛采用的HF标签小得多也便宜得多,况且还能提供更好的性能。

UHF天线结构的另一个优点是,当物品堆放得非常靠近时,UHF标签不会对相邻的物品投放一个RF“阴影区”。而HF标签天线则不然,其天线由厚重的金属线圈组成,能够对相邻标签形成磁屏蔽,从而使阅读器铸发阅读。因此,UHF具有更可靠的性能。

UHF Gen 2技术的继续发展将会进一步拉开它与HF技术之间存在的成本,性能以及功能之间的差距,而这个差距HF将绝对无法弥补。这是基本点,因为UHF Gen 2的经济性实际上是得益于UHF频段的物理特性。对于RFID工作来说,UHF频段的效率是HF频段的60倍。

如果目标就是RFID标签和RFID读写器之间的耦合通信,相对于能力较弱的HF解决方案来说,UHF在很多方面都占优。因为UHF Gen 2具有高速度,高可靠性,以及操作的灵活性。这就是为什么Blue Vector 公司的CEO -Nancy Anderson所作的结论,“我们现在就不怎么再利用HF了,因为它没有UHF灵活”。

Cardinal Health的Julie Kuhn,Pedigree公司的经理,向我解释了这一点。“你无法用HF标签实现UHF标签的读取速度。这意味着我们的传送带一点也不能比最慢的读取速率快。”这是一个很大的限制,将影响分销商的订货吞吐率。“就是现在”,她继续说,“我们提订单一直到下午8点,并且订单从早上5:30就开始分派了。这种复杂的UF/UHF架构将制约我们维持提单补料时间的能力”。

这一点加重了多协议架构的问题。而且不幸的是,利用能够同时读取HF和UHF标签的设备-即多协议RFID读写器来解决这些问题时只会产生更多的问题。这些问题包括读写器更复杂,成本更高,更精密,且读取速率更低,而且还使读取可靠性降低,其原因是询问器必须周期性地覆盖多协议,因而读取时总是需要折中。当采用多种数据承载协议时,供应链上就会出现这些问题。

当Gen 2解决这些与UHF标准竞用和不兼容的问题时,HF技术本身也存在这些问题,目前在用的相关标准包括ISO 14443, ISO 15693, 以及EPCglobal HF Class 1。取决于所选的技术和标准,对于部署,维护和升级一个混合系统架构来说,不用说需要管理各自的数据格式,即便是从经济和物流本身来说,支持分离的UHF和HF架构也没有什么意义。

企业最终所采取的连续性战略对下游的贸易伙伴具有重大影响,将逐步渗透到整个供应链。这种场景在当今的一些医药领域正在出现,在这里采用的混合协议系统正在阻碍着货品的可靠吞吐。Julie Kuhn补充道,“我们关注的是如何将所有技术组合成一种单一技术,形成一个自动化程度很高的环境,其中能够以单品和容器级获取货品的家谱信息,并保持我们现有的高吞吐率。”

 

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