第一篇：在射频识别系统中的天线问题
在射频识别系统中的天线问题
关键词: 天线 类型 阻抗 距离 辐射模式
文档: 技术文档| 技术原理 | 软件 | 产品资料 | 方案案例 | 智能卡
天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。本文考虑的频带是435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。天线必须：
足够的小以至于能够贴到需要的物品上； 有全向或半球覆盖的方向性； 提供最大可能的信号给标签的芯片；
无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配； 具有鲁棒性； 非常便宜。
在选择天线的时候的主要考虑是： 天线的类型； 天线的阻抗：
在应用到物品上的RF的性能；
在有其他的物品围绕贴标签物品时的RF性能。
可能的选择
这里有两种使用方式：一）贴标签的物品被放在仓库中，有一个便携装置，可能是手持式，询问所有的物品，并且需要它们给予信息反馈信息；二）在仓库的门口安装读卡设配，询问并记录进出物品。还有一个主要的选择是有源标签还是无源标签[1],[2]。
可选的天线
在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz 频率是用的RFID系统中，可选的天线有几种，见下表，它们重点考虑了天线的尺寸。这样的小天线的增益是有限的，增益的大小取决于辐射模式的类型，全向的天线具有峰值增益0到2 dBi；方向性的天线的增益可以达到6 dBi。增益大小影响天线的作用距离。下表中的前三个种类的天线是线极化的，但是微带面天线可以使圆极化的，对数螺旋天线仅仅是圆极化的。由于RFID标签的方向性是不可控的，所以读卡机必须是圆极化的。一个圆极化的标签天线可以产生3 dB 以强的信号。
阻抗问题
为了最大功率传输，天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。几十年来，设计天线与50 或 70 欧姆的阻抗匹配，但是可能设计天线具有其他的特性阻抗。例如，一个缝隙天线可以设计具有几百欧姆的阻抗。一个折叠偶极子的阻抗可以是一做个标准半波偶极子阻抗的20倍。印刷贴片天线的引出点能够提供一个很宽范围的阻抗(通常是 40 到 100欧姆)。选择天线的类型，以至于它的阻抗能够和标签芯片的输入阻抗匹配是十分关键的。另一个问题是其他的与天线接近的物体可以降低天线的返回损耗。对于全向天线，例如双偶极子天线，这个影响是显著的。改变双偶极子天线和一听番茄酱的间距做了一些实际测量，显示了一些变化，见图4和图5。其他的物体也有相似的影响。此外是物体的介电常数，而不是金属，改变了谐振频率。一塑料瓶子水降低了最小返回损耗频率16%。当物体与天线的距离小于62.5 mm的时候，返回损耗将导致一个3.0 dB的插入损耗，而天线的自由空间插入损耗才0.2 dB。可以设计天线使它与接近物体的情况相匹配，但是天线的行为对于不同的物体和不同的物体距离而不同。对于全向天线是不可行的，所以设计方向性强的天线，它们不受这个问题的影响。
辐射模式
在一个无反射的环境中测试了天线的模式，包括了各种需要贴标签的物体，在使用全向天线的时候性能严重下降。圆柱金属听引起的性能下降是最严重的，在它与天线距离50mm的时候，反回的信号下降大于20 dB(见图6)。天线与物体的中心距离分开到100—150mm的时候，反回信号下降约10 到12 dB。在与天线距离100mm的时候，测量了几瓶水（塑料和玻璃），见图7，反回信号降低大于10 dB。在蜡纸盒的液体，甚至苹果上做试验得到了类似的结果。
局部结构的影响
在使用手持的仪器的时候，大量的其他临近物体的使读卡机天线和标签天线的辐射模式严重失真。这可以对于2.45 GHz的工作频率计算，假设一个代表性的几何形状，见图8,9,10，和自由空间相比，显示返回信号降低了10dB，在双天线同时使用的时候，比预料的模式下降的更多。图11和图12是在一个天线前的一个横截平面的接收信号等高线图，显示了严重的失真。在仓库的使用环境下，一个物品盒子具有一个标签会有问题，几个标签贴在一个盒子上以确保所有时候都有一个标签是可以看见的。便携系统的使用有几个天线的问题。每个盒子两个天线足够适合门禁装置探测，这样局部结构的影响变得不再重要，因为门禁装置的读卡机天线被固定在仓库的出入，并且直接指向贴标签的物体。
距离
RFID 天线的增益和是否使用有源的标签芯片将影响系统的使用距离。乐观的考虑，在电磁场的辐射强度符合UK的相关标准时，2.45 GHz 的无源情况下，全波整流，驱动电压不大于3伏，优化的RFID天线阻抗环境(阻抗 200 或 300 欧姆)，使用距离大约是1米[3]。如果使用WHO限制[4]则更适合于全球范围的使用，但是作用距离下降了一半。这些限制了读卡机到标签的电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片作用距离可以达到5到10米。
总结
全向天线应该避免在标签中使用，然而是可以使用方向性天线，它具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。天线类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。在一个仓库中使用天线好像是不可行的，除非使用有源标签，但是在任何情况下，仓库内的天线辐射模式将严重失真。一个门禁系统的使用将是好的选择，可以使用短作用距离的无源标签。当然门禁系统比手持的仪器昂贵，但是手持仪器工作人员需要使用它到仓库搜寻物品，人员费用同样昂贵。在门禁系统中，每一个物品盒子，仅需要2个而不是4个或6个RFID标签。
第二篇：RFID技术原理及其射频天线设计
RFID技术原理及其射频天线设计
近年来人们开始开发应用非接触式IC 卡来逐步替代接触式IC 卡,其中射频识别(RFID , radio frequency identification)卡就是一种典型的非接触式IC卡，然而,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通讯技术来实现数据交换的.自1970 年第一张IC 卡问世起, IC 卡成为当时微电子技术市场增长最快的产品之一,到1996 年全世界发售IC 卡就有7 亿多张.但是,这种以接触式使用的IC 卡有其自身不可避免的缺点,即接触点对腐蚀和污染缺乏抵抗能力,大大降低了IC 卡的使用寿命和使用范围.近年来人们开始开发应用非接触式IC 卡来逐步替代接触式IC 卡,其中射频识别(RFID , radio frequency identification)卡就是一种典型的非接触式IC卡,它是利用无线通信技术来实现系统与IC 卡之间数据交换的,显示出比一般接触式IC 卡使用更便利的优点,已被广泛应用于制作电子标签或身份识别卡.然而,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通讯技术来实现数据交换的.这里我们将首先通过介绍RFID 应用系 统的基本工作原理来具体说明射频天线的设计是RFID 不同应用系统的关键,然后分别介绍几种典型的RFID 天线及其设计原理,最后介绍利用Ansoft HFSS 工具来设计了一种全向的RFID 天线.RFID 技术原理
通常情况下, RFID 的应用系统主要由读写器和RFID 卡两部分组成的,如图1 所示.其中,读写器一般作为计算机终端,用来实现对RFID 卡的数据读写和存储,它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成.而RFID 卡则是一种无源的应答器,主要是由一块集成电路(IC)芯片及其外接天线组成,其中RFID 芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路 ,有的甚至将天线一起集成在同一芯片上.图1 射频识别系统原理图 RFID 应用系统的基本工作原理是RFID 卡进入读写器的射频场后,由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源,同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理;所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路,最后通过天线发回给读写器.可见,RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线.一方面,无源的RFID 卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量;另一方面,天线决定了RFID 卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式.目前RFID 已经得到了广泛应用,且有国际标准:ISO10536 ,ISO14443 , ISO15693 , ISO18000 等几种.这些标准除规定了通讯数据帧协议外,还着重对工作距离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格进行了规范.RFID 应用系统的标准制定决定了RFID天线的选择,下面将分别介绍已广泛应用的各种类型的RFID 天线及其性能.RFID 天线类型
RFID 主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3 种基本形式的天线.其中,小于1 m 的近距离应用系统的RFID 天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线,它们主要工作在中低频段.而1 m 以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的RFID 天线,它们工作在高频及微波频段.这几种类型天线的工作原理是不相同的.2.1 线圈天线
当RFID 的线圈天线进入读写器产生的交变磁场中,RFID 天线与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器,两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈.由RFID 的线圈天线形成的谐振回路如图2所示,它包括RFID 天线的线圈电感L、寄生电容Cp和并联电容C2′,其谐振频率为: ,(式中C 为Cp 和C2′的并联等效电容).RFID 应用系统就是通过这一频率载波实现双向数据通讯的。常用的ID1 型非接触式IC 卡的外观为一小型的塑料卡(85.72mm ×54.03 mm ×0.76 mm),天线线圈谐振工作频率通常为13.56 MHz.目前已研发出面积最小为0.4mm ×0.4 mm 线圈天线的短距离RFID 应用系统.图2 应答器等效电路图
某些应用要求RFID 天线线圈外形很小,且需一定的工作距离,如用于动物识别的RFID.线圈外形即面积小的话,RFID 与读写器间的天线线圈互感量M就明显不能满足实际使用.通常在RFID 的天线线圈内部插入具有高导磁率μ的铁氧体材料,以增大互感量,从而补偿线圈横截面减小的问题.2.2 微带贴片天线
微带贴片天线是由贴在带有金属地板的介质基片上的辐射贴片导体所构成的 ,如图3 所示.根据天线辐射特性的需要,可以设计贴片导体为各种形状.通常贴片天线的辐射导体与金属地板距离为几十分之一波长,假设辐射电场沿导体的横向与纵向两个方向没有变化,仅沿约为半波长(λg/ 2)的导体长度方向变化.则微带贴片天线的辐射基本上是由贴片导体开路边沿的边缘场引起的,辐射方向基本确定,因此,一般适用于通讯方向变化不大的RFID 应用系统中.为了提高天线的性能并考虑其通讯方向性问题,人们还提出了各种不同的微带缝隙天线,如文献[5,6]设计了一种工作在24 GHz 的单缝隙天线和5.9 GHz 的双缝隙天线,其辐射波为线极化波;文献[7,8]开发了一种圆极化缝隙耦合贴片天线,它是可以采用左旋圆极化和右旋圆极化来对二进制数据中的‘1’和‘0’进行编码.图3 微带天线
2.3 偶极子天线
在远距离耦合的RFID 应用系统中,最常用的是偶极子天线(又称对称振子天线).偶极子天线及其演化形式如图4 所示,其中偶极子天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成,信号从中间的两个端点馈入,在偶极子的两臂上
将产生一定的电流分布,这种电流分布就在天线周围空间激发起电磁场.利用麦克斯韦方程就可以求出其辐射场方程:
式中Iz 为沿振子臂分布的电流,α为相位常数, r 是振子中点到观察点的距离,θ为振子轴到r 的夹角,l 为单个振子臂的长度.同样,也可以得到天线的输入阻抗、输入回波损耗S11、阻抗带宽和天线增益等等特性参数.图4 偶极子天线
(a)偶极子天线;(b)折合振子天线;(c)变形偶极子天线
当单个振子臂的长度l =λ/ 4 时(半波振子),输入阻抗的电抗分量为零,天线输入阻抗可视为一个纯电阻.在忽略天线粗细的横向影响下,简单的偶极子天线设计可以取振子的长度l 为λ/ 4 的整数倍,如工作频率为2.45 GHz 的半波偶极子天线,其长度约为6 cm.当要求偶极子天线有较大的输入阻抗时,可采用图4b的折合振子.RFID 射频天线的设计
从RFID 技术原理和RFID 天线类型介绍上看,RFID 具体应用的关键在于RFID 天线的特点和性能.目前线圈型天线的实现技术很成熟,虽然都已广泛地应用在如身份识别、货物标签等RFID 应用系统中,但是对于那些要求频率高、信息量大、工作距离和方向不确定的RFID 应用场合,采用线圈型天线则难以设计实现相应的性能指标.同样,如果采用微带贴片天线的话,由于实现工艺较复杂,成本较高,一时还无法被低成本的RFID 应用系统所选择.偶极子天线具有辐射能力较强、制造简单和成本低等优点,且可以设计成适用于全方向通讯的RFID 应用系统,因此,下面我们来具体设计一个工作于2.45 GHz(国际工业医疗研究自由频段)的RFID 偶极子天线.半波偶极子天线模型如图4a 所示.天线采用铜材料(电导率:5.8e7 s/ m ,磁导率:1),位于充满空气的立方体中心.在立方体外表面设定辐射吸收边界.输入信号由天线中心处馈入,也就是RFID 芯片的所在位置.对于2.45 GHz 的工作频率其半波长度约为61mm ,设偶极子天线臂宽w 为1 mm ,且无限薄,由于天线臂宽的影响,要求实际的半波偶极子天线长度为57mm.在Ansoft HFSS 工具平台上, 采用有限元算法对该天线进行仿真,获得的输入回波损耗S11 分布图如图5a 所示,辐射场E 面(即最大辐射方向和电场矢量所在的平面)方向图如图5b 所示.天线输入阻抗约为72 Ω ,电压驻波比(VSWR)小于2.0 时的阻抗带宽为14.3 % ,天线增益为1.8.图5 偶极子天线
(a)回波损耗S11;(b)辐射方向图
从图5b 可以看到在天线轴方向上,天线几乎无辐射.如果此时读写器处于该方向上,应答器将不会做出任何反应.为了获得全方位辐射的天线以克服该缺点,可以对天线做适当的变形,如在将偶极子天线臂末端垂直方向上延长λ/ 4 成图4c 所示.这样天线总长度修改为(57.0 mm + 2 ×28.5 mm),天线臂宽仍然为1 mm.天线臂延长λ/ 4 后,整个天线谐振于1 个波长,而非原来的半个波长.这就使得天线的输入阻抗大大地增加,仿真计算结果约为2 kΩ.其输入回波损耗S11如图6a 所示.图6b 为E 面(天线平面)上的辐射场方向图,其中实线为仿真结果,黑点为实际样品测量数据,两者结果较为吻合说明了该设计是正确的.从图6b 可以看到在原来弱辐射的方向上得到了很大的改善,其辐射已经近似为全方向的了.电压驻波比(VSWR)小于2.0 时的阻抗带宽为12.2 % ,增益为1.4 ,对于大部分RFID 应用系统,该偶极子天线可以满足要求.图6 变形偶极子天线
(a)回波损耗S11;(b)辐射方向图 结束语
总之,RFID 的实际应用关键在于天线设计上,特别是对于具有非常大市场容量的商品标签来说,要求RFID 能够实现全方向的无线数据通讯,且还要价格低廉、体积小.因此,我们所设计的上述这种全向型偶极子天线的结构简单、易于批量加工制造,是可以满足实际需要的.通过对设计出来实际样品的进行参数测试,测试结果与我们的设计预期结果是一致.
第三篇：RFID技术原理及其射频天线设计.
第 44卷
增 刊 厦门大学学报(自然科学版 Vol.44 Sup.2005年 6月
Journal of Xiamen University(Nat ural Science J un.2005
RFID 技术原理及其射频天线设计 收稿日期 :2005203210 基金项目 :国家人事部留学人员创业基金 , 福建省自然科学基金计 划资助项目(A0410007 作者简介 :陈华君(1977-, 男 , 博士研究生.3通讯作者 :dhguo@xmu.edu.cn 陈华君 1, 林
凡 2, 郭东辉 1,2,33, 吴孙桃 2(1.厦门大学物理学系 , 2.厦门大学 M EMS 中心 , 3.厦门大学电子工程系 , 福建 厦门 361005 摘要 :首先简要介绍 RFID 技术的基本工作原理 , 说明射频天线是 RFID 系统设计的技术关键 , 然后介绍了几种基本的
RFID 射频天线及其工作原理 ，并针对普遍使用的偶极子天线在 RFID 系统中方向性上的不足提出改进 , 最后 , 给出一个具
有全向收发功能的 RFID 天线设计.通过设计仿真工具模拟仿真 , 并进行实际样品测试 , 获得较满意的设计结果.关键词 :RFID;射频天线;电子标签
中图分类号 :TN 820.12;TN 821.4文献标识码 :A
文章编号 :043820479(2005 Sup 20312204
自 1970年第一张 IC 卡问世起 , IC 卡成为当时微 电子技术市场增长最快的产品之一 , 到 1996年全世界 发售 IC 卡就有 7亿多张 [1].但是 , 这种以接触式使用 的 IC 卡有其自身不可避免的缺点 , 即接触点对腐蚀和 污染缺乏抵抗能力 , 大大降低了 IC 卡的使用寿命和使 用范围.近年来人们开始开发应用非接触式 IC 卡来逐 步替代接触式 IC 卡 , 其中射频识别(RFID ,radio f re 2quency identification 卡就是一种典型的非接触式 IC 卡 , IC 卡之间数 据交换的 ，显示出比一般接触式 IC 卡使用更便利的优 点 , 已被广泛应用于制作电子标签或身份识别卡.然 而 ,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通 讯技术来实现数据交换的.这里我们将首先通过介绍 RFID 应用系统的基本工作原理来具体说明射频天线 的设计是 RFID 不同应用系统的关键 , 然后分别介绍 几种典型的 RFID 天线及其设计原理 , 最后介绍利用 HFSS 工具来设计了一种全向的 RFID 天线.1 RFID 技术原理
通常情况下 , RFID 的应用系统主要由读写器和 RFID 卡两部分组成的 , 如图 1所示.其中 , 读写器一 般作为计算机终端 , 用来实现对 RFID 卡的数据读写 和存储 , 它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成.而 RFID 卡则是一种无源的应答器 , 主要是由一块集 成电路(IC 芯片及其外接天线组成 , 其中 RFID 芯片
通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路 [2], 有 的甚至将天线一起集成在同一芯片上 [3].RFID 应用系统的基本工作原理是 RFID 卡进入 读写器的射频场后 , 由其天线获得的感应电流经升压 电路作为芯片的电源 , 同时将带信息的感应电流通过 射频前端电路检得数字信号送入逻辑控制电路进行信 息处理;所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑 控制电路送回射频前端电路 , 最后通过天线发回给读 写器.可见 ,RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起 关键的作用是天线.一方面 , 中获得足够的能量;另一方面 , 天线决定了 卡与 读写器之间的通讯信道和通讯方式.目前 RFID 已经得到了广泛应用 , 且有国际标准 :ISO10536,ISO14443, ISO15693, ISO18000等几种.这
些标准除规定了通讯数据帧协议外 , 还着重对工作距 离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格 进行了规范.RFID 应用系统的标准制定决定了 RFID 天线的选择 , 下面将分别介绍已广泛应用的各种类型 的 RFID 天线及其性能.图
1射频识别系统原理图
Fig.1 Structure of RFID system
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图
2应答器等效电路图
Fig.2 Equivalent circuit diagram of responder 2 RFID 天线类型
RFID 主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型 3种
基本形式的天线.其中 , 小于 1m RFID 天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线 ，它们主要工作在中低频段.而 1m 以上远距离的应用 系统需要采用微带贴片型或偶极子型的 RFID 天线 ,.这几种类型天线的工作
原理是不相同的.2.1线圈天线
当 RFID 的线圈天线进入读写器产生的交变磁场
中 ,RFID 天线与读写器天线之间的相互作用就类似 于变压器 , 两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次 级线圈.由 RFID 的线圈天线形成的谐振回路如图 2所示 , 它包括 RFID 天线的线圈电感 L、寄生电容 C p 和并联电容 C 2′ , :f =
2π・ C ,(式中
C 为 C p 和 C 2′ 的并联等效电容.RFID 应用系统就是
通过这一频率载波实现双向数据通讯的。常用的 ID 21型非接触式 IC 卡的外观为一小型的塑料卡(85.72mm ×54.03mm ×0.76mm , 天线线圈谐振工作频率 通常为 13.56M Hz.目前已研发出面积最小为 0.4mm ×0.4mm 线圈天线 [3]的短距离 RFID 应用系统.某些应用要求 RFID 天线线圈外形很小 , 且需一 定的工作距离 , 如用于动物识别的 RFID.线圈外形即
面积小的话 , RFID 与读写器间的天线线圈互感量 M 就明显不能满足实际使用.通常在 RFID 的天线线圈 内部插入具有高导磁率 μ的铁氧体材料 , 以增大互感 量 , 从而补偿线圈横截面减小的问题.2.2微带贴片天线
微带贴片天线是由贴在带有金属地板的介质基片 上的辐射贴片导体所构成的 [4], 如图 3所示.根据天线 辐射特性的需要 , 可以设计贴片导体为各种形状.通常 贴片天线的辐射导体与金属地板距离为几十分之一波 长 , 假设辐射电场沿导体的横向与纵向两个方向没有 变化 , 仅沿约为半波长(λg/2 的导体长度方向变化.则 微带贴片天线的辐射基本上是由贴片导体开路边沿的
图
3微带天线
Fig.3 Microstrip antenna 边缘场引起的 , 辐射方向基本确定 , 因此 , 一般适用于
通讯方向变化不大的 RFID 应用系统中.为了提高天 线的性能并考虑其通讯方向性问题 , 人们还提出了各 种不同的微带缝隙天线 , 如文献 [5,6]设计了一种工作 在 24GHz 的单缝隙天线和 5.9GHz 的双缝隙天线 , 其辐射波为线极化波;[7,8]开发了一种圆极化缝 隙耦合贴片天线 , 它是可以采用左旋圆极化和右旋圆 ‘ 1’ 和 ‘ 0’ 进行编码.图
4偶极子天线
(a 偶极子天线;(b 折合振子天线;(c 变形偶极子天线
Fig.4 Dipole antenna 2.3RFID 应用系统中 , 最常用的是 偶极子天线(又称对称振子天线 [9].偶极子天线及其 演化形式如图 4所示 , 其中偶极子天线由两段同样粗 细和等长的直导线排成一条直线构成 , 信号从中间的 两个端点馈入 , 在偶极子的两臂上将产生一定的电流 分布 , 这种电流分布就在天线周围空间激发起电磁场.利用麦克斯韦方程就可以求出其辐射场方程 : E θ=∫ l-l d E θ=∫ l-l r
sin θcos(αz co s θ d z 式中 I z 为沿振子臂分布的电流 , α为相位常数 , r 是振 子中点到观察点的距离 , θ为振子轴到 r 的夹角 ,l 为 单个振子臂的长度.同样 , 也可以得到天线的输入阻 抗、输入回波损耗 S
11、阻抗带宽和天线增益等等特性 参数 [9].当单个振子臂的长度 l =λ/4时(半波振子 , 输入 阻抗的电抗分量为零 , 天线输入阻抗可视为一个纯电 阻.在忽略天线粗细的横向影响下 , 简单的偶极子天线 设计可以取振子的长度 l 为 λ/4的整数倍 , 如工作频
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313・ 增刊
陈华君等 :RFID技术原理及其射频天线设计
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(a
(b
图
5偶极子天线(a 回波损耗 S 11;(b 辐射方向图
Fig.5 Dipole antenna 率为 2.45GHz 的半波偶极子天线 , 其长度约为 6cm.当要求偶极子天线有较大的输入阻抗时 , 可采用图 42b 的折合振子.3 RFID 射频天线的设计
从 RFID 技术原理和 RFID 天线类型介绍上看 , RFID 具体应用的关键在于 RFID 天线的特点和性能.目前线圈型天线的实现技术很成熟 , 虽然都已广泛地 应用在如身份识别、货物标签等 RFID 应用系统中 , 但 是对于那些要求频率高、信息量大、工作距离和方向不 确定的 RFID 应用场合 , 采用线圈型天线则难以设计 实现相应的性能指标.同样 , 如果采用微带贴片天线的 话 , 由于实现工艺较复杂 , 成本较高 , 一时还无法被低 成本的 RFID 应用系统所选择.能力较强、制造简单和成本低等优点 , 用于全方向通讯的 RFID 应用系统 , 因此 , 下面我们来 45(国际工业医疗研究自 由频段 RFID 偶极子天线.42a 所示.天线采用铜 材料(电导率 :5.8e7s/m , 磁导率 :1 , 位于充满空气的 立方体中心.在立方体外表面设定辐射吸收边界.输入 信号由天线中心处馈入 , 也就是 RFID 芯片的所在位 置.对于 2.45GHz 的工作频率其半波长度约为 61mm , 设偶极子天线臂宽 w 为 1mm , 且无限薄 , 由于天 线臂宽的影响 , 要求实际的半波偶极子天线长度为 57mm.在 Ansoft HFSS 工 具平台 上 , 采 用 有 限 元 算
法 [10]对该天线进行仿真 , 获得的输入回波损耗 S 11分 布图如图 52a 所示 , 辐射场 E 面(即最大辐射方向和电 场矢量所在的平面 方向图如图 52b 所示.天线输入阻 抗约为 72Ω, 电压驻波比(VSWR 小于 2.0时的阻抗 带宽为 14.3%, 天线增益为 1.8.从图 52b 可以看到在天线轴方向上 , 天线几乎无 辐射.如果此时读写器处于该方向上 , 应答器将不会做
(a
(b
图 6
变形偶极子天线(a 回波损耗 S 11;(b 辐射方向图
Fig.6 Changed dipole antenna 出任何反应.为了获得全方位辐射的天线以克服该缺
点 , 可以对天线做适当的变形 , 如在将偶极子天线臂末 端垂直方向上延长 λ/4成图 42c 所示.这样天线总长 度修改为(57.0mm +2×28.5mm , 天线臂宽仍然为 1mm.天线臂延长 λ/4后 , 整个天线谐振于 1个波长 , 而非原来的半个波长.这就使得天线的输入阻抗大大 地增加 , 仿真计算结果约为 2k Ω.其输入回波损耗 S 11如图 62a 所示.图 62b 为 E 面(天线平面 上的辐射场 方向图 , 其中实线为仿真结果 , 黑点为实际样品测量数 据 , 两者结果较为吻合说明了该设计是正确的.从图 62b 可以看到在原来弱辐射的方向上得到了很大的改
善 , 其 辐 射 已 经近似 为 全 方 向 的 了.电 压 驻 波 比(VSWR 小于 2.0时的阻抗带宽为 12.2%, 增益为 1.4, 对于大部分 RFID 应用系统 , 该偶极子天线可以 满足要求.4结束语
总之 ,RFID 的实际应用关键在于天线设计上 , 特 别是对于具有非常大市场容量的商品标签来说 , 要求 RFID 能够实现全方向的无线数据通讯 , 且还要价格 低廉、体积小.因此 , 我们所设计的上述这种全向型偶 极子天线的结构简单、易于
批量加工制造 , 是可以满足 实际需要的.通过对设计出来实际样品的进行参数测 试 , 测试结果与我们的设计预期结果是一致.参考文献 : [1]
苏雪莲.IC 卡的国内外发展现状 [J].微电子技术 ,1997,(2 :1-9.[2] Friedman D , Heinrich H ,Duan D W.A low 2power CMOS integrated circuit for field 2powered radio f requency identi 2fication tags [A ].Solid 2State Circuits Conference [C ].1997.294-295,474.[3] Usami M.An ultra small RFID chip :u 2chip [A ].Radio ・
413・ 厦门大学学报(自然科学版
2005年
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Frequency Integrated Circuits(RFIC Symposium [C ].2004.241-244.[4] [美 ]鲍尔 I J , 布哈蒂亚 P , 著.微带天线 [M ].梁联倬 , 寇 廷耀 , 译.北京 :电子工业出版社 ,1984.[5] Padhi S K , Karmakar N C ,Law C L ,et al.Microstrip 2fed slot antenna for millimetre 2wave RFID system[A ].Micro 2wave Conference ,Asia 2Pacific[C].2000.1396-1399.[6] Padhi S K , Karmakar N C ,Law C L ,et al.A dual polar 2
ized aperture coupled microstrip patch antenna with high isolation for RFID applications [J].Antennas and Propa 2gation Society ,2001,2:2-5.[7] K ossel M ,Benedickter H ,Baechtold W.Circular polarized aperture coupled patch antennas for an RFID system in the 2.4GHz ISM band [A ].Radio and Wireless Confer 2ence.RAWCON 99[C].1999.235-238.[8] K ossel M ,Benedickter H ,Baechtold W.An active tagging system using circular polarization modulation [J].Micro 2wave Symposium Digest ,1999,4:1595-1598.[9]
朱崇灿 , 黄景熙 , 鲁述 , 编.天线 [M ].武汉 :武汉大学出版 社 ,1996.10.[10]
杜平安 , 甘娥忠 , 于亚婷.有限元法 :原理、建模及应用 [M ].北京 :国防工业出版社 ,2004.Principle of RF Antenna and Design for RFID C H EN Hua 2jun 1,L IN Fan 2, GUO Dong 2hui 1,2,33,WU Sun 2tao 2(1.Dept.of Phys.,Xiamen University , 2.Dept.of M EMS Center ,Xiamen University , 3.Dept.of Electr.Eng.,Xiamen University ,Xiamen 361005,China Abstract : Antenna is the key part of the RFID(Radio Frequency IDentification system.This paper introduces the principle of
RFID system and its antennae ,and designs an omni antenna for RFID system to improve the shortage of radiation pattern of tradition 2al dipole antenna used in RFID system.The results of both simulation and measurement are identical.K ey w ords : RFID;RF Antenna;electronic tag ・
513・ 增刊
及其射频天线设计
陈华君等 :RFID技术原理
第四篇：射频识别技术在酒类防伪中的应用
浅析射频识别技术在酒类防伪中的应用
近年来由于改革开放以及中国加入世贸组织的影响，我国的酿酒行业在技术以及新品的研发上有了长足发展。酒类产品的制作工艺以及产销量也在不断提高。具不完全统计，截止2010年底酒类行业的工业总产值已经突破2千亿元，其中白酒占总产值的65%红酒占到了总产值的30%以上，但是由于酒类市场的不断发展壮大，使越来越多的不法分子看到其中所存在的巨大利益，假冒伪劣的酒类制品屡禁不止极大地破坏了市场环境，对企业造成了巨大的经济损失也严重影响了人们的身体健康与生命安全。在这种情况之下我们迫切需要一种新的防伪管理技术来有效制止假冒劣质酒在市场的流通，建立起监管追溯一条龙的运营模式。而射频识别技术(RFID)可以有效的解决这一难题，该技术的优点在于为每一瓶酒加装一个独一无二的电子身份证。从原产品的种植，仓储，物流运输，到经销商的信息进行全面的记录并提供查询服务，建立起生命链防伪溯源管理从根本上杜绝假酒的产生。
一、酒类防伪现状以及存在的问题 我国大小酒制品企业30000多家，但是真正获取生产许可的只有不到1万家，而在2005年的酒类生产资格调查中显示通过率仅为百分之15%，这说明中小企业假冒伪劣侵权行为严重，并潜在食品安全性问题。此现象发生的原因是因为行业经营比较集中，传统名优酒类品牌知名度高，但行业防伪手段落后，使得不法分子选择对高端酒类造假成为其快速谋取暴利的手段。据《北京晨报》2010年12月23日报道，河北昌黎县周边少数葡萄酒厂家生产假冒伪劣葡萄酒，傍名牌一条龙造假行为尤为猖獗，给当地的知名葡萄酒企业造成了严重的影响，一瓶成本几块钱的酒经过灌装，贴牌，包装后就成了知名品牌的酒，价格也翻了十几倍。尽管各知名酒商不断进行防伪措施的更新换代，但归根结底造成此类原因的问题在于以下三方面：一是大酒厂防伪手段落后；二是标签贴装工艺简单容易造假(通过标签生产商，回收等)；三是标签可识别性差，消费者不能判断标签真伪。现有酒类商品防伪手段主要分为：数码防伪(短信防伪)，光学防伪，化学油墨防伪，条形码防伪，包装防伪等。这些防伪手段在制作商具备一定的科技含量，但都存在相似的缺点即；防伪信息肉眼可见。包装和防伪标签可被回收再利用或被仿制。而且仿制的产品其外观特征与原包装几乎相同，消费者能难辨别真伪。所以需要研发一种新型防伪技术改善这些存在的问题，提高企业的防伪管理水平。
二、国内外酒类RFID技术的发展现状及应用情况(一)RFID射频识别技术及工作原理：
RFID(RadioFrequencyIdentification)是一种无线射频识别技术，它是自动识别技术的一种。从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。RFID系统组成如下图所示。标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
(二)国外RFID发展现状
美国早在1970年酒开始了RFID的民用化推广，1980年末美国与欧洲的很多家公司开始生产RFID电子标签，如今RFID技术已被光放应用到各个领域，如门禁管理，城市一卡通，物流管理追溯等。2006年初美国的EJGallo葡萄酒公司率先应用了RFID标签，他的主要目的是进行大范围的仓储盘点以及货物运输，但随着市场的不断发展扩大，这种技术逐渐被运用于酒类的溯源防伪领域。近年来德国的伏特加假酒案，印度假酒案致143人甲醇中毒死亡案等不断涌现，在这种情况之下大部分国外知名酒商纷纷采用了RFID射频监测手段来进行有效的监管。直至2010年初RFID酒类溯源技术已经推广到了欧洲9个国家以及美国，印度等国。知名酒商如Jebson&Co，WolfBlassYellowLabelCabernetSauvignon等都率先采用这种技术。
(三)国内RFID发展现状
RFID技术在国内的应用还不是很广泛，只有部分领域使用了这种技术，如公交一卡通，邮政包裹，二代身份证等，并且功能及作用范围十分有限。2006年科技部等15部委发布《中国射频识别技术政策白皮书》指出RFID产业将成为国民经济的新增长点，并在重大项目尅申请指南中强调：在“十一五”期间大力发展射频识别技术。我国酒类制品造假由来已久，早在1994年山西溯州假酒案造成十几人中毒死亡，使与本案无关的中国四大名酒之首山西汾酒从行业第一(“汾老大”)跌落20名以外，十余年不能恢复元气。当今假烟假酒盛行已是公开的事实。市场盛传茅台真假比例为1：9，五粮液真假比例为1：3，洋河真假比例为1：1，等等。这些是无法统计无法验证的。2009年末为响应国家对于食品安全朔源的管理要求和提升行业品牌形象，五粮液、茅台、双钩、泸州老窖纷纷开始尝试应用RFID技术进行防伪管理，但由于方案设计不够成熟成本以及成本过高等原因，其实无法大力推广使用。
三、RFID酒类防伪追溯管理解决方案
(一)防伪需求分析
1.产品假冒：今年来各个知名白，红酒厂家均被假冒伪劣产品所困扰，年损失几千万，使用的防伪技术老旧无法从源头解决根本问题。2.消费者对商品信息的需求：消费者需要了解酒的质量，是否假冒，以及产地，生产厂家，生产日期，品种，等级是否与实务相符以及酒的原料成分，生长环境，制作工艺，文化内涵等。3.生产企业对防伪信息的需求：需要做到高度可靠，难以伪造，保证物流过程产品安全等。4.流通企业对产品信息的需求：做到使用方便，操作简单，防伪及产品质量安全信息能够快速查询，投入的设施和费用企业能够承担。5.政府监管部门对信息的需求：酒类流通监管，结合管理制度建立产品履历管理体系，产品检验及鉴定信息等。
(二)项目可行性分析
选择有市场基础和雄厚实力并且迫切需要此类技术进行产品完善工作的昌黎葡萄酒公司为试点，建立基于RFID技术的酒类防伪综合示范的标准化基地，从酒的整个生产流程推行基于RFID技术的酒类防伪示范工程，开展酒类防伪综合应用试点，项目运营成熟后在逐渐推广到其他酒类企业。目前，酒类防伪系统在国内市场还处于导入期，需要广泛的宣传以及政府的支持。通过研究RFID在酒类防伪溯源中的应用，提出低成本合理化的RFID技术解决方案，实现RFID技术在酒类行业的推广，形成行业应用标准，带动我国RFID技术产业化的发展，同时也宣传了酒类防伪溯源的离你那，推动了传统名优白酒产业在“十一五”的健康发展，有利于出尽白酒产业向名优白酒方向的发展。在技术方面，传统的酒类防伪溯源技术存在着很多缺陷，如记载信息量太小，不能完整的记录涉及的所有信息，信息只读不支持写入，识读范围小，容易损坏，不能适应潮湿的环境等。而RFID则基于无线射频技术，可以完成对于标签内容的识读与数据集成，可以记载大量的商品物流信息等，并且可读可写式的记录方式可以有效的做到产品的追溯工作能够及时发现存在的问题。此外，RFID标签具有使用寿命长，安全性高，对环境要求低等优点，拥有条形码不具备的防水，防磁，耐高温等性能。近年来RFID技术发展迅速，我国的铁路，公交，邮政，物流，烟草，医药，公安等诸多行业都已经使用了RFID技术。由于其技术给人带来极大地方便，并且随着价格的下降技术的完善，RFID技术正向日常生活工作的各个方面快速渗透。RFID的普及为基于RFID技术的酒类防伪系统研究提供了基础，通过研究RFID在酒类防伪系统中的技术应用，有助于探索酒类防伪标准中的关键技术标准规范，加快创新，推动RFID产业发展。企业方面，基于RFID技术的酒类防伪追溯系统可以帮助企业实现标准化的防伪规范和防伪操作流程，能够利用RFID技术优势实现自动数据采集提高工作效率，帮助企业提高监管生产能力，扩展品牌质量优势。我国是酒制品生产大国，酒类企业众多，基于RFID的防伪溯源技术拥有广阔的市场前景。
消费者方面，消费者对于酒类的质量，卫生情况有着越来越高的要求。RFID酒类溯源防伪能够提供给消费者一系列的酒类信息并且保证酒品的安全，并能消费者对于酒的知情权和选择权，使消费者购买的更放心。(三)总体方案 1.方案概述 在竞争日益加剧的今天，产品质量已经关乎到企业的生死，是每个企业都不能忽视的问题，企业必须加快技术革新，采用先进的工艺技术，加强产品质量监管，增强国内外市场竞争力，减少投入，不断提高经济效益。质量管理对于企业是非常现实的需求，在实现质量的过程中，质量追踪起着重要的作用。系统覆盖了从生产至出入库至市场查询等流通环节，具有很高的完整性和灵活性。其与物流系统结合后，将具有强大的防伪防窜和全方位的追踪溯源功能。该系统采用自动化技术，自动识别技术以及信息加密技术，给每件产品赋予唯一的身份标签，通过在生产过程中进行产品赋码及对流通销售信息的监管，实现对每件酒类产品的物流，信息流进行监督管理和控制。方案以RFID技术为数据管理手段，对企业生产分销等环节的作业过程进行自动识别实现信息化管理，以确保业务过程中对各种对象管理的正确性，准确性。信息化建设主要针对防伪，溯源管理，仓库管理，分销管理，流向追溯无方面开实施。在商品防伪领域内，防伪技术是保护消费者权益和企业利益的重要技术。然而目前市场上的防伪产品采用的防伪技术绝大部分仍然是纸质材料，这些材料和技术容易被复制和替换不能起到其应有的作用，而RFID芯片内容无法被仿制。在生产环节中提前将RFID标签标签初始化并关联到相应的生产任务中，生产时将RFID标签缝制在红酒内，为以后的业务过程打下数据基础。生产环节根据企业需要还应对圆脸的采购，加工，生产的工序，公式等进行相应的管理。仓库管理除了基本的入库，盘点管理外，还应明确货区货位，对产品的销售周期，库存成本，库龄周期，库存属性，库内业务效率等做相应的分析管理。分销环节中使用定制的线体对大型仓库的出入库数据进行采集，门店应用无线终端进行收发货操作。以此来实现总公司到分公司到代理商，加盟店店的数据共享。当企业的管理平台搭建成功后，就可以对从生产到销售终端的质量追溯，防伪防串，渠道优化整合等出具管理依据。2．整体技术方案 由上图所示该系统架构分为五部分组成：接入层；数据层；服务层；应用层；表示层。
(1)接入层：主要的作用是通过读写器，传感器，无线网络等设备采集相关射频信号数据并发送这些数据层进行下一步操作。
(2)数据层：包括单位信息，产品数据，容器信息，事件信息等，并把这些信息发送到服务层进行解码转换等工作。
(3)服务层：包括注册编码解析，RFID信息服务，RFID发现服务，异常处理服务等，其作用是通过特定的编码解析把射频数据转换为数字数据并储存到中心服务器中以备后续调用；此外通过数据的交互可对RFID设备的运行请款进行管理，并能处理发生的问题。
(4)应用层：包括采购管理，生产管理，物流管理，质量管理，跟踪追溯等应用系统。这些管理系统跟服务层的中央数据库相连并调用数据库中的数据，了解事实储存的信息进行生产，物流仓储等方面的管理。
(5)表示层：是企业网站和相关部门的网站入口，现有的企业ERP或信息系统可以在应用层通过接口集成。使各个监管部门可以有效的进行管理并执行检查的工作。
此整体技术方案目的是通过RFID电子标签的特性把酒类防伪应用中遇到的防伪技术仿造问题解决，彻底解决防伪标签防伪码被再利用的问题通过防止回收使用的电子标签封转技术解决，解决电子标签在酒类瓶装封装环境下的自动写入，可识读适应性问题，解决酒类产品全程追踪溯源问题。在产品出现问题的情况下可以快速找到出问题的环节。3.流程设计思路
系统在一台服务器的平台上运行，其功能主要由五个模块组成：单件酒类防伪管理模块；酒类跟踪管理模块；自动化生产管理模块；酒类仓库管理模块；酒类物流管理模块。追溯体系包含如下环节：
(1)原料储存环节：原料库RFID分类管理，先进先出，原料等级分区。(2)生产管理环节：生产线赋予每瓶酒RFID标签并进行生产工位计件。(3)成品中心库管理环节：生产完的酒瓶通过RFID自动感应上传入库信息；并实现库存酒RFID手持机快速盘点
(4)异地库管理环节：异地库可通过RFID手持PDA进行收货，确认货物是否完整被调换过，从何处发货等。
(5)经销商管理环节：经销商通过RFID手持PDA可查到此货物的发货运输信息。
(6)终端用户管理环节：终端客户通过RFID终端查询机可以查到每瓶酒的原料生产过程，仓储，物流，经销商所有信息，起到全程追溯的作用。4.应用方案(1)防伪瓶盖的设计：瓶盖的内嵌RFID电子标签与瓶盖的热塑膜封口相连，当撕开热塑膜封口后机械结构会把RFID芯片破坏从而达到开盖即损，无法回收的效果。
(2)电子标签数据信息
EPC编码结构标准包括：EPC-64，EPC-96，EPC-256。考虑到酒类产品出货量为中等，选择64b进行EPCID编码。现有条形码的主要数据信息为商品身份，其他包括生产厂家、产地、规格、生产日期等。EPC标签存储的信息要远大于条形码，但数据信息影响标签的读取速度，用RFID防伪是根据EPCID码进行数据库的检索操作，射频标签的数据格式关键在数据库的检索码DSC(DataSearchedCode)。出于上述考虑，酒类EPC标签数据信息设计为APC+PTC+ATC+UID，每块分配16b数据，也可根据需要分配。其中，APC为生产厂家代码，PTC为产品类型代码，ATC为产地、生产日期，UID为单个产品的惟一序列标识码。主要技术指标： 工作频率：925MHZ 适用温度：-40°至150° 通信速率：≥260kbps 存储容量：≥512kbits 康液体环境(3)防伪识别器
防伪识别器是检测产品真伪的终端设备，可以通过视频显示消费者需要的真伪信息。其主要分布在各大酒类销售场所，超市街头等，消费者可以很容易找到。(4)防伪识别器硬件架构：
读写器，用来读取酒类EPC标签信息并传送到处理平台。
工业计算机(IndustryComputer，IC)，实现数据处理、传送、查询、显示。中间件，转换不同标准读写器和防伪识别器的连接 图6.防伪识别器硬件架构(5)防伪识别器软件架构：
读写器控制模块：发送读写器控制指令实现射频标签的数据读取与传输。用户操作平台的搭建：提供完善直观的界面，操作简单，可快速查询酒类信息。
产品数据库：管理酒类产品的信息查新，更新，删除。数据传输：负责与监管中心进行数据交换。(6)主要技术指标：
工作频率：925MHZ 通信协议：ISO180006C 输出功率：+20dBm-+30dbm 调制方式：100%ASK调制 最远读取距离：3米，最远写入距离：0.5米
多标签读取速率：≥300个每秒 工作温度：-20°至60° 酒类产品生命周期流程追踪设计
(1)黏贴射频电子标签：通过自动化的方法在产品的相应位置放置RFID防伪射频标签。
(2)生产线上安装固定式读写设备，向标签内写入数据，并自动记录该信息酒类在包装生产线的末端放置有读写设备，电子标签通过读写区域时，读写器自动读出标签ID号，并写入酒类的EPC代码，同时在用户数据区内写入其他信息如产品下线时间等；同时，读写器可以根据一定的算法为每一个标签设定不同的访问密码，防止有人企图修改标签内部的数据。另外，服务器记录该标签信息，为每瓶酒建立档案以便查询。完成数据写入工作后将酒类装入包装箱准备入库。(3)仓储管理:在每瓶出产的酒的瓶颈上运用EPC的电子标签，记录摆放位置、产品类別、日期等数据；而透过在酒瓶上的标签，则可根据每个产品特有的编码，随時掌握货品状态、包括温度是否适合、酒的质量情况等，以便仓储管理，也能立即了解需要补货的项目，方便于缺货管理。而且在退换货的情况时只要倒入系统里，便可以对数据进行修改。
(4)配送物流管理：通过RFID读取包装箱上的标签数据进行快色货物盘点，了解货物种类并进一步录入数据，如配送地点配送时间及配送的酒类数量等。(5)经销商、零售商配备手持机检验酒的真伪：在消费者购买酒类产品时零售商用手持机当场检验酒类的真伪，如果可以顺利读到数据，表明该瓶酒是真酒，如果不能读出标签内数据，消费者可以拒绝购买。以此方式可以从源头上杜绝假酒的产生。电子标签不可能做到重复利用，可以排除不法分子回收旧酒盒后，将电子标签拆下再次使用冒充真酒的可能；此外，假酒生产厂商伪造仿冒RFID系统的代价太过于高昂基本不可能实现。
四、结语
基于RFID技术的酒类溯源系统从根本上杜绝了假酒的产生，通过从原料，装配，仓储盘点，出货，到零售商一体化监控记录信息的方式保护了消费者和酒类企业的利益。本文介绍了于酒类的EPC标签设计标准，设计出标签的数据格式，提出防伪识别器的概念，搭建了贴有EPC标签的酒类产品流通过程构架。并且该理论数据现已在宁夏的西夏王葡萄酒和河北越千年葡萄酒上所使用和验证和示范。为了挽救前年昌黎葡萄酒的大范围造假案所带来的损失，增加社会公众信任度，迎接新十二五规划对地方经济产业结构的转型。实施RFID技术势在必行，尤其是物联网技术对葡萄的种植源头、生产灌装、仓储环节、物流环节、经销商环节、消费者环节的供应链全程质量安全追溯加强管理，打造政府有效监管，消费者可信的公共服务平台，最后随着产业技术的进步和产品的推广，RFID技术必将从源头解决酒类现存的主要问题，RFID酒类防伪溯源技术前景无限。
第五篇：射频识别技术在医疗护理系统中的应用
射频识别在医疗护理中的技术研究
报
告
2012年1月至2013年8月，苗馆镇卫生院开展了“射频识别在医疗护理中的技术研究”课题，经充分调查和认证，射频识别可以有效改善医疗体系效率低下、医疗服务质量欠佳的就医现状，无疑是推进中国医疗改革事业发展的一把利器。其主要技术要点如下：
（一）调查论证
射频识别(RFID)在医疗、护理领域的潜力巨大，能够帮助医院医疗、药品、人员及管理信息的数字化采集、处理、传输和共享等。特别是在医疗卫生领域的条码化患者身份管理、移动医嘱、诊疗体征录入、移动药物管理、移动检验标本管理、移动病案管理数据保存及调用、婴儿防盗、护理流程、临床路径等管理中，均能发挥重要作用，从而解决医疗平台支撑薄弱、医疗服务水平整体较低、医疗安全生产隐患等问题，实现加速推进医疗信息系统的建设。
（二）射频识别主要功能
RFID移动护理系统，是物联网技术在医疗护理系统中的应用之一。在加强医院的现代化信息管理和提高工作效率的同时，它能给患者带来很多好处，使得隐私得到保护，医疗更加安全。由于采用嵌入式RFID腕带，使得相关医疗信息得到了保密，只有医护人员可以按权限查询患者的信息，保护了患者隐私。并且，采用RFID技术实现对患者诊疗过程中的每个环节得到跟踪确认，协助和指导护士完成医嘱，由于有了医嘱执行项目的电子化确认过程，使护理质量监控和护理工作量的量化成为可能，实现患者诊疗过程的可视化管理。
图一 移动护理系统
移动护理系统是以无线网络技术(如WiFi、3G或LTE)和RFID无线射频识别技术为核心，通过医院管理信息系统和智能型手持移动终端(如PDA等)为移动中的一线医护人员提供随身数据应用的信息服务系统，如图1所示。医护人员查房或者移动的状态下，可通过智能型移动终端的护理人员端软件，通过无线网络实时联机，与医院管理信息系统的数据交互，使医护人员随时随地在手持终端上获取全面医疗数据，而患者可借助佩戴在手上的装有RFID的腕带，在与PC机(或PDA终端)连接的RFID读卡器查询显示该患者目前的检查进度，并可获取全面医疗数据。根据历史记录和临床检查结果，对比患者病情的变化情况，及时会诊和制定治疗方案。
（三）技术规程
1.1 无线实时信息传送
通过无线技术实现数据传递，可快速、正确地将数据信息传送至后端服务器。在数据收集时，以数字化形式储存，并透过无线网络回传至服务器，单张表格实时回传所需时间将缩短为2分钟。无线传输不受地域限制，即使在移动中或是没有Cable线的地方，都能随时将数字数据上传或下载。
1.2 RFID腕带管理
RFID腕带发行管理主要是在后台系统建立起RFID腕带与患者信息的对应关系，患者从挂号开始随身佩戴电子腕带，其中记录了患者的姓名、性别、血型、以往病史、入院生命体征情况等信息，在门诊系统的各个环节，患者均佩戴唯一的电子腕带作为身份识别方式，并可据此在医院提供的自助查询平台进行自助病历查询甚至打印化验单据，在各个关键诊疗环节核对患者身份，保障医疗安全。
1.3 移动护理利用医院管理信息系统生成医嘱执行条目，护士使用移动到患者的床旁，读取患者佩戴的RFID腕带信息，通过无线网络自动将需要执行的医嘱调用，护士通过移动终端记录医嘱具体执行的信息，记录患者生命体征及相关项目，用药、治疗信息确认，实现动态实时的床边护理服务。由于采用移动护理系统，医护人员能更简便的获取、录入患者各种医疗数据的信息，使得护士减少了因查询、核对而产生的打印、抄写工作以及来往护士站与病房之间所化费的时间，大大优化了护士工作流程
1.4 患者跟踪
通过RFID患者定位跟踪系统，使得通过护士站的电子显示屏或医院的监控电脑或医生的随身移动终端，即可掌握患者的物理位置。从而实现了对手术患者、精神患者和智障患者等的24小时实时状态监护，保障住院患者安全。这样也可以限制患者到某些非安全地带，以及避免某些智障患者或老人离开医院而走失。
（四）技术安全性探讨
任何新技术的应用都很可能是一把双刃剑。虽然智能化、行动化的医疗系统能大大提高了医疗服务的质量，优化管理流程，但是在实施过程中也有发现一些问题并需要进一步研究改进，使移动医疗更加完善。个人隐私的泄露
移动护理系统面临信息安全与隐私泄露等带来的更多的威胁，若不能同步的解决，物联网技术在移动医疗护理系统中就得不到真正快速的发展。对护理行为执行时间的正确性和真实性反映有所欠缺。计算机系统若不能正确的记录每一条医嘱，以及遗漏执行某项医嘱等，一定程度上存在医疗安全隐患。
对护理查对制度执行的支持欠缺
移动护理系统存在患者身份识别差错的危险，也无法识别治疗单抄错等情况。特别是对于昏迷、有精神障碍或者新生儿等的查对存在一定隐患。尚无统一标准，存在安全隐患
除了RFID设备的高成本外，标准不健全也是限制物联网技术在医疗领域大展拳脚障碍。RFID对一些人体植入式设备，例如心脏起搏器会否产生安全隐患，RFID低频信号所产生的一些反应，包括不适当的起搏频率，改变起搏率，高电压冲击和设备重新编程等，也是制约RFID在该领域大规模应用的主要原因之一。
（五）技术研究结论
利用射频识别构建电子医疗体系，可以给医疗服务领域带来更多的便利。要提高医疗服务现代化水平，不仅要提高对患者的高精尖的医疗人才的服务，同时还要通过相应的手段来提高医护人员自身的服务能力。通过射频识别可以大幅度降低成本，使医疗监护设备无线化，目的是使患者能够得到更加方便快捷的低成本高质量的服务，最终的目标是使有限的卫生资源得到充分的利用，使医疗资源最大化，使大家能够共享优质医疗资源。
射频识别技术在医疗护理系统中的应用课题组
2013年12月1日
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