RFID

RFID专题:42 标签性能认证

2022-10-18 11:46:52 明申科技 13

6.2.3标签性能认证

最早出现的标签性能认证是来自于阿肯色大学(Arkansas University)主导的阿肯色大学认证(Arkansas Radio Compliance,ARC),也可以认为是标签的射频性能符合性认证。后来这个实验室搬到了奥本大学(Auburn University)。早期的超高频RFID市场中,沃尔玛、梅西百货等零售公司开始大量使用电子标签,由于自身对于超高频RFID技术不了解,委托奥本大学制定一套标签选型的规则。ARC认证主要针对服装和零售行业,制定的测试项目为标签贴在服装、纸板、泡沫塑料等物品上时的性能指标,为一种面向应用的认证。由于这些零售公司的需求不同,ARC认证专门针对这些大公司指定了他们特有的类别,比如一款标签通过了ARC认证的Category M,那么这款标签就可以用于梅西百货的商品标签。ARC认证中具有多企业的Category,管理起来很麻烦,也很难成为一个行业标准,从而GS1推出了TIPP(Tagged-Item Performance Protocol (TIPP) Tagged-Item Grading),其意义是贴标物体的性能协议与定级。ARC评测的目标是标签,而TIPP评测的目标是贴标物体。

01、ARC认证

(1)ARC认证测试环境

ARC认证采用的设备为Voyantic的Tagformance仪器,测试环境为微波暗室中4个不同角度的线极化天线,如图6-35所示。这四个天线分别叫做Ant1、Ant2、Ant3和Ant4,它们与水平的夹角分别为0°、30°、60°和90°。


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图6-35ARC认证测试环境

被测标签放置在转台上,转台可以转动,在ARC认证中转台转动的角度为0°、30°、60°、120°、150°、180°、210°、240°、300°和330°。其中90°和270°时由于是标签极化方向,与天线的方向正交,测试意义不大,如图6-36所示为转台不同角度时标签极化方向与Ant4的极化方向示意图。


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图6-36极化方向示意图

为了保证测试稳定性,测试环境为微波暗室,如图6-37所示为ARC认证实验室中测试环境照片,其中要求每个天线与被测标签的距离应在0.5米到2米之间,图中的天线与被测标签的距离为1.5m。


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图6-37ARC认证实验室中测试环境照片

ARC测试的频率范围为800MHz到1000MHz,步进为1MHz。Voyantic发射的电磁波通过天线到达标签处时能量为-25dBm到10dBm,且0.1dB可调。选择-25dBm到10dbm的范围是因为现在市场上最好的普通标签灵敏度也未到达-25dBm,10dBm灵敏度的标签在实际应用中工作距离为小于0.5米,灵敏度比10dBm还差的标签使用意义不大。

(2)测试流程

测试前应提供500个一卷的干Inlay,这一卷Inlay中如果有坏标签(成卷生产存在良率问题),可以通过黑点标记出来。测试时操作员会随机从这500张标签中抽出一些进行测试,带有黑点表记的会直接丢弃。要求厂商提供干Inlay测试是为了防止作弊,如果提供的是500个湿Inlay那么很有可能厂商会通过精挑细选的方式选出性能达标的标签。

测试内容包括标准测试项和自定义测试项。

标准测试项有两项,分别是单标签测试和多标签靠近测试。如图6-38(a)所示,单标签测试为单标签放置在一种材料的表面,使用Ant1到Ant4进行测试,并记录其灵敏度。这种测试材料种类有:泡沫聚苯乙烯、单壁瓦楞纸板、卡片、塑料、橡胶、玻璃、靠近水(0.3cm)、靠近金属(0.3cm)、带有水的塑料容器、金属表面。在认证测试时,根据分类(Category)中的要求进行测试,比如Category A中的测试项目为单标签在泡沫聚苯乙烯表面,而Category I中的测试项目为单标签在卡片表面。多标签靠近测试如图6-38(b)所示,将10个相同的标签等距离的摆放在一起,其间距为2.54cm或1.27cm。同样,多标签靠近测试时也需要使用Ant1到Ant4,间距的选择与根据分类(Category)中的要求相关。


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(a)单标签测试 (b)多标签靠近测试

图6-38标准测测试项目

自定义测试项由最终客户提出,主要针对牛仔裤、塑料袋、内衣等,标签会以不同的方式放置在这些商品表面或内部,最终要求达到一定的指标。一般情况下采用4天线配合转台测试,需要获得不同标签环境中,不同天线、不同角度的标签灵敏度。

为了方便读者理解ARC认证,这里以Category A为案例进行详解。

测试频率:900 MHz到930 MHz,步进1MHz。

标准测试:单标签在泡沫聚苯乙烯表面;多标签靠近测试距离为2.54cm。

自定义测试:单标签贴在一条牛仔裤的上表面,如图6-39(a)所示;单标签放置在两条牛仔裤中间,如图6-39(b)所示;单标签放置在10条牛仔裤中间,如图6-39(c)所示;10个标签分别贴在10个牛仔裤的上部并堆叠在一起,如图6-39(d)所示。


image.png明申智能卡电子标签,IC卡厂家定制


(a)单标签贴在一条牛仔裤的上表面(b)单标签放置在两条牛仔裤中间


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(c)单标签放置在10条牛仔裤中间(d)10个标签分别贴在牛仔裤的上部并堆叠

图6-39ARC认证Category A

Category A中2个标准测试项和4个自定义测试项完成后,Tagformance会打印6份测试项的测试报告。如表6-7(a)所示为单标签在泡沫聚苯乙烯表面的测试要求,拿出测试报告进行对比,如果每个测试条目都优于表6-7(a)中的要求值则为该测试项通过。同理,表6-7(b)为多标签靠近测试要求;表6-7(c)为单标签贴在一条牛仔裤的上表面测试要求;表6-7(d)为单标签放置在两条牛仔裤中间测试要求;表6-7(e)为单标签放置在10条牛仔裤中间测试要求;表6-7(f)为10个标签分别贴在是个牛仔裤的上部并堆叠在一起测试要求。

表6-7Category A测试要求

(a)标准单标签测试 (b)标准多标签靠近测试


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(c)单标签贴在一条牛仔裤的上表面(d)单标签放置在两条牛仔裤中间


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(c)单标签放置在10条牛仔裤中间(d)10个标签分别贴在牛仔裤的上部并堆叠


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当6份测试项都符合要求时,则测试通过,可以拿到ARC Category A的认证。并且在其关官方网站上会列出该认证过的标签,如图6-40所示为ARC官方网站的截图。对Category A有需求的最终客户可以在ARC官方网站上选择通过认证的标签。


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图6-40ARC Category A认证标签列表

不同的品类(Category)测试的内容和要求不同,比如Category I的自定义部分需要测试内衣塑料袋和牛仔裤,且性能要求也略有不同。ARC至今已经有超过30种测试种类,几乎每次有新的需求就需要增加新的品类(Category)。

02、TIPP认证

基于ARC认证存在的品类过多、缺乏性能评级等问题,由GS1发起的TIPP认证逐渐成为行业的主流。与ARC认证相比,TIPP认证具有三个不同点:针对贴标物体测试,因此不需要指定许多个品类;性能分级,制定几个性能分级,针对贴标后性能差异较大的问题通过分级评测;重视反向散射指标,针对阅读器灵敏度不同的问题,提出标签反向散射强度指标,与正向灵敏度一样重要。

TIPP至今共有8个分级,分别是S05B、S15B、S15D、S20B、M05B、M10B、M15B、M20D。其中第一部分为字母S或M,S代表单标签,M代表多标签;第二部分为数字05、10、15和20代表不同级别,级别越高性能要求越高;最后部分为字母B或D代表类别,不同类别对不同方向和角度的灵敏度要求不同,相当于应用的大类不同。如果被测物品通过了高级别的M15B说明也可以通过M10B和M05B。S15B可以通过S05B的测试,但不能通过S15D的认证,因为属于不同类别。

如表6-8所示为M20D的测试项目和通过要求,其中共有四项:2件堆叠灵敏度(全向)、2件堆叠反向散射能量(全向)、11件堆叠标签灵敏度(0°和180°方向)和11件堆叠反向散射能量(未要求)。对于灵敏度(Sensitivity),要求测试值小于表中的数值;对于反向散射能量,要求测试值大于表中数值。不同级别的TIPP测试项目都与表6-8类似,只是要求指标不同。

表6-8M20D 测试项目及通过要求


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TIPP的测试环境与ARC的完全相同,因此不需要做任何调整。测试时需要注意的是贴标物体的方向需要保持一致,如不同会引起系统误差,因此TIPP规定了贴标位置和方向。如图6-41所示为贴标物体为大衣、衬衣和袜子且对天线1时,其上方(Top)和前方(Front)的定义。


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图6-41TIPP规定中贴标位置和方向

最终用户可以根据自己商品的管理特点,选择合适的分级,如图6-42(a)的珠宝类选择S15B的分级,而图6-42(b)T恤选择M20D分级。这是因为珠宝类都是分散摆放的,加上标签的尺寸不大,因此选择S15B;T恤经常堆叠,且批量识别距离应尽量好,因此选择M20D。


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(a)珠宝类标签 (b)T恤类标签

图6-42不同商品标签的TIPP分级

TIPP认证由于增加了反向散射能量强度要求,设计难度较ARC有所提高,但从实际应用角度看,对行业的发展具有正向意义。TIPP分级的管理方式也给系统集成商带来了许多便利。


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