基于RFID庫(kù)存管理分集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　如測(cè)試表明，沒有任何一個(gè)平面查詢器天線在其整個(gè)平面能實(shí)現(xiàn)百分之百的讀取率，且在查詢器附近有一個(gè)體積不小的射頻黑洞。測(cè)試結(jié)果表明，若適當(dāng)?shù)嘏挪级鄠€(gè)IA，則有望實(shí)現(xiàn)百分之百的讀取。測(cè)試還顯示，適當(dāng)設(shè)計(jì)的分集系統(tǒng)可在整個(gè)表面滿足百分之百的讀取性能要求，且沒有物件數(shù)量的限制。這些結(jié)果只應(yīng)用于可能的不同標(biāo)簽/查詢器組合樣例，其中一些可能會(huì)滿足預(yù)期的性能。

與此同時(shí)，我們還研究了雙回路IA設(shè)計(jì)。很顯然，對(duì)小標(biāo)簽來說，在大的單回路IA設(shè)計(jì)的中心普遍存在著射頻黑洞。對(duì)雙回路IA設(shè)計(jì)的建模結(jié)果表明，與同樣大小的單回路設(shè)計(jì)相比，雙回路設(shè)計(jì)在中心區(qū)的標(biāo)簽讀取效果有顯著改進(jìn)。雖然雙回路IA尚未投放市場(chǎng)，但我們制造了一個(gè)并進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示，對(duì)放置在中心區(qū)標(biāo)簽的讀取有顯著改善，但同樣遭受了在此位置對(duì)稱效應(yīng)的影響。

分集天線

隨后將這些測(cè)試結(jié)果應(yīng)用到分集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，目標(biāo)是針對(duì)庫(kù)存管理應(yīng)用實(shí)現(xiàn)百分之百的讀取率。另一個(gè)目標(biāo)是在對(duì)現(xiàn)有硬件（架子、櫥柜等）不做重大修改的條件下，提供平面設(shè)計(jì)，這樣做不會(huì)減小產(chǎn)品空間而且也美觀。該設(shè)計(jì)還必須考慮到任何可能降低性能的因素，如包裝。我們對(duì)紙板包裝的支架和導(dǎo)管產(chǎn)品以及密封在箔襯袋內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行了大量測(cè)試，還針對(duì)智能圖書架應(yīng)用，對(duì)圖書館內(nèi)的書籍的標(biāo)記和讀取做了很多次測(cè)試。與此同時(shí)，ICD測(cè)試也在進(jìn)行中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)較大的包裝所出的問題最少，從而允許以與RFID查詢器平行的指向使用大的ISO標(biāo)簽。

針對(duì)以支架為對(duì)象的物件級(jí)應(yīng)用來說，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記被認(rèn)為是適當(dāng)?shù)?，因?yàn)闃?biāo)簽實(shí)際上可盡可能近地靠近查詢器。對(duì)于支架類產(chǎn)品，標(biāo)簽如圖9（a）所示置于底部邊緣；甚至在帶箔內(nèi)襯包裝時(shí)，仍可實(shí)現(xiàn)百分之百的讀取。對(duì)以正交指向放置的較大ISO標(biāo)簽進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有在去除鋁箔包裝后，才可實(shí)現(xiàn)百分之百的讀取。對(duì)垂直指向放置、帶鋁箔包裝的ISO標(biāo)簽的測(cè)試結(jié)果不好，這是因?yàn)闃?biāo)簽被夾在金屬之間，從而使標(biāo)簽失調(diào)且也減弱了達(dá)到標(biāo)簽的射頻場(chǎng)強(qiáng)。

　　對(duì)于圖書應(yīng)用，ISO大小的標(biāo)簽被放置在前封面內(nèi)側(cè)的下部（圖9（b））。即使標(biāo)簽與讀寫器成直角，只要書的寬度大于0.2英寸，采用大標(biāo)簽才可以實(shí)現(xiàn)百分之百的讀取。當(dāng)書的寬度太小時(shí)，各本書內(nèi)的標(biāo)簽就會(huì)挨得很近，實(shí)際上對(duì)標(biāo)簽施加了失諧效應(yīng)，從而使讀取變得困難。應(yīng)該指出的是，對(duì)隨機(jī)放置的標(biāo)簽來說，無論怎樣努力都無法實(shí)現(xiàn)百分之百的讀取率，本研究只針對(duì)妥善安置的標(biāo)簽。

在查詢器設(shè)計(jì)的早期發(fā)展階段，人們了解到：所有單回路天線設(shè)計(jì)的組合都可能產(chǎn)生問題，因它們彼此間存在強(qiáng)烈的耦合，使測(cè)得的每個(gè)單回路天線的性能也因此不再有效。對(duì)各種回路組合進(jìn)行多次建模測(cè)試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)魏碗p回路（通常稱為“數(shù)字8”）組合架構(gòu)可互補(bǔ)彼此的覆蓋范圍，早期測(cè)試中也證明了這點(diǎn)。此外，同心環(huán)/“數(shù)字8”間的耦合性預(yù)測(cè)會(huì)很低，后來的測(cè)試證明該指標(biāo)好于-20dB。

最后生成的查詢器設(shè)計(jì)如圖10所示。設(shè)計(jì)時(shí)考慮了要滿足支架和ICD的實(shí)際存儲(chǔ)情況，以及書籍或任何類似大小、類此組成的其它產(chǎn)品的情況。最初的設(shè)計(jì)包括三個(gè)環(huán)路/數(shù)字8對(duì)。這種配置是為預(yù)計(jì)應(yīng)用（支架/ICD/書籍）設(shè)計(jì)的，用來讀取與讀寫器同一平面內(nèi)的任何標(biāo)簽，或任何與讀寫器垂直或平行于側(cè)壁的標(biāo)簽。后來增加了兩個(gè)數(shù)字8來評(píng)估額外的標(biāo)簽取向（垂直和平行于背墻），此舉使其有能力借助單一平面讀寫器配置，來讀取任意指向的標(biāo)簽。設(shè)計(jì)查詢器天線布局和間距的原則，是以最少天線實(shí)現(xiàn)最佳性能。如圖10所示，該布局允許采用多條走線完成PCB的走線長(zhǎng)度。這些靠得很近的長(zhǎng)線段有利于在整個(gè)表面上讀識(shí)標(biāo)簽。

　　對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)的每個(gè)查詢器天線進(jìn)行調(diào)整，以使阻抗匹配有利于標(biāo)簽現(xiàn)場(chǎng)情況。讀寫器的阻抗要求規(guī)定IA應(yīng)滿足50-？的系統(tǒng)特性阻抗。為在標(biāo)簽在場(chǎng)的情況下調(diào)整其反應(yīng)，則標(biāo)簽不在場(chǎng)時(shí)的性能將不再是優(yōu)化的了。在這兩種情況間做了妥協(xié)，以使在任何數(shù)量的標(biāo)簽在場(chǎng)的情況下，匹配都相當(dāng)于VSWR小于2.0:1的情況。先前的研究測(cè)試了讀寫器的性能與VSWR的關(guān)系，情況顯示：除非匹配明顯高于5.0:1的VSWR，否則性能沒有明顯惡化。值得一提的是，從等式1和 2可以看到：為使讀取范圍加倍，由讀寫器產(chǎn)生的IA內(nèi)的電流必須以立方的量級(jí)增加。因功率正比于電流的平方，則讀寫器的功率必須要高64倍才能在該 RFID系統(tǒng)內(nèi)使讀取距離加倍（其中P與r6成比例）；系統(tǒng)內(nèi)合理的VSWR反應(yīng)不會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)電壓的重大損失。

借助商業(yè)讀寫器/多工器和測(cè)試設(shè)置對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行記錄，如圖11。所有8個(gè)天線的映射響應(yīng)如圖12所示。映射響應(yīng)清楚表明，對(duì)許多標(biāo)簽指向來說，都可得到百分之百的讀取率。此外，還發(fā)現(xiàn)存在巨大的天線“冗員”現(xiàn)象，其中標(biāo)簽被一個(gè)以上天線讀取，因此可將參加掃描的天線數(shù)減為三個(gè)，且仍可達(dá)到百分之百的讀取性能。讀寫器/多路復(fù)用器還有可操控多達(dá)256個(gè)查詢器天線的復(fù)用功能。使用由讀寫器/復(fù)用器制造商描述的常用CAT5電纜，可輕松地配置和組裝智能貨車以便容納多達(dá)16個(gè) RFID貨柜，每一個(gè)都可以在16個(gè)天線間切換。借助非平衡變壓器的使用，射頻能量通過四對(duì)CAT5雙絞線電纜（100-）中的一對(duì)傳送，其余6根線用作數(shù)字輸入/輸出（I/O）。在13.56MHz，CAT5電纜的損耗相對(duì)較低，通過100英尺的電纜可實(shí)現(xiàn)百分之百的讀取性能。

　　在這項(xiàng)研究中碰到的幾個(gè)問題可以認(rèn)為是對(duì)一些應(yīng)用的限制，例如捕獲速度。借助整合的復(fù)用技術(shù)，可順序進(jìn)行切換交替；讀寫器捕獲標(biāo)簽所需的時(shí)間與現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)簽數(shù)直接成正比。用所有這8個(gè)查詢器讀取77標(biāo)簽試驗(yàn)臺(tái)所需的時(shí)間為40秒。在研究這些數(shù)據(jù)集之后，確認(rèn)其中5個(gè)查詢器是完全多余的，將它們拿掉后整個(gè)掃描時(shí)間縮短為20秒。在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)支架應(yīng)用來說，我們遇到的情況是不超過50個(gè)產(chǎn)品/貨架，通常是25個(gè)，讀取它們所花的時(shí)間在15秒以內(nèi)。讀寫器的速率是轉(zhuǎn)發(fā)器協(xié)議（指定的標(biāo)簽/秒速率）、防競(jìng)突算法以及讀寫器能力（將數(shù)據(jù)傳遞到主機(jī)的吞吐量）的函數(shù)。好消息是，新的HFGen2RFID標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的進(jìn)度明顯加快，而相應(yīng)的讀寫器/標(biāo)簽應(yīng)在不久就可面市。在該應(yīng)用中，對(duì)時(shí)間的考慮不是重要問題，因?yàn)閹?kù)存更新只需在換班時(shí)進(jìn)行，每天3次。有一些應(yīng)用既要借助RFID跟蹤產(chǎn)品，也需求通過生物識(shí)別技術(shù)（指紋）或ID卡識(shí)別人員，它們發(fā)生在繁忙區(qū)域，其中貨車/貨柜間的讀識(shí)間隔會(huì)很短，這時(shí)掃描時(shí)間就是個(gè)重要參數(shù)了。

　　另一個(gè)潛在的問題與窄的產(chǎn)品相關(guān)，如支架；有一種現(xiàn)象是，當(dāng)貨架沒全滿時(shí)，這些窄的產(chǎn)品有可能“跌倒”。在這種情況下，標(biāo)簽就與讀寫器成直角，且有可能處在無法被讀取的高度，尤其是當(dāng)產(chǎn)品使用小標(biāo)簽時(shí)。為規(guī)避這種情況，需在貨架內(nèi)放置可移動(dòng)的塑料格柵/書檔，以防止產(chǎn)品“跌倒”

隨著價(jià)格便宜的COTS硬件的推出，商家可以配置具有成本效益的分集系統(tǒng)，從而滿足許多庫(kù)存管理應(yīng)用所要求的規(guī)范。這些系統(tǒng)本來就可以是模塊化的，且為將其整合進(jìn)現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行了配置，從而不會(huì)顯著犧牲產(chǎn)品空間，從美學(xué)角度也不會(huì)很難看。整合了復(fù)用技術(shù)的物件級(jí)RFID技術(shù)為許多應(yīng)用提供了可接受的方案，且對(duì)跟蹤諸如支架和ICD等昂貴臨床產(chǎn)品尤其有吸引力。