Eingehende Analyse: Komponenten eines RFID-Tags

Die IoT gilt nach dem Computer und dem Internet als dritte Welle der Informationsindustrie. Im Zuge seiner Realisierung braucht es die Zusammenarbeit vieler hoher und neuer Technologien. RFID ist als eine der zehn wichtigsten Technologien des 21. Jahrhunderts ein wichtiger Eckpfeiler des IoT. In Kombination mit dem Internet, der Kommunikation und anderen Technologien kann RFID dies erreichen globales Tracking und Informationsaustausch. RFID-Tags sind der kritischste und bekannteste Teil, der tief in unser tägliches Leben eingedrungen ist.

Heutzutage erscheinen RFID-Tags in verschiedenen Formen in unserer Vision, was unser Leben bequemer und intelligenter macht. RFID-Chips können an fast jedem Ort angebracht werden: an Kleidung, Schuhen, Fahrzeugen, Behältern und sogar an Pflanzen, Tieren und Menschen (als Implantate). Mikrochips sind sogar an Insekten befestigt. Schauen wir uns heute das RFID-Tag genauer an und enthüllen es.

Komponenten eines RFID-Tags

Das RFID-Tag ist eine der wichtigen Komponenten des RFID-Systems, das hauptsächlich aus drei Teilen besteht: Chip, Antenne und Substrat. Der Chip enthält eine logische Steuereinheit, einen Speicher und einen Transceiver zum Decodieren, Entschlüsseln und Überprüfen von Fehlern. Die Antenne wird verwendet, um HF-Signale vom Lesegerät zu empfangen oder seine Identifikationsinformationen zu senden. Das Substrat ist der Träger des Chips und der Antenne, die sie zusammenhalten.

Diese drei Teile sind unverzichtbar. Sie bestimmen und beeinflussen die Leistung und Anwendungsumgebung von RFID-Tags. Unterschiedliche Chips, Antennendesigns und Substrate aus unterschiedlichen Materialien können zu RFID-Tags mit unterschiedlichen Funktionseigenschaften kombiniert werden, um eine Vielzahl von Anforderungen zu erfüllen.

RFID-Chip (IC)

Die RFID-Chip, auch bekannt als IC (kurz für Integrated Circuit), wird normalerweise von Halbleiterherstellern entworfen und hergestellt. Es ist ein kleiner Mikroprozessor mit einer Logikeinheit, die Entscheidungen trifft und Speicher zum Speichern von Daten bereitstellt.

Integrierte Schaltkreise benötigen zum Betrieb die Stromversorgung. Diese Energie kann von der Batterie auf dem Etikett (im aktiven Etikett) oder von der Funkenergie kommen, die von der Antenne des Interrogators (im passiven Etikett) abgestrahlt wird. Ein Teil der integrierten Schaltung dient zur Steuerung der Stromversorgung.

Integrierte Schaltungen können eine große Anzahl von Mikrotransistoren in einen kleinen Chip integrieren. Im Jahr 2006 lag die Chipfläche zwischen einigen Quadratmillimetern und 350 mm² mit bis zu einer Million Transistoren pro mm².

In den letzten Jahren, mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie, sind integrierte Schaltkreise in einer kleineren Größe verfügbar, so dass jeder Chip mehr Schaltkreise einkapseln kann. Die Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltkreisen verdoppelt sich alle 1.5 Jahre. Dies erhöht die Kapazität pro Flächeneinheit, senkt die Kosten und erhöht die Funktionalität. Der Tag-IC verbraucht effizienter Strom und benötigt weniger Strom für den Betrieb, wodurch die Lesereichweite des passiven Tags erhöht wird.

RFID-Chip-Klassifizierung

KategorieFrequenzProtokollGemeinsamer Chip
LF RFID Chip125kHz ~ 134.2kHzISO7814, ISO7815TK4100,EM4200,T5577,EM4305,SIC7888
HF RFID Chip13.56MHzISO14443, ISO15693 , ISO18000-3MMIFARE Classic EV1 - NTAG 213/215/216, SRI512, ICODE SLIX
UHF-RFID-Chip860MHz ~ 960MHzISO / IEC 18000-6CHiggs 3, Higgs 4, EM4325, EM4423, Monza 4QT, Ucode HSL

RFID-Tag-Antenne

Die RFID-Tag-Antenne ist eine Art Kommunikationsinduktionsantenne, die mit der integrierten Tag-Schaltung verbunden ist, die ein wichtiger Bestandteil des RFID-Tag-Transponders ist. Die Antenne empfängt das Signal vom Interrogator und sendet oder reflektiert das empfangene Signal je nach Tag-Typ. Bei aktiven Tags werden Signale übertragen. Bei semi-passiven oder passiven Tags werden die Signale reflektiert. Bei passiven Tags sammelt die Antenne auch Energie aus den Funkwellen und speist die integrierte Schaltung.

Die Antennengeometrie wird durch die Frequenz bestimmt, mit der das Tag arbeitet. Obwohl das Tag möglicherweise denselben IC verwendet, ermöglichen Änderungen des Antennendesigns, dass das Tag völlig unterschiedliche Eigenschaften und Verhaltensweisen aufweist. Die Antenne kann die Form einer Spiralspule, eines einzelnen Dipols, eines doppelten Dipols (einer senkrecht zum anderen) oder eines gefalteten Dipols annehmen.

Unter diese GrundtypenAbhängig von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und den Fähigkeiten des Konstrukteurs gibt es viele Variationen in der Antennenform. Unterschiedliche Frequenzen und Materialien können sich auch auf das Antennendesign auswirken. Beispielsweise weisen die HF-Antenne und die UHF-Antenne aufgrund ihrer unterschiedlichen Arbeitsprinzipien unterschiedliche Antennendesigns auf. Es gibt auch Unterschiede bei der Herstellung von Antennen. Grundlegende Parameter und technische Anzeigen der beiden Antennen (wie in der folgenden Tabelle gezeigt):

Hochfrequenzantenne
MaterialFrequenz
Aluminium30 um / 10 um13.56 ± 0.2 M Hz
HAUSTIER38μm
Ultrahochfrequenzantenne
MaterialFrequenz
Aluminium10μm860 ~ 960MHz
HAUSTIER50μm

Antennenklassifizierung

Aufgrund des Unterschieds in Drahtmaterial, Materialstruktur und Herstellungsverfahren kann die RFID-Tag-Antenne in die folgenden Kategorien unterteilt werden: geätzte Antenne, gedruckte Antenne, gewickelte Antenne, Zusatzantenne, Keramikantenne usw.

1 、 Geätzte Antenne (Kupfer geätzte Antenne und Aluminium geätzte Antenne)

Die geätzte Antenne ist das gängige Herstellungsverfahren für RFID-Antennen, die den höchsten Marktanteil und die ausgereifteste Technologie aufweisen. Es gibt zwei Methoden: die traditionelle Ätzmethode und die Präzisionsätzmethode.

Der größte Unterschied zwischen beiden besteht darin, dass die Präzisionsätzantenne glatte Linien und eine geringe Toleranz der Linienbreite aufweist. Die minimale Linienbreite des Aluminiumätzens kann 0.1 mm erreichen, und die minimale Linienbreite der Kupferätzantenne kann 0.05 mm erreichen, aber die Kosten sind relativ hoch.

Aus dem Material kann es in PET-Antennen, PI-Antennen (Polyimidantennen), PCB-Antennen usw. unterteilt werden, in denen PI-Antennen hauptsächlich für Hochtemperaturbeständigkeit, chemische Beständigkeit und andere spezielle Umgebungen verwendet werden, während PCB-Antennen geeignet sind für Anti-Metall-Tags.

2. Gedruckte Antenne (einschließlich 3D-gedruckter Antenne)

Die gedruckte Antenne verwendet direkt spezielle leitfähige Tinte oder Silberpaste, um die Antennenschaltung auf das Substrat zu drucken. Das ausgereiftere Verfahren ist der Tiefdruck oder der Siebdruck. Es hat den Vorteil, dass keine Ätzung, keine offensichtliche Verschmutzung, ein kurzer technologischer Prozess, eine schnelle Lieferung und niedrige Kosten möglich sind.

Aufgrund des großen Widerstands an leitfähiger Tinte oder Silberpaste und des großen Unterschieds in der Leistung leitfähiger Materialien wird die Leistung jedoch mit der Zeit abnehmen. Und es gibt immer noch einige Probleme hinsichtlich der Konsistenz und Haltbarkeit der UHF-Antenne.

3 、 Wickelantenne (Kupferwickelantenne)

Eine kupfergewickelte Antenne wickelte die Spule unter Verwendung der Spulenwicklungsmethode auf das Wickelwerkzeug und befestigte sie. Es wurde eine bestimmte Anzahl von Windungen entsprechend den unterschiedlichen Frequenzanforderungen gewickelt. Die Antenne wird hauptsächlich für Niederfrequenz- (125-134 kHz) und Hochfrequenz- (13.56 MHz) Tags verwendet, jedoch selten für UHF (mit Ausnahme der mit UHF-Mikromodulen gekoppelten Antenne).

Der größte Vorteil ist, dass es bei kleinem Antennenbereich oder Volumen immer noch eine gute Leistung zeigt. Aber seine Nachteile: geringe Produktionseffizienz, hohe Kosten, hohe Produktdicke, nicht biegefest.

4 、 Keramikantenne

Die Keramikantenne verwendet Keramiksubstrat (Aluminiumoxid) als Substrat und Silberpaste als Drahtkörper. Das Antennenmuster wird auf das Substrat gedruckt und dann bei hoher Temperatur gesintert, um eine Antennenschaltung zu bilden.

Die Keramikantenne zeichnet sich durch eine stabile Leistung und eine starke Anpassungsfähigkeit an die Umgebung aus. Aber es kostet zu hoch und ist nicht einfach zu installieren. Es ist für UHF-Anti-Metall-Tags und Anti-Demontage-Tags für Windschutzscheiben geeignet.

5 、 Zerbrechliche Antenne

Das Merkmal der zerbrechlichen Antenne besteht darin, die Einzigartigkeit der RFID-Tags zu erkennen. Es wird häufig zu einem Etikett verarbeitet und auf einer flachen und sauberen Oberfläche wie Versiegelung, Glas, Kunststoff oder Kartonverpackung angebracht. Und wenn Sie es entdeckt haben, wird die Antenne zerstört und kann nicht recycelt werden.

RFID-Tag-Substrat

Das RFID-Tag-Substrat ist ein Träger, der den RFID-Chip und die Antenne zusammenhält. Die Markierungsantenne wird auf dem Substrat abgelegt oder gedruckt, und der IC wird dann an dieser Antenne angebracht. Substrate bestehen normalerweise aus flexiblen Materialien wie PVC , PET, Papier, können aber auch aus starren Materialien wie PCB bestehen.

Das Substrat muss in der Lage sein, einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen wie hoher Temperatur, hoher Luftfeuchtigkeit, Sonnenlicht, chemischer Korrosion, Verschleiß usw. standzuhalten. Und Substratmaterialien müssen die Ableitung elektrostatischer Ansammlungen und glatte bedruckte Oberflächen für das Antennenlayout gewährleisten. Haltbarkeit und Stabilität unter verschiedenen Betriebsbedingungen sowie mechanischer Schutz von Antennen, Chips und deren Verbindungen.

Außerdem kann das Substratmaterial die Entwurfsfrequenz der Antenne beeinflussen; Daher muss der Einfluss des Substratmaterials bei der richtigen Abstimmung der Antenne berücksichtigt werden.

RFID-Tag-Kapselung

Es gibt viele Verpackungsformen von RFID-Tags, und sie sind nicht durch Größe und Standardform eingeschränkt, und auch ihre Zusammensetzung ist unterschiedlich. Daher sind auch Verpackungsprozesse wie Antennenherstellung, Stoßbildung, Spanbindung und Verbindung vielfältig.

1. RFID-Inlay

RFID-Inlay ist die einfachste Form des RFID-Tags. Sie können es als halbfertig ansehen, da alle RFID-Tags als Inlay beginnen. Tatsächlich handelt es sich jedoch um ein RFID-Etikett mit allen Funktionen. Ein Inlay besteht aus einer IC-Antenne, die am Substrat angebracht ist.

2. RFID-Etikett

Art des Klebers: Es ist das gängigste Produkt in der praktischen Anwendung. Dieses Etikett hat eine Klebeschicht und lässt sich leicht auf die Gegenstände kleben. Es eignet sich für Luftgepäcketiketten, Palettenetiketten usw.

Tag-Typ: Es ist weit verbreitet in Kleidung und Artikeln, die sich durch die kompakte Größe auszeichnen und recycelt werden können.

3. RFID-Karte

Laminierter Typ: Es gibt zwei Arten: Schmelzdruck und Dichtungsdruck. Das Schmelzen und Pressen erfolgt durch Erhitzen und Pressen aus Inlay-Folie und oberen und unteren PVC-Folien. Das PVC-Material wird mit Inlay verschmolzen und dann gestanzt und auf die angegebene Größe zugeschnitten. 

Klebetyp: Das obere und untere Material von Transponder werden durch Papier oder andere Materialien durch Kaltkleber zusammengeklebt und dann in Karten verschiedener Größen gestanzt.

4 、 Speziell geformtes Etikett

RFID-Armbänder: RFID-Armbänder sind leicht zu tragen und in einer Vielzahl von Materialien erhältlich, z. B. Silikonarmbänder, gewebte Armbänder, Papierarmbänder, PVC-Armbänder, die zum Einmalgebrauch (z. B. für medizinische Zwecke) oder zur Wiederverwendung verwendet werden können. Sie werden häufig in Vergnügungsparks, Strandbädern, Großveranstaltungen oder Aktivitäten usw. verwendet.

RFID Keyfob: Es besteht im Allgemeinen aus ABS und klebtropfenden Materialien, klein und exquisit. Der RFID-Schlüsselanhänger ist in verschiedenen Formen erhältlich, z. B. Wassertropfen, Kreise, Quadrate, Tierformen usw. Er ist leicht zu tragen und kann an einem Schlüsselbund oder einer Tasche aufgehängt werden, die häufig für die Verwaltung der Zugangskontrolle verwendet werden.

Tiermarken: Tieretiketten unterscheiden sich von anderen Etiketten. Zur Vereinfachung der Tierhaltung werden Tieretiketten häufig in Form von Injektionsglasröhrchen, Ohrmarken, Schnallenarmbändern, eingebetteten Identifikationsstiften usw. verwendet.

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