RFID干货专栏｜42 标签性能认证

RFID干货专栏概述

经过20多年的努力发展，超高频RFID技术已经成为物联网的核心技术之一，每年的出货量达到了200亿的级别。在这个过程中，中国逐步成为超高频RFID标签产品的主要生产国，在国家对物联网发展的大力支持下，行业应用和整个生态的发展十分迅猛。然而，至今国内还没有一本全面介绍超高频RFID技术的书籍。

为了填补这方面的空缺，甘泉老师花费数年之功，撰写的新书《物联网UHF RFID技术、产品及应用》正式出版发布，本书对UHF RFID最新的技术、产品与市场应用进行了系统性的阐述，干货满满！RFID世界网得到了甘泉老师独家授权，在RFID世界网公众号特设专栏，陆续发布本书内容。

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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°。

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。

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。

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。

（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。

（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

（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

（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

（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

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。

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

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。

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。

（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。