- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
概论电池辅助的被动式RFID标签
录入：edatop.com 点击：
电池辅助的被动式(Battery-Assisted, Passive，简称BAP) RFID标签所以成为技术议题之一 ，在于其相较于一般被动式RFID标签而言，能在较困难的应用环境中改善标签读取的可靠度，更能符合客户的需求，例如航空零件、工业纸卷等；而相较于主动式RFID标签而言，BAP RFID标签的价格较为经济。
运作原理
RF应答器(transponder)通常被为天线内部电力来源，一般被动式应答器内没有电池，而必须就无线射频所接收到的能量来启动应答器的电路系统(circuitry)与传输讯号给读取器；主动式应答器内含电池可启动应答器并汇集RF能量以应传输；而BAP RFID标签内应答器含电池，用以促使标签启动电路系统或感应器(Sensor)等，藉由读取器讯号所取得能量，来唤醒标签内的晶片(Chip)并提供反向散射(backscatter)讯号。
根据BAP RFID标签业者指出，该标签能汇集反向散射能量，借以降低应答器在反向散射所耗能量，而一般被动式RFID标签在这点只能利用到10%-15%。所以，前者得透过设计以延长电池寿命与扩大通讯范围，标签读取率也就更可靠。
基于这样的原理，BAP RFID标签在应用上有更多的可能：
‧可搭配应用环境在读取距离、读取器可靠度、记忆体空间与感应器等，有更弹性的组合，应用厂商的受限也可以比较少。
‧讯号框架(Single infrastructure)上可应用在不同材质(包括金属、高含水、盒子等)的产品组合，也可以应用于完成品、制造资材、人员。
‧连结于感应网路、强化标签对标签通信、定位等新应用。
技术议题
BAP RFID标签的主要元件有天线、chip与(微)电池、感应器等。
天线设计
BAP RFID标签在接收器的天线设计要能兼顾敏感度与反向散射能量，才能让标签的接收器有最佳的耦合效果。 下图为厂商Intellflex在其BAP RFID标签天线内demodulator与decoder中设计扩大所接收讯号与接收敏感度，借此以取得更好反向散射效果。
另外，为确保可靠的读取率，标签与读取器间的空中介面管理也是相当重要，特别是在多个读取器存在的应用环境下。在封闭的应用系统中固然可以以切割频道(spilt band)来降低读取器彼此在空中介面上的干扰，但在一般应用环境下，则有赖调整电力等级(power leveing)或限制读取器的传输(特别就向前传输forward transmissions)上。这些都将影响BAP RFID标签在天线类型或空间介面沟通上的沟通设定。
电池寿命
BAP RFID标签在设计上要节省电池耗电，需搭配唤醒(Wake-up)机制、运算、感应器上支援等技术配合。在某些BAP RFID标签设计，即将应答器的省电模组预设时点来控制应答器的运作Mode，借此来节省标签内(微)电池的耗电。
另外，现在很多国家都有要求电池的回收措施，这也是需要予以考虑的。
印刷性电池(Printed batteries)
印刷性电池、充电电池( Rechargable batteries，如Infinite Power、Cymbet..等等)的研发，与利用RF讯号、太阳能或动作(motion)来储存电能等，也为电池的未来增添更多技术上可行性。
某些应答器的电池应用软性(printed)电子技术，既轻薄又有弹性，相较于一般的IC与天线制程，该应答器在制程中内嵌电池，这种RFID应答器包括一个以上的电池、一个以上的天线与一个IC来储存资讯。这些应答器厚度小于1 mm，以本刊上期介绍的PowerR标签即具有这样的特色。
在一些特定应用情境下，BAP RFID标签在IC内嵌一个以上的感应器，包括感应于动作、温度、震动、湿度、辐射、气味或气体、重量、药品等，要能有效撷取与利用这些感应资料在控制上要能有RF modem与足够的记忆体空间以写入或写出系统。
整个RFID系统中，搭配应用所需，还可设定Time-dependent警示，例如由IC在当地温度超过预设温度范围时即送出警示讯号给读取器，如图3厂商Alien与3PL Solution曾在冷链管理专案中，提供这样的机制。
与读取器搭配
为了达到更好反向散射效果，某些应答器利用IC来模组化要传输给读取器的资讯，利用IC模组化应答器天线的雷达截面积(radar cross-section，简称RCS)，如此一来能做反向散射的询答射频能量可最大化，应答器的通讯范围也可最大化。
另外，相关业者也正思索如何让一般市面读取器来读取，最好能让既有读取器直接载入一软体(firmware)即可直接读取，以达到更经济配套。
其他
搭配特定应用所需，也可能就应答器中设有控制模组，需要接收到由读取器送出特定命令指令来启动或关闭，甚至在装置外观上搭配LED (light- emitting diode)或LCD ( liquid crystal display LCD)，如此可便于现场人员查觉；例如当产品过期或现场温度不符时，LCD等可透过颜色的改变，让现场人员得以目视察觉，当场即可现场调整。
BAP RFID标签在一些特殊应用情境，如资产或资材定位、有害废弃物的追踪、冷冻链(Cold chain)的温控…等，能克服一般被动式RFID标签所不及之处。以近日波音公司Dreamline 787航机系列维修零件看来，BAP RFID标签似乎可以扩大未来RFID于航机维修零件追踪之应用，未来成长可期。
兹就相关文献所载已知BAP UHF RFID应答器相关专利汇整如下，仅供参考。
表1、已知主要BAP UHF RFID应答器相关专利
运作原理
RF应答器(transponder)通常被为天线内部电力来源，一般被动式应答器内没有电池，而必须就无线射频所接收到的能量来启动应答器的电路系统(circuitry)与传输讯号给读取器；主动式应答器内含电池可启动应答器并汇集RF能量以应传输；而BAP RFID标签内应答器含电池，用以促使标签启动电路系统或感应器(Sensor)等，藉由读取器讯号所取得能量，来唤醒标签内的晶片(Chip)并提供反向散射(backscatter)讯号。
根据BAP RFID标签业者指出，该标签能汇集反向散射能量，借以降低应答器在反向散射所耗能量，而一般被动式RFID标签在这点只能利用到10%-15%。所以，前者得透过设计以延长电池寿命与扩大通讯范围，标签读取率也就更可靠。
基于这样的原理，BAP RFID标签在应用上有更多的可能：
‧可搭配应用环境在读取距离、读取器可靠度、记忆体空间与感应器等，有更弹性的组合，应用厂商的受限也可以比较少。
‧讯号框架(Single infrastructure)上可应用在不同材质(包括金属、高含水、盒子等)的产品组合，也可以应用于完成品、制造资材、人员。
‧连结于感应网路、强化标签对标签通信、定位等新应用。
技术议题
BAP RFID标签的主要元件有天线、chip与(微)电池、感应器等。
天线设计
BAP RFID标签在接收器的天线设计要能兼顾敏感度与反向散射能量，才能让标签的接收器有最佳的耦合效果。 下图为厂商Intellflex在其BAP RFID标签天线内demodulator与decoder中设计扩大所接收讯号与接收敏感度，借此以取得更好反向散射效果。
图1、厂商Intellflex之BAP RFID标签天线图解
另外，为确保可靠的读取率，标签与读取器间的空中介面管理也是相当重要，特别是在多个读取器存在的应用环境下。在封闭的应用系统中固然可以以切割频道(spilt band)来降低读取器彼此在空中介面上的干扰，但在一般应用环境下，则有赖调整电力等级(power leveing)或限制读取器的传输(特别就向前传输forward transmissions)上。这些都将影响BAP RFID标签在天线类型或空间介面沟通上的沟通设定。
电池寿命
BAP RFID标签在设计上要节省电池耗电，需搭配唤醒(Wake-up)机制、运算、感应器上支援等技术配合。在某些BAP RFID标签设计，即将应答器的省电模组预设时点来控制应答器的运作Mode，借此来节省标签内(微)电池的耗电。
另外，现在很多国家都有要求电池的回收措施，这也是需要予以考虑的。
印刷性电池(Printed batteries)
印刷性电池、充电电池( Rechargable batteries，如Infinite Power、Cymbet..等等)的研发，与利用RF讯号、太阳能或动作(motion)来储存电能等，也为电池的未来增添更多技术上可行性。
某些应答器的电池应用软性(printed)电子技术，既轻薄又有弹性，相较于一般的IC与天线制程，该应答器在制程中内嵌电池，这种RFID应答器包括一个以上的电池、一个以上的天线与一个IC来储存资讯。这些应答器厚度小于1 mm，以本刊上期介绍的PowerR标签即具有这样的特色。
图2、厂商PowerID之PowerR标签厚度只有1 mm
在一些特定应用情境下，BAP RFID标签在IC内嵌一个以上的感应器，包括感应于动作、温度、震动、湿度、辐射、气味或气体、重量、药品等，要能有效撷取与利用这些感应资料在控制上要能有RF modem与足够的记忆体空间以写入或写出系统。
整个RFID系统中，搭配应用所需，还可设定Time-dependent警示，例如由IC在当地温度超过预设温度范围时即送出警示讯号给读取器，如图3厂商Alien与3PL Solution曾在冷链管理专案中，提供这样的机制。
图3、厂商Alien与3PL Solution在冷链管理专案中，温度超过预设范围时即送出警示
与读取器搭配
为了达到更好反向散射效果，某些应答器利用IC来模组化要传输给读取器的资讯，利用IC模组化应答器天线的雷达截面积(radar cross-section，简称RCS)，如此一来能做反向散射的询答射频能量可最大化，应答器的通讯范围也可最大化。
另外，相关业者也正思索如何让一般市面读取器来读取，最好能让既有读取器直接载入一软体(firmware)即可直接读取，以达到更经济配套。
其他
搭配特定应用所需，也可能就应答器中设有控制模组，需要接收到由读取器送出特定命令指令来启动或关闭，甚至在装置外观上搭配LED (light- emitting diode)或LCD ( liquid crystal display LCD)，如此可便于现场人员查觉；例如当产品过期或现场温度不符时，LCD等可透过颜色的改变，让现场人员得以目视察觉，当场即可现场调整。
图4、发表于日本BAP网站的BAP试作机搭配LCD
BAP RFID标签在一些特殊应用情境，如资产或资材定位、有害废弃物的追踪、冷冻链(Cold chain)的温控…等，能克服一般被动式RFID标签所不及之处。以近日波音公司Dreamline 787航机系列维修零件看来，BAP RFID标签似乎可以扩大未来RFID于航机维修零件追踪之应用，未来成长可期。
兹就相关文献所载已知BAP UHF RFID应答器相关专利汇整如下，仅供参考。
表1、已知主要BAP UHF RFID应答器相关专利
