RFID的工作原理和RFID的工作頻率

　　RFID射頻識別是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，其基本原理是電磁理論。它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標簽，操作快捷方便。

　　埃森哲實(shí)驗室首席科學(xué)家弗格森認為RFID是一種突破性的技術(shù)：‘第一，可以識別單個(gè)的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類(lèi)物體;第二，其采用無(wú)線(xiàn)電射頻，可以透過(guò)外部材料讀取數據，而條形碼必須靠激光來(lái)讀取信息;第三，可以同時(shí)對多個(gè)物體進(jìn)行識讀，而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。此外，儲存的信息量也非常大。

　　最基本的RFID系統由電子標簽、讀寫(xiě)器和計算機網(wǎng)絡(luò )等這三部分組成構成。

　?。?） 電子標簽（Tag）：電子標簽包含電子芯片和天線(xiàn)，天線(xiàn)在標簽和讀取器間傳遞射頻信號，電子芯片用來(lái)存儲物體的數據，天線(xiàn)用來(lái)收發(fā)無(wú)線(xiàn)電波。

　　電子標簽按供電方式分為無(wú)源電子標簽、有源電子標簽和半有源電子標簽三種：

　　無(wú)源電子標簽：標簽內部沒(méi)有電池，其工作能量均需閱讀器發(fā)射的電磁場(chǎng)來(lái)提供，重量輕、體積小、壽命長(cháng)、成本低，可制成各種卡片，是目前最流行的電子標簽形式。其識別距離比有源系統要小，一般為幾米到十幾米，而且需要較大的閱讀器發(fā)射功率。

　　有源電子標簽：通過(guò)標簽內部的電池來(lái)供電，不需要閱讀器提供能量來(lái)啟動(dòng)，標簽可主動(dòng)發(fā)射電磁信號，識別距離較長(cháng)，通?？蛇_幾十米甚至上百米，缺點(diǎn)是成本高壽命有限，而且不易做成薄卡。

　　半有源電子標簽：內有電池，但電池只對標簽內部電路供電，并不主動(dòng)發(fā)射信號，其能量傳遞方式與無(wú)源系統類(lèi)似，因此其工作壽命比一般有源系統標簽要長(cháng)許多。

　?。?） 讀寫(xiě)器（Reader）：利用射頻技術(shù)讀寫(xiě)電子標簽的設備，讀寫(xiě)器接收電子標簽的數據信息，并將其傳送給外部主機。

　?。?） 計算機網(wǎng)絡(luò )（Computer）：讀寫(xiě)器通過(guò)標準接口與計算機網(wǎng)絡(luò )連接，計算機網(wǎng)絡(luò )完成數據的處理、傳輸和通信的功能。

　　RFID的工作原理：

　　射頻識別系統的基本模型如下圖所示。其中，電子標簽又稱(chēng)為射頻標簽、應答器、數據載體;閱讀器又稱(chēng)為讀出裝置，掃描器、通訊器、讀寫(xiě)器（取決于電子標簽是否可以無(wú)線(xiàn)改寫(xiě)數據）。電子標簽與閱讀器之間通過(guò)耦合元件實(shí)現射頻信號的空間（無(wú)接觸）耦合、在耦合通道內，根據時(shí)序關(guān)系，實(shí)現能量的傳遞、數據的交換。

　　系統的基本工作流程是：閱讀器通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)工作區域時(shí)產(chǎn)生感應電流，射頻卡獲得能量被激活;射頻卡將自身編碼等信息通過(guò)卡內置發(fā)送天線(xiàn)發(fā)送出去;系統接收天線(xiàn)接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號，經(jīng)天線(xiàn)調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調和解碼然后送到后臺主系統進(jìn)行相關(guān)處理;主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執行機構動(dòng)作。

　　發(fā)生在閱讀器和電子標簽之間的射頻信號的耦合類(lèi)型有兩種。

　?。?） 電感耦合。變壓器模型，通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現耦合，依據的是電磁感應定律，如右圖A所示。電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。識別作用距離小于1m，典型作用距離為10～20cra。

　?。?） 電磁反向散射耦合：雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時(shí)攜帶回目標信息，依據的是電磁波的空間傳播規律，如圖B所示。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統。典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。識別作用距離大于1m，典型作用距離為3—l0m。

　　RFID技術(shù)的基本工作原理并不復雜：標簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（無(wú)源標簽或被動(dòng)標簽），或者由標簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號（AcTIve Tag，有源標簽或主動(dòng)標簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進(jìn)行有關(guān)數據處理。

　　一套完整的RFID系統， 是由閱讀器與電子標簽也就是所謂的應答器及應用軟件系統三個(gè)部份所組成，其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無(wú)線(xiàn)電波能量，用以驅動(dòng)電路將內部的數據送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數據， 送給應用程序做相應的處理。以RFID 卡片閱讀器及電子標簽之間的通訊及能量感應方式來(lái)看大致上可以分成：感應耦合及后向散射耦合兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種式，而較高頻大多采用第二種方式。

　　閱讀器根據使用的結構和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫(xiě)裝置，是RFID系統信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時(shí)閱讀器通過(guò)耦合給無(wú)源應答器提供能量和時(shí)序。在實(shí)際應用中，可進(jìn)一步通過(guò)Ethernet或WLAN等實(shí)現對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。應答器是RFID系統的信息載體，應答器大多是由耦合原件（線(xiàn)圈、微帶天線(xiàn)等）和微芯片組成無(wú)源單元。

　　RFID的工作頻率：

　　目前定義RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻、高頻和超高頻的頻率范圍內的符合不同標準的不同的產(chǎn)品，而且不同頻段的RFID產(chǎn)品會(huì )有不同的特性。其中感應器有無(wú)源和有源兩種方式。

　　一、低頻 （從125KHz到134KHz）

　　特性：

　　1. 工作在低頻的感應器的一般工作頻率從120KHz到134KHz， TI（德州儀器）的工作頻率為134.2KHz。該頻段的波長(cháng)大約為2500m.

　　2. 除了金屬材料影響外，一般低頻能夠穿過(guò)任意材料的物品而不降低它的讀取距離。

　　3. 工作在低頻的讀寫(xiě)器在全球沒(méi)有任何特殊的許可限制。

　　4．低頻產(chǎn)品有不同的封裝形式。好的封裝形式價(jià)格太貴，但是有10年以上的使用壽命。

　　5．雖然該頻率的磁場(chǎng)區域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫(xiě)區域。

　　6．相對于其他頻段的RFID產(chǎn)品，該頻段數據傳輸速率比較慢。

　　7．感應器的價(jià)格相對與其他頻段來(lái)說(shuō)要貴。

　　二、高頻（工作頻率為13.56MHz）

　　特性：

　　1. 工作頻率為13.56MHz，該頻率的波長(cháng)大概為22m。

　　2. 除了金屬材料外，該頻率的波長(cháng)可以穿過(guò)大多數的材料，但是往往會(huì )降低讀取距離。感應器需要離開(kāi)金屬一段距離。

　　3. 該頻段在全球都得到認可并沒(méi)有特殊的限制。

　　4. 感應器一般以電子標簽的形式。

　　5. 雖然該頻率的磁場(chǎng)區域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫(xiě)區域。

　　6. 該系統具有防沖撞特性，可以同時(shí)讀取多個(gè)電子標簽。

　　7. 可以把某些數據信息寫(xiě)入標簽中。

　　8. 數據傳輸速率比低頻要快，價(jià)格不是很貴。

　　三、超高頻（工作頻率為860MHz到960MHz之間）

　　特性：

　　1． 在該頻段，全球的定義不是很相同－歐洲和部分亞洲定義的頻率為868MHz，北美定義的頻段為902到905MHz之間，在日本定義的頻段為950到956之間。該頻段的波長(cháng)大概為30cm左右。

　　2． 目前，該頻段功率輸出目前統一的定義（美國定義為4W，歐洲定義為500mW）。 可能歐洲限制會(huì )上升到2W EIRP（有效全向輻射功率）。

　　3． 超高頻頻段的電波不能通過(guò)許多材料，特別是水，灰塵，霧等懸浮顆粒物質(zhì)。相對于高頻的電子標簽來(lái)說(shuō)，該頻段的電子標簽不需要和金屬分開(kāi)來(lái)。

　　4． 電子標簽的天線(xiàn)一般是長(cháng)條和標簽狀。天線(xiàn)有線(xiàn)性和圓極化兩種設計，滿(mǎn)足不同應用的需求。

　　5． 該頻段有很好的讀取距離，但是對讀取區域很難進(jìn)行定義。

　　6． 有很高的數據傳輸速率，在很短的時(shí)間可以讀取大量的電子標簽。

　　有源RFID技術(shù)（2.45GHz、5.8G）

　　有源RFID具備低發(fā)射功率、通信距離長(cháng)、傳輸數據量大，可靠性高和兼容性好等特點(diǎn)，與無(wú)源RFID相比，在技術(shù)上的優(yōu)勢非常明顯。被廣泛地應用到公路收費、港口貨運管理等應用中。