RFID的工作原理和RFID的工作頻率

　　RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是電磁理論。它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

　　埃森哲實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家弗格森認(rèn)為RFID是一種突破性的技術(shù)：‘第一，可以識(shí)別單個(gè)的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識(shí)別一類物體;第二，其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來讀取信息;第三，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)物體進(jìn)行識(shí)讀，而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。此外，儲(chǔ)存的信息量也非常大。

　　最基本的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫器和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等這三部分組成構(gòu)成。

　　（1） 電子標(biāo)簽（Tag）：電子標(biāo)簽包含電子芯片和天線，天線在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)，電子芯片用來存儲(chǔ)物體的數(shù)據(jù)，天線用來收發(fā)無線電波。

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

　　無源電子標(biāo)簽：標(biāo)簽內(nèi)部沒有電池，其工作能量均需閱讀器發(fā)射的電磁場(chǎng)來提供，重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、成本低，可制成各種卡片，是目前最流行的電子標(biāo)簽形式。其識(shí)別距離比有源系統(tǒng)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(biāo)簽：通過標(biāo)簽內(nèi)部的電池來供電，不需要閱讀器提供能量來啟動(dòng)，標(biāo)簽可主動(dòng)發(fā)射電磁信號(hào)，識(shí)別距離較長(zhǎng)，通?？蛇_(dá)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(biāo)簽：內(nèi)有電池，但電池只對(duì)標(biāo)簽內(nèi)部電路供電，并不主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，其能量傳遞方式與無源系統(tǒng)類似，因此其工作壽命比一般有源系統(tǒng)標(biāo)簽要長(zhǎng)許多。

　?。?） 讀寫器（Reader）：利用射頻技術(shù)讀寫電子標(biāo)簽的設(shè)備，讀寫器接收電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息，并將其傳送給外部主機(jī)。

　?。?） 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（Computer）：讀寫器通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)的處理、傳輸和通信的功能。

　　RFID的工作原理：

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本模型如下圖所示。其中，電子標(biāo)簽又稱為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體;閱讀器又稱為讀出裝置，掃描器、通訊器、讀寫器（取決于電子標(biāo)簽是否可以無線改寫數(shù)據(jù)）。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間（無接觸）耦合、在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。

　　系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)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卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去;系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理;主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

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

　?。?） 電感耦合。變壓器模型，通過空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)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(shí)別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。識(shí)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(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)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(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。識(shí)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(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（AcTIve Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

　　一套完整的RFID系統(tǒng)， 是由閱讀器與電子標(biāo)簽也就是所謂的應(yīng)答器及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份所組成，其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量，用以驅(qū)動(dòng)電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)， 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。以RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成：感應(yīng)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(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)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(yīng)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)閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時(shí)序。在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)的信息載體，應(yīng)答器大多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無源單元。

　　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(nèi)的符合不同標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)器有無源和有源兩種方式。

　　一、低頻 （從125KHz到134KHz）

　　特性：

　　1. 工作在低頻的感應(yīng)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(zhǎng)大約為2500m.

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

　　3. 工作在低頻的讀寫器在全球沒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(qū)域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對(duì)均勻的讀寫區(qū)域。

　　6．相對(duì)于其他頻段的RFID產(chǎn)品，該頻段數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢。

　　7．感應(yīng)器的價(jià)格相對(duì)與其他頻段來說要貴。

　　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(zhǎng)大概為22m。

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

　　3. 該頻段在全球都得到認(rèn)可并沒有特殊的限制。

　　4. 感應(yīng)器一般以電子標(biāo)簽的形式。

　　5. 雖然該頻率的磁場(chǎng)區(qū)域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對(duì)均勻的讀寫區(qū)域。

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

　　7. 可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中。

　　8. 數(shù)據(jù)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(zhǎng)大概為30cm左右。

　　2． 目前，該頻段功率輸出目前統(tǒng)一的定義（美國(guó)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許多材料，特別是水，灰塵，霧等懸浮顆粒物質(zhì)。相對(duì)于高頻的電子標(biāo)簽來說，該頻段的電子標(biāo)簽不需要和金屬分開來。

　　4． 電子標(biāo)簽的天線一般是長(zhǎng)條和標(biāo)簽狀。天線有線性和圓極化兩種設(shè)計(jì)，滿足不同應(yīng)用的需求。

　　5． 該頻段有很好的讀取距離，但是對(duì)讀取區(qū)域很難進(jìn)行定義。

　　6． 有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，在很短的時(shí)間可以讀取大量的電子標(biāo)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(zhǎng)、傳輸數(shù)據(jù)量大，可靠性高和兼容性好等特點(diǎn)，與無源RFID相比，在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)非常明顯。被廣泛地應(yīng)用到公路收費(fèi)、港口貨運(yùn)管理等應(yīng)用中。