射频识别技术

射频识别技术 射频识别技术(RFID) 射频识别技术(Radio Frequency Identification-RFID)是从20世纪90年代兴起并逐渐走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到目标识别和数据交换目的。射频识别系统的种类很多，可以进行如下简单分类: 按工作频率又分为低频、中频及高频系统。 远距离射频识别系统主要是指高频系统，它又分为超高频(UHF)850,950MHz，和微波频段2.45GHz及5.8GHz两种。其特点是读写距离远、读写速度极快、抗干扰能力强，因此特别适合高速运动物体的识别，如高速公路不停车收费、火车运行监控等。但此系统目前价格较贵，一张标签的市场价在200元以上。 按标签的照能量供给方式的不同，射频识别系统又可以基本分为被动和主动两类，其中被动标签与读写器之间的通信，都依赖于读写器天线所发出的能量;而主动标签与读写器之间通信所需的能量则由标签所附的电池提供，主动标签可以主动发出射频信号。被动系统一般适用于低成本，低速度的近距离读写，而主动系统适用于远距离读写。 射频识别系统的关键设备主要有以下三个部分: (1)电子标签 电子标签是射频设别系统的核心，用于保存被标识物体的属性、状态、编号等信息。 一般电子标签由标签天线和标签专用芯片(IC)组成，具有能量接收、信息收发和有限的数据存储功能。它可以分为有源标签和无源标签，有源标签内装电池，无源标签没有内装电池。两者的特点比较如下: 有源标签 无源标签 电池供电 不需要电池，利用接收到的无线电波能量工作 卡的外型尺寸大，较厚，较重，使用受到限制 外型小巧，轻，薄，安装方便，适合各种使用 价格较高 价格便宜，且随着集成电路技术的发展而迅速下降 在同样读写距离下，读写器可以发射较小功率 读写器输出功率相对较大 (2)阅读器 阅读器是用于阅读、以及向标签写入数据的装置，一般阅读器是针对特定的电子标签而设计的，其主要功能是:查阅电子标签中当前贮存的数据信息;重新写入电子标签中的数据信息。 (3) 天线 天线的作用是与读写器连接、向电子标签发送信号，并从电子标签接收返回信号。 射频识别系统的原理如下: 其工作原理是: (1) 当装有电子标签的物体接近微波天线时，读写器受控发出微波查询信号; (2) 安装在物体面的电子标签收到读写器的查询信号后，根据查询信号中的命令要求，将标签中的数据信息反射回电子标签读出装置。 (3) 读写器接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经读写器内部微处理器处理即可将电子标签贮存的识别代码等信息分离出来。 (4) 利用这些识别代码，便可通过计算机中预先建立的数据库，查出有关该物体的详细信息资料。 射频识别系统(RFID)按照能量供给方式的不同，RFID标签可以分为被动标签，半被动标签，半主动标签和主动标签，其中被动标签与读写器之间的通信，都依赖于读写器天线所发出的 能量;而主动标签与读写器之间通信所需的能量则由标签所附的电池提供，主动标签可以主动发出射频信号。 按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同，LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁反射原理。 不同频段标签芯片的基本结构类似，一般都包含射频前端、模拟前端、数字基带和存储器单元等模块。其中，射频前端模块主要用于对射频信号进行整流和反射调制;模拟前端模块主要用于产生芯片内所需的基准电源和系统时钟，进行上电复位等;数字基带模块主要用于对数字信号进行编码解编码以及进行防碰撞的处理等;存储器单元模块用于信息存储。 无源微波RFID标签的工作距离可以超过1米，无源超高频RFID标签的工作距离可以达几米，对无源RFID系统而言，读些距离越远，对读写器和天线要求也就更高，价格也就越贵。 中国在LF和HF频段RFID标签芯片设计和生产已具有一定的水平，与国际主要的差距存在于片上天线与芯片的集成上。在UHF频段和微波频段(2.45GHz及5.8GHz)相对于国外的技术水平，国内的研究还处于起步阶段，尚无相应产品。 射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数。目前，长距离射频识别系统的价格还很贵，因此寻找提高其读写距离的方法很重要。影响射频卡读写距离的因素包括天线工作频率、阅读器的RF输出功率、阅读器的接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和射频卡的耦合度，以及射频卡本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的，写入距离大约是读取距离的40%,80%。 在微波频段，天线与标签芯片之间的匹配问题变得非常敏感，天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。 RFID 天线的增益和是否使用有源的标签芯片将影响系统的使用距离。乐观的考虑，在电磁场的辐射强度符合UK的相关时，2.45 GHz 的无源情况下，全波整流，驱动电压不大于3伏，优化的RFID天线阻抗环境(阻抗 200 或 300 欧姆)，使用距离大约是1米[3]。如果使用WHO限制[4]则更适合于全球范围的使用，但是作用距离下降了一半。这些限制了读卡机到标签的电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片作用距离可以达到5到10米。