无线射频技术

（3）天线 天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或 者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。在RFID系 统中，阅读器必须通过天线来发射能量，来形成电磁场， 通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形 成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。

2 电子标签
电子标签 (Electronic Tag) 也称为智能标签 (Smart Tag) ，是由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标 签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签 是RFID系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发 出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量） 信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工 作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后 反射回阅读器。
四种识别技术的优缺点比较
比较因素 信息载体 信息量 读/写性 读取方式 安全性 智能化 抗干扰性 寿命 成本 四种技术 条码技术 纸、塑料、 金属表面 磁卡技术 IC卡技术 RFID技术 磁性介质 EEPROM EEPROM
小 一般 大 大
只读 读 /写 读 /写 读 /写
激光束扫 描 电磁转换 电擦除、 写入 无线通信

1. 能量供应
阅读器天线线圈激发磁场，其中一小部分磁力线穿过电子 标签天线线圈，通过感应，在电子标签的天线线圈上产生电压U， 将其整流后作为微芯片的工作电源。
电容器Cr与阅读器的天线线圈并联，电容器与天线线圈的电 感一起，形成谐振频率与阅读器发射频率相符的并联震荡回路， 该回路的谐振使得阅读器的天线线圈产生较大的电流。 电子标签的天线线圈和电容器C1构成震荡回路，调谐到阅读 器的发射频率。通过该回路的谐振，电子标签线圈上的电压U达到 最大值。这两个线圈的结构可以被解释为变压器（变压器的耦 合）。
电磁反向散射RFID系统
1 反向散射调制 电磁波从天线向周围空间发射，到达目标的电磁波 能量的一部分（自由空间衰减）被目标吸收，另一部分 以不同的强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分 最终会返回发射天线，称其为回波。在雷达技术中，用 这种反射波测量目标的距离和方位。 在RFID系统中，利用电磁波反射完成从电子标签到 阅读器的数据传输，主要应用于915MHz、2.45GHz甚至 更高频率的系统中。该RFID系统工作分为以下两个过 程：
四、RFID的种类

便携式数据文件是指标签中存储的数据非常大，可以 看作是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程 的，如包装说明、工艺过程说明等。
三、RFID的工作原理及过程
RFID系统原理 基本工作原理：由阅读器通过发射天线发送特 定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域 时产生感应电流，从而获得能量、电子标签被激活， 使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发 送出去；阅读器的接收天线接收到从标签发送来的 调制信号，经天线调节器传送到阅读器信号处理模 块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统 进行相关的处理；主机系统根据逻辑运算识别该标 签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制， 最终发出指令信号控制阅读器完成相应的读写操作。
二、RFID系统的组成
（2）射频标签的分类 按内部使用存储器类型的不同，可分为：只读标签 和 可 读可写标签。 只读标签内部只有只读存储器和随机存储器。 可读可写标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲 存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。
二、RFID系统的组成
（2）射频标签的分类 按标签中存储器数据存储能力的不同，可分为：标识标 签与便携式数据文件。 标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识 项目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的 详细的特定信息，只能在与系统相连接的数据库中进 行查找。
二、RFID系统的组成
（2）射频标签的分类 按标签获取电能的方式不同，可分为：有源射频标签(主 动式标签)和无源射频标签(被动式标签) 有源射频标签内部自带电池进行供电，电能充足、工 作可靠性高、信号传送的距离远。 无源射频标签内部不带电池，要靠外界提供能量。无 源射频标签具有永久的使用期，支持长时间的数据传 输和永久性的数据存储。 缺点：数据传输的距离要比有源射频标签小
天线 射频接口 调制器 解调器 电压调节器 ERPROM ROM 逻辑控制单元
图 4-3 电子标签
二、RFID系统的组成
射频标签具有如下功能： 具有一定容量的存储器，用以存储被识别对象的信息。 在一定的工作环境及技术条件下标签数据可读写。 具有确定的使用期限，使用期限内无需维修。 维持对识别对象的识别及相关信息的完整。 数据信息编码后，工作时可传输给读写器。 可编程，且一旦编程后，永久性数据不能再修改。 对于有源标签，通过读写器能显示出电池的工作情况。
差 一般 好 好
无智能 无智能 智能 智能
差 较差 好 很好
较短 最低 短 长 低 较高
最长 较高
二、RFID系统的组成
二、RFID系统的组成 RFID系统主要由两部分组成：读写器和射频标签，如下图所 示。
读
计算机 网络 系统 写 器
射 频 签
标
1. 阅读器
阅读器（Reader）又称读写器。阅读器主要负责 与电子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制 指令。阅读器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功 率决定了射频识别的有效距离。阅读器根据使用的结构 和技术的不同可以是读或读 /写装置，它是RFID系统信 天线 射频接口 逻辑控制单元 息控制和处理中心。 发射器 微控制器 阅读器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部 接收器 应用接口驱动 分组成。


电磁反向散射耦合基于雷达模型，发射出去的电磁波碰到 目标后反射，同时携带目标信息，依据的是电磁波的空间 传播规律。该方式一般适用于高频、微波工作的远距离 RFID系统，典型的工作频率：433MHz，915MHz， 2.45GHz和5.8GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距 离为4~6m。

三、RFID的工作原理及过程
RFID的工作过程
标签与阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式 进行的。
① 读写器将设定数据的无线电载波信号经过发射天线向外发射。 ② 当射频标签进入发射天线的工作区时，射频标签被激活后即将自身信息代码经 天线发射出去。 ③ 系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号，经天线的调制器传给读写器。 读写器对接到的信号进行解调解码，送后台电脑控制器。 ④ 计算机控制器根据逻辑运算判断该射频标签的合法性，针对不同的设定做出相 应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。 ⑤ 执行机构按计算机的指令动作。 ⑥ 通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，根据不同的 项目设计不同的软件来完成要达到的功能。

从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式来看，系 统一般可以分为两类：电感耦合（Inductive Coupling） 系统和电磁反向散射耦合（Backscatter Coupling）系统。 电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁 感应定律。该方式一般适合于中、低频工作的近距离RFID 系统，典型工作频率：125kHz，225kHz，和13.56MHz。 识别作用距离一般小于1m，典型作用距离为0~20cm。
一、射频识别技术
一.什么是RFID？ RFID是Radio FrequencyIdentification 的缩写，即射频识别。常称为感应式电子晶 片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子条码 等等，俗称电子标签。
一、射频识别技术

射频识别技术 射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术

Байду номын сангаас
通过射频信号自动识别目标对象来获取相关数据
电感耦合RFID系统
电感耦合工作方式对应于ISO/IEC14443协议。电感耦合 电子标签由一个电子数据作为载体，通常由单个微芯片及天线 （大面积线圈）等组成。在标签中的微芯片工作所需的全部能 量由阅读器发送的感应电磁能提供。高频的强电磁场由阅读器 的天线线圈产生，并穿越线圈横截面和周围空间，以使附近的 电子标签产生电磁感应。
时钟发生器 供电 主机系统 电压调节器 存储单元


（1）射频接口模块主要任务和功能： ①产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。 ②对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。 ③接收并调制来自电子标签的射频信号。 注意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来 往于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。 （2）逻辑控制单元也称读写模块，主要任务和功能： ①与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发 送来的指令。 ②控制阅读器与电子标签的通信过程。 ③信号的编码与解码。 ④对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。 ⑤执行防碰撞算法。 ⑥对阅读器和标签的身份进行验证。
（1）标签接收读写器发射的信号，其中包括已调制载波 和未调制载波。当标签接收的信号没有被调制时，载波能 量全部被转换为直流电压，该电压供给电子标签内部芯片 能量；当载波携带数据或者命令时，标签通过接收电磁波 作为自己的能量来源，并对接收信号进行处理，从而接收 读写器的指令或数据。 （2）标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制 载波，载波能量一部分被标签转化成直流电压，供给标签工作； 另一部分能量被标签通过改变射频前端电路的阻抗调制并反射 载波来向读写器传递信息。
电子标签内部各模块的功能： （1）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。 （2）电压调节器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容 存储能量，再通过稳压电路以提供稳定的电源。 （3）调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅 读器。 （4）解调器：去除载波，取出调制信号。 （5）逻辑控制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。 （6）存储单元：包括ERPROM和ROM，作为系统运行及存放识别数据。
阅读器 电子标签
C1 Cr
C2
芯 片
BP 解调
fs fH
图 4-5 电感耦合型 RFID 系统

2 数据传输
对于电子标签和阅读器天线之间的作用距离不过 0.16 ， 并电子标签处于近场范围内，电子标签与阅读器的数据传输为负 载调制（电感耦合、变压器耦合）。 如果把谐振的电子标签放入阅读器天线的交变磁场，那么电 子标签就可以从磁场获得能量。采用从供应阅读器天线的电流在 阅读器内阻上的压降就可以测得这个附加的功耗。电子标签天线 上负载电阻的接通与断开促使阅读器天线上的电压发生变化，实 现了用电子标签对天线电压进行振幅调制。而通过数据控制负载 电压的接通和断开，这些数据就可以从标签传输到阅读器了。 此外，由于阅读器天线和电子标签天线之间的耦合很弱， 因此阅读器天线上表示有用信号的电压波动比阅读器的输出电压 小。在实践中，对13.56MHz的系统，天线电压（谐振时）只能 得到约10mV的有用信号。因为检测这些小电压变化很不方便， 所以可以采用天线电压振幅调制所产生的调制波边带。如果电子 标签的附加负载电阻以很高的时钟频率接通或断开，那么在阅读 器发送频率将产生两条谱线，此时该信号就容易检测了，这种调 制也称为副载波调制。
2 反向散射调制的能量传输
电磁波从天线向周围空间发射，会遇到不同的目标。到 达目标的电磁波能量一部分被目标吸收，另一部分以不同的 强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分最终返回发射 天线。
RFID 技术特征 （1）数据的无线读写（Read Write）功能 （2）容易小型化和多样化的形状 （3）耐环境性 （4）可重复使用 （5）穿透性 （6）数据的记忆容量大 （7）系统安全 （8）数据安全
利用无线电波进行双向通信的一种自动识别技术，完成 识别工作时无需人工干预，适于实现自动化且不易损坏， 可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快 捷方便。 射频卡不怕油渍、灰尘污染等，短距离的射频卡可以在 这样的环境中替代条码，长距离的产品多用于交通中， 距离可达几十米。


一、射频识别技术