物联网射频识别(RFID)技术与应用 - 第2章
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
第2章 RFID工作频率及无线传输
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.1
RFID工作频率
2.2
RFID工作波长
2.3
RFID无线传输
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.1
RFID工作频率
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.1.3 RFID使用的频段
射频识别（RFID）产生并辐射电磁波，但是RFID 系统要顾及其他无线电服务，不能对其他无线电服务造 成干扰，因此RFID系统通常使用为工业、科学和医疗特 别保留的ISM频段。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.2
RFID工作波长
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
见的距离内，电波直接从发射点传到接收点的一种传播 方式。收发天线之间电波传播所经历的空间，存在着对 电波传播起主要作用的空间区域，这个空间区域称为传 播主区，传播主区可以用菲涅尔区的概念来表示。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
RFID工作频率的选择，要顾及其它无线电服务，不能 对其它服务造成干扰和影响，因而RFID系统通常只能使用特 别为工业、科学和医疗应用而保留的ISM频率。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
1. 频率6.78MHz 2. 频率13.56MHz 3. 频率27.125MHz 4.频率40.680MHz 5. 频率433.920MHz 6. 频率869.0MHz 7. 频率915.0MHz 8. 频率2.45GHz
物联网射频识别（RFID）技术与应用
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.1.2 ISM频段
ISM频段（Industrial Scientific Medical Band）主要是 开放给工业、科学和医用三个主要机构使用的频段。ISM频 段属于无许可（Free License）频段，使用者无需许可证， 没有所谓使用授权的限制。
微波RFID的工作波长较短，电子标签基本都处 于读写器天线的远区，电子标签获得的是读写器的辐 射信号和辐射能量。微波RFID系统的阅读距离一般大 于1 m，典型情况为4 m～7 m，最大可达10 m以上。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
RFID电磁反向散射工作方式
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
（2） 直射、反射、绕射和散射 当有障碍物（包括地面）时，RFID电波传播存在
直射、反射、绕射和散射等多种情况，这几种情况是在 不同传播环境下产生的。
◆ 直射 ◆ 反射 ◆ 绕射 ◆ 散射
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（3）视距传播与菲涅耳区 视距传播是指发射天线和接收天线在相互能看得
物联网射频识别（RFID）技术与应用
RFID电感耦合工作方式
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2. 常用的RFID系统
RFID电感耦合方式使用的频率主要为13.56MHz。除 此之外，RFID也采用其它频率。
（1）小于135 kHz的RFID系统。 （2）6.78 MHz的RFID系统。 （3）13.56 MHz的RFID系统。 （4）27.125 MHz的RFID系统。
2.2 RFID工作波长
不同频率的电磁波所对应的波长不同，其传播方 式和工作特点也各不相同，本节将介绍低频、高频和微 波时RFID的工作波长。
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2.2.1 电磁波的速度
1. 空气中 在空气中，电磁波的速度为
v c 1 3108 m/s (2.1)
为了获得自由空间的传播条件，只要保证在一定 的菲涅耳区域内满足“自由空间的条件”就可以了，这 个区域称为最小菲涅耳区。最小菲涅耳区半径为
F0 0.577
d1d 2
d
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
（4）电磁波的损耗 当电波在有耗媒质中传播时，如遇到潮湿木材、
海水产品、各种动物、金属时，媒质的电导率大于零， 媒质会损耗能量。在RFID环境中，若媒质的电导率越大、 RFID的工作频率越高，电波衰减就越大。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
（1）800/900MHz RFID系统 860～960 MHz是EPC Gen2标准描述的第二代EPC标
签与读写器之间的通信频率。我国800/900MHz频段RFID 技术的具体使用频率为840-845MHz和920-925MHz，该频 段的RFID技术无线电发射设备按微功率（短距离）无线电 设备管理。
物联网射频识别（RFID）技术与应用
（1）电波在空气中的传输损耗 空气中的传输损耗是指天线辐射的电磁波在传播过 程中，随着传播距离的增大能量的自然扩散而引起的损 耗，它反映了球面波的扩散损耗。 空气中的传输损耗为
Lbf 32.45 20 lg f (MHz) 20 lg d (km)dB
可以看出，电波传播的距离越长，或电波的工作频率越 高，自由空间的传输损耗越大。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
（2）2.45GHz RFID系统 ◆该频段是实现物联网的主要频段； ◆ 2.45 GHz多为有源或半有源电子标签。
（3）5.8GHz RFID系统 ◆道路交通方面使用的典型频率为5.8 GHz； ◆ 5.8 GHz多为有源电子标签。
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9. 频率5.8GHz 10.频率24.125GHz 11.频率60GHz 12.其它频率的应用 135KHz以下的频率范围没有作为ISM频率保 来自百度文库，135KHz以下的整个频率范围RFID也是可用的。
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2.1.1 频谱的划分
无线电频率可供使用的范围是有限的，频谱被 看作大自然中的一项资源，不能无秩序地随意占用， 而需要仔细地计划加以利用。
频谱的分配是指将频率根据不同的业务加以分 配，以避免频率使用方面的混乱。
下面给出IEEE划分的频谱。
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2.3.2 微波RFID的电波特性
1. 工作原理 微波波段RFID系统主要工作在几百兆赫兹到几吉赫
兹之间。微波RFID是电磁反向散射的识别系统，采用雷 达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时 携带目标的信息返回。
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2. 常用的RFID系统 微波RFID的频率主要包括433MHz、800/900MHz、
2．45GHz或5．8GHz。其中，433MHz和800/900MHz频 段电波的绕射能力较强，障碍物对电波传播的影响较小； 2.45GHz和5.8GHz电磁波的波长较短，收发天线直线之间 最好没有障碍物。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
低频和高频RFID系统基本上都采用电感耦合识 别方式。低频和高频RFID电子标签与读写器的距离很 近，这样电子标签可以获得较大的能量。低频和高频 RFID电子标签与读写器的天线基本上都是线圈的形式， 两个线圈之间的作用可以理解为变压器的耦合。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.3
RFID无线传输
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2.3.1 低频和高频RFID的近场特性
1. 工作原理 读写器和电子标签之间射频信号的传输主要有两种
方式，一种是电感耦合方式，一种是电磁反向散射方式， 这两种方式采用的频率不同，工作原理也不同。
电性。在这种RFID的识别环境中，电子标签处于有机组 织、含水物质的环境或金属环境中。
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2.2.2 RFID工作波长
电磁波的速度还可以表示为
v f
(2.7)
可以看出，工作频率越高，工作波长越短。
根据这个结果，可以得到空气中不同RFID工作频 率对应的工作波长。
0 0
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2. 无耗介质中 在无耗介质中，电磁波的速度为
v 1
1c
00 rr
r r
(2.4)
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3.有耗介质中
在有耗介质中，电磁波的速度为
v
(2.5)
有耗介质表示电磁波传播的媒质有损耗，这时媒质有导
第2章 RFID工作频率及无线传输
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2.1
RFID工作频率
2.2
RFID工作波长
2.3
RFID无线传输
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2.1
RFID工作频率
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.1.3 RFID使用的频段
射频识别（RFID）产生并辐射电磁波，但是RFID 系统要顾及其他无线电服务，不能对其他无线电服务造 成干扰，因此RFID系统通常使用为工业、科学和医疗特 别保留的ISM频段。
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2.2
RFID工作波长
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见的距离内，电波直接从发射点传到接收点的一种传播 方式。收发天线之间电波传播所经历的空间，存在着对 电波传播起主要作用的空间区域，这个空间区域称为传 播主区，传播主区可以用菲涅尔区的概念来表示。
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RFID工作频率的选择，要顾及其它无线电服务，不能 对其它服务造成干扰和影响，因而RFID系统通常只能使用特 别为工业、科学和医疗应用而保留的ISM频率。
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1. 频率6.78MHz 2. 频率13.56MHz 3. 频率27.125MHz 4.频率40.680MHz 5. 频率433.920MHz 6. 频率869.0MHz 7. 频率915.0MHz 8. 频率2.45GHz
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.1.2 ISM频段
ISM频段（Industrial Scientific Medical Band）主要是 开放给工业、科学和医用三个主要机构使用的频段。ISM频 段属于无许可（Free License）频段，使用者无需许可证， 没有所谓使用授权的限制。
微波RFID的工作波长较短，电子标签基本都处 于读写器天线的远区，电子标签获得的是读写器的辐 射信号和辐射能量。微波RFID系统的阅读距离一般大 于1 m，典型情况为4 m～7 m，最大可达10 m以上。
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RFID电磁反向散射工作方式
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（2） 直射、反射、绕射和散射 当有障碍物（包括地面）时，RFID电波传播存在
直射、反射、绕射和散射等多种情况，这几种情况是在 不同传播环境下产生的。
◆ 直射 ◆ 反射 ◆ 绕射 ◆ 散射
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（3）视距传播与菲涅耳区 视距传播是指发射天线和接收天线在相互能看得
物联网射频识别（RFID）技术与应用
RFID电感耦合工作方式
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2. 常用的RFID系统
RFID电感耦合方式使用的频率主要为13.56MHz。除 此之外，RFID也采用其它频率。
（1）小于135 kHz的RFID系统。 （2）6.78 MHz的RFID系统。 （3）13.56 MHz的RFID系统。 （4）27.125 MHz的RFID系统。
2.2 RFID工作波长
不同频率的电磁波所对应的波长不同，其传播方 式和工作特点也各不相同，本节将介绍低频、高频和微 波时RFID的工作波长。
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2.2.1 电磁波的速度
1. 空气中 在空气中，电磁波的速度为
v c 1 3108 m/s (2.1)
为了获得自由空间的传播条件，只要保证在一定 的菲涅耳区域内满足“自由空间的条件”就可以了，这 个区域称为最小菲涅耳区。最小菲涅耳区半径为
F0 0.577
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（4）电磁波的损耗 当电波在有耗媒质中传播时，如遇到潮湿木材、
海水产品、各种动物、金属时，媒质的电导率大于零， 媒质会损耗能量。在RFID环境中，若媒质的电导率越大、 RFID的工作频率越高，电波衰减就越大。
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（1）800/900MHz RFID系统 860～960 MHz是EPC Gen2标准描述的第二代EPC标
签与读写器之间的通信频率。我国800/900MHz频段RFID 技术的具体使用频率为840-845MHz和920-925MHz，该频 段的RFID技术无线电发射设备按微功率（短距离）无线电 设备管理。
物联网射频识别（RFID）技术与应用
（1）电波在空气中的传输损耗 空气中的传输损耗是指天线辐射的电磁波在传播过 程中，随着传播距离的增大能量的自然扩散而引起的损 耗，它反映了球面波的扩散损耗。 空气中的传输损耗为
Lbf 32.45 20 lg f (MHz) 20 lg d (km)dB
可以看出，电波传播的距离越长，或电波的工作频率越 高，自由空间的传输损耗越大。
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（2）2.45GHz RFID系统 ◆该频段是实现物联网的主要频段； ◆ 2.45 GHz多为有源或半有源电子标签。
（3）5.8GHz RFID系统 ◆道路交通方面使用的典型频率为5.8 GHz； ◆ 5.8 GHz多为有源电子标签。
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9. 频率5.8GHz 10.频率24.125GHz 11.频率60GHz 12.其它频率的应用 135KHz以下的频率范围没有作为ISM频率保 来自百度文库，135KHz以下的整个频率范围RFID也是可用的。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.1.1 频谱的划分
无线电频率可供使用的范围是有限的，频谱被 看作大自然中的一项资源，不能无秩序地随意占用， 而需要仔细地计划加以利用。
频谱的分配是指将频率根据不同的业务加以分 配，以避免频率使用方面的混乱。
下面给出IEEE划分的频谱。
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2.3.2 微波RFID的电波特性
1. 工作原理 微波波段RFID系统主要工作在几百兆赫兹到几吉赫
兹之间。微波RFID是电磁反向散射的识别系统，采用雷 达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时 携带目标的信息返回。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2. 常用的RFID系统 微波RFID的频率主要包括433MHz、800/900MHz、
2．45GHz或5．8GHz。其中，433MHz和800/900MHz频 段电波的绕射能力较强，障碍物对电波传播的影响较小； 2.45GHz和5.8GHz电磁波的波长较短，收发天线直线之间 最好没有障碍物。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
低频和高频RFID系统基本上都采用电感耦合识 别方式。低频和高频RFID电子标签与读写器的距离很 近，这样电子标签可以获得较大的能量。低频和高频 RFID电子标签与读写器的天线基本上都是线圈的形式， 两个线圈之间的作用可以理解为变压器的耦合。
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2.3
RFID无线传输
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2.3.1 低频和高频RFID的近场特性
1. 工作原理 读写器和电子标签之间射频信号的传输主要有两种
方式，一种是电感耦合方式，一种是电磁反向散射方式， 这两种方式采用的频率不同，工作原理也不同。
电性。在这种RFID的识别环境中，电子标签处于有机组 织、含水物质的环境或金属环境中。
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物联网射频识别（RFID）技术与应用
2.2.2 RFID工作波长
电磁波的速度还可以表示为
v f
(2.7)
可以看出，工作频率越高，工作波长越短。
根据这个结果，可以得到空气中不同RFID工作频 率对应的工作波长。
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2. 无耗介质中 在无耗介质中，电磁波的速度为
v 1
1c
00 rr
r r
(2.4)
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3.有耗介质中
在有耗介质中，电磁波的速度为
v
(2.5)
有耗介质表示电磁波传播的媒质有损耗，这时媒质有导