无线射频识别(RFID)技术---第2章RFID技术基础

图2-5 ITU世界 频率分区
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二、 RFID技术之频谱基础知识
4. RFID工作频率的分类
射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率， 是其最重要的特点之一。射频标签的工作频率不仅决定着射 频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离， 还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。 1）低频 (Low Frequency) 使用的频段在100~500KHz之间，以125KHz、135KHz最为常见 优点： 不易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，还能够发射 有效发射讯号 缺点： 读取距离短、无法同时辨识多个标签，主要用于工具识别、动 物芯片、汽车防盗器
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三、 RFID技术基础之天线的基本知识
线圈天线：
当RFID线圈天线进入读写器产生的交变磁场中时，它与 读写器天线之间的相互作用类似于变压器初级线圈和次级 线圈之间的相互作用。
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1）时间特性 2）频谱特性 3）传播特性 4）调制特性
图2-3 无线电波的主要传播方式 （a）直射传播（b）地波传播（c） 天波传播（d）散射传播 2016/4/4
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二、 RFID技术之频谱基础知识
2.电磁波谱
不同波长电磁波的产生机理和应用领域常常有很大区别。因此人 们常把各类电磁波按波长大小依次排成一列,称为电磁波谱。若按其 波长从小到大依次排列,有:y射线、X射线、紫外线、可见光(紫、能、 蓝、绿、黄、橙、红)、红外线、无线电波(微波、超短波、短波、长 波)等。由于它们的性质各不相同,因而也有许多不同的用途。
表2-4 我国在860～960MHz频段的频率规划和指配情况。
CDMA 下行频段 870~880 MHz
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GSM 上行频段 890~915 MHz
无中心 对讲机 915~917 MHz
点对点立体声广 播传输 917~925MHz
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图2-7 RFID读写器、标签天线
三、 RFID技术基础之天线的基本知识
1. RFID天线概述
（1）天线的作用与地位 无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线， 由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来 （仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可 见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就 没有无线电通信。 （2）天线的分类 按用途分类，可分为通信天线、电视天线、雷达天线等； 按工作频段分类，可分为短波天线、超短波天线、微波天线等； 按方向性分类，可分为全向天线、定向天线等； 按外形分类，可分为线状天线、面状天线等； 按设计工艺分类，可分为线圈型、微带贴片型、偶极子型。
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三、 RFID技术基础之天线的基本知识
应用领域 飞机天线 导弹和遥测 卫星通信 移动通信 雷达 战场通信和监视 电子对抗 遥感 用途 高度表、通信与导航 引信、传感器、毫米波雷达 星载多波束天线、移动式地面站、直播卫星电 视接收机 随身和手持电话、舱内和车顶天线、基站天线 多普勒测速雷达、防撞雷达、防盗报警器、单 脉冲雷达和相控阵雷达 车载共形天线 多波束阵列、自适应系统 综合口径雷达
③适合于用印刷电路技术大批量生产
④能与有源器件和电路集成为单一的模块 ⑤便于获得圆极化、容易实现双频段、双极化等多功能工作
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三、 RFID技术基础之天线的基本知识
微带天线缺点有： ①频带窄 ②有导体和介质损耗，会激励起表面波，导致辐射效率降低 ③功率容量小，一般适用于中、小功率场合 ④性能受基片材料影响大 微带天线目前已应用于100MHz~100GHz的宽广频域上的 大量无线电设备中，特别是飞行器上和地面便携式设备中。
433~950MH z
433MHz 868~950MH z 被动/主动式 部分
1GHz以上
2.45GHz 5.8GHz 被动/主动式 部分
通讯距离
传输功率 成熟度 读取方式
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50cm以内
72dBμA/m 成熟 电磁感应
1.5M以内
42dBμA/m 成熟 电磁感应
3~10m
10mW~4W 新技术 微波共振
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二、 RFID技术之频谱基础知识
6.国际RFID技术特点及相关管理规则
基于RFID的技术特点和潜在的应用空间，国际相关无线电管理机构已 经开始进行频率规划工作，并制定了相应的管理政策，具体情况如表2-3 所示。
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三、 RFID技术基础之天线的基本知识
微带天线： 微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而 形成的天线。
贴片型
阵子型
线型
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三、 RFID技术基础之天线的基本知识
微带天线有如下优点： ①剖面低、体积小、重量轻 ②具有平面结构，易与导弹、卫星等载体表面共形
高
256~512K
ISO1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ000-3 Two Mode 被动式
较高
64~512
ISO18000-6 Two Type 被动/半主动式
最高
16~64
ISO18000-4 Two Mode 被动式/半主动式
ISO对应标 准
应用
门禁系统 动物识别 存货控制 芯片防盗锁
智慧卡 图书馆管理 商品管理
铁路车厢监控 仓存管理
3~10m
4W 开发中 微波共振
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二、 RFID技术之频谱基础知识
微波 (Microwave) 高 潮湿
低频(LF) 价格 环境影响 低 X
高频(HF) 中 金属
超高频(UHF) 高 潮湿
数据传输率
内存(Bytes)
低
64~1K
ISO18000-2 Two Type 被动式
航空导航 业务 925~930 MHz
GSM 下行频段 930~960 MHz
三、 RFID技术基础之天线的基本知识
1. RFID天线概述
电子标签和读写器通过各自的天线构建起二者之间非接触信息传输通道，如 图2-7所示。无论是射频标签还是读写器的正常工作，都离不开天线或藕合线圈： 一方面，无源的射频标签芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的 电磁场中获得足够的能量；一方面，天线决定了射频标签与读写器之间的通讯信 道和通讯方式，天线在射频标签与读写器实现数据通讯过程中起到了关键的作用！
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二、 RFID技术之频谱基础知识
4. RFID工作频率的分类
3）超高频 (Ultra High Frequency) 使用频段在433~950MHz之间，以433MHz、868~950MHz最为常见 优点： 读取距离较远、传输速率较快、可同时读取辨识大量卷标、 天线可用蚀刻或印刷方式制造。 缺点： 在金属和液体的物品上读取率不佳，主要用于铁路车厢监 控、仓存管理。
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二、 RFID技术之频谱基础知识
5.国际RFID技术特点及相关管理规则
从应用的趋势来看，现代物流业、商品零售业会广泛应用RFID技术， 为什么UHF频段的RFID技术会成为全球热点?主要有以下几个需考虑的因 素(见表2-2所示)。
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二、 RFID技术之频谱基础知识
4. RFID工作频率的分类
2）高频 (High Frequency) 使用频段在10~15MHz之间，以13.56MHz最为常见 优点： 感应距离较长、读取速度较快，而且可以同时间辨识多个标 签，主要应用于门禁系统、图书馆管理、产品管理、智能卡 等。 缺点： 易受干扰，当标签靠近金属或是液体的物品时，不能够发射 有效发射讯号。
图2-4各种通信 介质使用的电 磁波谱范围
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二、 RFID技术之频谱基础知识
3.电磁波的频谱的划分与分配
图2-5为1959年日内瓦会议制定的将世界划分为三个频率分区示 意图。1区为欧洲和非洲；2区为北美洲和南美洲；3区为亚洲和澳洲， 国际电信联盟的总部设在瑞士的日内瓦。
第2章 RFID技术基础
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主要内容
一、案例识读与分析 二、RFID技术之频谱基础知识
三、 RFID技术基础之天线的基本知识
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一、案例识读与分析
无形的战略资源——无线电频谱资源的战略意义
案例分析与讨论：
无线电频谱资源
（1）列举我们日常生活中的无线电主要应用？ （2）无线电频率作为无形的战略资源，对国民经 济的发展起到怎么的作用？
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二、 RFID技术之频谱基础知识
1.无线电信号的特性
在高频电路中，我们要处理的无线电信号主要有三种:基带（消 息）信号、高频载波信号和已调信号。所谓基带信号，就是没有进行 调制之前的原始信号，也称调制信号。
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二、 RFID技术之频谱基础知识
4. RFID工作频率的分类
4）微波 (Microwave) 使用频段在1GHz以上，其中以2.45GHz及5.8GHz最为常见 特性与超高频类似，对于环境的敏感性较高； 主要用于行李追踪、物品管理、供应链管理等 微波射频标签的典型应用包括：移动车辆识别、电子身份 证、仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器） 等。相关的国际标准有：ISO10374，ISO18000-4 （2.45GHz）、ISO18000-5（5.8GHz）、ISO18000-6（860930MHz）、ISO18000-7（433.92MHz），ANSI NCITS2561999等。
道路收费系统
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二、 RFID技术之频谱基础知识
射频识别系统工作频段
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二、 RFID技术之频谱基础知识
射频识别系统工作频段如表2-1所示。并非表2-1中的所有频率在射频识 别中都得到了广泛应用，主要采用的RFID频率为有以下四个： 13.56±007MHz，915±13MHz，2450±50MHz，5800±75MHz。
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二、 RFID技术之频谱基础知识
7.我国860～960MHz频段频率规划和指配情况
我国的无线电管理机构正积极开展RFID的频率规划和指配工作，并启 动了相关技术研究工作。我国所从事的频率规划工作的指导原则应是： (1)必须确保现有业务的正常运行，在专用频段、公众移动通信、集群通 信频段不能安排此项业务； (2) 在电磁兼容分析和实验的基础上制订出 RFID工作频带、发射功率、 带外发射、杂散发射等指标，必要时要制订配套的相关台站管理规定； (3) 制订设备的无线技术指标时，要考虑满足 RFID 业务在中国的大规模 有效使用的频带、信道带宽、带外杂散、发射功率的相关要求。表 2-4 是我国在860～960MHz频段的频率规划和指配情况。
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二、 RFID技术之频谱基础知识
低频(LF) 高频(HF) 超高频(UHF) 微波 (Microwave)
频率
常见频段 系统型态 全球接受 频率
100~500KH z
125KHz 135KHz 被动式 是
10~15MHz
13.56MHz 被动/主动式 是