第2章(4學(xué)時(shí))-RFID系統(tǒng)組成與工作原理

RFID系統(tǒng)組成與工作原理AntennaReaders&

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ApplicationsTags,BarCodesetc標(biāo)簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；

天線(Antenna)：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。閱讀器(Reader)：讀取(有時(shí)還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元、振蕩電路以及閱讀器天線幾部分。一、RFID的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)3RFID系統(tǒng)工作過(guò)程RFID產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)與制造讀寫模塊設(shè)計(jì)與制造天線設(shè)計(jì)與制造標(biāo)簽封裝技術(shù)與設(shè)備讀寫器天線設(shè)計(jì)與制造讀寫器設(shè)計(jì)與制造終端用戶軟件中間件系統(tǒng)集成標(biāo)簽打印和貼標(biāo)RFID測(cè)試培訓(xùn)與服務(wù)應(yīng)用示范遠(yuǎn)望谷(002161)公司是我國(guó)最早從事超高頻射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)研究和開(kāi)發(fā)的高科技公司之一。公司已在鐵路RFID市場(chǎng)取得壟斷地位、在煙草行業(yè)RFID市場(chǎng)和軍事應(yīng)用RFID市場(chǎng)取得了市場(chǎng)先入優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具備了RFID技術(shù)在行業(yè)間成功復(fù)制實(shí)施的能力。2013年7月19日公告，公司擬與深圳市糧食集團(tuán)有限公司(深糧集團(tuán))共同出資1000萬(wàn)元，投資設(shè)立深圳市遠(yuǎn)糧信息技術(shù)有限公司，從事RFID技術(shù)在糧食行業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品安全溯源及大數(shù)據(jù)交易平臺(tái)的建設(shè)等行業(yè)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。其中，公司以自有資金出資490萬(wàn)元，持有49%股權(quán)。上海貝嶺(600171)公司從2003年開(kāi)始涉足RFID芯片研發(fā)和制造，控股的上海阿法迪智能標(biāo)簽系統(tǒng)技術(shù)有限公司是國(guó)內(nèi)頂尖的專業(yè)RFID應(yīng)用集成開(kāi)發(fā)公司。阿法迪曾向位于上海臨港地區(qū)的金山石化物流有限公司提供了RFID技術(shù)解決方案，在與金山石化物流倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)(WMS)無(wú)縫連接的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)貨物在物流中心的入出盤移信息采集的自動(dòng)化。阿法迪同時(shí)還是目前國(guó)內(nèi)唯一一家具有RFID圖書館全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的公司，公司的RFID智能圖書館系統(tǒng)目前已占據(jù)了全國(guó)40%以上的市場(chǎng)。廈門信達(dá)(000701)自動(dòng)識(shí)別芯片生產(chǎn)商。廈門信達(dá)專注于射頻識(shí)別(RFID)電子標(biāo)簽產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和推廣，擁有多項(xiàng)完全自主的射頻識(shí)別知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利，涵蓋電子標(biāo)簽、RFID讀寫設(shè)備、RFID天線以及RFID應(yīng)用系統(tǒng)等。公司聚集了具有豐富經(jīng)驗(yàn)的各類人才，擁有多項(xiàng)完全自主的射頻識(shí)別知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利。公司可年產(chǎn)各式高頻、超高頻電子標(biāo)簽上億片，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于圖書館管理、危險(xiǎn)品管理、防偽識(shí)別、工業(yè)制造、交通運(yùn)輸管理、供應(yīng)鏈物流倉(cāng)儲(chǔ)管理等領(lǐng)域，其中包括圖書標(biāo)簽、金屬標(biāo)簽、電子票證及航空行李標(biāo)簽等。同時(shí)，公司還可針對(duì)不同客戶的需求設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽產(chǎn)品，并根據(jù)不同行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)制訂相應(yīng)生產(chǎn)工藝及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。目前公司生產(chǎn)的電子標(biāo)簽產(chǎn)品，已經(jīng)成功應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。特別是高頻ISO15693標(biāo)簽，支持目前所有芯片廠家的芯片產(chǎn)品，還能根據(jù)客戶需求進(jìn)行訂制產(chǎn)品，市場(chǎng)占有率高達(dá)70%。RFID主要頻段和特性二、RFID系統(tǒng)的分類按標(biāo)簽獲取電能的方式不同，可分為：有源射頻標(biāo)簽(主動(dòng)式標(biāo)簽)、無(wú)源射頻標(biāo)簽(被動(dòng)式標(biāo)簽)和半主動(dòng)式射頻標(biāo)簽。有源射頻標(biāo)簽內(nèi)部自帶電池進(jìn)行供電，電能充足、工作可靠性高、信號(hào)傳送的距離遠(yuǎn)。無(wú)源射頻標(biāo)簽內(nèi)部不帶電池，要靠外界提供能量。無(wú)源射頻標(biāo)簽具有永久的使用期，支持長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸和永久性的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要比有源射頻標(biāo)簽小半主動(dòng)式射頻標(biāo)簽本身有電池,電池只對(duì)自身的數(shù)字電路供電,數(shù)據(jù)發(fā)送通過(guò)閱讀器的能量場(chǎng)激活后,通過(guò)反射方式發(fā)送。感應(yīng)的距離較遠(yuǎn)RFID系統(tǒng)的分類按內(nèi)部使用存儲(chǔ)器類型的不同，可分為：

只讀標(biāo)簽和可讀可寫標(biāo)簽。只讀標(biāo)簽內(nèi)部只有只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)。可讀可寫標(biāo)簽內(nèi)部的存儲(chǔ)器除了ROM、RAM和緩沖存儲(chǔ)器之外，還有非活動(dòng)可編程記憶存儲(chǔ)器（EEPROM）。RFID系統(tǒng)的分類按標(biāo)簽中存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的不同，可分為：

標(biāo)識(shí)標(biāo)簽與便攜式數(shù)據(jù)文件。標(biāo)識(shí)標(biāo)簽中存儲(chǔ)的只是標(biāo)識(shí)號(hào)碼，用于對(duì)特定的標(biāo)識(shí)項(xiàng)目，如人、物、地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，關(guān)于被標(biāo)識(shí)項(xiàng)目的詳細(xì)的特定信息，只能在與系統(tǒng)相連接的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查找。便攜式數(shù)據(jù)文件是指標(biāo)簽中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)非常大，可以看作是一個(gè)數(shù)據(jù)文件。這種標(biāo)簽一般都是用戶可編程的，如包裝說(shuō)明、工藝過(guò)程說(shuō)明等。電子標(biāo)簽的分類AntennaReaders&

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ApplicationsTags,BarCodesetcRFID的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)三、RFID系統(tǒng)組成典型的RFID系統(tǒng)主要由閱讀器、電子標(biāo)簽、中間件和應(yīng)用系統(tǒng)軟件組成。1閱讀器閱讀器（Reader）又稱讀寫器。閱讀器主要負(fù)責(zé)與電子標(biāo)簽的雙向通信，同時(shí)接收來(lái)自主機(jī)系統(tǒng)的控制指令。閱讀器的頻率決定了RFID系統(tǒng)工作的頻段，其功率決定了射頻識(shí)別的有效距離。閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)的不同可以是讀或讀/寫裝置，它是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由射頻接口、邏輯控制單元和天線三部分組成。

與應(yīng)答器的通信功能：讀寫器的基本功能與應(yīng)用系統(tǒng)之間的通信功能：讓應(yīng)用系統(tǒng)能夠?qū)ψx寫器進(jìn)行控制并處理應(yīng)答器的數(shù)據(jù)信息在讀寫區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多應(yīng)答器識(shí)別，完成防沖突功能校驗(yàn)讀寫過(guò)程中的錯(cuò)誤閱讀器的功能

RFID閱讀器（1）射頻接口射頻接口模塊主要任務(wù)和功能：①產(chǎn)生高頻發(fā)射能量，激活電子標(biāo)簽并為其提供能量。②對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將數(shù)據(jù)傳輸給電子標(biāo)簽。③接收并調(diào)制來(lái)自電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)。注意，在射頻接口中有兩個(gè)分隔開(kāi)的信號(hào)通道，分別來(lái)往于電子標(biāo)簽和閱讀器兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳輸。（2）邏輯控制單元邏輯控制單元也稱讀寫模塊，主要任務(wù)和功能：①與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行從應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)送來(lái)的指令。②控制閱讀器與電子標(biāo)簽的通信過(guò)程。③信號(hào)的編碼與解碼。④對(duì)閱讀器和標(biāo)簽之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密。⑤執(zhí)行防碰撞算法。⑥對(duì)閱讀器和標(biāo)簽的身份進(jìn)行驗(yàn)證。（3）天線天線是一種能將接收到的電磁波轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，或者將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁波發(fā)射出去的裝置。在RFID系統(tǒng)中，閱讀器必須通過(guò)天線來(lái)發(fā)射能量，來(lái)形成電磁場(chǎng)，通過(guò)電磁場(chǎng)對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別。因此，閱讀器天線所形成的電磁場(chǎng)范圍即為閱讀器的可讀區(qū)域。閱讀器的技術(shù)參數(shù)：工作頻率：與電子標(biāo)簽的工作頻率保持一致，可支持多協(xié)議輸出功率：滿足應(yīng)用的需要，符合國(guó)家和地區(qū)對(duì)無(wú)線發(fā)射功率的許可輸出接口：接口形式多樣，根據(jù)需要具有RS232、RS485、USB、Wifi、GSM等多種接口讀寫器形式：固定式、手持式、工業(yè)讀寫器等工作方式：全雙工、半雙工和時(shí)序讀寫器優(yōu)先與電子標(biāo)簽優(yōu)先手持式讀卡器2電子標(biāo)簽電子標(biāo)簽(ElectronicTag)也稱為智能標(biāo)簽(SmartTag)，是由IC芯片和無(wú)線通信天線組成的超微型的小標(biāo)簽，其內(nèi)置的射頻天線用于和閱讀器進(jìn)行通信。RFID電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)中必備的一部分，相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號(hào)，用來(lái)存儲(chǔ)需要識(shí)別傳輸?shù)男畔ⅰFID電子標(biāo)簽是一種微型的無(wú)線收發(fā)裝置，標(biāo)簽中存儲(chǔ)著被識(shí)別物體的相關(guān)信息，通常被安置在被識(shí)別的物體表面上。當(dāng)RFID電子標(biāo)簽被RFID讀寫器識(shí)別到或者電子標(biāo)簽主動(dòng)向讀寫器發(fā)送消息時(shí)，標(biāo)簽內(nèi)的物體信息將被讀取或改寫。由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信電子標(biāo)簽內(nèi)部各模塊的功能：（1）天線：用來(lái)接收由閱讀器送來(lái)的信號(hào)，并把要求的數(shù)據(jù)傳送回給閱讀器。（2）電壓調(diào)節(jié)器：把由閱讀器送來(lái)的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電源，并經(jīng)大電容存儲(chǔ)能量，再通過(guò)穩(wěn)壓電路以提供穩(wěn)定的電源。（3）調(diào)制器：邏輯控制電路送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制后加載到天線返給閱讀器。（4）解調(diào)器：去除載波，取出調(diào)制信號(hào)。（5）邏輯控制單元：譯碼閱讀器送來(lái)的信號(hào)，并依據(jù)要求返回?cái)?shù)據(jù)給閱讀器。（6）存儲(chǔ)單元：包括ERPROM和ROM，作為系統(tǒng)運(yùn)行及存放識(shí)別數(shù)據(jù)。電子標(biāo)簽的技術(shù)參數(shù)標(biāo)簽激活的能量要求標(biāo)簽信息的讀寫速度：可達(dá)毫秒級(jí)標(biāo)簽信息的傳輸速率標(biāo)簽信息的容量標(biāo)簽的封裝尺寸標(biāo)簽的讀寫距離標(biāo)簽的可靠性標(biāo)簽的工作頻率標(biāo)簽的價(jià)格我的速度很快哦！但是我不便宜，有點(diǎn)貴RFID標(biāo)簽類型與成本的關(guān)系各種電子標(biāo)簽電子標(biāo)簽構(gòu)造示例

圖中黑色區(qū)域就是該應(yīng)答器的CPU、存儲(chǔ)器、編解碼功能單元，外圍印制銅模線即為應(yīng)答器的天線單元。3天線天線用于在RFID標(biāo)簽與識(shí)讀器之間建立數(shù)據(jù)通信的通道，天線的設(shè)計(jì)和位置對(duì)系統(tǒng)的覆蓋范圍、識(shí)讀距離和操作通信的準(zhǔn)確信性起重要的作用。標(biāo)簽天線識(shí)讀器天線電子標(biāo)簽和讀寫器通過(guò)各自的天線構(gòu)建起兩者之間的非接觸信息傳輸通道。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標(biāo)簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔(dān)接收能量和發(fā)射能量的作用。

無(wú)論是射頻標(biāo)簽還是讀寫器的正常工作，都離不開(kāi)天線或耦合線圈：一方面，無(wú)源射頻標(biāo)簽芯片要啟動(dòng)電路工作，需要通過(guò)天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了射頻標(biāo)簽與讀寫器之間的通信信道和通信方式，它在射頻標(biāo)簽與讀寫器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用。RFID天線分類：（1）按工作頻段分類。RFID天線可分為短波天線、超短波天線、微波天線等。（2）按方向性分類。RFID天線可分為全向天線、定向天線等。（3）按外形分類。RFID天線可分為線狀天線、面狀天線等。（4）根據(jù)天線的設(shè)計(jì)工藝分類。根據(jù)RFID天線的設(shè)計(jì)工藝分類，主要有線圈型、微帶貼片型、偶極子型三種基本形式的天線。其中，小于1m的近距離線圈型天線，它們主要工作在中低頻段；而1m以上遠(yuǎn)距離的應(yīng)用系統(tǒng)需要采用微帶貼片型或偶極子型的RFID天線，它們工作在高頻及微波頻段。這幾種類型天線的工作原理是不相同的。電子標(biāo)簽天線在電子標(biāo)簽中，天線面積占主導(dǎo)地位，即標(biāo)簽面積主要取決于其天線面積。然而天線的物理尺寸受到其工作頻率電磁波波長(zhǎng)的限制。設(shè)計(jì)要求：足夠小，能夠貼到需要的物品上有全向或半球覆蓋的方向性有提供最大可能的信號(hào)給標(biāo)簽的芯片無(wú)論物品在什么方向上，天線的極化都能與閱讀器的詢問(wèn)信號(hào)相匹配非常便宜RFID標(biāo)簽天線讀距問(wèn)題超高頻電子標(biāo)簽讀取距離計(jì)算公式Pth為芯片最小發(fā)射功率Pt為閱讀器發(fā)射功率Gt為閱讀器天線增益Gr為標(biāo)簽天線增益天線增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。

閱讀器天線設(shè)計(jì)要求：天線線圈的電流最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量功率匹配，以最大限度地利用磁通量的可用能量足夠的帶寬，保證載波信號(hào)的傳輸，這些信號(hào)是用數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制而成的。電感耦合型系統(tǒng)一般用線圈天線電磁散射型系統(tǒng)一般采用平板天線RFID天線結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素對(duì)天線性能有很大影響。天線的結(jié)構(gòu)決定了天線方向圖、阻抗特性、駐波比、天線增益、極化方向和工作頻段等特性。天線特性也受所帖附物體形狀及物理特性的影響。例如，磁場(chǎng)不能穿透金屬等導(dǎo)磁材料，金屬物附近磁力線形狀會(huì)發(fā)生改變，讀寫器天線發(fā)出的能量被金屬吸收，讀寫距離就會(huì)大大減小。另外，液體對(duì)電磁信號(hào)有吸收作用，彈性基層會(huì)造成標(biāo)簽及天線變形，寬頻帶信號(hào)源（如發(fā)動(dòng)機(jī)、水泵、發(fā)電機(jī)）會(huì)產(chǎn)生電磁干擾等。沒(méi)反射板的E面方向圖有反射板的E面方向圖注：金屬板可以充當(dāng)反射板，提高天線的增益，但同時(shí)犧牲掉了全向性，成了定向天線。對(duì)于近距離RFID應(yīng)用，天線一般和讀寫器集成在一起，對(duì)于遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)，讀寫器天線天線和讀寫器一般采取分離式結(jié)構(gòu)，通過(guò)阻抗匹配的同軸電纜連接。一般來(lái)說(shuō)，方向性天線由于具有較少回波損耗，比較適合標(biāo)簽應(yīng)用；由于標(biāo)簽放置方向不可控，讀寫器天線一般采用圓極化方式。對(duì)于分離式讀寫器，還將涉及到天線陣的設(shè)計(jì)問(wèn)題。國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始研究在讀寫器應(yīng)用智能波束掃描天線陣，讀寫器可以按照一定的處理順序，“智能”的打開(kāi)和關(guān)閉不同的天線，使系統(tǒng)能夠感知不同天線覆蓋區(qū)域的標(biāo)簽，增大系統(tǒng)覆蓋范圍。

4RFID中間件RFID中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序。RFID中間件技術(shù)將企業(yè)級(jí)中間件技術(shù)延伸到RFID領(lǐng)域，是RFID產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵共性技術(shù)。它是RFID讀寫器和應(yīng)用系統(tǒng)之間的中介。RFID中間件屏蔽了RFID設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，能夠?yàn)楹笈_(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供強(qiáng)大的支撐，從而驅(qū)動(dòng)更廣泛、更豐富的RFID應(yīng)用。中間件的主要任務(wù)和功能：（1）閱讀器協(xié)調(diào)控制終端用戶可以通過(guò)RFID中間件接口直接配置、監(jiān)控以及發(fā)送指令給閱讀器。一些RFID中間件開(kāi)發(fā)商還提供了支持閱讀器即插即用的功能，使終端用戶新添加不同類型的閱讀器時(shí)不需要增加額外的程序代碼。（2）數(shù)據(jù)過(guò)濾與處理當(dāng)標(biāo)簽信息傳輸發(fā)生錯(cuò)誤或有冗余數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，RFID中間件可以通過(guò)一定的算法糾正錯(cuò)誤并過(guò)濾掉冗余數(shù)據(jù)。RFID中間件可以避免不同的閱讀器讀取同一電子標(biāo)簽的碰撞，確保了閱讀準(zhǔn)確性。（3）數(shù)據(jù)路由與集成

RFID中間件能夠決定采集到的數(shù)據(jù)傳遞給哪一個(gè)應(yīng)用。RFID中間件可以與企業(yè)現(xiàn)有的企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、客戶關(guān)系管理（CRM）、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)（WMS）等軟件集成在一起，為它們提供數(shù)據(jù)的路由和集成，同時(shí)中間件可以保存數(shù)據(jù)，分批的給各個(gè)應(yīng)用提交數(shù)據(jù)。（4）進(jìn)程管理

RFID中間件根據(jù)客戶定制的任務(wù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與事件的觸發(fā)。如在倉(cāng)儲(chǔ)管理中，設(shè)置中間件來(lái)監(jiān)控貨品庫(kù)存的數(shù)量，當(dāng)庫(kù)存低于設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，RFID中間件會(huì)觸發(fā)事件，通知相應(yīng)的應(yīng)用軟件。四、各種RFID系統(tǒng)原理基本工作原理：由閱讀器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入有效工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量、電子標(biāo)簽被激活，使得電子標(biāo)簽將自身編碼信息通過(guò)內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去；閱讀器的接收天線接收到從標(biāo)簽發(fā)送來(lái)的調(diào)制信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器信號(hào)處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送至后臺(tái)主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的處理；主機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算識(shí)別該標(biāo)簽的身份，針對(duì)不同的設(shè)定作出相應(yīng)的處理和控制，最終發(fā)出指令信號(hào)控制閱讀器完成相應(yīng)的讀寫操作。從電子標(biāo)簽到閱讀器之間的通信及能量感應(yīng)方式來(lái)看，系統(tǒng)一般可以分為兩類：電感耦合（InductiveCoupling）系統(tǒng)和電磁反向散射耦合（BackscatterCoupling）系統(tǒng)。電感耦合通過(guò)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。該方式一般適合于中、低頻工作的近距離RFID系統(tǒng)，典型工作頻率：125kHz，225kHz，和13.56MHz。識(shí)別作用距離一般小于1m，典型作用距離為0~20cm。電磁反向散射耦合基于雷達(dá)模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。該方式一般適用于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)，典型的工作頻率：433MHz，915MHz，2.45GHz和5.8GHz。識(shí)別作用距離大于1m，典型作用距離為4~6m。1、電感耦合RFID系統(tǒng)電感耦合工作方式對(duì)應(yīng)于ISO/IEC14443協(xié)議。電感耦合電子標(biāo)簽由一個(gè)電子數(shù)據(jù)作為載體，通常由單個(gè)微芯片及天線（大面積線圈）等組成。在標(biāo)簽中的微芯片工作所需的全部能量由閱讀器發(fā)送的感應(yīng)電磁能提供。高頻的強(qiáng)電磁場(chǎng)由閱讀器的天線線圈產(chǎn)生，并穿越線圈橫截面和周圍空間，以使附近的電子標(biāo)簽產(chǎn)生電磁感應(yīng)。（1）

能量供應(yīng)閱讀器天線線圈激發(fā)磁場(chǎng)，其中一小部分磁力線穿過(guò)電子標(biāo)簽天線線圈，通過(guò)感應(yīng)，在電子標(biāo)簽的天線線圈上產(chǎn)生電壓U，將其整流后作為微芯片的工作電源。

電容器Cr與閱讀器的天線線圈并聯(lián)，電容器與天線線圈的電感一起，形成諧振頻率與閱讀器發(fā)射頻率相符的并聯(lián)震蕩回路，該回路的諧振使得閱讀器的天線線圈產(chǎn)生較大的電流。電子標(biāo)簽的天線線圈和電容器C1構(gòu)成震蕩回路，調(diào)諧到閱讀器的發(fā)射頻率。通過(guò)該回路的諧振，電子標(biāo)簽線圈上的電壓U達(dá)到最大值。這兩個(gè)線圈的結(jié)構(gòu)可以被解釋為變壓器（變壓器的耦合）。（2）

數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于電子標(biāo)簽和閱讀器天線之間的作用距離不超過(guò)，并電子標(biāo)簽處于近場(chǎng)范圍內(nèi)，電子標(biāo)簽與閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸為負(fù)載調(diào)制（電感耦合、變壓器耦合）。如果把諧振的電子標(biāo)簽放入閱讀器天線的交變磁場(chǎng)，那么電子標(biāo)簽就可以從磁場(chǎng)獲得能量。采用從供應(yīng)閱讀器天線的電流在閱讀器內(nèi)阻上的壓降就可以測(cè)得這個(gè)附加的功耗。電子標(biāo)簽天線上負(fù)載電阻的接通與斷開(kāi)促使閱讀器天線上的電壓發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了用電子標(biāo)簽對(duì)天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。而通過(guò)數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開(kāi)，這些數(shù)據(jù)就可以從標(biāo)簽傳輸?shù)介喿x器了。此外，由于閱讀器天線和電子標(biāo)簽天線之間的耦合很弱，因此閱讀器天線上表示有用信號(hào)的電壓波動(dòng)比閱讀器的輸出電壓小。在實(shí)踐中，對(duì)13.56MHz的系統(tǒng)，天線電壓（諧振時(shí)）只能得到約10mV的有用信號(hào)。因?yàn)闄z測(cè)這些小電壓變化很不方便，所以可以采用天線電壓振幅調(diào)制所產(chǎn)生的調(diào)制波邊帶。如果電子標(biāo)簽的附加負(fù)載電阻以很高的時(shí)鐘頻率接通或斷開(kāi)，那么在閱讀器發(fā)送頻率將產(chǎn)生兩條譜線，此時(shí)該信號(hào)就容易檢測(cè)了，這種調(diào)制也稱為副載波調(diào)制。2、電磁反向散射RFID系統(tǒng)（1）

反向散射調(diào)制電磁波從天線向周圍空間發(fā)射，到達(dá)目標(biāo)的電磁波能量的一部分（自由空間衰減）被目標(biāo)吸收，另一部分以不同的強(qiáng)度散射到各個(gè)方向上去。反射能量的一部分最終會(huì)返回發(fā)射天線，稱其為回波。在雷達(dá)技術(shù)中，用這種反射波測(cè)量目標(biāo)的距離和方位。在RFID系統(tǒng)中，利用電磁波反射完成從電子標(biāo)簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸，主要應(yīng)用于915MHz、2.45GHz甚至更高頻率的系統(tǒng)中。該RFID系統(tǒng)工作分為以下兩個(gè)過(guò)程：（a）標(biāo)簽接收讀寫器發(fā)射的信號(hào)，其中包括已調(diào)制載波和未調(diào)制載波。當(dāng)標(biāo)簽接收的信號(hào)沒(méi)有被調(diào)制時(shí)，載波能量全部被轉(zhuǎn)換為直流電壓，該電壓供給電子標(biāo)簽內(nèi)部芯片能量；當(dāng)載波攜帶數(shù)據(jù)或者命令時(shí)，標(biāo)簽通過(guò)接收電磁波作為自己的能量來(lái)源，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，從而接收讀寫器的指令或數(shù)據(jù)。

（b）標(biāo)簽向讀寫器返回信號(hào)時(shí)，讀寫器只向標(biāo)簽發(fā)送未調(diào)制載波，載波能量一部分被標(biāo)簽轉(zhuǎn)化成直流電壓，供給標(biāo)簽工作；另一部分能量被標(biāo)簽通過(guò)改變射頻前端電路的阻抗調(diào)制并反射載波來(lái)向讀寫器傳遞信息。電子標(biāo)簽的等效電路圖如下所示，Vs為天線接收信號(hào)，Za表示天線的阻抗，Z1表示芯片的輸入阻抗。為了達(dá)到調(diào)制背向反射載波的目的，Z1有兩種狀態(tài)，分別為Z11和Z12。當(dāng)標(biāo)簽需要發(fā)送的信息為二進(jìn)制數(shù)“1”時(shí)，芯片的阻抗?fàn)顟B(tài)為Z11；當(dāng)標(biāo)簽需要發(fā)送的信息為二進(jìn)制數(shù)“0”時(shí)，芯片的阻抗?fàn)顟B(tài)為Z12。這樣在兩種狀態(tài)下標(biāo)簽反射回讀寫器的信號(hào)為：

S0(t)=s(t)S1S1(t)=s(t)S2

式中，s(t)為標(biāo)簽接收到的信號(hào)。

當(dāng)電子標(biāo)簽的阻抗采取不同的變化方式時(shí)，可以形成不同的后向散射調(diào)制方式，使得標(biāo)簽返回的能量和進(jìn)入標(biāo)簽的能量具有不同的特性。以下為四種情況：（a）OOK調(diào)制方式(On-OffKeying,OOK)。在該方式下，阻抗?fàn)顟B(tài)為1時(shí)，完全反射；阻抗?fàn)顟B(tài)為2時(shí)完全匹配，而且這兩種阻抗?fàn)顟B(tài)下標(biāo)簽的反射系數(shù)的相位相同。

|S1|=1|S2|=0arg(S1)=arg(S2)(b)BPSK調(diào)制方式(BinaryPhaseShiftKeying,BPSK)。在該方式下，這兩種阻抗?fàn)顟B(tài)有相同程度的失配，但是這兩種阻抗?fàn)顟B(tài)的下標(biāo)簽的反射系數(shù)的相位相反。

0<|S1|=|S2|<1arg(S1)=-arg(S2)(c)任意調(diào)制因子的ASK（AmplitudeShiftKeying,ASK）調(diào)制。在該方式下，這兩種阻抗?fàn)顟B(tài)有著不同程度的失配，但是這兩種阻抗?fàn)顟B(tài)的下標(biāo)簽的反射系數(shù)的相位相同。

0<|S1|<|S2|<1arg(S1)=arg(S2)

這種阻抗變化的方式可以使標(biāo)簽反射的信號(hào)形成任意調(diào)制因子的ASK調(diào)制方式。(d)PR-ASK（PhaseReverseAmplitudeShiftKeying,PR-ASK

）方式。該方式下，這兩種阻抗?fàn)顟B(tài)有不同程度的失配，而且這兩種阻抗?fàn)顟B(tài)的下標(biāo)簽的反射系數(shù)的相位相同。

0<|S1|<|S2|<1arg(S1)=-arg(S2)

這種阻抗變化的方式可以使標(biāo)簽反射的信號(hào)形成相位相反的幅度鍵控調(diào)制方式。（2）

反向散射調(diào)制的能量傳輸電磁波從天線向周圍空間發(fā)射，會(huì)遇到不同的目標(biāo)。到達(dá)目標(biāo)的電磁波能量一部分被目標(biāo)吸收，另一部分以不同的強(qiáng)度散射到各個(gè)方向上去。反射能量的一部分最終返回發(fā)射天線。下面我們看該方式調(diào)制的能量傳輸。（a）閱讀器到標(biāo)簽的能量傳輸在距離閱讀器距離為R的電子標(biāo)簽處的功率密度為

式中，PTX為讀寫器的發(fā)射功率，GTX為發(fā)射天線的增益，R是標(biāo)簽到讀寫器天線之間的距離，EIRP為天線的有效輻射功率，是指讀寫器發(fā)射功率和天線增益的乘積。在電子標(biāo)簽和發(fā)射天線都處于最佳姿態(tài)，并且極化方向相匹配時(shí)，電子標(biāo)簽可以吸收的最大功率與閱讀器發(fā)射信號(hào)的功率密度S成正比：

式中，Ae為電子標(biāo)簽的有效面積：

GTag為電子標(biāo)簽的天線增益，因此，有：無(wú)源RFID系統(tǒng)的電子標(biāo)簽通過(guò)電磁場(chǎng)供電，標(biāo)簽功耗很大，讀寫距離越短，性能就越差。RFID電子標(biāo)簽?zāi)芊窆ぷ饕仓饕呻娮訕?biāo)簽的工作電壓所決定，這也決定了無(wú)源RFID系統(tǒng)的識(shí)別距離。但隨著集成電路工藝的發(fā)展，射頻電子標(biāo)簽芯片本身的功耗逐漸在降低。目前，典型的低功耗電子標(biāo)簽的工作電壓為1.2V左右，標(biāo)簽本身的功耗可以低至數(shù)十微瓦到數(shù)微瓦。這使得無(wú)源電子標(biāo)簽的識(shí)別距離在無(wú)線電發(fā)射功率受到限制的情況下可以達(dá)到10m以上。（b）電子標(biāo)簽到閱讀器的能量傳輸電子標(biāo)簽返回的能量與它的雷達(dá)散射截面面積成正比，它是目標(biāo)反射電磁波能力的測(cè)度。散射面積取決于一系列的參數(shù)，這既包含物體本身的特性，如目標(biāo)的大小、形狀、材料和表面結(jié)構(gòu)，也包括反射電磁波的特性，如電磁波的波長(zhǎng)和極化方向等。電子標(biāo)簽在空間某個(gè)位置接收到閱讀器發(fā)射的電磁波，一部分自身吸收用于提供自身工作的能量，另一部分被反射回去，電子標(biāo)簽反射電磁波的能量為：返回閱讀器的功率密度為接收天線的有效面積為式中，GRX為天線的增益。

可以得出，閱讀器接收的標(biāo)簽反射信號(hào)的總功率為五、

聲表面波標(biāo)簽的識(shí)別原理1聲表面波RFID原理聲表面波是在固體半空間表面存在的一種沿表面?zhèn)鞑?，能量集中于表面附近的彈性波。聲表面波器件是在壓電基片上制作兩個(gè)聲：電換能器和叉指換能器。叉指換能器就是在壓電基片表面上形成形狀像兩只手的手指交叉狀的金屬圖案，它的作用是實(shí)現(xiàn)聲一電換能。聲表面波器件的工作原理是，基片左端的換能器（輸入換能器）通過(guò)逆壓電效應(yīng)將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲信號(hào)，此聲信號(hào)沿基片表面?zhèn)鞑ィ罱K由基片右邊的換能器（輸出換能器）將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出。整個(gè)聲表面波器件的功能是通過(guò)對(duì)在壓電基片上傳播的聲信號(hào)進(jìn)行各種處理，并利用聲一電換能器的特性來(lái)完成的。

換能器的兩條總線與電子標(biāo)簽的天線相連接，閱讀器的天線周期的發(fā)送高頻詢問(wèn)脈沖，在電子標(biāo)簽天線的接收范圍之內(nèi)，被接收到的高頻脈沖通過(guò)叉指換能器轉(zhuǎn)變成聲表面波，并在晶體表面?zhèn)鞑ァ７瓷淦鹘M對(duì)入射表面波部分反射，并返回到叉指換能器，叉指換能器又將反射聲表面波脈沖串轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電脈沖串。如果將反射器組按某種特定的規(guī)律設(shè)計(jì)，使其反射信號(hào)表示規(guī)定的編碼信息，那么閱讀器接收到的反射高頻電脈沖串就帶有該物品的特定編碼，通過(guò)解調(diào)與處理，即可達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的目的。2聲表面波RFID系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域及優(yōu)點(diǎn)

由于聲表面波SAW器件工作在射頻波段，無(wú)源而且抗電磁干擾能力較強(qiáng)，因此SAW技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子標(biāo)簽具有一定的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是對(duì)集成電路（IC）技術(shù)的補(bǔ)充。

SAW標(biāo)簽應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括物流管理、路橋收費(fèi)、公共交通、門禁控制、防偽、超市防盜、航空行李分揀、郵包跟蹤、流水線控制與跟蹤、體育競(jìng)賽等。同時(shí)也適用于壓力、應(yīng)力、扭曲、加速度和溫度等變化參數(shù)的測(cè)量，如鐵路紅外軸溫探測(cè)系統(tǒng)的熱軸定位、軌道衡、超偏載檢測(cè)系統(tǒng)、汽車輪胎壓力等。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：（a）讀取范圍大且可靠，識(shí)別距離遠(yuǎn)。（b）可使用在金屬和液體產(chǎn)品上。（c）標(biāo)簽芯片與天線匹配簡(jiǎn)單，制作工藝成本低。（d）不僅能識(shí)別靜止物體，而且能識(shí)別速度達(dá)300km/h的高速運(yùn)動(dòng)物體。（e）可在高溫差（-100℃~300℃）、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用。3聲表面波RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)（1）標(biāo)簽編碼容量與作用距離增加反射體數(shù)目和改進(jìn)編碼方法，是提高SAW標(biāo)簽編碼容量的主要措施。增加反射體數(shù)目會(huì)增加芯片長(zhǎng)度，并受聲表面波傳輸損耗和成本限制。即使采用聲道折疊、并列聲道和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)等來(lái)減小芯片長(zhǎng)度，但為保持反射回波脈沖均勻，每個(gè)反射體的反射能力應(yīng)降低，則必然導(dǎo)致回波強(qiáng)度減小，作用距離減小。（2）應(yīng)答器和讀寫器的配合讀寫器屬于通用簡(jiǎn)易脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，RFID系統(tǒng)的性能與讀寫器的性能息息相關(guān)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度取決于比特率、標(biāo)簽性能和編碼調(diào)制方法。聲表面波標(biāo)簽回波的主要特征是：反射回波幅度小、漲幅有漲落；但其時(shí)間特征可以預(yù)知。因此，讀寫器應(yīng)有同步時(shí)鐘、等時(shí)間閘等適應(yīng)聲表面波標(biāo)簽特征的電路