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RFID的工作原理和RFID的工作频率

作者:时间:2017-10-11来源:网络收藏

  RFID是一种非接触式的自动识别技术,其基本原理是电磁理论。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/365320.htm

  埃森哲实验室首席科学家弗格森认为RFID是一种突破性的技术:‘第一,可以识别单个的非常具体的物体,而不是像条形码那样只能识别一类物体;第二,其采用无线电射频,可以透过外部材料读取数据,而条形码必须靠激光来读取信息;第三,可以同时对多个物体进行识读,而条形码只能一个一个地读。此外,储存的信息量也非常大。

  

  最基本的RFID系统由电子标签、读写器和计算机网络等这三部分组成构成。

  (1) 电子标签(Tag):电子标签包含电子芯片和天线,天线在标签和读取器间传递射频信号,电子芯片用来存储物体的数据,天线用来收发无线电波。

  电子标签按供电方式分为无源电子标签、有源电子标签和半有源电子标签三种:

  无源电子标签:标签内部没有电池,其工作能量均需阅读器发射的电磁场来提供,重量轻、体积小、寿命长、成本低,可制成各种卡片,是目前最流行的电子标签形式。其识别距离比有源系统要小,一般为几米到十几米,而且需要较大的阅读器发射功率。

  有源电子标签:通过标签内部的电池来供电,不需要阅读器提供能量来启动,标签可主动发射电磁信号,识别距离较长,通常可达几十米甚至上百米,缺点是成本高寿命有限,而且不易做成薄卡。

  半有源电子标签:内有电池,但电池只对标签内部电路供电,并不主动发射信号,其能量传递方式与无源系统类似,因此其工作寿命比一般有源系统标签要长许多。

  (2) 读写器(Reader):利用射频技术读写电子标签的设备,读写器接收电子标签的数据信息,并将其传送给外部主机。

  (3) 计算机网络(Computer):读写器通过标准接口与计算机网络连接,计算机网络完成数据的处理、传输和通信的功能。

  RFID的工作原理:

  系统的基本模型如下图所示。其中,电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体;阅读器又称为读出装置,扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递、数据的交换。

  系统的基本工作流程是:阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流,射频卡获得能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号,经天线调节器传送到阅读器,阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,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动作。

  

  发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。

  (1) 电感耦合。变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应定律,如右图A所示。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离系统。典型的工作频率有:125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m,典型作用距离为10~20cra。

  (2) 电磁反向散射耦合:雷达原理模型,发射出去的电磁波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律,如图B所示。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有:433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。识别作用距离大于1m,典型作用距离为3—l0m。

  

  RFID技术的基本工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签或被动标签),或者由标签主动发送某一频率的信号(AcTIve Tag,有源标签或主动标签),解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。

  一套完整的RFID系统, 是由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部份所组成,其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量,用以驱动电路将内部的数据送出,此时Reader便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成:感应耦合及后向散射耦合两种。一般低频的RFID大都采用第一种式,而较高频大多采用第二种方式。

  阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置,是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换,同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中,可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体,应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。

  

  RFID的工作频率:

  目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式。

  一、低频 (从125KHz到134KHz)

  特性:

  1. 工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz, TI(德州仪器)的工作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为2500m.

  2. 除了金属材料影响外,一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。

  3. 工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。

  4.低频产品有不同的封装形式。好的封装形式价格太贵,但是有10年以上的使用寿命。

  5.虽然该频率的磁场区域下降很快,但是能够产生相对均匀的读写区域。

  6.相对于其他频段的RFID产品,该频段数据传输速率比较慢。

  7.感应器的价格相对与其他频段来说要贵。

  二、高频(工作频率为13.56MHz)

  特性:

  1. 工作频率为13.56MHz,该频率的波长大概为22m。

  2. 除了金属材料外,该频率的波长可以穿过大多数的材料,但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离。

  3. 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。

  4. 感应器一般以电子标签的形式。

  5. 虽然该频率的磁场区域下降很快,但是能够产生相对均匀的读写区域。

  6. 该系统具有防冲撞特性,可以同时读取多个电子标签。

  7. 可以把某些数据信息写入标签中。

  8. 数据传输速率比低频要快,价格不是很贵。

  三、超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间)

  特性:

  1. 在该频段,全球的定义不是很相同-欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz,北美定义的频段为902到905MHz之间,在日本定义的频段为950到956之间。该频段的波长大概为30cm左右。

  2. 目前,该频段功率输出目前统一的定义(美国定义为4W,欧洲定义为500mW)。 可能欧洲限制会上升到2W EIRP(有效全向辐射功率)。

  3. 超高频频段的电波不能通过许多材料,特别是水,灰尘,雾等悬浮颗粒物质。相对于高频的电子标签来说,该频段的电子标签不需要和金属分开来。

  4. 电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计,满足不同应用的需求。

  5. 该频段有很好的读取距离,但是对读取区域很难进行定义。

  6. 有很高的数据传输速率,在很短的时间可以读取大量的电子标签。

  有源RFID技术(2.45GHz、5.8G)

  有源RFID具备低发射功率、通信距离长、传输数据量大,可靠性高和兼容性好等特点,与无源RFID相比,在技术上的优势非常明显。被广泛地应用到公路收费、港口货运管理等应用中。

  



关键词: rfid 射频识别

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