射频技术原理(无线射频技术原理)

 

1 RFID读写设备

1.1 RFID的工作原理

射频识别系统的基本模型如图 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。RFID 读写器技术原理图:

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， 如右图所示。

(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。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。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。

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。

电感耦合模型的读写器和电磁反向散射耦合型的 RFID 读写器 。

1.2 RFID读写器基本介绍

1.2.1什么是RFID读写器

无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。

RFID 系统至少包含电子标签和阅读器两部分。RFID 阅读器（读写器）通过天线与 RFID 电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。

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1.2.2 RFID读写器防冲撞（防碰撞）实例机理

RFID 分类的第二个重要的看点在于是否需要同时读取复数个标签。为了实现这个功能在通信上所采取的技术是（防冲撞）＂防碰撞＂．同时读取复数个标签是常被人们谈及的RFID 比图形码远为优越的地方，但是如果没有防碰撞 （防冲撞）的功能时，RFID 系统只能读写一个标签。在这种情况下如果有两个以上的标签同时处于可读取的范围内就会导致读取的错误。

其次，我们来简单地说明防碰撞（防冲撞）功能的工作原理。即使是具有防碰撞（防冲撞）功能的 RFID 系统，实际上并非同时读取所有标签的内容。在同时查出有复数个标签存在的情况下，检索信号并防止冲突的功能开始动作。为了进行检索，首先要确定检索条件。例如，13.56MHz 频带的 RFID 系统里应用的 ALOHA 方式的防碰撞功能的工作步骤如下。

1) 首先，阅读器指定电子标签内存的特定位数（1~4 位左右）为次数批量。

2) 电子标签根据次数批量，将响应的时机离散化。例如在两位数的次数批量00、01、10、11时，读写器将以不同的时机对这四种可能性逐一进行响应。

3) 若在各个时机里同时响应的电子标签只有一个的场合下才能得到这个电子标签的正常数据。信息读取之后阅读器对于这个电子标签发送在一定的时间内不再响应的睡眠的指令（Sleep/Mute）使之在休眠，避免再次向应。

4) 若在各个时机内同时由几个电子标签响应，判别为冲突。在这种情况下，内存内的另外两位数所记录的次数批量，重复以上从 2）开始的处理。

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5) 所有的电子标签都完成响应之后，阅读器向他们发送唤醒的指令（Wake Up），从而完成对所有电子标签的信息读取。

在这种搭载有防碰撞（防冲撞）功能的 RFID 系统中，为了只读一个标签，几经调整次数批量反复读取进行检索。所以，一次性读取具有一定数量的标签的情况下，所有的标签都被读到为止其速度是不同的，一次性读取的标签数目越多，完成读取所需时间要比单纯计算所需的时间越长。

实现防止抗碰撞（防冲撞）的功能是 RFID 在物流领域中取代图形码所必不可少的条件。例如，在超市中，商品是装在购物车里面进行计价的。为了实现这种计价方式，抗碰撞 （防冲撞）功能必须完备。另一方面，在电子货币和个人认证方面利用 RFID 系统时，同时识别几个标签是发生差错的主要原因。

具有抗碰撞（防冲撞）功能的 RFID 系统的价格比不具有这种功能的系统的要昂贵。当个人用户在制作 RFID 系统的时候，如果没有必要进行复数个 ID 同时认识时就没有必要选择抗碰撞机能的读写器。

1.3 RFID读写器

1.3.1 RFID读写器频率分类

和我们听的收音机道理一样，射频标签和阅读器也要调制到相同的频率才能工作。LF, HF, UHF 就对应著不同频率的射频。LF 代表低频射频，在 125KHz 左右，HF 代表高频射频， 在 13.54MHz 左右，UHF 代表超高频射频，在 850 至 910MHz 范围之内，还有 2.4G 的微波读写器。

1.3.2为什么要使用不同的频率？

在操作中有 4 种波段的频率，低频（125KHz），高频（13.54MHz），超高频（850-910MFz），微波（2.45GHz）.每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选择合适的频率。不同的国家所使用频率也不尽相同：

欧洲的超高频是 868MHz,美国的则是 915MHz.日本目前不允许将超高频用到射频技术中。政府也通过调整阅读器的电源来限制它对其他器械的影响。有些组织例如全球商务促进委员会正鼓励政府取消限制。标签和阅读器生产厂商也正在开发能使用不同频率系统避免这些问题。

1.3.3所有的阅读器都能支持不同种类的标签吗？

目前还不是。很多公司生产的阅读器支持现有供给链中用的新标签的射频技术。一些阅读器只支持新的电子产品代码，一些只支持某些生产厂商生产的特定标签。

1.3.4什么是阅读器冲突？

射频技术遇到的一个问题就是阅读器冲突，就是一个阅读器接收到的信息和另外一个阅读器接收到的信息发生冲突，产生重叠。解决这个问题的一种方法是使用 TDMA 技术，简单来说就是阅读器被指挥在不同时间接收信号，而不是同时，这样就保证了阅读器不会互相干扰。但是在同一区域的物品就会被读取两次，因此就要建立相应的系统去避免这种情况的发生。

1.3.5我们如何知道哪个频率适合于我们的产品？

不同的频率有不同的特点，因此他们的用途也就形形色色。例如，低频标签比超高频标签便宜，节省能量，穿透废金属物体力强，他们最适合用于含水成分较高的物体，例如水果等。超高频作用范围广，传送数据速度快，但是他们比较耗能，穿透力较弱，作业区域不能有太多干扰，适合用于监测从海港运到仓库的物品。当做选择时，最好咨询一下相关的专家， 供货商，从而选择正确的射频。

1.3.6我需要什么样的阅读器？

阅读器和标签一样，得通过研究供给方式决定使用种类和数量。例如，要求是管理进出仓库的库存，阅读器可以安装在码头货物进出的舱门上。如果要求是管理送给特定客户的产品，那阅读器应该不仅仅装在舱门上，还应该装在卡车上。如果要求是控制零售货架，固定或是手持装置可以采用，从而方便自动出库记录和计数。

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