RFID射频识别系统详解

RFID的英文全称是Radio FrequencyIdentification，射频识别，又称电子标签，无线射频识别，感应式电子晶片，近接卡、感应卡、非接触卡、电子条码。

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，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。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。

RFID技术的应用

a. 在零售业中，条形码技术的运用使得数以万计的商品种类、价格、产地、批次、货架、库存等

b.采用车辆自动识别技术，使得路桥、停车场等收费场所避免了车辆排队通关现象，减少了时间浪费，从而极大地提高了交通运输效率及交通运输设施的通行能力;

c.在自动化的生产流水线上，整个产品生产流程的各个环节均被置于严密的监控和管理之下;

d.在粉尘、污染、寒冷、炎热等恶劣环境中，远距离射频识别技术的运用改善了卡车司机必须下车办理手续的不便;

e.在公交车的运行管理中，自动识别系统准确地记录着车辆在沿线各站点的到发站时刻，为车辆调度及全程运行管理提供实时可靠的信息。

RFID系统的基本原理

1、基本原理

从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式来看，系统一般可以分成两类，即电感耦合系统和电磁反向散射耦合系统。电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律;电磁反向散射耦合，即雷达原理模型，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。

2、电感耦合型RFID系统

RFID的电感耦合方式对应于ISO/IEC 14443协议。电感耦合电子标签由一个电子数据载体，通常由单个微芯片及用做天线的大面积的线圈等组成。电感耦合方式的电子标签几乎都是无源工作的，在标签中的微芯片工作所需的全部能量由阅读器发送的感应电磁能提供。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生，并穿越线圈横截面和线圈的周围空间，以使附近的电子标签产生电磁感应。

3、电磁反向散射RFID系统

(1)反向散射调制

雷达技术为RFID的反向散射耦合方式提供了理论和应用基础。当电磁波遇到空间目标时，其能量的一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向。在散射的能量中，一小部分反射回发射天线，并被天线接收(因此发射天线也是接收天线)，对接收信号进行放大和处理，即可获得目标的有关信息。当电磁波从天线向周围空间发射时，会遇到不同的目标。到达目标的电磁波能量的一部分(自由空间衰减)被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分最终会返回发射天线，称之为回波。在雷达技术中，可用这种反射波测量目标的距离和方位。对RFID系统来说，可以采用电磁反向散射耦合工作方式，利用电磁波反射完成从电子标签到阅读器的数据传输。这种工作方式主要应用在915MHz、2.45GNz或更高频率的系统中。

(2)RFID反向散射耦合方式

一个目标反射电磁波的频率由反射横截面来确定。反射横截面的大小与一系列的参数有关，如目标的大小、形状和材料，电磁波的波长和极化方向等。由于目标的反射性能通常随频率的升高而增强，所以RFID反向散射耦合方式采用特高频和超高频，应答器和读写器的距离大于1m。读写器、应答器(电子标签)和天线构成了一个收发通信系统。

4、声表面波标签的识别原理

(1)声表面波器件

声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)器件以压电效应和与表面弹性相关的低速传播的声波为依据。SAW器件的体积小、重量轻、工作频率高、相对带宽较宽，并且可以采用与集成电路工艺相同的平面加工工艺，制造简单，重获得性和设计灵活性高。声表面波器件具有广泛的应用，如通信设备中的滤波器。在RFID应用中，声表面波应答器的工作频率目前主要为2.45GHz。

(2)声表面波RFID的原理

SAW标签由叉指换能器和若干反射器组成，换能器的两条总线与电子标签的天线相连接。阅读器的天线周期地发送高频询问脉冲，在电子标签天线的接收范围内，被接收到的高频脉冲通过叉指换能器转变成声表面波，并在晶体表面传播。反射器组成对入射表面波部分反射，并返回到叉指换能器，叉指换能器又将反射脉冲串转变成高频电脉冲串。由于声表面波的传播速率低，有效的反射脉冲串在经过及微妙的延迟时间后才回到阅读器。

(3)声表面波RFID系统的关键技术

标签编码容量与作用距离，应答器和读写器的配合，应用小型低成本且适合待识别物品的电子标签天线，封装，由于标签附着的物品和使用环境千差万别，所以其封装结构各有特色，它们都必须达到以下几个要求。

保证压电芯片在工作寿命期间能耐受外部环境应力及其变化，不造成性能恶化。

至少不能影响或极少影响标签天线的高频电磁波接收效果。

固定于待识别物的方法简单、附着牢靠，不明显损伤该物品。

外型美观，对于待识别物和谐，并满足安全和保护环境等要求。

(4)声表面波RFID的优点

由于SAW器件本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强，所以SAW技术实现的电子标签具有一定的独特优势，是对集成电路(IC)技术的补充。

声表面波RFID的主要特点有：读取范围大且可靠，可达数米;可使用在金属和液体产品上;标签芯片与天线的匹配简单，制作工艺成本低;不仅能识别静止的物体，而且能识别速度达300km/h的高速运动物体。可在高温差(-100℃～300℃)、强电磁干扰等恶劣环境下使用。