《電子技術(shù)應(yīng)用》
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RFID智能標(biāo)簽基本技術(shù)指標(biāo)與應(yīng)用解析
摘要: 對(duì)一個(gè)RFID系統(tǒng)來說,它的頻段概念是指讀寫器通過天線發(fā)送、接收并識(shí)讀的標(biāo)簽信號(hào)頻率范圍。從應(yīng)用概念來說,射頻標(biāo)簽的工作頻率也就是射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率,直接決定系統(tǒng)應(yīng)用的各方面特性。在RFID系統(tǒng)中,系統(tǒng)工作就像我們平時(shí)收聽調(diào)頻廣播一樣,射頻標(biāo)簽和讀寫器也要調(diào)制到相同的頻率才能工作。
Abstract:
Key words :

    對(duì)一個(gè)RFID系統(tǒng)來說,它的頻段概念是指讀寫器通過天線發(fā)送、接收并識(shí)讀的標(biāo)簽信號(hào)頻率范圍。從應(yīng)用概念來說,射頻標(biāo)簽的工作頻率也就是射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率,直接決定系統(tǒng)應(yīng)用的各方面特性。在RFID系統(tǒng)中,系統(tǒng)工作就像我們平時(shí)收聽調(diào)頻廣播一樣,射頻標(biāo)簽和讀寫器也要調(diào)制到相同的頻率才能工作。

    射頻標(biāo)簽的工作頻率不僅決定著射頻識(shí)別系統(tǒng)工作原理(電感耦合還是電磁耦合)、識(shí)別距離,還決定著射頻標(biāo)簽及讀寫器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備成本。RFID應(yīng)用占據(jù)的頻段或頻點(diǎn)在國際上有公認(rèn)的劃分,即位于ISM波段。典型的工作頻率有:125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz-928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。


    按照工作頻率的不同,RFID標(biāo)簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波等不同種類。不同頻段的RFID工作原理不同,LF和HF頻段RFID電子標(biāo)簽一般采用電磁耦合原理,而UHF及微波頻段的RFID一般采用電磁發(fā)射原理。目前國際上廣泛采用的頻率分布于4種波段,低頻(125KHz)、高頻(13.54MHz)、超高頻(850MHz-910MFz)和微波(2.45GHz)。每一種頻率都有它的特點(diǎn),被用在不同的領(lǐng)域,因此要正確應(yīng)用就要先選擇合適的頻率。

    低頻段射頻標(biāo)簽,簡稱為低頻標(biāo)簽,其工作頻率范圍為30kHz-300kHz。典型工作頻率有125KHz和133KHz。低頻標(biāo)簽一般為無源標(biāo)簽,其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。低頻標(biāo)簽與閱讀器之間傳送數(shù)據(jù)時(shí),低頻標(biāo)簽需位于閱讀器天線輻射的近場區(qū)內(nèi)。低頻標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下小于1米。低頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用有:動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、工具識(shí)別、電子閉鎖防盜(帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車鑰匙)等。

    中高頻段射頻標(biāo)簽的工作頻率一般為3MHz-30MHz。典型工作頻率為13.56MHz。該頻段的射頻標(biāo)簽,因其工作原理與低頻標(biāo)簽完全相同,即采用電感耦合方式工作,所以宜將其歸為低頻標(biāo)簽類中。另一方面,根據(jù)無線電頻率的一般劃分,其工作頻段又稱為高頻,所以也常將其稱為高頻標(biāo)簽。鑒于該頻段的射頻標(biāo)簽可能是實(shí)際應(yīng)用中最大量的一種射頻標(biāo)簽,因而我們只要將高、低理解成為一個(gè)相對(duì)的概念,即不會(huì)造成理解上的混亂。為了便于敘述,我們將其稱為中頻射頻標(biāo)簽。中頻標(biāo)簽一般也采用無源設(shè)主,其工作能量同低頻標(biāo)簽一樣,也是通過電感(磁)耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。標(biāo)簽與閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí),標(biāo)簽必須位于閱讀器天線輻射的近場區(qū)內(nèi)。中頻標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下也小于1米。中頻標(biāo)簽由于可方便地做成卡狀,廣泛應(yīng)用于電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)、小區(qū)物業(yè)管理、大廈門禁系統(tǒng)等。

    超高頻與微波頻段的射頻標(biāo)簽簡稱為微波射頻標(biāo)簽,其典型工作頻率有433.92MHz、862(902)MHz-928MHz、2.45GHz、5.8GHz。微波射頻標(biāo)簽可分為有源標(biāo)簽與無源標(biāo)簽兩類。工作時(shí),射頻標(biāo)簽位于閱讀器天線輻射場的遠(yuǎn)區(qū)場內(nèi),標(biāo)簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線輻射場為無源標(biāo)簽提供射頻能量,將有源標(biāo)簽喚醒。相應(yīng)的射頻識(shí)別系統(tǒng)閱讀距離一般大于1m,典型情況為4m-6m,最大可達(dá)10m以上。閱讀器天線一般均為定向天線,只有在閱讀器天線定向波束范圍內(nèi)的射頻標(biāo)簽可被讀/寫。由于閱讀距離的增加,應(yīng)用中有可能在閱讀區(qū)域中同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)射頻標(biāo)簽的情況,從而提出了多標(biāo)簽同時(shí)讀取的需求。目前,先進(jìn)的射頻識(shí)別系統(tǒng)均將多標(biāo)簽識(shí)讀問題作為系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。超高頻標(biāo)簽主要用于鐵路車輛自動(dòng)識(shí)別、集裝箱識(shí)別,還可用于公路車輛識(shí)別與自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中。

    以目前技術(shù)水平來說,無源微波射頻標(biāo)簽比較成功的產(chǎn)品相對(duì)集中在902MHz-928MHz工作頻段上。2.45GHz和5.8GHz射頻識(shí)別系統(tǒng)多以半無源微波射頻標(biāo)簽產(chǎn)品面世。半無源標(biāo)簽一般采用鈕扣電池供電,具有較遠(yuǎn)的閱讀距離。微波射頻標(biāo)簽的典型特點(diǎn)主要集中在是否無源、無線讀寫距離、是否支持多標(biāo)簽讀寫、是否適合高速識(shí)別應(yīng)用,讀寫器的發(fā)射功率容限,射頻標(biāo)簽及讀寫器的價(jià)格等方面。對(duì)于可無線寫的射頻標(biāo)簽而言,通常情況下寫入距離要小于識(shí)讀距離,其原因在于寫入要求更大的能量。微波射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量一般限定在2Kbits以內(nèi),再大的存儲(chǔ)容量似乎沒有太大的意義,從技術(shù)及應(yīng)用的角度來說,微波射頻標(biāo)簽并不適合作為大量數(shù)據(jù)的載體,其主要功能在于標(biāo)識(shí)物品并完成無接觸的識(shí)別過程。典型的數(shù)據(jù)容量指標(biāo)有:1Kbits、128Bits、64Bits等。由Auto-IDCenter制定的產(chǎn)品電子代碼EPC的容量為90Bits。微波射頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用包括移動(dòng)車輛識(shí)別、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)、醫(yī)療科研等行業(yè)。

    不同頻率的標(biāo)簽有不同的特點(diǎn),例如,低頻標(biāo)簽比超高頻標(biāo)簽便宜,節(jié)省能量,穿透廢金屬物體力強(qiáng),工作頻率不受無線電頻率管制約束,最適合用于含水成分較高的物體,例如水果等;超高頻作用范圍廣,傳送數(shù)據(jù)速度快,但是比較耗能,穿透力較弱,作業(yè)區(qū)域不能有太多干擾,適用于監(jiān)測(cè)港口、倉儲(chǔ)等物流領(lǐng)域的物品;而高頻標(biāo)簽屬中短距識(shí)別,讀寫速度也居中,產(chǎn)品價(jià)格也相對(duì)便宜,比如應(yīng)用在電子票證一卡通上。

    目前,不同的國家對(duì)于相同波段,使用的頻率也不盡相同。歐洲使用的超高頻是868MHz,美國則是915MHz。日本目前不允許將超高頻用到射頻技術(shù)中。

    目前在實(shí)際應(yīng)用中,比較常用的是13.56MHz、860MHz-960MHz、2.45GHz等頻段。近距離RFID系統(tǒng)主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF頻段,技術(shù)最為成熟;遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)主要使用433MHz、860MHz-960MHz等UHF頻段,以及2.45GHz、5.8GHz等微波頻段,目前還多在測(cè)試當(dāng)中,沒有大規(guī)模應(yīng)用。

    我國在LF和HF頻段RFID標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)方面的技術(shù)比較成熟,HF頻段方面的設(shè)計(jì)技術(shù)接近國際先進(jìn)水平,已經(jīng)自主開發(fā)出符合ISO14443TypeA、TypeB和ISO15693標(biāo)準(zhǔn)的RFID芯片,并成功地應(yīng)用于交通一卡通和第二代身份證等項(xiàng)中。

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