第2章(4學(xué)時)-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標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；

天線(Antenna)：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。閱讀器(Reader)：讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。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)工作過程RFID產(chǎn)業(yè)鏈標簽芯片設(shè)計與制造讀寫模塊設(shè)計與制造天線設(shè)計與制造標簽封裝技術(shù)與設(shè)備讀寫器天線設(shè)計與制造讀寫器設(shè)計與制造終端用戶軟件中間件系統(tǒng)集成標簽打印和貼標RFID測試培訓(xùn)與服務(wù)應(yīng)用示范遠望谷(002161)公司是我國最早從事超高頻射頻識別技術(shù)(RFID)研究和開發(fā)的高科技公司之一。公司已在鐵路RFID市場取得壟斷地位、在煙草行業(yè)RFID市場和軍事應(yīng)用RFID市場取得了市場先入優(yōu)勢，同時具備了RFID技術(shù)在行業(yè)間成功復(fù)制實施的能力。2013年7月19日公告，公司擬與深圳市糧食集團有限公司(深糧集團)共同出資1000萬元，投資設(shè)立深圳市遠糧信息技術(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)交易平臺的建設(shè)等行業(yè)開發(fā)及應(yīng)用。其中，公司以自有資金出資490萬元，持有49%股權(quán)。上海貝嶺(600171)公司從2003年開始涉足RFID芯片研發(fā)和制造，控股的上海阿法迪智能標簽系統(tǒng)技術(shù)有限公司是國內(nèi)頂尖的專業(yè)RFID應(yīng)用集成開發(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庫管理系統(tǒng)(WMS)無縫連接的環(huán)境下，實現(xiàn)貨物在物流中心的入出盤移信息采集的自動化。阿法迪同時還是目前國內(nèi)唯一一家具有RFID圖書館全部自主知識產(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40%以上的市場。廈門信達(000701)自動識別芯片生產(chǎn)商。廈門信達專注于射頻識別(RFID)電子標簽產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)和推廣，擁有多項完全自主的射頻識別知識產(chǎn)權(quán)專利，涵蓋電子標簽、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)驗的各類人才，擁有多項完全自主的射頻識別知識產(chǎn)權(quán)專利。公司可年產(chǎn)各式高頻、超高頻電子標簽上億片，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于圖書館管理、危險品管理、防偽識別、工業(yè)制造、交通運輸管理、供應(yīng)鏈物流倉儲管理等領(lǐng)域，其中包括圖書標簽、金屬標簽、電子票證及航空行李標簽等。同時，公司還可針對不同客戶的需求設(shè)計電子標簽產(chǎn)品，并根據(jù)不同行業(yè)應(yīng)用特點制訂相應(yīng)生產(chǎn)工藝及檢測標準。目前公司生產(chǎn)的電子標簽產(chǎn)品，已經(jīng)成功應(yīng)用在多個領(lǐng)域。特別是高頻ISO15693標簽，支持目前所有芯片廠家的芯片產(chǎn)品，還能根據(jù)客戶需求進行訂制產(chǎn)品，市場占有率高達70%。RFID主要頻段和特性二、RFID系統(tǒng)的分類按標簽獲取電能的方式不同，可分為：有源射頻標簽(主動式標簽)、無源射頻標簽(被動式標簽)和半主動式射頻標簽。有源射頻標簽內(nèi)部自帶電池進行供電，電能充足、工作可靠性高、信號傳送的距離遠。無源射頻標簽內(nèi)部不帶電池，要靠外界提供能量。無源射頻標簽具有永久的使用期，支持長時間的數(shù)據(jù)傳輸和永久性的數(shù)據(jù)存儲。缺點：數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要比有源射頻標簽小半主動式射頻標簽本身有電池,電池只對自身的數(shù)字電路供電,數(shù)據(jù)發(fā)送通過閱讀器的能量場激活后,通過反射方式發(fā)送。感應(yīng)的距離較遠RFID系統(tǒng)的分類按內(nèi)部使用存儲器類型的不同，可分為：

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

標識標簽與便攜式數(shù)據(jù)文件。標識標簽中存儲的只是標識號碼，用于對特定的標識項目，如人、物、地點進行標識，關(guān)于被標識項目的詳細的特定信息，只能在與系統(tǒng)相連接的數(shù)據(jù)庫中進行查找。便攜式數(shù)據(jù)文件是指標簽中存儲的數(shù)據(jù)非常大，可以看作是一個數(shù)據(jù)文件。這種標簽一般都是用戶可編程的，如包裝說明、工藝過程說明等。電子標簽的分類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。閱讀器主要負責(zé)與電子標簽的雙向通信，同時接收來自主機系統(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)實現(xiàn)多應(yīng)答器識別，完成防沖突功能校驗讀寫過程中的錯誤閱讀器的功能

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，激活電子標簽并為其提供能量。②對發(fā)射信號進行調(diào)制，將數(shù)據(jù)傳輸給電子標簽。③接收并調(diào)制來自電子標簽的射頻信號。注意，在射頻接口中有兩個分隔開的信號通道，分別來往于電子標簽和閱讀器兩個方向的數(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)軟件進行通信，并執(zhí)行從應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)送來的指令。②控制閱讀器與電子標簽的通信過程。③信號的編碼與解碼。④對閱讀器和標簽之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密和解密。⑤執(zhí)行防碰撞算法。⑥對閱讀器和標簽的身份進行驗證。（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，或者將電流信號轉(zhuǎn)換成電磁波發(fā)射出去的裝置。在RFID系統(tǒng)中，閱讀器必須通過天線來發(fā)射能量，來形成電磁場，通過電磁場對電子標簽進行識別。因此，閱讀器天線所形成的電磁場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，符合國家和地區(qū)對無線發(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、半雙工和時序讀寫器優(yōu)先與電子標簽優(yōu)先手持式讀卡器2電子標簽電子標簽(ElectronicTag)也稱為智能標簽(SmartTag)，是由IC芯片和無線通信天線組成的超微型的小標簽，其內(nèi)置的射頻天線用于和閱讀器進行通信。RFID電子標簽是RFID系統(tǒng)中必備的一部分，相當于條碼技術(shù)中的條碼符號，用來存儲需要識別傳輸?shù)男畔?。RFID電子標簽是一種微型的無線收發(fā)裝置，標簽中存儲著被識別物體的相關(guān)信息，通常被安置在被識別的物體表面上。當RFID電子標簽被RFID讀寫器識別到或者電子標簽主動向讀寫器發(fā)送消息時，標簽內(nèi)的物體信息將被讀取或改寫。由耦合元件及芯片組成，標簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進行通信電子標簽內(nèi)部各模塊的功能：（1）天線：用來接收由閱讀器送來的信號，并把要求的數(shù)據(jù)傳送回給閱讀器。（2）電壓調(diào)節(jié)器：把由閱讀器送來的射頻信號轉(zhuǎn)換為直流電源，并經(jīng)大電容存儲能量，再通過穩(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。（5）邏輯控制單元：譯碼閱讀器送來的信號，并依據(jù)要求返回數(shù)據(jù)給閱讀器。（6）存儲單元：包括ERPROM和ROM，作為系統(tǒng)運行及存放識別數(shù)據(jù)。電子標簽的技術(shù)參數(shù)標簽激活的能量要求標簽信息的讀寫速度：可達毫秒級標簽信息的傳輸速率標簽信息的容量標簽的封裝尺寸標簽的讀寫距離標簽的可靠性標簽的工作頻率標簽的價格我的速度很快哦！但是我不便宜，有點貴RFID標簽類型與成本的關(guān)系各種電子標簽電子標簽構(gòu)造示例

圖中黑色區(qū)域就是該應(yīng)答器的CPU、存儲器、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標簽與識讀器之間建立數(shù)據(jù)通信的通道，天線的設(shè)計和位置對系統(tǒng)的覆蓋范圍、識讀距離和操作通信的準確信性起重要的作用。標簽天線識讀器天線電子標簽和讀寫器通過各自的天線構(gòu)建起兩者之間的非接觸信息傳輸通道。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔接收能量和發(fā)射能量的作用。

無論是射頻標簽還是讀寫器的正常工作，都離不開天線或耦合線圈：一方面，無源射頻標簽芯片要啟動電路工作，需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了射頻標簽與讀寫器之間的通信信道和通信方式，它在射頻標簽與讀寫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過程中起到了關(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)計工藝分類。根據(jù)RFID天線的設(shè)計工藝分類，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。電子標簽天線在電子標簽中，天線面積占主導(dǎo)地位，即標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的限制。設(shè)計要求：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給標簽的芯片無論物品在什么方向上，天線的極化都能與閱讀器的詢問信號相匹配非常便宜RFID標簽天線讀距問題超高頻電子標簽讀取距離計算公式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為標簽天線增益天線增益是指在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。

閱讀器天線設(shè)計要求：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，保證載波信號的傳輸，這些信號是用數(shù)據(jù)信號調(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，磁場不能穿透金屬等導(dǎo)磁材料，金屬物附近磁力線形狀會發(fā)生改變，讀寫器天線發(fā)出的能量被金屬吸收，讀寫距離就會大大減小。另外，液體對電磁信號有吸收作用，彈性基層會造成標簽及天線變形，寬頻帶信號源（如發(fā)動機、水泵、發(fā)電機）會產(chǎn)生電磁干擾等。沒反射板的E面方向圖有反射板的E面方向圖注：金屬板可以充當反射板，提高天線的增益，但同時犧牲掉了全向性，成了定向天線。對于近距離RFID應(yīng)用，天線一般和讀寫器集成在一起，對于遠距離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)，通過阻抗匹配的同軸電纜連接。一般來說，方向性天線由于具有較少回波損耗，比較適合標簽應(yīng)用；由于標簽放置方向不可控，讀寫器天線一般采用圓極化方式。對于分離式讀寫器，還將涉及到天線陣的設(shè)計問題。國外已經(jīng)開始研究在讀寫器應(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)域的標簽，增大系統(tǒng)覆蓋范圍。

4RFID中間件RFID中間件是一種獨立的系統(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，能夠為后臺業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供強大的支撐，從而驅(qū)動更廣泛、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不需要增加額外的程序代碼。（2）數(shù)據(jù)過濾與處理當標簽信息傳輸發(fā)生錯誤或有冗余數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，RFID中間件可以通過一定的算法糾正錯誤并過濾掉冗余數(shù)據(jù)。RFID中間件可以避免不同的閱讀器讀取同一電子標簽的碰撞，確保了閱讀準確性。（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)傳遞給哪一個應(yīng)用。RFID中間件可以與企業(yè)現(xiàn)有的企業(yè)資源計劃（ERP）、客戶關(guān)系管理（CRM）、倉儲管理系統(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，同時中間件可以保存數(shù)據(jù)，分批的給各個應(yīng)用提交數(shù)據(jù)。（4）進程管理

RFID中間件根據(jù)客戶定制的任務(wù)負責(zé)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與事件的觸發(fā)。如在倉儲管理中，設(shè)置中間件來監(jiān)控貨品庫存的數(shù)量，當庫存低于設(shè)置的標準時，RFID中間件會觸發(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：由閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號，當電子標簽進入有效工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量、電子標簽被激活，使得電子標簽將自身編碼信息通過內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去；閱讀器的接收天線接收到從標簽發(fā)送來的調(diào)制信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器信號處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送至后臺主機系統(tǒng)進行相關(guān)的處理；主機系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算識別該標簽的身份，針對不同的設(shè)定作出相應(yīng)的處理和控制，最終發(fā)出指令信號控制閱讀器完成相應(yīng)的讀寫操作。從電子標簽到閱讀器之間的通信及能量感應(yīng)方式來看，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)。電感耦合通過空間高頻交變磁場實現(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模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標后反射，同時攜帶目標信息，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、微波工作的遠距離RFID系統(tǒng)，典型的工作頻率：433MHz，915MHz，2.45GHz和5.8GHz。識別作用距離大于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應(yīng)于ISO/IEC14443協(xié)議。電感耦合電子標簽由一個電子數(shù)據(jù)作為載體，通常由單個微芯片及天線（大面積線圈）等組成。在標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。高頻的強電磁場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，其中一小部分磁力線穿過電子標簽天線線圈，通過感應(yīng)，在電子標簽的天線線圈上產(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。通過該回路的諧振，電子標簽線圈上的電壓U達到最大值。這兩個線圈的結(jié)構(gòu)可以被解釋為變壓器（變壓器的耦合）。（2）

數(shù)據(jù)傳輸對于電子標簽和閱讀器天線之間的作用距離不超過，并電子標簽處于近場范圍內(nèi)，電子標簽與閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸為負載調(diào)制（電感耦合、變壓器耦合）。如果把諧振的電子標簽放入閱讀器天線的交變磁場，那么電子標簽就可以從磁場獲得能量。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得這個附加的功耗。電子標簽天線上負載電阻的接通與斷開促使閱讀器天線上的電壓發(fā)生變化，實現(xiàn)了用電子標簽對天線電壓進行振幅調(diào)制。而通過數(shù)據(jù)控制負載電壓的接通和斷開，這些數(shù)據(jù)就可以從標簽傳輸?shù)介喿x器了。此外，由于閱讀器天線和電子標簽天線之間的耦合很弱，因此閱讀器天線上表示有用信號的電壓波動比閱讀器的輸出電壓小。在實踐中，對13.56MHz的系統(tǒng)，天線電壓（諧振時）只能得到約10mV的有用信號。因為檢測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。如果電子標簽的附加負載電阻以很高的時鐘頻率接通或斷開，那么在閱讀器發(fā)送頻率將產(chǎn)生兩條譜線，此時該信號就容易檢測了，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，到達目標的電磁波能量的一部分（自由空間衰減）被目標吸收，另一部分以不同的強度散射到各個方向上去。反射能量的一部分最終會返回發(fā)射天線，稱其為回波。在雷達技術(shù)中，用這種反射波測量目標的距離和方位。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)工作分為以下兩個過程：（a）標簽接收讀寫器發(fā)射的信號，其中包括已調(diào)制載波和未調(diào)制載波。當標簽接收的信號沒有被調(diào)制時，載波能量全部被轉(zhuǎn)換為直流電壓，該電壓供給電子標簽內(nèi)部芯片能量；當載波攜帶數(shù)據(jù)或者命令時，標簽通過接收電磁波作為自己的能量來源，并對接收信號進行處理，從而接收讀寫器的指令或數(shù)據(jù)。

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

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

式中，s(t)為標簽接收到的信號。

當電子標簽的阻抗采取不同的變化方式時，可以形成不同的后向散射調(diào)制方式，使得標簽返回的能量和進入標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，阻抗狀態(tài)為1時，完全反射；阻抗狀態(tài)為2時完全匹配，而且這兩種阻抗狀態(tài)下標簽的反射系數(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，這兩種阻抗狀態(tài)有相同程度的失配，但是這兩種阻抗狀態(tài)的下標簽的反射系數(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，這兩種阻抗狀態(tài)有著不同程度的失配，但是這兩種阻抗狀態(tài)的下標簽的反射系數(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簽反射的信號形成任意調(diào)制因子的ASK調(diào)制方式。(d)PR-ASK（PhaseReverseAmplitudeShiftKeying,PR-ASK

）方式。該方式下，這兩種阻抗狀態(tài)有不同程度的失配，而且這兩種阻抗狀態(tài)的下標簽的反射系數(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簽反射的信號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，會遇到不同的目標。到達目標的電磁波能量一部分被目標吸收，另一部分以不同的強度散射到各個方向上去。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）閱讀器到標簽的能量傳輸在距離閱讀器距離為R的電子標簽處的功率密度為

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，電子標簽可以吸收的最大功率與閱讀器發(fā)射信號的功率密度S成正比：

式中，Ae為電子標簽的有效面積：

GTag為電子標簽的天線增益，因此，有：無源RFID系統(tǒng)的電子標簽通過電磁場供電，標簽功耗很大，讀寫距離越短，性能就越差。RFID電子標簽?zāi)芊窆ぷ饕仓饕呻娮訕撕灥墓ぷ麟妷核鶝Q定，這也決定了無源RFID系統(tǒng)的識別距離。但隨著集成電路工藝的發(fā)展，射頻電子標簽芯片本身的功耗逐漸在降低。目前，典型的低功耗電子標簽的工作電壓為1.2V左右，標簽本身的功耗可以低至數(shù)十微瓦到數(shù)微瓦。這使得無源電子標簽的識別距離在無線電發(fā)射功率受到限制的情況下可以達到10m以上。（b）電子標簽到閱讀器的能量傳輸電子標簽返回的能量與它的雷達散射截面面積成正比，它是目標反射電磁波能力的測度。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，如電磁波的波長和極化方向等。電子標簽在空間某個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，閱讀器接收的標簽反射信號的總功率為五、

聲表面波標簽的識別原理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）通過逆壓電效應(yīng)將輸入的電信號轉(zhuǎn)變成聲信號，此聲信號沿基片表面?zhèn)鞑ィ罱K由基片右邊的換能器（輸出換能器）將聲信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出。整個聲表面波器件的功能是通過對在壓電基片上傳播的聲信號進行各種處理，并利用聲一電換能器的特性來完成的。

換能器的兩條總線與電子標簽的天線相連接，閱讀器的天線周期的發(fā)送高頻詢問脈沖，在電子標簽天線的接收范圍之內(nèi)，被接收到的高頻脈沖通過叉指換能器轉(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，使其反射信號表示規(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，通過解調(diào)與處理，即可達到自動識別的目的。2聲表面波RFID系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域及優(yōu)點

由于聲表面波SAW器件工作在射頻波段，無源而且抗電磁干擾能力較強，因此SAW技術(shù)實現(xiàn)的電子標簽具有一定的獨特優(yōu)勢，是對集成電路（IC）技術(shù)的補充。

SAW標簽應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括物流管理、路橋收費、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、體育競賽等。同時也適用于壓力、應(yīng)力、扭曲、加速度和溫度等變化參數(shù)的測量，如鐵路紅外軸溫探測系統(tǒng)的熱軸定位、軌道衡、超偏載檢測系統(tǒng)、汽車輪胎壓力等。其主要優(yōu)點如下：（a）讀取范圍大且可靠，識別距離遠。（b）可使用在金屬和液體產(chǎn)品上。（c）標簽芯片與天線匹配簡單，制作工藝成本低。（d）不僅能識別靜止物體，而且能識別速度達300km/h的高速運動物體。（e）可在高溫差（-100℃~300℃）、強電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用。3聲表面波RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)（1）標簽編碼容量與作用距離增加反射體數(shù)目和改進編碼方法，是提高SAW標簽編碼容量的主要措施。增加反射體數(shù)目會增加芯片長度，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)等來減小芯片長度，但為保持反射回波脈沖均勻，每個反射體的反射能力應(yīng)降低，則必然導(dǎo)致回波強度減小，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易脈沖雷達系統(tǒng)，RFID系統(tǒng)的性能與讀寫器的性能息息相關(guān)，技術(shù)實現(xiàn)難度取決于比特率、標簽性能和編碼調(diào)制方法。聲表面波標簽回波的主要特征是：反射回波幅度小、漲幅有漲落；但其時間特征可以預(yù)知。因此，讀寫器應(yīng)有同步時鐘、等時間閘等適應(yīng)聲表面波標簽特征的電路