射頻識(shí)別技術(shù)概述

射頻識(shí)別技術(shù)概述第1頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月射頻識(shí)別(RadioFrequencyIdentification，RFID)技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，是利用射頻信號(hào)通過空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的一種技術(shù)。RFID存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)容量最大可以達(dá)到二的九十六次方以上，可以讓地球上每一個(gè)商品都擁有獨(dú)一無二的電子標(biāo)識(shí);而且它的最大優(yōu)點(diǎn)在于非接觸，完成識(shí)別工作時(shí)無須人工干預(yù)、可以同時(shí)讀取多個(gè)被識(shí)別物體(標(biāo)簽)的信息、可以在惡劣污染環(huán)境下工作，RFID技術(shù)以其上述很多優(yōu)勢(shì)已經(jīng)被認(rèn)為二十一世紀(jì)十大重要技術(shù)之一。第2頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RFID技術(shù)發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀RFID技術(shù)的起源歸結(jié)為20世紀(jì)初期雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。1948年HarryStockman發(fā)表的“Communicationbymeansofreflectedpower

”一文奠定了無線射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)，也拉開了RFID技術(shù)全面研究的序幕。20世紀(jì)50年代是RFID技術(shù)的初步探索階段，以實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究為主。20世紀(jì)60年代，RFID技術(shù)的理論研究取得了進(jìn)步，開始了一些應(yīng)用嘗試。20世紀(jì)70年代，RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，很多科研院所和商業(yè)機(jī)構(gòu)開始投入到RFID的研發(fā)中來。出現(xiàn)了一些最早的RFID商業(yè)應(yīng)用。第3頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月20世紀(jì)80年代，RFID技術(shù)更加成熟。各種封閉獨(dú)立的RFID系統(tǒng)應(yīng)用開始逐步出現(xiàn)。20世紀(jì)90年代，RFID技術(shù)發(fā)展更全面。RFID產(chǎn)品在門禁系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、航空行李識(shí)別、電子付費(fèi)及運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)方面都得到廣泛的應(yīng)用。隨著RFID的廣泛應(yīng)用，為保證不同RFID設(shè)備及系統(tǒng)的相互兼容，RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題越來越得到重視。這時(shí)，EPCglobal(全球電子產(chǎn)品碼協(xié)會(huì))應(yīng)運(yùn)而生，它是由UCC(北美統(tǒng)一碼協(xié)會(huì))和EAN(歐洲商品編碼協(xié)會(huì))共同發(fā)起組建，并專門負(fù)責(zé)制定RFID的標(biāo)準(zhǔn)。第4頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月進(jìn)入21世紀(jì)，RFID技術(shù)理論得到進(jìn)一步豐富和完善，RFID產(chǎn)品種類變得更加豐富，有源、無源及半無源電子標(biāo)簽都得到發(fā)展，電子標(biāo)簽的成本也不斷下降。而全球最大的零售商沃爾瑪公司的一項(xiàng)“要求其前100家供應(yīng)商從2005年1月起，向其配送中心發(fā)送貨盤和包裝箱時(shí)使用RFID技術(shù)，2006年1月起在單件商品中使用該技術(shù)”的決議，再次把RFID技術(shù)推到了聚光燈下。第5頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RFID技術(shù)興起于二十世紀(jì)90年代，該技術(shù)在世界范圍內(nèi)廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，而在我國(guó)則起步較晚，與先進(jìn)國(guó)家相比還存在較大的差距。目前，我國(guó)射頻識(shí)別技術(shù)還處于研發(fā)階段，存在技術(shù)水平不高，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完整等問題。同時(shí)，我國(guó)射頻識(shí)別技術(shù)又擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場(chǎng)潛力。為了跟上RFID技術(shù)的國(guó)際水平，2006年中國(guó)政府15個(gè)政府部門機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布了中國(guó)RFID技術(shù)政策白皮書，確定了國(guó)內(nèi)RFID技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段。為適應(yīng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)超高頻RFID

技術(shù)的應(yīng)用需求，根據(jù)我國(guó)無線電頻率劃分和產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，并與國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)銜接，2007年5月我國(guó)制定并公布了800/900MHz

頻段RFID

技術(shù)應(yīng)用試行規(guī)定。引導(dǎo)中國(guó)的“電子標(biāo)簽”發(fā)展進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的軌道。RFID系統(tǒng)在中國(guó)的發(fā)展第6頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RFID系統(tǒng)的組成及工作原理典型的RFID系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：電子標(biāo)簽，又稱應(yīng)答器，對(duì)應(yīng)英文名稱為Tag、Responder或者Transponder，載有目標(biāo)物相關(guān)信息，一般作為被識(shí)別物體位于用戶手中或者貼附于需要被識(shí)別的物品上。通常由標(biāo)簽天線、標(biāo)簽芯片和襯底組成。標(biāo)簽天線負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的接收、射頻調(diào)制信號(hào)的發(fā)射；標(biāo)簽芯片包含存儲(chǔ)器、射頻選擇電路和能量處理電路。第7頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8閱讀器，又稱讀寫器，對(duì)應(yīng)英文名稱為Reader，向電子標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)，并接收電子標(biāo)簽的應(yīng)答，對(duì)電子標(biāo)簽的對(duì)象標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行解碼，將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息以及電子標(biāo)簽上其它相關(guān)信息傳輸?shù)綉?yīng)用系統(tǒng)以供處理。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，閱讀器可以是手持式或固定式。閱讀器主要由天線、射頻模塊、控制模塊等組成。天線，對(duì)應(yīng)英文名稱為Antenna，是發(fā)射和接收射頻信號(hào)的裝置。應(yīng)用系統(tǒng)，可運(yùn)行應(yīng)用軟件，是對(duì)閱讀器傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的裝置。在射頻識(shí)別系統(tǒng)中，閱讀器和電子標(biāo)簽的所有動(dòng)作都由應(yīng)用軟件來控制。第8頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9RFID系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)在工作時(shí)，讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)貼有標(biāo)簽的目標(biāo)對(duì)象進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)，標(biāo)簽天線便會(huì)接收讀寫器發(fā)出的射頻信號(hào)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流對(duì)應(yīng)的功率足以激活標(biāo)簽芯片時(shí)，標(biāo)簽芯片便將自身的編碼等信息通過標(biāo)簽天線發(fā)送出去，讀寫器天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，再由讀寫器經(jīng)過調(diào)制、解碼然后送到數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行處理，再由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)判斷標(biāo)簽的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。第9頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10

以上信息的傳遞皆用無線傳輸，天線在射頻識(shí)別系統(tǒng)中所扮演的角色就是將信息有效地輻射到接收端，天線的性能好壞直接影響到整個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)所能正確識(shí)別的距離，可以說是整個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。電子標(biāo)簽的分類電子標(biāo)簽（Tag）是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，Tag具有智能讀寫和加密通訊的功能，它的基本構(gòu)成是由IC芯片和一些外圍元件組成。依據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同，電子標(biāo)簽可以分為有源卡(Activetag)和無源卡(Passivetag)，有源卡內(nèi)裝有電池，無源卡內(nèi)沒有裝電池。按照能量供給方式，RFID系統(tǒng)分為有源系統(tǒng)與無源系統(tǒng)；按照工作頻率，RFID系統(tǒng)有低頻、中頻、高頻、超高頻、微波射頻等幾種。第10頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11

RFID系統(tǒng)的分類按照不同的分類方法，RFID系統(tǒng)有不同的分類。根據(jù)系統(tǒng)工作的頻率不同，RFID系統(tǒng)可以分為低頻(LowFrequency，LF，30~300KHz)、高頻(HighFrequency，HF，3~30MHz)、超高頻(UltraHighFrequency，UHF，300~1000MHz)以及微波(MicroWave，MW，2.45GHz，5.8GHz)系統(tǒng)。如圖所示為RFID系統(tǒng)工作頻譜圖。第11頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月低頻系統(tǒng)常見的工作頻率有125KHz和134.2KHz，常用于短距離、低成本的應(yīng)用中。

高頻系統(tǒng)常見的工作頻率為13.56MHz，識(shí)別距離大于低頻系統(tǒng)，一般為60cm，常用于門禁控制和需要大量數(shù)據(jù)傳送的應(yīng)用。

超高頻系統(tǒng)常見的工作頻率為433MHz、840~960MHz，微波RFID系統(tǒng)常見的工作頻率為2.45GHz和5.8GHz。他們兩者常用于需要較長(zhǎng)的距離讀寫和快速讀寫的場(chǎng)合。第12頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RFID系統(tǒng)工作頻段特性頻段低頻高頻超高頻微波典型頻率125.124KHz13.56MHz860~960MHz2.45GHz識(shí)別距離<60cm約60cm約3.5--5m(P)，100m(A)<1m(P)，50m(A)一般特性比較高價(jià)；幾乎沒有環(huán)境變化引起的性能下降比低頻低廉；適合短識(shí)別距離和需要多重標(biāo)簽識(shí)別的應(yīng)用領(lǐng)域先進(jìn)的IC技術(shù)使最低廉的生產(chǎn)成為可能；多重標(biāo)簽識(shí)別距離和性能最突出特性與超高頻頻段類似；受環(huán)境影響最大運(yùn)行方式無源型無源型有源型(A)/無源型(P)有源型(A)/無源型(P)識(shí)別速度低速

高速環(huán)境影響遲鈍

敏感標(biāo)簽尺寸大型

小型第13頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)RFID系統(tǒng)工作機(jī)理不同，可以將RFID系統(tǒng)分為磁場(chǎng)耦合和電場(chǎng)耦合。磁場(chǎng)耦合又叫電感耦合，為變壓器耦合型，即作為初級(jí)線圈的讀寫器和作為次級(jí)線圈的應(yīng)答器（標(biāo)簽）之間的耦合。諧振的應(yīng)答器（固有頻率與讀寫器的磁場(chǎng)振蕩頻率相符合）進(jìn)入讀寫器的交變磁場(chǎng)中，該應(yīng)答器就可以從磁場(chǎng)中獲得能量。讀寫器檢測(cè)來自應(yīng)答器的反向散射波，進(jìn)行通訊。電場(chǎng)耦合讀寫器與應(yīng)答器的天線相互處于對(duì)方的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，之間存在電磁波的傳播。第14頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)RFID系統(tǒng)標(biāo)簽的供電類型不同，可以將RFID系統(tǒng)分為無源標(biāo)簽系統(tǒng)、有源標(biāo)簽系統(tǒng)。無源標(biāo)簽內(nèi)部沒有電池，標(biāo)簽通過耦合讀寫器發(fā)射的電磁波的能量來工作。它的重量輕，體積小，成本低廉，使用壽命很長(zhǎng)。但它的識(shí)別距離較小，而且需要比較大的發(fā)射功率的讀寫器。有源系統(tǒng)的標(biāo)簽內(nèi)部裝有電池，標(biāo)簽通過電池供電主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，識(shí)別距離較長(zhǎng)，但標(biāo)簽的成本較高，體積比較大，同時(shí)它的壽命限制于電池的壽命。第15頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RFID發(fā)展面臨的問題RFID技術(shù)在迅速發(fā)展的同時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)、制造成本、隱私安全等方面還存在需要解決的問題。目前，RFID還沒有形成統(tǒng)一的全球化標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)為多種標(biāo)準(zhǔn)并存的局面。當(dāng)前比較有影響力的RFID標(biāo)準(zhǔn)組織主要有EPCGlobal，UID(UbiquitousID，泛在識(shí)別)和ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)等。

在UHF頻段，各國(guó)規(guī)定的使用頻率還有一定的差異，歐盟規(guī)定的是868MHz，北美規(guī)定的是902-928MHz，日本的則是950-956MHz，中國(guó)在2007年4月頒布的UHF頻段RFID應(yīng)用試行規(guī)定中規(guī)定使用頻率是840-845MHz和920-925MHz。各國(guó)規(guī)定頻率的不同也導(dǎo)致產(chǎn)品的不兼容以及標(biāo)簽的雙頻設(shè)計(jì)導(dǎo)致的高成本。第16頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月成本是制約RFID應(yīng)用的最大瓶頸，要大規(guī)模的商用RFID，就必須降低RFID系統(tǒng)尤其是標(biāo)簽的成本。目前一個(gè)條形碼的價(jià)格還不到1美分，而一個(gè)電子標(biāo)簽的價(jià)格最低在5到20美分，只有標(biāo)簽成本降到3美分以下，才可能大規(guī)模應(yīng)用于單件包裝消費(fèi)品。除了上述標(biāo)準(zhǔn)和成本方面的問題以外，RFID技術(shù)還有可能導(dǎo)致對(duì)個(gè)人隱私的侵犯；RFID總體技術(shù)還不夠成熟，對(duì)貼于液體及金屬物品表面的標(biāo)簽的誤讀率比較高；射頻識(shí)別的數(shù)據(jù)還容易收到攻擊；同時(shí)RFID數(shù)據(jù)處理能力還有待提高。第17頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在天線性能標(biāo)準(zhǔn)方面，最重要的標(biāo)簽天線性能參數(shù)為天線的閱讀距離r，為了保證較長(zhǎng)的閱讀距離，標(biāo)簽天線要有至少0dB以上的增益，同時(shí)對(duì)于標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片組成的電路來說，標(biāo)簽天線到標(biāo)簽芯片要有較高的功率傳輸系數(shù)，而較高的功率傳輸系數(shù)要由標(biāo)簽天線與標(biāo)簽芯片的較好匹配來實(shí)現(xiàn)。其次在天線設(shè)計(jì)要求方面，標(biāo)簽的形狀和大小要適合嵌入或者貼在被識(shí)別的物體上，或者標(biāo)簽天線附于印刷標(biāo)簽內(nèi)；另外，必須控制標(biāo)簽的制造成本，這要求標(biāo)簽的天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。第18頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月與標(biāo)簽天線一樣，閱讀器天線同樣要考慮到閱讀距離和制造成本，同時(shí)天線的帶寬要覆蓋工作頻段。由于閱讀距離的考慮，閱讀天線要有盡可能高的增益；從制造成本考慮，閱讀器天線要求盡可能簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，同時(shí)要求天線具有盡可能小的尺寸，這樣也便于閱讀器小型化。第19頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RFID市場(chǎng)應(yīng)用趨勢(shì)根據(jù)調(diào)查，全球RFID系統(tǒng)與產(chǎn)品產(chǎn)值，2005年將可達(dá)到2.65Billion，CAGR為24%主要市場(chǎng)為企業(yè)垂直應(yīng)用市場(chǎng)，如物流、供應(yīng)