Rfid射频标签技术相关知识！
Rfid标签基本工作原理
Rfid标签是 Rfid射频标签识别（RFID)的通俗叫法，它由标签、解读器和数据传输和处理系统三部分组成。 卷标也被称为 Rfid标签或智能卷标,它是内存带有天线的芯片,芯片中存储有能够识别目标的信息.RFID 卷
标具有持久性，信息接收传播穿透性强,存储信息容量大、种类多等特点。有些 RFID 卷标支持读写功能，目标物体的信息能随时被更新. 解读器分为手持和固定两种，由发送器，接收仪、控制模块和收发器组成.收发器和控制计算机或可编程逻辑控制器（PLC）连接从而实现它的沟通功能。解读器也有天线接收和传输信息。
数据传输和处理系统：解读器通过接收标签发出的无线电波接收读取数据.最常见的是被动 Rfid射频标签系统，当解读器遇见 RFID 标签时，发出电磁波,周围形成电磁场，标签从电磁场中获得能量启动卷标中的微芯片电路，芯片转换电磁波，然后发送给解读器，解读器把它转换成相关数据。控制计算器就可以处理这些数据从而进行管理控制。在主动 Rfid射频标签系统中，卷标中装有电池在有效范围内活动。
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Rfid标签与条形码
Rfid射频标签技术和条形码有什么不同？从概念上来说,两者很相似，目的都是快速准确地确认追踪目标物体。主要的区别如下：有无写入信息或更新内存的能力。条形码的内存不能更改。 Rfid射频标签标签不像条形码，它特有的辨识器不能被复制.标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是由无线电波传输，而条形码必须在视野之内。由于条形码成本较低，有完善的标准体系，已在全球散播，所以已经被普遍接受，从总体来看， Rfid射频标签技术只被局限在有限的市场份额之内。目前，多种条形码控制模版已经在使用之中，在获取信息管道方面， Rfid射频标签也有不同的标准。
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Rfid射频标签技术与条形码是两种不同的技术，有不同的适用范围，有时会有重迭。两者之间最大的区别是条形码是 可视技术 扫描仪在人的指导下工作，只能接收它视野范围内的条形码。相比之下， Rfid射频标签识别不要求看见目标。 Rfid射频标签标签只要在接受器的作用范围内就可以被读取。条形码本身还具有其它缺点，如果标签被划破,污染或是脱落，扫描仪就无法辨认目标。条形码只能识别生产者和产品，并不能辨认具体的商品，贴在所有同一种产品包装上的条形码都一样，无法辨认哪些产品先过期。
目前，在成本方面，由于组成部分不同，智能标签要比条形码贵得多，条形码的成本就是条形码纸张和油墨成本，而有内存芯片的主动 Rfid射频标签卷标价格在 2 美元以上,被动 Rfid射频标签标签的成本也在 1 美元以上.但是没有内置芯片的卷标价格只有几美分，它可以用于对数据信息要求不那么高的情况，同时又具有条形码不具备的防伪功能。
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Rfid标签中的 Rfid射频标签卷标
Rfid射频标签标签就是含有物品唯一标识体系的编码的卷标.这种唯一标识体系包括产品电子代码 EPC、泛在识别号 UCODE、车辆识别代码 VIN、国际证券标识号 ISIN、以及 IPv6 等等。其中，产品电子代码(EPC)是全球产品代码的一个分支,它可以识别视野之外的目标.电子产品代码并不仅仅是一个无线电波条形码，它包含着一系列的数据和信息,象产地，日期代码和其它关键的供应信息，这些信息储存在一个小的硅片中，利用标签，解读器和计算机的联网，生产者和零售商就可以随时了解精确的产品和库存信息。
Rfid射频标签标签根据商家种类的不同能储存从 512 字节到 4 兆不等的数据。卷标中储存的数据是由系统的应用和相应的标准决定的。例如，卷标能够提供产品生产，运输，存储情况,也可以辨别机器,动物和个体的身份.这些类似于条形码中存储的信息.卷标还可以连接到数据库，存储产品库存编号，当前位置，状态,售价,批号的信息。相应的， Rfid射频标签卷标在读取数据时不用参照数据库可以直接确定代码的含义。
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目前, Rfid射频标签卷标价格根据卷标种类和应用价格从 30 美分到 50 美元不等，总的来说，用在高档产品中的智能卷标在 50 美分以上，主动标签要贵的多,带有复杂灵敏组件的价格在 100 美元以上。 Rfid射频标签标签的目的是使用一种统一标准的电子产品代码，使产品在不同领域都能被辨识。
Rfid标签中的 Rfid射频标签卡
目前生产 RFID 产品的很多公司都采用自己的标准，但国际上还没有形成统一的标准。现在，可供 Rfid射频标签卡使用的几种标准有 ISO10536、ISO14443、ISO15693 和 ISO18OOO.应用最多的是 ISO14443 和
ISO15693，这两个标准都由物理特性、 Rfid射频标签功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。
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以照不同得方式, Rfid射频标签卡有以下几种分类:
1。按供电方式分为有源卡和无源卡。
有源是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作；
无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的 Rfid射频标签能量转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高.
2。按载波频率分为低频 Rfid射频标签卡、中频 Rfid射频标签卡和高频 Rfid射频标签卡.低频 Rfid射频标签卡主要有 125kHz 和 134。2kHz 两种,中频 Rfid射频标签卡频率主要为 13。56MHz,高频 Rfid射频标签卡主要为 433MHz、915MHz、2。45GHz、5。8GHz
等.低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速
度的场合,其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用.
3。按调制方式的不同可分为主动式和被动式.主动式 Rfid射频标签卡用自身的 Rfid射频标签能量主动地发送数据给读写器；被动式 Rfid射频标签卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技术适
合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只启动一定范围之内的 Rfid射频标签卡。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的 Rfid射频标签卡发射的信号仅穿过障碍
物一次,因此主动方式工作的 Rfid射频标签卡主要用于有障碍物的应用中，距离更远（可达 30 米）。
4。按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于 1 厘米)、近耦合卡(作用距离小于 15 厘米）、疏耦合卡(作用距离约 1 米)和远距离卡(作用距离从 1 米到 10 米,甚至更远)。
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5. 按芯片分为只读卡、读写卡和 CPU 卡.
Rfid标签中的 Rfid射频标签阅读器在 RFID 系统中,信号接收设备一般叫做阅读器(或读卡器)。阅读器的基本功能就是提供与卷标进行数据传输的接口。 Rfid标签中的 Rfid射频标签天线在 RF 装置中,工作频率增加到微波区域的时候，天线与卷标芯片之间的匹配问题变得更加严峻。天线的目标是传输最大的能量进出卷标芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的卷标芯片的匹配。本文考虑的频带是 435MHz， 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。天线必须: 足够的小以至于能够贴到需要的物品上; 有全向或半球覆盖的方向性；提供最大可能的信号给卷标的芯片；无论物品什么方向，天线的极化都能与卡片阅读机的询问信号相匹配；具有鲁棒性; 非常便宜。
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在选择天线的时候的主要考虑是：
天线的类型；
天线的阻抗：
在应用到物品上的 RF 的性能；
在有其它的物品围绕贴卷标物品时的 RF 性能。
可能的选择
这里有两种使用方式：一)贴标签的物品被放在仓库中，有一个便携装置，可能是掌上型,询问所有的物品，并且需要它们给予信息回馈信息;二）在仓库的门口安装读卡设配，询问并记录进出物品。还有一个主要的选择是有源卷标还是无源卷标[1]，［2]。
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可选的天线
在 435 MHz, 2.45 GHz 和 5。8 GHz 频率是用的 RFID 系统中，可的天线有几种，见下表,它们重点考虑了天线的尺寸。这样的小天线的增益是有限的，增益的大小取决于辐射模式的类型，全向的天线具有峰值增益 0 到 2dBi;方向性的天线的增益可以达到 6dBi。增益大小影响天线的作用距离。下表中的前三个种类的天线是线极化的,但是微带面天线可以使圆极化的，对数螺旋天线仅仅是圆极化的。由于RFID 标签的方向性是不可控的,所以卡片阅读机必须是圆极化的。一个圆极化的卷标天线可以产生 3dB 以强的信号。
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阻抗问题
为了最大功率传输，天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。几十年来，设计天线与 50 或 70 奥姆的阻抗匹配，但是可能设计天线具有其它的特性阻抗.例如,一个缝隙天线可以设计具有几百奥姆的阻抗。一个折迭偶极子的阻抗可以是一做个标准半波偶极子阻抗的 20 倍。印刷贴片天线的引出点能够提供一个很宽范围的阻抗(通常是 40 到 100 奥姆)。选择天线的类型，以至于它的阻抗能够和卷标芯片的输入阻抗匹配是十分关键的。另一个问题是其它的与天线接近的物体可以降低天线的返回损耗。对于全向天线，例如双偶极子天线,这个影响是显著的。改变双偶极子天线和一听西红柿酱的间距做了一些实际测量，显示了一些变化,见图 4 和图 5。其它的物体也有相似的影响。此外是物体的介电常数,而不是金属，改变了谐振频率。一塑料瓶子水降低了最小返回损耗频率 16%。当物体与天线的距离小于 62.5mm 的时候,返回损耗将导致一个 3.0 dB 的插入损耗，而天线的自由空间插入损耗才 0.2dB。可以设计天线使它与接近物体的情况相匹配，但是天线的行为对于不同的物体和不同的物体距离而不同。对于全向天线是不可行的，所以设计方向性强的天线,它们不受这个问题的影响。
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辐射模式
在一个无反射的环境中测试了天线的模式,包括了各种需要贴卷标的物体，在使用全向天线的时候性能严重下降.圆柱金属听引起的性能下降是最严重的，在它与天线距离 50mm 的时候，反回的信号下降大于 20dB （见图 6)。天线与物体的中心距离分开到 100—150mm的时候，反回信号下降约 10 到 12dB。在与天线距离 100mm 的时候，测量了几瓶水(塑料和玻璃)，见图 7,反回信号降低大于 10dB。在蜡纸盒的液体，甚至苹果上做试验得到了类似的结果.
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局部结构的影响
在使用手持的仪器的时候，大量的其它临近物体的使卡片阅读机天线和卷标天线的辐射模式严重失真.这可以对于 2。45GHz 的工作频率计算，假设一个代表性的几何形状，见图 8，9，10，和自由空间相比，显示返回信号降低了 10dB,在双天线同时使用的时候，比预料的模式下降的更多。图 11 和图 12 是在一个天线前的一个横截平面的接收信号等高线图，显示了严重的失真.在仓库的使用环境下,一个物品盒子具有一个标签会有问题，几个标签贴在一个盒子上以确保所有时候都有一个标签是可以看见的.便携系统的使用有几个天线的问题.每个盒子两个天线足够适合门禁装置探测,这样局部结构的影响变得不再重要,因为门禁装置的卡片阅读机天线被固定在仓库的出入，并且直接指向贴卷标的物体。距离RFID 天线的增益和是否使用有源的卷标芯片将影响系统的使用距离。乐观的考虑,在电磁场的辐射强度符合 UK 的相关标准时,2。45GHz 的无源情况下，全波整流，驱动电压不 于 3 伏，优化的 RFID天线阻抗环境(阻抗 200 或 300 奥姆),使用距离大约是 1 米
［3]。如果使用 WHO 限制［4］则更适合于全球范围的使用，但是作用距离降了一半。这些限制了卡片阅读机到标签的电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片作用距离可以达到 5 到 10米。
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总 结
全向天线应该避免在卷标中使用，然而是可以使用方向性天线,它具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。天线类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。在一个仓库中使用天线好像是不可行的，
除非使用有源标签，但是在任何情况下,仓库内的天线辐射模式将严重失真。一个门禁系统的使用将是好的选择，可以使用短作用距离的无源标签。当然门禁系统比手持的仪器昂贵，但是手持仪器工作人员
需要使用它到仓库搜寻物品,人员费用同样昂贵。在门禁系统中，每一个物品盒子，仅需要 2 个而不是 4 个或 6 个 RFID 标签。
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Rfid标签中的 Rfid射频标签频率
RFID 的解读器的接收范围受到很多因素的影响，如电波频率,卷标的尺寸形状，解读器的能量，金属物体的干扰，和其它 Rfid射频标签装置等。总的说来，低频被动标签的有效接收距离在一英尺以内，对于高频被动标签的接收距离在三英尺左右，对于超高频标签的接收距离在十到二十英尺。对于使用电池的半主动和主动标签，解读器可以接收到三百英尺甚至更远的信号。对于低频和高频 Rfid射频标签，如果卷标和解读器天线的尺寸一样，接收距离可以用天线的直径乘以 1。4 来计算.在直径在三十厘米以内，这条规律都适用。和我们听的收音机道理一样， Rfid射频标签标签和解读器也要调制到相同的频
率才能工作。LF、HF、UHF 就对应着不同频率的 Rfid射频标签.LF 代表低频 Rfid射频标签，在 125KHz 左右，HF 代表高频 Rfid射频标签，在 13.54MHz 左右，UHF代表超高频 Rfid射频标签，在 850 至 910MHz 范围之内。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.
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目前，不同的国家使用的同频率，也不相同。现在，欧洲使用的超高频是 868MHz，美国的则是 915MHz。日本目前不允许将超高频用到 Rfid射频标签技术中。政府也通过调整解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。标签和解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。
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，低频卷标比超高频卷标便宜，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。 Rfid射频标签技术遇到的一个问题就是解读器冲突，就是一个解读器接收到的信息和另外一个解读器接收到的信息发生冲突,产生重迭。解决这个问题的一种方法是使用 TDMA 技术,简单来说就是解读器被指挥在不同时间接收信号，而不是同时，这样就保证了解读器不会互相干扰。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。
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