何謂射頻識別

隨著高科技的蓬勃發展，智能化管理已經走進了人們的社會生活，一些門禁卡、第二代身份證、公交卡、超市的物品標簽等，這些卡片正在改變人們的生活方式。其實秘密就在這些卡片都使用了射頻識別技術，可以說射頻識別已成為人們日常生活中最簡單的身份識別系統。RFID技術帶來的經濟效益已經開始呈現在世人面前。RFID 是結合了無線電、芯片制造及計算機等學科的新技術。

1.射頻識別的定義

射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它利用射頻信號及其空間耦合的傳輸特性，實現對靜止或移動物品的自動識別。射頻識別常稱為感應式電子芯片或近接卡，感應卡，非接觸卡、電子標簽、電子條碼等。

一個簡單的RFID 系統由閱讀器(Reader)應答器(Transponder)或電子標簽(Taq)組成，其原理是由讀寫器發射一特定頻率的無線電波能量給應答器，用以驅動應答器電路，讀取應答器內部的ID碼。應答器其形式有卡、紐扣、標簽等多種類型，電子標簽具有免用電池、免接觸、不怕臟污，且芯片密碼為世界唯一無法復制，具有安全性高、壽命長等特點。所以，RFID標簽可以貼在或安裝在不同物品上由安裝在不同地理位置的讀寫器讀取存儲于標簽中的數據，實現對物品的自動識別。

RFID的應用非常廣泛，目前典型應用有動物芯片、汽車芯片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產線自動化、物料管理、校園一卡通等。

2.射頻識別技術的發展

RFID 技術起源干第二次世界大戰時期的飛機器達探測技術。雷達應用電磁能量在空間的傳播實現對物體的識別。"二戰"期間，英軍為了區別盟軍和德軍的飛機，在盟軍的飛機上裝備了一個無線電收發器。戰斗中控制塔上的探詢器向空中的飛機發射一個詢問信號，當飛機上的收發器接收到這個信號后，回傳一個信號給探詢器，探詢器根據接收到的回傳信號來識別是否己方飛機。這一技術至今還在商業和私人航空控制系統中使用。雷達的改進和應用催生了RFID技術。

1945年，LeonTheremin發明了第一個基于REID技術的間諜用裝置。1948年 HarrvStockman發表的論文利用反射功率的通信"莫定了射頻識別的理論基礎。Harry stockman同時預言，在能量反射通信中還有許多問題需要解決，在開辟RFID的實際應用領域之前，還要做相當多的研究和開發工作。

20世紀50年代是RFID技術研究和應用的探索階段，遠距離信號轉發器的發明擴大了敵我識別系統的識別范圍。D.B.Harris提出了信號模式化的理論及被動標簽的概念。直到20世紀70年代，RFID技術終于走出實驗室進入了應用階段。很快，RFID技術與產品得到了很大的發展，各種測試技術加速發展，出現了早期的規模化應用。

20 世紀80年代以來，集成電路、微處理器等技術的發展加速了RFID的發展，各種規模化應用發展起來，封閉系統應用開始成形。

在1991年，美國奧克拉荷馬州出現了世界上第一個開放式公路自動收費系統。而近幾年來，隨著自動收費、門禁、身份卡片等的應用，RFID技術已經走入了人們的生活。

RFID技術的發展可按10年期劃分如下。

1941-1950年:雷達的改進和應用催生了RFID技術，1948年奠定了RFID技術的理論基礎;

1951-1960年:早期RFID技術的探索階段，主要處于實驗室實驗研究;

1961-1970年:RFID技術的理論得到了發展，開始了一些應用嘗試;

1971-1980年:RFID技術與產品研發處于一個大發展的時期，各種RFID技術測試的到加速，出現了一些最早的RFID 應用;

1981-1990年:RFID技術及產品進入商業應用階段，各種規模應用開始出現;

1991-2000年RFID技術標準化問題日趨得到重視，RFID產品得到廣泛采用，RFID產品逐漸成為人們生活中的一部分;

2001年以后，標準化問題日趨為人們所重視，RFID產品種類更加豐富，有源電子標簽、無源電子標簽及半無源電子標簽均得到發展，電子標簽成本不斷降低，規模應用行業擴大，RFID技術的理論得到豐富和完善，單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的RFID正在成為現實。

在我國RFID市場的發展中，政府相關應用占據了REID應用領域中最大的份額。第二代身價證是近年我國RFID市場規模得以迅速擴大的重要原因之一。除了身價證，政府在城市交通、鐵路、網吧、危險物品管理等方面都推動了RFID的應用，主要利用RFID讀取的方便性和安全性。政府的推動不僅拓展了我國RFID 市場，同時也帶動了相關產業的發展，有助于發展配套環節、完善產業鏈，為RFID的進一步發展提供條件。

在跟蹤發達國家RFID技術的同時，自主創新也在如火如荼地進行中。有多家企業瞄準了標簽讀寫器和電子標簽產品，在讀寫器和電子標簽產品系列化，多樣化方面取得了顯著成里，在標簽生產方面，初步形成以生產標簽芯片的廠家為龍頭，以標簽天線設計，芯片與天線封裝制作為主體的行業隊伍。RFID技術的應用只是在某些領域中比較成熟，還需要在更多領域中開展研究，開拓更廣闊的應用。

3.射頻識別技術特點

RFID技術的主要特點是通過電磁耦合方式來傳送識別信息，不受空間限制，可快速地進行物體跟蹤和數據交換。由于RFID 需要利用無線電頻率資源，必須遵守無線電頻率管理的諸多規范。具體來說，與同期或早期的接觸式識別技術相比較，RFID還具有如下一些特點。

(1)數據的讀寫功能。只要通過RFID讀寫器，不需要接觸即可直接讀取射頻卡內的數據信息到數據庫內，且一次可處理多個標簽，也可以將處理的數據狀態寫入電子標簽。

(2)電子標簽的小型化和多樣化。RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀之限制，不需要為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。此外，RFID電子標簽更可向小型化發展，便于嵌入到不同物品內。因此，可以更加靈活地控制物品的生產和控制，特別是在生產線上的應用。

(3)耐環境性。RFID最突出的特點是可以非接觸讀寫(讀寫距離可以從十厘米至幾十米)可識別高速運動物體，抗惡劣環境，且對水、油和藥品等物質具有強力的抗污性。RFID可以在黑暗或臟污的環境之中讀取數據。

(4)可重復使用。由于RFID為電子數據，可以反復讀寫，因此可以回收標簽重復使用，提高利用率，降低電子污染。

(5)穿透性。RFID即便是被紙張、木材和塑料等非金屬、非透明材質包覆，也可以進行穿透性通信。但是它不能穿過鐵質等金屬物體進行通信。

(6)數據的記憶容量大。數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大，未來物品所需攜帶的數據量會愈來愈大，對卷標所能擴充容量的需求也會增加，對此RFID將不會受到限制。

(7)系統安全性。將產品數據從中央計算機中轉存到標簽上將為系統提供安全保障，大大地提高系統的安全性。射頻標簽中數據的存儲可以通過校驗或循環冗余校驗的方法來得到保證。

4.系統組成和工作原理

本文簡單介紹了RFID系統的組成和工作原理。最基本的RFID系統由三部分組成:

1.標簽(Tag，即射頻卡):由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信。

2.閱讀器:讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標簽信息的設備。

3.天線:在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

有些系統還通過閱讀器的RS232或RS485接口與外部計算機(上位機主系統)連接進行數據交換。

5.系統的基本工作流程

閱讀器通過發射天線發送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發射天線工作區域時產生感應電流，射頻卡獲得能量被激活;射頻卡將自身編碼等信息通過卡內置發送天線發送出去;系統接收天線接收到從射頻卡發送來的載波信號，經天線調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼然后送到后臺主系統進行相關處理:主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行機構動作。

在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、從射頻卡到閱讀器的數據傳輸方法(負載調制、反向散射、高次諧波)以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法看根本的區別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設計構造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個基本模塊。高頻接口包含發送器和接收器，其功能包括:產生高頻發射功率以啟動射頻卡并提供能量;對發射信號進行調制，用于將數據傳送給射頻卡:接收并解調來自射頻卡的高頻信號。不同射頻識別系統的高頻接口設計具有一些差異。

閱讀器的控制單元的功能包括:與應用系統軟件進行通信，并執行應用系統軟件發來的命令;控制與射頻卡的通信過程(主-從原則);信號的編解碼。對一些特殊的系統還有執行反碰撞算法，對射頻卡與閱讀器間要傳送的數據進行加密和解密，以及進行射頻卡和閱讀器間的身份驗證等附加功能。

射頻識別系統的讀寫距離是一個很關鍵的參數。目前，長距離射頻識別系統的價格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、閱讀器的RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的O值、天線方向、閱讀器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及發送信息的能量等。大多數系統的讀取距離和寫入距離是不同的，寫入距離大約是讀取距離的40%~80%。

RFID技術利用無線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進行非接觸雙向數據傳輸，以達到目標識別和數據交換的目的。與傳統的條型碼、磁卡及IC卡相比，射頻卡具有非接觸、閱讀速度快、無磨損、不受環境影響、壽命長、便于使用的特點和具有防沖突功能，能同時處理多張卡片。在國外，射頻識別技術已被廣泛應用于工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理等眾多領域。

不同頻段的 RFID 產品會有不同的特性，下面詳細介紹無源的感應器在不同工作頻率

產品的特性以及主要的應用。

6RFID工作頻率指南和典型應用

目前定義RFID 產品的工作頻率有低頻、高頻和超高頻的頻率范圍內的符合不同標準的不同的產品，而且不同頻段的RFID產品會有不同的特性。其中感應器有無源和有源兩種方式，下面詳細介紹無源的感應器在不同工作頻率產品的特性以及主要的應用。

一、低頻(從125KHz到134KHz)

其實RFID 技術首先在低頻得到廣泛的應用和推廣。該頻率主要是通過電感耦合的方式進行工作，也就是在讀寫器線圈和感應器線圈間存在著變壓器耦合作用通過讀寫器交變場的作用在感應器天線中感應的電壓被整流，可作供電電壓使用.磁場區域能夠很好的被定義，但是場強下降得太快。

特性:

1.工作在低頻的感應器的一般工作頻率從120KHz到134KHz，TI的工作頻率為

134.2KHz。該頻段的波長大約為2500m.

2.除了金屬材料影響外，一般低頻能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。

3.工作在低頻的讀寫器在全球沒有任何特殊的許可限制。

4低頻產品有不同的封裝形式。好的封裝形式就是價格太貴，但是有10年以上的使用壽命。

5雖然該頻率的磁場區域下降很快，但是能夠產生相對均勻的讀寫區域。

6相對于其他頻段的RFID產品，該頻段數據傳輸速率比較慢。

7感應器的價格相對與其他頻段來說要貴。主要應用:1畜牧業的管理系統2汽車防盜和無鑰匙開門系統的應用3，馬拉松賽跑系統的應用4.自動停車場收費和車輛管理系統5自動加油系統的應用

8酒店門鎖系統的應用7門禁和安全管理系統符合的國際標準:a)ISO11784 RFID畜牧業的應用-編碼結構b)ISO11785 RFID畜牧業的應用-技術理論C)ISO14223-1RFID畜牧業的應用-空氣接口d)ISO14223-2RFID畜牧業的應用-協議定義e)ISO18000-2定義低頻的物理層、防沖撞和通訊協議f)DIN 30745主要是歐洲對垃圾管理應用定義的標準

二、高頻(工作頻率為13.56MHz)

在該頻率的感應器不再需要線圈進行繞制，可以通過腐蝕或者印刷的方式制作天線。感應器一般通過負載調制的方式進行工作。也就是通過感應器上的負載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發生變化，實現用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調制。如果人們通過數據控制負載電壓的接通和斷開，那么這些數據就能夠從感應器傳輸到讀寫器。

工作頻率為13.56MHz，該頻率的波長大概為22m。

2.除了金屬材料外，該頻率的波長可以穿過大多數的材料，但是往往會降低讀取距離。

3.該頻段在全球都得到認可并沒有特殊的限制。

4.感應器一般以電子標簽的形式。

5.雖然該頻率的磁場區域下降很快，但是能夠產生相對均勻的讀寫區域。

6.該系統具有防沖撞特性，可以同時讀取多個電子標簽。

7.可以把某些數據信息寫入標簽中。

8.數據傳輸速率比低頻要快，價格不是很貴。

主要應用:1.圖書管理系統的應用 2.萬斯鋼瓶的管理應用 3. 服裝生產線和物流系統的管理和應用 4. 三表預收費系統 5.酒店門鎖的管理和應用 6.大型會議人員通道系統 7.固定資產的管理系統 8.醫藥物流系統的管理和應用9.智能貨架的管理

符合的國際標準:

a)ISO/IEC14443近耦合IC卡，最大的讀取距離為10cm

b)ISO/IEC15693疏耦合IC卡，最大的讀取距離為1m

C)ISO/IEC 18000-3該標準定義了13.56MHz系統的物理層，防沖撞算法和通訊協議。

d)13.56MHzISM Band Class1定義13.56MHz符合EPC的接口定義。

三、超高頻(工作頻率為860MHz到960MHz之間)

超高頻系統通過電場來傳輸能量。電場的能量下降的不是很快，但是讀取的區域不是很好進行定義。該頻段讀取距離比較遠，無源可達10m左右。主要是通過電容耦合的方式進行實現。

1.在該頻段，全球的定義不是很相同-歐洲和部分亞洲定義的頻率為868MHz北美定義的頻段為902到905MHz之間，在日本建議的頻段為950到956之間。該頻段的波長大概為30cm左右。

2.目前，該頻段功率輸出目前統一的定義(美國定義為4W，歐洲定義為500mW)。可能歐洲限制會上升到2W EIRP。

3. 超高頻頻段的電波不能通過許多材料，特別是水，灰塵，霧等懸浮顆粒物資。相對于高頻的電子標簽來說，該頻段的電子標簽不需要和金屬分開來。

4.電子標簽的天線一般是長條和標簽狀。天線有線性和圓極化兩種設計，滿足不同應用的需求。

5.該頻段有好的讀取距離，但是對讀取區域很難進行定義。

6.有很高的數據傳輸速率，在很短的時間可以讀取大量的電子標簽。

主要應用:1.供應鏈上的管理和應用2.生產線自動化的管理和應用3.航空包裹的管理和應用4.集裝箱的管理和應用5鐵路包裹的管理和應用6.后勤管理系統的應用

a)ISO/IEC18000-6定義了超高頻的物理層和通訊協議;空氣接口定義了TypeA和TypeB兩部分;支持可讀和可寫操作。

b)EPCglobal定義了電子物品編碼的結構和甚高頻的空氣接口以及通訊的協議。例如:Class Class 1UHF Gen2。

c)UbiquitousID日本的組織，定義了UID編碼結構和通信管理協議。

在將來，超高頻的產品會得到大量的應用。例如 WalMartTesco，美國國防部和麥德龍超市都會在它們的供應鏈上應用RFID技術。

有源RFID技術(2.45GHz、5.8G)

有源RFID具備低發射功率、通信距離長、傳輸數據量大，可靠性高和兼容性好等特點。與無源RFID相比,在技術上的優勢非常明顯。被廣泛地應用到公路收費、港口貨運管理等應用中。

射頻識別作為一種新型的自動識別技術，在中國擁有巨大的發展潛力。

射頻識別技術(RFID，Radio FrequencyIdentification)實際上是自動識別技術(AEIAutomatic EquipmentIdentification)在無線電技術方面的具體應用與發展。該項技術的基本思想是，通過采用一些先進的技術手段，實現人們對各類物體或設備(人員、物品)在不同狀態(移動、靜止或惡劣環境)下的自動識別和管理。

審核編輯：湯梓紅