了解RFID技术及分类

RFID（射频识别）技术是一种无线自动识别技术，又称为电子标签技术，是自动识别技术的一种创新。RFID技术具有众多优点，广泛应用于交通、物流、安全、防伪等领域，其在很多应用领域作为条形码等识别技术的升级换代产品。以下简述一下RFID的基本原理、分类及典型应用。

1.RFID的基本原理

典型RFID的应用系统相对简单而清晰，其基本的组成如图12-1所示。

图12-1 RFID前端系统简图

通常的RFID系统包括前端的射频部分和后台的计算机信息管理系统。射频部分由读写器和标签组成，如图12-1所示。标签中植有IC芯片，标签和读写器通过电磁波进行信息的传输和交换。因此，标签用于存储所标识物品的身份和属性信息；读写器作为信息采集终端，利用射频信号对标签进行识别并与计算机信息系统进行通信。在RFID的实际应用中，电子标签附着在被识别的物体表面或者内部。当带有电子标签的物品通过读写器的识读范围时，读写器自动以非接触的方式将电子标签中的约定识别信息读取出来，依据需要有时可以对标签中信息进行改动，从而实现非接触甚至远距离自动识别物品功能。有关RFID射频关键技术将在本章后续内容加以详述。

2.分类与应用

RFID系统中，标签和读写器是核心部件。依据两者不同的特点，可以对RFID进行以下分类。

（1）按照标签的供电形式分类：有源系统和无源系统

按照标签的供电形式，射频标签可以分为有源和无源两种形式。有源标签使用标签内电源提供的能量，识别距离较远（可以达到几十米，甚至上百米），但寿命相对有限并且价格相对较高。无源标签内不含电源，工作时从读写器的电磁场中获取能量，其重量轻、体积小，可以制作成各种薄片或者挂扣的形式，寿命很长且成本很低，但通信距离受到限制，需要读写器功率较大。

（2）根据标签的数据调制方式分为主动式、被动式和半主动式

根据标签数据调制方式的不同，可以分为主动式、被动式和半主动式。主动式的射频标签用自身的射频能量主动发送数据给读写器，调制方式可以是调幅、调频或者调相。被动式的射频标签使用调制散射的方式发送数据，必须利用读写器的载波来调制自身基带信号，读写器可以保证只激活一定范围内的射频标签。

在实际应用中，必须给标签提供能量才能工作。主动式标签内部自带电池进行供电，因而工作可靠性高，信号传输的距离远，但其因为电池的存在，使用寿命受到限制，随着电池电力的消耗，数据传输的距离会越来越短，从而影响系统的正常工作。

被动式标签内部不带电池，要靠外界提供能量才能正常工作。被动式标签产生的电能的典型装置是天线与线圈。当标签进入系统的工作区域时，天线接收到特定的电磁波，线圈就会产生感应电流，在经过整流电路时，激活电路上的微型标签以给标签供电。而被动式标签的主要缺点在于其传输距离较短，信号的强度受限，所以需要读写器的功率比较大。典型的被动式RFID标签如图12-2所示。

此外，还有半主动式RFID标签。半主动式标签本身也带有电池，但其只起到对标签内部数字电路供电的作用，标签并不利用自身能量主动发送数据，只有被读写器发射的电磁信号激活时，才能传送自身的数据。(www.xing528.com)

（3）按照工作频率分类：低频、中高频、超高频和微波系统

低频系统的工作频率一般在30～300kHz。低频系统典型的工作频率是125kHz和133（134）kHz，有相应的国际标准。其基本特点是标签的成本较低，标签内保存的数据量较少，读写距离较短（通常是10cm左右），电子标签外形多样，阅读天线方向性不强，这类标签在畜牧业和动物管理方面应用较多。

图12-2 含有天线的被动式13.56MHz RFID标签实例

中高频系统的工作频率一般为3～30MHz。这个频段典型的RFID的工作频率为13.56MHz，在这个频段上有众多的国际标准予以支持。其基本特点是电子标签及读写器成本比较低，标签内保存的数据量较大，读写距离较远（可达到1m以上），适应性强，性能能够满足大多数场合的需要，外形一般为卡状，读写器和标签天线均有一定的方向性。目前，在我国，13.56MHz的RFID产品应用相当广泛，例如我国的第二代公民身份证系统、北京公交“一卡通”、广州“羊城通”及大多数校园一卡通等都是该频段RFID系统。图12-3所示为一款双天线13.56MHz门禁系统，其作用距离可达到1.2m。

图12-3 13.56MHz RFID无障碍通道识别设备

超高频和微波频段典型RFID系统的工作频率一般为300MHz～3GHz或者大于3GHz。典型的工作频率为433.92MHz、862（902）～928MHz、2.45GHz和5.8GHz。根据各频段电磁波传播的特点可适用于不同的应用需求，例如，433MHz有源标签常用于近距离通信及工业控制领域；915MHz无源标签系统是物流领域的首选；2.45GHz除广泛应用于近距离通信之外，还广泛应用于我国的铁道运输识别管理中；5.8GHz的RFID系统更是作为我国ETC（高速公路不停车收费系统）的工作频段，并率先制定了国家ETC标准。

（4）按照耦合类型进行分类：电感耦合系统和电磁反向散射耦合系统

在电感耦合系统中，读写器和标签之间的信号传输类似变压器模型，其原理是通过电磁感应定律实现空间高频交变磁场的耦合。

电感耦合方式一般使用于中、低频工作的近距离射频识别系统，其典型频率有125kHz、134kHz和13.56MHz。其识别距离一般小于1m，系统的典型作用距离为10～20cm。

在电磁反向散射耦合系统中，读写器和电子标签之间的通信实现依照雷达系统模型，即读写器发射出去的电磁波，碰到标签目标后，由反射信号带回标签信息，其工作原理依据是电磁波的空间传输规律。

电磁反向散射耦合系统一般使用于高频及微波频段工作的远距离RFID系统，典型的工作频率为433MHz、915MHz、2.45GHz和5.8GHz。其识别距离一般在1m以上，例如915M无源标签系统，典型作用距离为3～15m，广泛应用于物流、跟踪及识别领域。

射频识别技术在北美、欧洲、澳洲及日本、韩国等国家和地区已经被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输管理等众多领域，如汽车、火车等交通监控，高速公路自动收费系统，停车场管理系统，特殊物品管理，安全出入检查，流水线生产自动化，仓储管理，动物管理，车辆防盗等领域。在我国射频识别技术起步稍晚一些，但在很多应用领域，如公共交通、地铁、校园、社会保障等方面也都得到了广泛的应用。其中，我国射频标签应用最大的项目是第二代公民身份证。

射频识别技术在未来的发展中还可以结合其他高新技术（如GPS、生物识别等技术），由单一识别向多功能识别方向发展。同时，还将结合现代通信及计算机技术，实现跨地区、跨行业应用。在本书的第13章，将对射频识别技术在典型重大工程中的应用进行详述。