物联网终端技术研究：RFID系统的构成与工作原理

1.RFID系统的定义

采用射频标签作为识别标志的应用系统称为RFID系统。

2.RFID系统的构成

基本的射频识别系统通常由射频标签、读写器和计算机通信网络三部分组成。

（1）电子标签（Tag，或称射频标签、应答器）

电子标签由芯片及内置天线组成。芯片内保存有一定格式的电子数据，作为待识别物品的标识性信息，是射频识别系统真正的数据载体。内置天线用于和射频天线间进行通信。

（2）读写器

读写器是读取或写入电子标签信息的设备，主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其他相关信息传输到主机以供处置。

（3）天线

天线是标签与阅读器之间传输数据的发射/接收装置。

3.RFID系统的工作原理

RFID的工作原理是：当电子标签进入天线磁场后，若接收到阅读器发出的特殊射频信号，则能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有电感耦合和电磁反向散射耦合两种。

（1）电感耦合

变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应现象。

（2）电磁反向散射耦合(www.xing528.com)

雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。

4.RFID系统的分类

RFID系统中射频标签与读写器之间的作用距离是射频识别系统中的一个重要问题。根据RFID系统作用距离的远近情况，RFID系统可分为密耦合、遥耦合和远距离三类。

（1）密耦合系统

密耦合系统中射频标签一般是无源标签。密耦合系统的典型作用距离范围为0～10cm。在实际应用中，通常需要将电子标签插入阅读器中或将其放置到读写器天线的表面。密耦合系统利用的是电子标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合（闭合磁路）构成无接触的空间信息传输射频通道来工作的。密耦合系统的工作频率一般局限在30MHz以下的任意频率。因为密耦合方式的电磁泄漏很小、耦合获得的能量较大，所以可适合要求安全性较高、作用距离无要求的应用系统，例如电子门锁等。

（2）遥耦合系统

遥耦合系统的典型作用距离可以达到1m。遥耦合系统又可细分为近耦合系统（典型作用距离为10cm）与疏耦合系统（典型作用距离为1m）两类。遥耦合系统利用的是电子标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合（闭合磁路）构成无接触的空间信息传输射频通道来工作的。遥耦合系统的典型工作频率为13.56MHz，同时也有一些其他频率，如6.75MHz，27.125MHz等。遥耦合系统目前仍然是低成本RFID系统的主导。

（3）远距离系统

远距离系统的典型作用距离在1～10m，个别的系统具有更远的作用距离。所有的远距离系统均是利用电子标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁耦合（电磁波发射与反射）构成无接触的空间信息传输射频通道来工作的。远距离系统的典型工作频率为：915MHz，2.45GHz，5.8GHz，此外，还有一些其他频率，如433MHz等。远距离系统的电子标签根据其中是否包含电池分为有无源电子标签（不含电池）和半无源电子标签（内含电池）。一般情况下，其包含有电池的电子标签的作用距离较无电池的电子标签的作用距离要远一些。半无源电子标签中的电池并不是为电子标签和读写器之间的数据传输提供能量；而是只给电子标签芯片提供能量，这为读写存贮数据服务提供支持。

5.RFID系统的能量传送

因RFID卡内无电源，供芯片运行所需要的全部能量必须由阅读器传送。阅读器和RFID卡之间能量的传递基于耦合变压器原理。

阅读器终端天线产生强大的高频磁场以便传送能量，其最常用的频率有125kHz和13.56MHz。如果一个RFID卡被放到阅读器天线附近，阅读器天线的磁场的一部分就会穿过卡的线圈，在卡的线圈里感生电压配。这个电压被整流后就用来对芯片供电。阅读器天线与卡片线圈的耦合非常弱，需要使天线线圈里的电流量增大，以便达到必要的磁场强度，这通过给线圈Lt并联一个电容CT来实现。电容的值要经过选择，以使其和天线的并联谐振频率与所传递的信号频率相匹配。

6.RFID系统的数据传送

RFID系统的数据传送包括编码、调制、解码等过程。其具体的内容将在后续课程中进行学习。