《電子技術(shù)應(yīng)用》
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RFID核心技術(shù)詳解
摘要: 射頻標(biāo)簽就是含有物品唯一標(biāo)識(shí)體系的編碼的標(biāo)簽,。這種唯一標(biāo)識(shí)體系包括產(chǎn)品電子代碼EPC,、泛在識(shí)別號(hào)UCODE,、車(chē)輛識(shí)別代碼VIN、國(guó)際證券標(biāo)識(shí)號(hào)ISIN,、以及IPv6等等。
關(guān)鍵詞: RF|微波 技術(shù) 核心 RFID
Abstract:
Key words :

射頻標(biāo)簽就是含有物品唯一標(biāo)識(shí)體系的編碼的標(biāo)簽,。這種唯一標(biāo)識(shí)體系包括產(chǎn)品電子代碼EPC,、泛在識(shí)別號(hào)UCODE、車(chē)輛識(shí)別代碼VIN,、國(guó)際證券標(biāo)識(shí)號(hào)ISIN,、以及IPv6等等。
其中,,產(chǎn)品電子代碼(EPC)是全球產(chǎn)品代碼的一個(gè)分支,,它可以識(shí)別視野之外的目標(biāo)。電子產(chǎn)品代碼并不僅僅是一個(gè)無(wú)線(xiàn)電波條形碼,,它包含著一系列的數(shù)據(jù)和信息,,象產(chǎn)地,日期代碼和其他關(guān)鍵的供應(yīng)信息,,這些信息儲(chǔ)存在一個(gè)小的硅片中,,利用標(biāo)簽,解讀器和計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng),,生產(chǎn)者和零售商就可以隨時(shí)了解精確的產(chǎn)品和庫(kù)存信息,。
射頻標(biāo)簽根據(jù)商家種類(lèi)的不同能儲(chǔ)存從512字節(jié)到4兆不等的數(shù)據(jù)。標(biāo)簽中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)的應(yīng)用和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)決定的,。例如,標(biāo)簽?zāi)軌蛱峁┊a(chǎn)品生產(chǎn),,運(yùn)輸,,存儲(chǔ)情況,也可以辨別機(jī)器,,動(dòng)物和個(gè)體的身份,。這些類(lèi)似于條形碼中存儲(chǔ)的信息。標(biāo)簽還可以連接到數(shù)據(jù)庫(kù),,存儲(chǔ)產(chǎn)品庫(kù)存編號(hào),,當(dāng)前位置,狀態(tài),,售價(jià),,批號(hào)的信息。相應(yīng)的,,射頻標(biāo)簽在讀取數(shù)據(jù)時(shí)不用參照數(shù)據(jù)庫(kù)可以直接確定代碼的含義,。
目前,射頻標(biāo)簽價(jià)格根據(jù)標(biāo)簽種類(lèi)和應(yīng)用價(jià)格從30美分到50美元不等,,總的來(lái)說(shuō),,用在高檔產(chǎn)品中的智能標(biāo)簽在50美分以上,,主動(dòng)標(biāo)簽要貴的多,帶有復(fù)雜靈敏元件的價(jià)格在100美元以上,。
射頻標(biāo)簽的目的是使用一種統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電子產(chǎn)品代碼,,使產(chǎn)品在不同領(lǐng)域都能被辨識(shí)。

射頻閱讀器   

RFID系統(tǒng)中,,信號(hào)接收設(shè)備一般叫做閱讀器(或讀卡器),。閱讀器的基本功能就是提供與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌凇?nbsp;

射頻卡   
 
目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標(biāo)準(zhǔn),但國(guó)際上還沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)在,,可供射頻卡使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)有ISO10536、ISO14443,、ISO15693和ISO18OOO,。應(yīng)用最多的是ISO14443和ISO15693,這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性,、射頻功率和信號(hào)接口,、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。
按照不同得方式,,射頻卡有以下幾種分類(lèi):
1.按供電方式分為有源卡和無(wú)源卡,。有源是指卡內(nèi)有電池提供電源,其作用距離較遠(yuǎn),,但壽命有限,、體積較大、成本高,,且不適合在惡劣環(huán)境下工作,;無(wú)源卡內(nèi)無(wú)電池,它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電,,其作用距離相對(duì)有源卡短,,但壽命長(zhǎng)且對(duì)工作環(huán)境要求不高。
2.按載波頻率分為低頻射頻卡,、中頻射頻卡和高頻射頻卡,。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種,中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz,,高頻射頻卡主要為433MHz,、915MHz、2.45GHz,、5.8GHz等,。低頻系統(tǒng)主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中,如多數(shù)的門(mén)禁控制,、校園卡,、動(dòng)物監(jiān)管、貨物跟蹤等,。中頻系統(tǒng)用于門(mén)禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng),;高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫(xiě)距離和高讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合,其天線(xiàn)波束方向較窄且價(jià)格較高,,在火車(chē)監(jiān)控,、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中應(yīng)用。
3.按調(diào)制方降牟煌?煞治?鞫?膠捅歡??。主?繳淦悼ㄓ米隕淼納淦的芰恐鞫?胤⑺褪?莞?列雌鰨槐歡?繳淦悼ㄊ褂玫髦粕⑸浞絞椒⑸涫?藎??匭肜?枚列雌韉腦夭ɡ吹髦譜約旱男藕牛?美嗉際跏屎嫌迷諉漚??lt;A class=bluekey href="http://www.yesky.com/key/4847/159847.html" target="_blank" >交通應(yīng)用中,,因?yàn)樽x寫(xiě)器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。在有障礙物的情況下,,用調(diào)制散射方式,,讀寫(xiě)器的能量必須來(lái)去穿過(guò)障礙物兩次。而主動(dòng)方式的射頻卡發(fā)射的信號(hào)僅穿過(guò)障礙物一次,,因此主動(dòng)方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應(yīng)用中,,距離更遠(yuǎn)(可達(dá)30米)。
4.按作用距離可分為密耦合卡(作用距離小于1厘米),、近耦合卡(作用距離小于15厘米),、疏耦合卡(作用距離約1米)和遠(yuǎn)距離卡(作用距離從1米到10米,甚至更遠(yuǎn)),。
     5. 按芯片分為只讀卡,、讀寫(xiě)卡和CPU卡。
射頻天線(xiàn)   
  
引  言
在RF裝置中,,工作頻率增加到微波區(qū)域的時(shí)候,,天線(xiàn)與標(biāo)簽芯片之間的匹配問(wèn)題變得更加嚴(yán)峻。天線(xiàn)的目標(biāo)是傳輸最大的能量進(jìn)出標(biāo)簽芯片,。這需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)天線(xiàn)和自由空間以及其相連的標(biāo)簽芯片的匹配,。本文考慮的頻帶是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz,,在零售商品中使用,。
天線(xiàn)必須:
足夠的小以至于能夠貼到需要的物品上;
有全向或半球覆蓋的方向性,;
提供最大可能的信號(hào)給標(biāo)簽的芯片,;
無(wú)論物品什么方向,天線(xiàn)的極化都能與讀卡機(jī)的詢(xún)問(wèn)信號(hào)相匹配,;
具有魯棒性,;
非常便宜。
在選擇天線(xiàn)的時(shí)候的主要考慮是:
天線(xiàn)的類(lèi)型;
天線(xiàn)的阻抗:
在應(yīng)用到物品上的RF的性能,;
在有其他的物品圍繞貼標(biāo)簽物品時(shí)的RF性能,。
可能的選擇
這里有兩種使用方式:一)貼標(biāo)簽的物品被放在倉(cāng)庫(kù)中,有一個(gè)便攜裝置,,可能是手持式,,詢(xún)問(wèn)所有的物品,并且需要它們給予信息反饋信息,;二)在倉(cāng)庫(kù)的門(mén)口安裝讀卡設(shè)配,,詢(xún)問(wèn)并記錄進(jìn)出物品。還有一個(gè)主要的選擇是有源標(biāo)簽還是無(wú)源標(biāo)簽[1],[2],。

可選的天線(xiàn)
在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz頻率是用的RFID系統(tǒng)中,,可選的天線(xiàn)有幾種,見(jiàn)下表,,它們重點(diǎn)考慮了天線(xiàn)的尺寸,。這樣的小天線(xiàn)的增益是有限的,增益的大小取決于輻射模式的類(lèi)型,,全向的天線(xiàn)具有峰值增益0到2dBi,;方向性的天線(xiàn)的增益可以達(dá)到6dBi。增益大小影響天線(xiàn)的作用距離,。下表中的前三個(gè)種類(lèi)的天線(xiàn)是線(xiàn)極化的,,但是微帶面天線(xiàn)可以使圓極化的,對(duì)數(shù)螺旋天線(xiàn)僅僅是圓極化的,。由于RFID標(biāo)簽的方向性是不可控的,,所以讀卡機(jī)必須是圓極化的。一個(gè)圓極化的標(biāo)簽天線(xiàn)可以產(chǎn)生3dB 以強(qiáng)的信號(hào),。

阻抗問(wèn)題
為了最大功率傳輸,,天線(xiàn)后的芯片的輸入阻抗必須和天線(xiàn)的輸出阻抗匹配。幾十年來(lái),,設(shè)計(jì)天線(xiàn)與50 或70歐姆的阻抗匹配,,但是可能設(shè)計(jì)天線(xiàn)具有其他的特性阻抗。例如,,一個(gè)縫隙天線(xiàn)可以設(shè)計(jì)具有幾百歐姆的阻抗,。一個(gè)折疊偶極子的阻抗可以是一做個(gè)標(biāo)準(zhǔn)半波偶極子阻抗的20倍。印刷貼片天線(xiàn)的引出點(diǎn)能夠提供一個(gè)很寬范圍的阻抗(通常是40 到100歐姆),。選擇天線(xiàn)的類(lèi)型,,以至于它的阻抗能夠和標(biāo)簽芯片的輸入阻抗匹配是十分關(guān)鍵的。另一個(gè)問(wèn)題是其他的與天線(xiàn)接近的物體可以降低天線(xiàn)的返回?fù)p耗,。對(duì)于全向天線(xiàn),,例如雙偶極子天線(xiàn),這個(gè)影響是顯著的。一塑料瓶子水降低了最小返回?fù)p耗頻率16%,。當(dāng)物體與天線(xiàn)的距離小于62.5mm的時(shí)候,,返回?fù)p耗將導(dǎo)致一個(gè)3.0 dB的插入損耗,而天線(xiàn)的自由空間插入損耗才0.2dB,??梢栽O(shè)計(jì)天線(xiàn)使它與接近物體的情況相匹配,但是天線(xiàn)的行為對(duì)于不同的物體和不同的物體距離而不同,。對(duì)于全向天線(xiàn)是不可行的,,所以設(shè)計(jì)方向性強(qiáng)的天線(xiàn),它們不受這個(gè)問(wèn)題的影響,。
輻射模式
在一個(gè)無(wú)反射的環(huán)境中測(cè)試了天線(xiàn)的模式,,包括了各種需要貼標(biāo)簽的物體,在使用全向天線(xiàn)的時(shí)候性能?chē)?yán)重下降,。圓柱金屬聽(tīng)引起的性能下降是最嚴(yán)重的,,在它與天線(xiàn)距離50mm的時(shí)候,反回的信號(hào)下降大于20dB,。天線(xiàn)與物體的中心距離分開(kāi)到100—150mm的時(shí)候,,反回信號(hào)下降約10 到12dB。在與天線(xiàn)距離100mm的時(shí)候,,測(cè)量了幾瓶水(塑料和玻璃),。

局部結(jié)構(gòu)的影響
在使用手持的儀器的時(shí)候,大量的其他臨近物體的使讀卡機(jī)天線(xiàn)和標(biāo)簽天線(xiàn)的輻射模式嚴(yán)重失真,。這可以對(duì)于2.45GHz的工作頻率計(jì)算,,假設(shè)一個(gè)代表性的幾何形狀,在倉(cāng)庫(kù)的使用環(huán)境下,,一個(gè)物品盒子具有一個(gè)標(biāo)簽會(huì)有問(wèn)題,,幾個(gè)標(biāo)簽貼在一個(gè)盒子上以確保所有時(shí)候都有一個(gè)標(biāo)簽是可以看見(jiàn)的。便攜系統(tǒng)的使用有幾個(gè)天線(xiàn)的問(wèn)題,。每個(gè)盒子兩個(gè)天線(xiàn)足夠適合門(mén)禁裝置探測(cè),,這樣局部結(jié)構(gòu)的影響變得不再重要,因?yàn)殚T(mén)禁裝置的讀卡機(jī)天線(xiàn)被固定在倉(cāng)庫(kù)的出入,,并且直接指向貼標(biāo)簽的物體,。

距  離
RFID天線(xiàn)的增益和是否使用有源的標(biāo)簽芯片將影響系統(tǒng)的使用距離。樂(lè)觀的考慮,,在電磁場(chǎng)的輻射強(qiáng)度符合UK的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),,2.45GHz 的無(wú)源情況下,,全波整流,,驅(qū)動(dòng)電壓不大于3伏,優(yōu)化的RFID天線(xiàn)阻抗環(huán)境(阻抗 200 或300歐姆),使用距離大約是1米[3],。如果使用WHO限制[4]則更適合于全球范圍的使用,,但是作用距離下降了一半。這些限制了讀卡機(jī)到標(biāo)簽的電磁場(chǎng)功率,。作用距離隨著頻率升高而下降,。如果使用有源芯片作用距離可以達(dá)到5到10米。

總  結(jié)
全向天線(xiàn)應(yīng)該避免在標(biāo)簽中使用,,然而是可以使用方向性天線(xiàn),,它具有更少的輻射模式和返回?fù)p耗的干擾。天線(xiàn)類(lèi)型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和ASIC匹配,。在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)中使用天線(xiàn)好像是不可行的,,除非使用有源標(biāo)簽,但是在任何情況下,,倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的天線(xiàn)輻射模式將嚴(yán)重失真,。一個(gè)門(mén)禁系統(tǒng)的使用將是好的選擇,可以使用短作用距離的無(wú)源標(biāo)簽,。當(dāng)然門(mén)禁系統(tǒng)比手持的儀器昂貴,,但是手持儀器工作人員需要使用它到倉(cāng)庫(kù)搜尋物品,人員費(fèi)用同樣昂貴,。在門(mén)禁系統(tǒng)中,,每一個(gè)物品盒子,僅需要2個(gè)而不是4個(gè)或6個(gè)RFID標(biāo)簽,。

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