RFID（Radio Frequency IDentification）射頻識別技術,，又稱電子標簽,、無線射頻識別，是一種通信技術,。相對于傳統(tǒng)的磁卡及IC卡技術具有非接觸,、閱讀速度快、無磨損等特點,，在最近幾年里得到快速發(fā)展,。為加強中國工程師對該技術的理解，本文詳細介紹了RFID技術的工作原理,、分類,、標準以及相關應用。
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(shù)據(jù)傳輸,，以達到目標識別和數(shù)據(jù)交換的目的,。與傳統(tǒng)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(huán)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(yè)自動化、商業(yè)自動化,、交通運輸控制管理等眾多領域,。
rfid 系統(tǒng)組成和工作原理
最基本的RFID系統(tǒng)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(tǒng)還通過閱讀器的RS232或RS485接口與外部計算機(上位機主系統(tǒng))連接,，進行數(shù)據(jù)交換。
系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號,，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)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(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號,，經(jīng)天線調節(jié)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(tǒng)進行相關處理,；主系統(tǒng)根據(jù)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(fā)出指令信號控制執(zhí)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(shù)據(jù)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有根本的區(qū)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(fā)送器和接收器,，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動射頻卡并提供能量；對發(fā)射信號進行調制,，用于將數(shù)據(jù)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(tǒng)的高頻接口設計具有一些差異,，電感耦合系統(tǒng)的高頻接口原理圖如圖所示。
閱讀器的控制單元的功能包括：與應用系統(tǒng)軟件進行通信,，并執(zhí)行應用系統(tǒng)軟件發(fā)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(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法,，對射頻卡與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)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(tǒng)的讀寫距離是一個很關鍵的參數(shù)。目前,，長距離射頻識別系統(tǒng)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Q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(fā)送信息的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)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 射頻卡的標準及分類
目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標準,，國際上還沒有統(tǒng)一的標準。目前,，可供射頻卡使用的幾種標準有ISO10536,、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO,。應用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個標準都由物理特性,、射頻功率和信號接口、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：
1. 按供電方式分為有源卡和無源卡。有源是指卡內有電池提供電源,，其作用距離較遠，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,；無源卡內無電池,，它利用波束供電技術將接收到的射頻能量轉化為直流電源為卡內電路供電,，其作用距離相對有源卡短,，但壽命長且對工作環(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、低成本的應用中,，如多數(shù)的門禁控制,、校園卡、動物監(jiān)管,、貨物跟蹤等,。中頻系統(tǒng)用于門禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的應用系統(tǒng)；高頻系統(tǒng)應用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合,，其天線波束方向較窄且價格較高,，在火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)中應用,。
3. 按調制方式的不同可分為主動式和被動式,。主動式射頻卡用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器；被動式射頻卡使用調制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù),，它必須利用讀寫器的載波來調制自己的信號,，該類技術適合用在門禁或交通應用中，因為讀寫器可以確保只激活一定范圍之內的射頻卡,。在有障礙物的情況下,，用調制散射方式，讀寫器的能量必須來去穿過障礙物兩次,。而主動方式的射頻卡發(fā)射的信號僅穿過障礙物一次,，因此主動方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應用中,，距離更遠(可達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)和遠距離卡(作用距離從1米到10米,，甚至更遠),。
5. 按芯片分為只讀卡、讀寫卡和CPU卡,。
RFID技術(射頻技術)
射頻技術（RFID）相對于傳統(tǒng)的磁卡及IC卡技術具有非接觸,、閱讀速度快、無磨損等特點,，在最近幾年里得到快速發(fā)展,。為加強中國工程師對該技術的理解，本文詳細介紹了射頻技術的工作原理,、分類,、標準以及相關應用。
射頻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(shù)據(jù)傳輸,，以達到目標識別和數(shù)據(jù)交換的目的,。與傳統(tǒng)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(huán)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(yè)自動化,、商業(yè)自動化,、交通運輸控制管理等眾多領域。
射頻技術系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號,，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)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(fā)送天線發(fā)送出去,；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號,，經(jīng)天線調節(jié)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(tǒng)進行相關處理,；主系統(tǒng)根據(jù)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(fā)出指令信號控制執(zhí)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(shù)據(jù)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有根本的區(qū)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(fā)送器和接收器,，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動射頻卡并提供能量,；對發(fā)射信號進行調制，用于將數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)軟件進行通信,，并執(zhí)行應用系統(tǒng)軟件發(fā)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(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對射頻卡與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)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,。
射頻技術識別系統(tǒng)的讀寫距離是一個很關鍵的參數(shù)。目前,，長距離射頻識別系統(tǒng)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Q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(fā)送信息的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)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%,。
自上個世紀九十年代以來，射頻識別技術在全世界范圍內得到了很快的發(fā)展,。全球的總銷量以年均25%以上的速度快速增長,，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，射頻率識別技術在各行各業(yè),，尤其是在電子信息行業(yè)得到了廣泛的應用,。
射頻識別技術在我國的應用，應該還處于一個起步的階段,。差距首先表現(xiàn)在技術上,，雖然在低頻和中頻產(chǎn)品應用上面，已經(jīng)有了一定的基礎,，但在高頻領域基本上沒有大規(guī)模成熟的應用案例；其次表現(xiàn)在應用環(huán)境上,，電子標簽是一種提高識別效率和準確性的工具。市場化程度越高,，越具有競爭性,，組織對于效率的要求就會越強烈。在這種情況下,，電子標簽才會具有廣泛應用的可能性,。以電子標簽在供應鏈上的應用為例，必須是以供應鏈成熟廣泛運用為基礎的,，而我國供應鏈的發(fā)展只是剛有一個好的開端,，對絕大多數(shù)企業(yè)而言，這種先進的管理方法和技術還剛剛起步,。
射頻技術的國產(chǎn)化是刻不容緩的,，無論從哪一方面講，如果長期只依賴國外進口產(chǎn)品,，將阻礙射頻技術的推廣和大規(guī)模的使用,。在射頻國產(chǎn)化的道路上，應用系統(tǒng)的國產(chǎn)化最先起步,，目前也是比較有成效的,。隨著系統(tǒng)應用技術逐漸成熟和市場的壯大，也涌現(xiàn)出了許多優(yōu)秀的系統(tǒng)集成商,，特別是中,、低頻的非接觸產(chǎn)品的應用中,。
電子標簽的國產(chǎn)化可以分為芯片技術、模塊封裝和標簽加工三個方面,。目前國內已經(jīng)形成了比較成熟的IC卡模塊封裝,。國內部分企業(yè)已在電子標簽的封裝形式進行了新的嘗試，促進了電子標簽成本的進一步降低,。另一個是讀寫機具有及周邊設備的國產(chǎn)化,。實際上，機具和周邊設備的國產(chǎn)化是電子標簽推廣的關鍵因素,，只有真正消化了現(xiàn)有的國外先進技術才能夠使自身產(chǎn)品具有真正的市場競爭力和長久的生命力,。
從長遠來看，電子標簽特別是高頻遠距離電子標簽的市場在未來幾年內將逐漸成熟,，成為IC卡領域繼公交,、手機、身份證之后又一個具有廣闊市場前景和巨大容量的市場,。將為國內表比較熟的IC卡行業(yè)一個重大的產(chǎn)業(yè)機會,。在這個產(chǎn)業(yè)機會面前，國內廠商應加大投入力度,，未雨綢繆,，實現(xiàn)技術的突破。另外,，除了廠商的努力以外,，政府的主管部門也應該起到引導和牽頭的作用，支持國內的廠商,，根據(jù)國內的需求制定行業(yè)標準，從標準入手,，建立自主知識產(chǎn)權的整個體系,，進一步縮短與國內先進水平的差距，壯大國內智能卡行業(yè)的發(fā)展,。復旦微電子將長期致力于非接觸電子標簽技術的開發(fā)和推廣,，在為客戶提供滿足他們需求的產(chǎn)品同時，也將為整個產(chǎn)品的其他廠商提供有關RFID射頻識別應用方面的全方面的技術支持,。
自2004年起,，全球范圍內掀起了一場無線射頻識別技術（RFID）的熱潮，包括沃爾瑪,、寶潔,、波音公司在內的商業(yè)巨頭無不積極推動RFID在制造、物流,、零售,、交通等行業(yè)的應用,。RFID技術及其應用正處于迅速上升的時期，被業(yè)界公認為是本世紀最具潛力的技術之一,，它的發(fā)展和應用推廣將是自動識別行業(yè)的一場技術革命,。而RFID在交通物流行業(yè)的應用更是為通信技術提供了一個嶄新的舞臺，將成為未來電信業(yè)有潛力的利潤增長點之一,。
RFID技術無需直接接觸,、無需光學可視、無需人工干預即可完成信息輸入和處理,，且操作方便快捷,，能夠廣泛應用于生產(chǎn)、物流,、交通,、運輸、醫(yī)療,、防偽,、跟蹤、設備和資產(chǎn)管理等需要收集和處理數(shù)據(jù)的
1．RFID射頻技術原理
射頻技術RF（Radio Frequency）的基本原理是電磁理論,。射頻系統(tǒng)的優(yōu)點是不局限于視線,，識別距離比光學系統(tǒng)遠，射頻識別卡可具有讀寫能力,，可攜帶大量數(shù)據(jù),，難以偽造，且有智能,。
近年來,，便攜式數(shù)據(jù)終端(PDT)的應用多了起來，PDT可把那些采集到的有用數(shù)據(jù)存儲起來或傳送至一個管理信息系統(tǒng),。便攜式數(shù)據(jù)終端一般包括一個掃描器,、一個體積小但功能很強并帶有存儲器的計算機、一個顯示器和供人工輸入的鍵盤,。在只讀存儲器中裝有常駐內存的操作系統(tǒng),，用于控制數(shù)據(jù)的采集和傳送。
PDT存儲器中的數(shù)據(jù)可隨時通過射頻通信技術傳送到主計算機,。操作時先掃描位置標簽,，貨架號碼、產(chǎn)品數(shù)量就都輸入到PDT,，再通過RF技術把這些數(shù)據(jù)傳送到計算機管理系統(tǒng),，可以得到客戶產(chǎn)品清單、發(fā)票、發(fā)運標簽,、該地所存產(chǎn)品代碼和數(shù)量等,。
2．RFID射頻技術在物流管理中的適用性
RF適用于物料跟蹤、運載工具和貨架識別等要求非接觸數(shù)據(jù)采集和交換的場合,，由于RF標簽具有可讀寫能力,，對于需要頻繁改變數(shù)據(jù)內容的場合尤為適用。
我國RF的應用也已經(jīng)開始,，一些高速公路的收費站口使用RF可以不停車收費,，我國鐵路系統(tǒng)使用RF紀錄貨車車廂編號的試點已運行了一段時間，一些物流公司也正在準備將RF用于物流管理中,。
3．RFID射頻技術在軍事物流中的應用
美國和北大西洋公約組織（NATO）在波斯尼亞的"聯(lián)合作戰(zhàn)行動中",，不但建成了戰(zhàn)爭史上投入戰(zhàn)場最復雜的通信網(wǎng)，還完善了識別跟蹤軍用物資的的新型后勤系統(tǒng),，這是吸取了"沙漠風暴"軍事行動中大量物資無法跟蹤造成重復運輸?shù)慕逃?，無論物資是在定購之中、運輸途中,、還是在某個倉庫存儲著,，通過該系統(tǒng)，各級指揮人員都可以實時掌握所有的信息,。該系統(tǒng)途中運輸部分的功能就是靠貼在集裝箱和裝備上的射頻識別標簽實現(xiàn)的,。RF接收轉發(fā)裝置通常安裝在運輸線的一些檢查點上（如門柱上、橋墩旁等）,，以及倉庫,、車站、碼頭,、機場等關鍵地點,。接收裝置收到RF標簽信息后，連通接收地的位置信息,，上傳至通信衛(wèi)星,，再由衛(wèi)星傳送給運輸調度中心，送入中心信息數(shù)據(jù)庫中,。