RFID的基本结构及工作原理

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无线射频识别(RFID)是一种无线通信技术。它能够通过无线电信号对被测物体进行识别，而系统不需要与被测物体有接触[7]。

通过电感耦合方式产生的电磁场，无线电信号把信息从放在被测物体上的电子标签中传输出去，从而达到自动识别的目的。在数米之内,电子标签都能够被识别到，它包含了电子存储的信息。RFID电子标签不同于条形码，它不用出现在人的视线之中，只要是在被识别物体中就能够识别出来。

 

从概念上来看，RFID技术与条码技术差不多，但是它们之间也是有差别的。它们的不同：条码技术是把已经编码的条形码放在被测物体上，然后采用特定的读写器进行扫描，这种技术是利用光信号将信息从条形磁传输到读写器中；无线射频识别技术是把电子标签放在被测物体上，然后采用特定的RFID读写器识别，这种技术是利用频率信号完成电子标签和读写器之间的通信[8]。

 

从结构上来看，无线射频识别系统是一种简单的无线系统。最基本的无线射频识别系统由电子标签、读写器、应用系统软件构成[9]。RFID电子标签：它由耦合组件及芯片构成，每个电子标签都有独特的电子编码，放在被测目标上以达到标记目标物体的目的；RFID读写器：不仅能够读取电子标签上的信息，而且还能够写入电子标签上的信息。应用软件系统：把接收的数据进一步的处理成人们所需要的数据是它的主要任务。

 

最基本的无线射频识别系统是由电子标签和读写器两部分构成。它的结构框图如图1所示：

 

图1 RFID结构框图

 

1. 电子标签：电子标签里存储着被测物体的信息，它通常被放在被测物体上。读写器可以不与电子标签接触，读出电子标签里存储的信息。电子标签内置天线，它的作用是与射频天线通信。可以把电子标签划分为两种类型：有源电子标签和无源电子标签。无源电子标签可以通过识别器在识别过程中产生的电磁场得到能量；有源电子标签本身可以自主发出无线电信号。
2. 读写器：读写器是无线射频识别系统的主要组成部分之一。读写器也可以被称作阅读器。它不仅可以读出电子标签信息，而且可以把处理完的数据写入电子标签。无线射频识别的距离和无线射频识别系统的工作频段都与读写器的频率有着直接影响。所以，读写器在RFID系统中占据着重要的位置，发挥着重要的作用。读写器和电子标签之间的射频信号有两种耦合类型：
3. 电感耦合：根据电磁感应定律，利用空间中频率交变产生的电磁场实现电感耦合。这种耦合普遍适合用在中、低频工作的近距离射频识别系统。它的识别距离小于1米，常见的作用距离是10~20厘米。
4. 电磁反向散射耦合：利用电磁波的空间传播规律，当发射的电磁波接触到被测物体后，携带着被测物体的信息被反射回来。这种耦合适合用在高频、微波工作的远距离射频识别系统。它的识别距离大于1米，常见的作用距离为3~10米。

无线射频识别系统的基本工作原理：电子标签进入电磁场后，接收读写器发出的射频信号，无源电子标签或者被动电子标签利用空间中产生的电磁场得到的能量，将被测物体的信息传送出去，读写器读取信息并且进行解码后，将信息传送到中央信息系统进行相应的数据处理。有源电子标签或者主动电子标签则是主动发射射频信号，然后读写器读取信息并进行解码后，将信息传送到中央信息系统进行相应的数据处理。

 

RFID系统的工作频率

 

由于无线射频识别不能干扰其它系统的正常运作，一般情况下，它使用的频段是ISM(Industrial Scientific and Medical)频段。电子标签在RFID系统中占据着重要的地位，因为它的工作频率决定了系统的识别的距离、工作的原理、电子标签与读写器实现的难易程度、整个设备的成本。它的工作频率是：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHZ、433MHz、2.45GHz和5.8GHz等。

 

低频电子标签的工作频率一般在30kHz与300kHz之间。比较常用的工作频率是125KHz和133KHz。低频电子标签通常是无源电子标签，它从空间中产生的电磁场中获取能量[10]。由于低频电子标签的识别距离一般小于1米，为了能够正常识别目标，它与读写器之间进行数据交换时必须要在天线辐射的近场区中。

 

中、高频段的电子标签的工作频率是：3MHz~30MHz。比较常用的工作频率是13.56MHz。中频段的电子标签主要也是属于无源电子标签，它的工作能量和低频电子标签相同，也是利用空间中产生的电磁场获取能量。中频段的电子标签的识别距离多数情况下也小于1米，所以，为了能够正常识别目标，它与读写器之间互相传输数据时必须要在天线辐射的近场区中。该频段的电子标签在实际中的应用有：电子车票、电子身份证等。中频电子标签的基本特点类似于低频电子标签。

 

微波电子标签包括：超高频段的电子标签和微波频段的电子标签。比较常用的工作频率是433.92MHz、862(902)~928MHz、2.45GHz和5.8GHz。微波电子标签的识别距离一般在1米以上，常见的识别距离为4~6m。识别距离最大可达到10米以上。微波电子标签的数据存储容量一般规定在2Kbits以内，常用的数据容量指标是1Kbits、128Bits、64Bits等。该频段的电子标签在实际中的应用有：移动车辆的识别、电子身份证等。

 

RFID的特点及优势

 

无线射频识别技术不难操作和控制，操作起来十分简单，而且在实际应用中也特别实用。它比较适合用在自动化控制方面。RFID系统不仅能够支持只读工作模式，而且也能够支持读写工作模式。在识别过程中，不用人工手动操作，也不用和被测目标接触。无线射频识别系统能够在恶劣的工作环境下正常运作。短距离的射频产品不受油污、灰尘等环境的影响，它可以代替条形码，例如：工厂利用无线射频识别系统在流水线上跟踪目标；长距离的射频产品大多数用在交通上，它的识别距离能够达到几十米，例如：车辆自动收费或者识别车辆的身份等情况。无线射频识别系统有以下几个方便的优势：

1. 读取方便快捷： 读取数据时不需要光源，可以透过外包装进行数据的读取，并且它的识别距离更大，甚至可以达到30米以上。
2. 识别速度快：当电子标签进入磁场时，读写器能够瞬时读写其发送的信息，也可以同时识别多个电子标签。
3. 数据存贮容量大：RFID电子标签的数据存贮容量能够根据用户的需求扩大到更大的容量。
4. 使用寿命长、应用范围广：由于RFID电子标签的无线电通信方式，它能够在粉尘、油渍等恶劣环境和放射性环境下正常工作。并且，它的封闭式包装可以让它的使用寿命变长。
5. 标签数据可动态更改：可以用编程器向电子标签写入数据，RFID电子标签就可以交互式便携数据文件。并且，其写入的时间比打印条形码的时间还要少。
6. 更好的安全性：能够嵌入或者附着在不同类型、不同形状的物体上，而且还能够对电子标签数据的读写进行密码保护，更好的提高了安全指数。
7. 动态实时通信：电子标签的工作频率为每秒50~100次，它以这个工作频率与读写器通信，因此，在读写器的识别范围内，就能够对被测物体进行动态追踪和监控。