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射频识别,RFID技术介绍

2018年06月06日 16:15 次阅读

1 引言

射频识别是一种使用射频技术的非接触自动识别技术,具有传输速率快、防冲撞、大批量读取、运动过程读取等优势,因此,RFID技术在物流与供应链管理、生产管理与控制、防伪与安全控制、交通管理与控制等各领域具有重大的应用潜力。目前,射频识别技术的工作频段包括低频、高频、超高频及微波段,其中以高频和超高频的应用最为广泛。

射频识别,RFID技术介绍

2 RFID技术原理

RFID系统主要由读写器(target)、应答器(RFID标签)和后台计算机组成,其中,读写器实现对标签的数据读写和存储,由控制单元、高频通信模块和天线组成,标签主要由一块集成电路芯片及外接天线组成,其中电路芯片通常包含射频前端、逻辑控制、存储器等电路。标签按照供电原理可分为有源(acTIve)标签、半有源(semiacTIve)标签和无源(passive)标签,无源标签因为成本低、体积小而备受青睐。

RFID系统的基本工作原理是:标签进入读写器发射射频场后,将天线获得的感应电流经升压电路后作为芯片的电源,同时将带信息的感应电流通过射频前端电路变为数字信号送入逻辑控制电路进行处理,需要回复的信息则从标签存储器发出,经逻辑控制电路送回射频前端电路,最后通过天线发回读写器。

3 RFID系统中的天线

从RFID技术原理上看,RFID标签性能的关键在于RFID标签天线的特点和性能。在标签与读写器数据通信过程中起关键作用是天线,一方面,标签的芯片启动电路开始工作,需要通过天线在读写器产生的电磁场中获得足够的能量;另一方面,天线决定了标签与读写器之间的通信信道和通信方式。因此,天线尤其是标签内部天线的研究就成为了重点。

3.1 RFID系统天线的类别

按RFID标签芯片的供电方式来分,RFID标签天线可以分为有源天线和无源天线两类。有源天线的性能要求较无源天线要低一些,但是其性能受电池寿命的影响很大:无源天线能够克服有源天线受电池限制的不足,但是对天线的性能要求很高。目前,RFID天线的研究重点是无源天线。从RFID系统工作频段来分,在LF、HF段f如6.78MHz、13.56MHz)I作的RFID系统,电磁能量的传送是在感应场区域(似稳场)中完成,也称为感应耦合系统;在UHF段(如915MHz、2400Mttz)Z作的系统,电磁能量的传送是在远场区域(辐射场)中完成,也称为微波辐射系统。由于两种系统的能量产生和传送方式不同,对应的RFID标签天线及前端部分存在各自特殊性,因此标签天线分为近场感应线圈天线和远场辐射天线。感应耦合系统使用的是近场感应线圈天线,由多匝电感线圈组成,电感线圈和与其相并联的电容构成并联谐振回路以耦合最大的射频能量;微波辐射系统使用的远场辐射天线的种类主要是偶极子天线和缝隙天线,远场辐射天线通常是谐振式的,一般取半波长。天线的形状和尺寸决定它能捕捉的频率范围等性能,频率越高,天线越灵敏,占用的面积也越少。较高的工作频率可以有较小的标签尺寸,与近场感应天线相比,远场辐射天线的辐射效率较高。

3.2 RFID标签天线的设计要求

RFID标签天线的设计要求主要包括:天线的物理尺寸足够小,能满足标签小型化的需求;具有全向或半球覆盖的方向性;具有高增益,能提供最大的信号给标签的芯片;阻抗匹配好,无论标签在什么方向,标签天线的极化都能与读写器的信号相匹配;具有顽健性及低成本。在选择天线时主要考虑:天线的类型,天线的阻抗,应用到物品上的RF性能,当有其他物品围绕标签物品时的RF性能。

4 RFID标签天线的类别和研究现状

标签天线主要分为3大类:线圈型、偶极子、缝隙(包括微带贴片)型。线圈型天线是将金属线盘绕成平面或将金属线缠绕在磁心上;偶极子天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成,信号从中间的两个端点馈人,天线的长度决定频率范围;缝隙型天线是由金属表面切出的凹槽构成,其中微带贴片天线由一块末端带有长方形的电路板构成,长方形的长宽决定频率范围。

识别距离小于1m的中低频近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线;1I1以上的高频或微波频段的远距离应用系统需要采用偶极子和缝隙型天线。

4.1 线圈型天线

当标签线圈天线进入读写器产生的交变磁场中,标签天线与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器。两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈。

标签和读写器双向通信使用的载波频率就是当要求标签天线线圈外形很小,即面积小,且需一定的工作距离,RFID标签与读写器问的天线线圈互感量(就明显不能满足实际需求,可以在标签天线线圈内部插入具有高导磁率的铁氧体材料,以增大互感量,从而补偿线圈横截面小的问题”。目前线圈型天线的实现技术已很成熟,广泛地应用在身份识别、货物标签等RFID系统中,但是对于频率高、信息量大、工作距离和方向不确定的RFID应用场合,采用线圈型天线难以实现相应的性能指标。

4.2 偶极子天线

偶极子天线具有辐射能力好、结构简单、效率高的优点,可以设计成适用于全方位通信的RFID系统,被广泛应用于RFID标签天线的设计,尤其是在远距离RFID系统中。

传统半波偶极子天线的最大问题在于对标签尺寸的影响,如915MHz的半波偶极子。研究表明,端接的、倾斜的、折叠的偶极子天线可以通过选择合适的几何参数来获得所需的输入阻抗,具有增益高、频率覆盖宽和噪声低的优点,性能非常出色,且与传统半波偶极子天线相比尺寸要小很多,若配合铜焊电气端子和不平衡变压器,还能最大限度地提升增益、阻抗匹配和带宽。已知增加天线的弯折次数有利于在不降低天线效率的情况下减小天线尺寸,那么,如何在有限的空问下进行“弯折”,“弯折”的具体参数对标签天线的谐振频率和输入阻抗有何影响?怎样“弯折”的RF效率最高?

我们知道。具有分形结构的物体一般都有比例自相似性和空间填充性的特点,应用到天线设计上可以实现天线多频段特性和尺寸缩减特性。国内外对具有分形结构的天线做了大量研究工作,证实了分形结构的天线具有良好的尺寸缩减特性,可以在有限的空间内大幅度提高天线效率网。

对半波振子的不同位置和维度使用Hilbert分形变换,并用矩量法对Hilbert标签天线进行仿真,能得到标签天线的谐振频率和输入阻抗随分形维数和阶数不同的仿真结果,分析结果中的天线增益和效率,判断哪种维度和阶数的标签天线最符合实际标签天线的设计要求,进一步制作实体天线,并测试RF识别距离,这是常用的研究方法。

4.3 缝隙(包括微带贴片)型天线

缝隙天线具有低轮廓、重量轻、加工简单、易于与物体共形、批量生产、电性能多样化、宽带与有源器件和电路集成为统一的组件等特点,适合大规模生产,能简化整机的制作与调试,从而大大降低成本。

微带贴片天线是由贴在带有金属底板的介质基片上的辐射贴片导体所构成,根据天线辐射特性,可以设计贴片导体为各种形状。普遍应用于频率高于100MHz的低轮廓结构,通常由一矩形或方形的金属贴片置于接地平面上的一片薄层电介质(称为基片)表面所组成,其贴片可采用光刻工艺制造,使之成本低,易于大量生产。

如前所述,弯折型天线有利于减小标签天线的物理尺寸,满足标签小型化的设计要求。对于缝隙天线来说,同样可以利用弯折的概念。事实上,弯折缝隙天线适用于高频微波段的RFID标签,能有效减小天线尺寸,性能优。具有广阔的市场前景。研究方法和弯折偶极子天线类似,用矩量法研究缝隙弯折的次数、高度、位置、宽度和缝隙天线平片大小对矩形天线谐振特性的影响。

弯折缝隙天线,平片大小为LxW,缝隙弯折宽度和高度分别为s和h,缝隙离馈电点中心距离为,下面讨论这些参数的变化对缝隙天线的谐振特性、反射系数、天线效率等影响。

基于弯折的各参数对缝隙天线性能的影响,可根据实际需要设计UHF射频识别标签用的缝隙天线,制作具体的实物天线。可以预计,弯折缝隙天线将是UHF标签天线设计领域比较看好的发展方向。

5 RFID标签天线的热点问题

在RFID标签天线的设计中,除了一直很受重视的减小物理尺寸问题,进一步改善小型化后的天线带宽和增益特性以扩展其实际应用范围,分析小型化天线的交叉极化特性以明确其极化纯度也是重要的研究方向,另外,覆盖各种频率的复合天线设计,多标签天线优化分布技术,读写器智能波束扫描天线阵技术,设计仿真软件和平台,标签天线和附着介质匹配技术,一致性抗干扰性和安全可靠性技术等都是值得继续研究的内容。

其中,片上天线技术是近期研究的热点问题。RFID技术应用领域的不断扩展,使RFID标签对小型化、轻量化、多功能、低功耗和低成本方面的要求也不断提高,然而目前的RFID标签仍然使用片外独立天线,其优点是天线Q(品质因素)值较高、易于制造、成本适中。缺点是体积较大、易折断,不能胜任防伪或以生物标签形式植入动物体内等任务。若能将天线集成在标签芯片上,无需任何外部器件即可进行工作,将会使整个标签体积更小、使用更方便,这就引发了片上天线技术的研究。

把天线集成到片上,不仅简化了原有的标签制作流程,降低了成本,还提高了可靠性。片上天线作为能量接收器和信号传感器决定了整个系统的性能,它的基本出发点是利用法拉第电磁感应原理。把外界变化的磁场能量转化为片上的电源电压,作为整个芯片的工作电源,同时利用电磁场变化引起的片上电流或电压的变化来鉴别接收信号。通过改变由于自身输出阻抗导致的外界磁场变化而把信号传输至接收端。迄今为止,在标准CMOS工艺上实现的片上天线仍然以硅基集成螺旋电感作为主要结构。

除了RFID标签内部的设计,例如RFID智能平台(smarttable)天线等领域的研究也日渐受到重视。

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发表于 2018-04-25 15:01 312次阅读
超详细讲解!RFID射频技术,电子标签/无线射频...

RFID天线制造方法简介及模切技术介绍

虽然我们采用不干胶的结构来制作我们的天线, 但是我们的面材是金属铝或铜。金属比较容易损耗刀模,对于非...

发表于 2018-04-25 14:35 781次阅读
RFID天线制造方法简介及模切技术介绍

FM17520 读写FM1208 -10 RATS指令失败

发表于 2018-04-24 14:37 451次阅读
FM17520 读写FM1208 -10 RATS指令失败

NSAT1000射频组件自动测试系统

产品简介 无源网络如电阻、电感、电容、连接器、电缆、 PCB线等在高频下会呈现射频、微波方面的特性。...

发表于 2018-04-20 10:48 61次阅读
NSAT1000射频组件自动测试系统

物联网产业难以落地?2018年还会持续推动吗?

物联网的概念其实经历了多次激进的热炒,但在概念很流行的时候,的确感觉这个行业很虚,不落地。但每一次物...

发表于 2018-04-20 10:07 878次阅读
物联网产业难以落地?2018年还会持续推动吗?

宝马研发Car-2-X Communicatio...

当你行驶在路上时,儿童从停满车辆的道路两旁突然奔跑而出,肯定是让所有驾驶者吓出一身冷汗的噩梦!德国研...

发表于 2018-04-19 05:52 527次阅读
宝马研发Car-2-X Communicatio...

“无人超市”如何运作 又是否安全

随着科技的不断发展,“无人”概念越来越多的被应用在了各个行业。从选购到付款只需顾客独自完成的无营业员...

发表于 2018-04-18 10:09 572次阅读
“无人超市”如何运作 又是否安全

RFID技术在医疗领域发展的五大方向

RFID不只是在服装领域作出了贡献,它的技术可以说在各个行业的领域都带来了一些简便且能提升效率的方法...

发表于 2018-04-16 15:21 566次阅读
RFID技术在医疗领域发展的五大方向

基于FPGA的RFID的自主图书借阅系统资料分享

项目背景: 射频识别技术在国外发展得很快,产品种类也很多,如德州仪器公司(TI)、MOTOROLA、...

发表于 2018-04-14 08:06 154次阅读
基于FPGA的RFID的自主图书借阅系统资料分享

物联网的七大智能应用盘点介绍

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。随着物联网技术的高速发展,我们生活的整个社会智能化程度将越来越...

发表于 2018-04-13 16:16 1295次阅读
物联网的七大智能应用盘点介绍

rfid网等同于物联网吗_RFID技术在物联网中...

本文首先介绍了rfid是什么,rfid网等同于物联网吗?其次详细的阐述了RFID技术在物联网中的应用...

发表于 2018-04-13 15:23 1598次阅读
rfid网等同于物联网吗_RFID技术在物联网中...

RFID技术成为无人超市背后的功臣

无人超市,这个在近期渐有赶超“共享单车”的热词,已经成为了大家眼前的一个亮点。阿里巴巴的操盘者马云在...

发表于 2018-04-11 10:30 839次阅读
RFID技术成为无人超市背后的功臣

一文看懂rfid属于物联网哪一层

物联网就是物与物能够联网,并智慧地发挥作用的一个体系;一个云、管(网)、端(物)一体化、云计算技术与...

发表于 2018-04-08 11:27 1360次阅读
一文看懂rfid属于物联网哪一层

射频识别(rfid)概念股有哪些_射频识别(rf...

本文主要详细介绍了十个射频识别(rfid)概念股。射频识别是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目...

发表于 2018-04-08 11:26 1179次阅读
射频识别(rfid)概念股有哪些_射频识别(rf...

射频识别(rfid)芯片厂商有哪些_十大射频识别...

本文主要详细介绍了十大射频识别芯片生产厂商。射频识别是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读...

发表于 2018-04-08 10:57 2761次阅读
射频识别(rfid)芯片厂商有哪些_十大射频识别...

rfid系统供应商有哪些_国内十大rfid系统供...

  RFID 是Radio Frequency Identification 的缩写,即射频识别,是...

发表于 2018-04-08 10:31 3309次阅读
rfid系统供应商有哪些_国内十大rfid系统供...

服装生产工位机的RFID标签读取和CAN总线通信...

射频标签采用的是瑞士EM公司提供的非接触式只读RFID芯片H4001,其内部具有64位一次性可编程(...

发表于 2018-04-08 10:31 221次阅读
服装生产工位机的RFID标签读取和CAN总线通信...

一文看懂rfid日常生活应用实例

RFID(射频识别:Radio Frequency Identification)俗称“电子标签”,...

发表于 2018-04-08 10:06 1845次阅读
一文看懂rfid日常生活应用实例

身份证rfid电路图设计应用

本文主要介绍了身份证rfid电路图设计应用。RFID系统由读写器和计算机管理系统组成。其中,读写器具...

发表于 2018-04-08 09:14 310次阅读
身份证rfid电路图设计应用

一文读懂RFID技术在身份证系统中的应用

本文主要介绍了一文读懂RFID技术在身份证系统中的应用。无线射频识别技术(RFID)是一种非接触的自...

发表于 2018-04-08 08:58 350次阅读
一文读懂RFID技术在身份证系统中的应用

用于UHF频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺...

本文利用将四臂螺旋天线和PIFA天线结合,改进了馈电和装配结构,设计了一种工作在UHF频段的新型RF...

发表于 2018-03-31 11:32 2128次阅读
用于UHF频段射频识别系统的小型右手圆极化四臂螺...

RFID仓储管理系统——人造木板仓库

一、 背景 传统的仓库管理,一般完全由人工实施仓库内部的管理,因此 木板仓库 管理的效率极其低下。目...

发表于 2018-03-26 15:26 205次阅读
RFID仓储管理系统——人造木板仓库

UWB隧道人员实时定位系统

一、 背景 地下隧道工作的安全生产受到社会各界高度关注,建立可靠实用的人员实时定位系统,提高对隧道人...

发表于 2018-03-23 18:02 150次阅读
UWB隧道人员实时定位系统

基于RFID的汽车智能称重系统自动识别技术

所谓汽车智能称重管理系统即是在原有汽车称重管理系统上附加了利用远距离RFID技术实现的对称重车辆的...

发表于 2018-03-22 10:05 320次阅读
基于RFID的汽车智能称重系统自动识别技术

超高频RFID电子标签构成及15个典型应用

作为RFID标签家族的一员超高频电子标签又有着什么样的个性呢?下面我们一起走进超高频电子标签的精彩世...

发表于 2018-03-19 09:51 1929次阅读
超高频RFID电子标签构成及15个典型应用

RFID射频识别技术详解之RFID系统构架与基本...

RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等...

发表于 2018-03-18 11:49 2804次阅读
RFID射频识别技术详解之RFID系统构架与基本...

RFID 电子标签功耗测量测试

与发射模式1相比,该模式下1秒内包括25个电流脉冲,平均电流为6.7mA,峰值为289mA。同样,我...

发表于 2018-03-13 08:51 372次阅读
RFID 电子标签功耗测量测试

Schreiner公司研发的两款车辆识别系统

据外媒报道,德国领先的安全及认证产品开发商SchreinerPrinTrust将于3月20至23日,...

发表于 2018-03-13 01:04 171次阅读
Schreiner公司研发的两款车辆识别系统

谈物联网技术在智能医疗领域的主要应用技术

远程医疗监护,主要是利用物联网技术,构建以患者为中心,基于危急重病患的远程会诊和持续监护服务体系。远...

发表于 2018-03-07 17:19 1172次阅读
谈物联网技术在智能医疗领域的主要应用技术

RFID价值何在?制造业是否必须?

现在越来越多的公司认识到了RFID的价值,RFID可以更好的管理原材料、零件、部件等,管理着数以百万...

发表于 2018-02-24 15:25 404次阅读
RFID价值何在?制造业是否必须?

从RFID到NFC技术,射频识别将面临哪些挑战与...

RFID技术一直被认为是实现物联网应用的主要技术之一,前景十分被看好,在很多领域,都将RFID技术作...

发表于 2018-02-08 17:08 437次阅读
从RFID到NFC技术,射频识别将面临哪些挑战与...

基于物联网的有源RFID,众志早已站在其风口之上

物联网核心是“万物互联”,强调的是“更优的用户体验”,那么如何更智慧的进行数据采集与传输? 物联网系...

发表于 2018-02-08 10:47 1846次阅读
基于物联网的有源RFID,众志早已站在其风口之上

UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计

该模块的设计目标是设计出一款通用的应用于915MHz的射频收发模块,与控制部分通过自定义的I/O接口...

发表于 2018-02-08 07:57 1327次阅读
UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计

佳博RFID标签打印机是怎么成为智慧仓储物流佳品的???

发表于 2017-12-28 11:35 377次阅读
佳博RFID标签打印机是怎么成为智慧仓储物流佳品的???

RFID小区刷卡电路,最简单电路?

发表于 2017-12-18 21:01 876次阅读
RFID小区刷卡电路,最简单电路?

对多RFID标签的读取

发表于 2017-12-17 15:04 765次阅读
对多RFID标签的读取

用RC522和51单片机制作一个门禁系统

发表于 2017-11-27 18:45 1455次阅读
用RC522和51单片机制作一个门禁系统

RFID 条码生产管理系统

发表于 2017-07-17 15:19 613次阅读
RFID 条码生产管理系统

一致性测试

发表于 2017-07-14 18:11 460次阅读
一致性测试