RFID无线射频技术概述和指标详解

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  RFID无线射频识别技术(Radio Frequency IdentificaTIon,RFID)的应用由来已久,最早可追溯到第二次世界大战时,英国空军飞机使用的敌我飞机识别系统。最近RFID无线射频识别技术被广泛应用于物品管理、车辆定位以及井下人员定位等。该技术是一种非接触的自动识别技术,利用无线射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别目的。

  1 RFID无线射频技术概述

  1.1 RFID无线识别系统的基本组成

  RFID无线识别系统主要由RFID电子标签、RFID阅读器、天线以及上位机管理系统组成。RFID电子标签和RFID读写器之间是通过无线方式传输信息的,因此它们之间都有无线收发模块及天线(感应线圈)。效果图如图1所示。

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  (1)RFID电子标签(Tag):RFID电子标签是射频识别系统的数据载体。由耦合元件及芯片组成,每个RFID电子标签具有惟一的EPC(Electr ctronic ProductCode)电子编码,附着在物体上标识目标对象。与传统的条形码相比,EPC编码不仅可以反映某一类产品,还可以具体到某一件产品。

  (2)RFID阅读器(Reader):读写器足可以读取或者写入电子标签信息的设备,其基本功能就是与标签进行数据的传输,可设计为手持式阅读器或固定式阅读器。

  (3)天线(Antenna):在标签和读取器间传递射频信号。

  1.2 RFID系统的工作原理

  RFID电子标签进入RFID读写器发射的磁场后,接收解读器发出的射频信号,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(Passive Tag,无源标签或被动标签),或者由标签主动发送某一频率的信号(AcTIve Tag,有源标签或主动标签),解渎器渎取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。射频识别过程示意图如图2所示。

  2 RFID标签天线性能指标

  从RFID系统的识别过程不难看出,RFID读写器在感知RFID电子标签的过程中,天线在RFID电子标签和RFID读取器间传递射频信号起到了重要的桥梁作用,RFID读写器天线、RFID电子标签天线的性能对提高整个识别系统的性能有着重要的意义。由于RFID电子标签附着在被标识的物体上,RFID电子标签天线会受到所标识物体的形状以及物理特性的影响。影响因素包括所标识物体的材料、所标识物品的工作环境等。另外,在RFID无线射频的装置中,工作频率增加到微波区域的时候,天线与RFID电子标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。这些因素给RFID电子标签天线的设计提出了更高的要求,同时也带来了巨大的挑战。

  天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的装置,是电路与空间的界而器件,用来实现导行波与自由空间波能量的转化。当前的RFID无线射频系统主要集中在低频、高频、超高频、微波频段,不同工作频段的RFID系统天线的原理和设计有着根本上的不同:

  (1)方向特性

  天线的辐射是具有方向性的。辐射场振幅与方向的关系曲线称为方向图,实际上就是远区场任意方向上某点的场强同方向的关系曲线。方向图一股指归一化的方向图,即远区场任意方向上某点的场强与同一距离的最大场之比同方向的关系曲线。定义方向图函数为:

  式中EM是|E(α,β)|的最大值。

  (2)方向性系数

  方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度的一个参数。任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下,非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。按照此定义,由于定向天线在各个方向上的辐射强度不等,故天线的方向性系数也随着观察点的位置而不同,在辐射电场最大的方向,方向性系数也最大。一般情况下,定向天线的方向性系数就是最大辐射方向的方向性系数,即在离天线某一距离处,天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度Smax与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度So之比,记为D,即:

  (3)天线效率