RFID標(biāo)簽是什么？簡化的RFID系統(tǒng)是什么樣的？

射頻識別(RFID)技術(shù)利用電磁場，自動識別和跟蹤附在物體上的標(biāo)簽，其中，近場通信(NFC)是一種基于短距離RFID高頻技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，支持13.56 MHz的頻率。

NFC技術(shù)在現(xiàn)今的產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，其中最常見的是電子支付系統(tǒng)，比如非接觸式卡支付和電子錢包，EMV[gf]2122[/gf]非接觸式支付標(biāo)準(zhǔn)提供了一種接近NFC支付設(shè)備的、快速、安全的交易方法。

RFID技術(shù)是一種無需與目標(biāo)直接接觸的自動識別技術(shù)，也被稱為非接觸IC卡或ID標(biāo)簽，它可以檢測和識別特定目標(biāo)，RFID技術(shù)起初在20世紀(jì)80年代被使用，最初限于海上運輸、交通信息系統(tǒng)和其他特殊應(yīng)用。隨著時間的推移，RFID技術(shù)逐漸小型化，并得到廣泛應(yīng)用，目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些定義RFID頻率、通信方法和目的的標(biāo)準(zhǔn)。

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即無線射頻識別，是自動識別技術(shù)在無線電技術(shù)方面的具體應(yīng)用與發(fā)展，該技術(shù)的基本思想是通過采用射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，無需人工干預(yù)，并可在各種惡劣環(huán)境下工作，RFID技術(shù)可以識別高速運動物體，并且能夠同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。

簡化的RFID系統(tǒng)

RFID系統(tǒng)模型如上圖所示，RFID讀寫器/記錄器中的環(huán)路天線通過電磁耦合與RFID標(biāo)簽中的環(huán)路天線進(jìn)行通信，RFID讀寫器/記錄器輸出射頻信號，RFID標(biāo)簽通過環(huán)路天線接收該信號，RFID標(biāo)簽中的集成電路(IC芯片)的檢波器電路檢測射頻信號并獲得能量，驅(qū)動IC芯片工作。

RFID讀寫器/記錄器和RFID標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)通信一般使用13.56 MHz的ASK調(diào)制。

RFID標(biāo)簽的制造過程

上圖顯示了一個典型的卡片式 RFID標(biāo)簽制造流程。

首先在卡片上通過印刷或其他方式形成環(huán)路天線，然后將IC芯片和片狀電容器安置在同一個卡片上，電容器也可以通過印刷方式來制作。最后，對該標(biāo)簽進(jìn)行封裝、測試和裝運。

通常情況下，RFID標(biāo)簽由一個L-C-R并聯(lián)電路組成，其中"L"代表環(huán)路天線，"C"代表片狀電容器，"R"代表IC芯片，RFID標(biāo)簽的諧振頻率f0可以通過公式1/(2π√LC)計算得出。如果RFID標(biāo)簽的諧振頻率接近13.56 MHz，表示該標(biāo)簽?zāi)軌蚺cRFID讀寫器/記錄器進(jìn)行良好的通信。驗證整個標(biāo)簽的諧振頻率是否為13.56 MHz非常重要。同時，驗證L和C元器件的特性也有助于提高RFID標(biāo)簽的生產(chǎn)效率。

另一個需要考慮的因素是諧振曲線的尖銳程度(通信帶寬)，通信帶寬取決于IC芯片的R值或環(huán)路天線的寄生電阻R值。

當(dāng)調(diào)制信號帶寬過寬時，諧振曲線的尖銳程度過高，會導(dǎo)致通信困難;而當(dāng)諧振曲線的尖銳程度過低時，會導(dǎo)致通信距離特征惡化。因此，必須全面測量整個標(biāo)簽的諧振特性，并逐步測量電阻值，以幫助改善RFID標(biāo)簽的通信性能。

1、軍事物流系統(tǒng)RFID

RFID技術(shù)在軍事物流系統(tǒng)中的應(yīng)用源于美國，早在二戰(zhàn)期間就用于飛機的敵我識別，近年來，在局部戰(zhàn)爭中，RFID技術(shù)已成功應(yīng)用于美軍后勤的物流管理，不論是在物資定購、運輸途中還是在倉庫存儲中，通過RFID系統(tǒng)，各級指揮人員可以實時掌握物流的所有信息。RFID接收發(fā)送裝置通常安裝在運輸線檢查站、倉庫、車站、碼頭、機場等關(guān)鍵節(jié)點上，接收裝置收到RFID標(biāo)簽信息后，連同接收地的位置信息，傳送給后勤調(diào)度管理中心，并存入中心的信息數(shù)據(jù)庫。

RFID技術(shù)作為一種自動識別系統(tǒng)，通過非接觸的射頻信號自動識別目標(biāo)并采集數(shù)據(jù)，可以識別高速運動目標(biāo)并同時識別多個目標(biāo)，無需人工干預(yù)，操作快捷方便，可適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。無論軍用物資處于采購、運輸、倉儲、使用還是維修的任何環(huán)節(jié)，各級指揮人員都可以實時掌握其信息和狀態(tài)。RFID可以以極快的速度在RFID讀寫器和RFID電子標(biāo)簽之間采集和交換數(shù)據(jù)，具有智能讀寫和加密通信的能力，世界唯一性密碼，以及極強的信息保密性，這為軍事物流系統(tǒng)提供了準(zhǔn)確、快速、安全和可控的技術(shù)途徑。因此，大力推廣RFID技術(shù)在軍事物流系統(tǒng)中的應(yīng)用是非常緊迫和必要的。

2、門禁保安

未來的門禁保安系統(tǒng)將廣泛應(yīng)用射頻卡技術(shù)，一張射頻卡可以具備多種功能，例如工作證、出入證、停車卡、飯店住宿卡甚至旅游護(hù)照等，其目的是用于識別人員身份、進(jìn)行安全管理和收費等，射頻卡的應(yīng)用可以簡化出入手續(xù)、提高工作效率并提供安全保護(hù)。只要人員佩戴封裝成ID卡大小的射頻卡，并在進(jìn)出入口安裝RFID讀寫器，系統(tǒng)就能自動識別人員身份，對非法闖入進(jìn)行報警。在安全級別要求較高的場所，還可以結(jié)合其他識別方式，將指紋、掌紋或面部特征存儲在射頻卡中。

此外，公司還可以利用射頻卡保護(hù)和跟蹤財產(chǎn)，將射頻卡貼在物品上，如計算機、傳真機、文件、復(fù)印機或其他實驗室用品上。通過使用射頻卡，公司可以自動跟蹤管理這些有價值的財產(chǎn)，可以追蹤物品從某一地離開的情況，或者通過報警系統(tǒng)限制物品離開某個區(qū)域，此外，結(jié)合GPS系統(tǒng)，利用射頻卡還可以對貨柜車、貨艙等進(jìn)行有效跟蹤。

射頻卡在門禁保安系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以簡化手續(xù)、提高工作效率，并提供安全保護(hù)。此外，射頻卡還可以用于保護(hù)和跟蹤財產(chǎn)，提供自動管理和追蹤功能，提高財產(chǎn)安全性。

3、汽車防盜

汽車防盜系統(tǒng)中，RFID技術(shù)是一種較新的應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了足夠小的射頻卡，可以封裝到汽車鑰匙中，并具有特定的碼字，在汽車上安裝了RFID讀寫器，當(dāng)鑰匙插入點火器時，RFID讀寫器可以辨別鑰匙的身份，如果RFID讀寫器無法接收到射頻卡發(fā)送的特定信號，汽車的引擎將無法啟動，通過這種電子驗證的方法，汽車的中央計算機可以有效防止短路點火等情況。

另一種汽車防盜系統(tǒng)是，司機攜帶一張射頻卡，其發(fā)射范圍限定在司機座椅的45~55cm范圍內(nèi)，而RFID讀寫器安裝在座椅背部，當(dāng)RFID讀寫器讀取到有效的ID號時，系統(tǒng)會發(fā)出三聲鳴叫，然后才能啟動汽車引擎。該防盜系統(tǒng)還具有另一個強大的功能：如果司機離開汽車且車門敞開而引擎沒有關(guān)閉，此時RFID讀寫器需要讀取另一個有效的ID號;如果司機將射頻卡帶離汽車，RFID讀寫器無法讀取到有效的ID號，引擎將自動關(guān)閉并觸發(fā)報警裝置。

4、電子物品監(jiān)視系統(tǒng)

電子物品監(jiān)視系統(tǒng)旨在防止商品被盜，該系統(tǒng)由射頻卡和商店出口處的RFID讀寫器組成，射頻卡在安裝時被激活，一旦射頻卡處于激活狀態(tài)并接近掃描器，系統(tǒng)就會檢測到并觸發(fā)報警，當(dāng)商品被購買時，銷售人員會使用專用工具拆除射頻卡(在服裝店中較為常見)，或者通過磁場使射頻卡失效，或者直接破壞射頻卡的電特性。

電子物品監(jiān)視系統(tǒng)通過射頻卡和RFID讀寫器的配合，有效防止商品被盜，一旦射頻卡被激活并離開商店未經(jīng)結(jié)賬，系統(tǒng)就會發(fā)出警報，提醒店員和安全人員注意，這種系統(tǒng)在零售行業(yè)廣泛應(yīng)用，可以保護(hù)商品的安全，并提高商店的安全性。

RFID系統(tǒng)通常由三個主要組成部分構(gòu)成：RFID標(biāo)簽(也稱為應(yīng)答器)、RFID讀寫器(也稱為收發(fā)信機)和RFID天線，RFID標(biāo)簽用于提供目標(biāo)的跟蹤數(shù)據(jù)，RFID讀寫器用于收集RFID標(biāo)簽信息并將其傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行跟蹤，而天線則使RFID讀寫器能夠讀取RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，在開發(fā)RFID系統(tǒng)的過程中，也面臨著一些挑戰(zhàn)，包括元器件的互操作性以及與最終使用環(huán)境相關(guān)的技術(shù)問題，如標(biāo)識目標(biāo)與RFID讀寫器的接近程度、需要跟蹤目標(biāo)的時間長度、國家或地區(qū)的無線規(guī)范，以及可能影響系統(tǒng)的環(huán)境條件，如溫度和濕度。

1、電子標(biāo)簽(射頻卡)

通常由芯片和耦合元器件組成，芯片上搭載EEPROM用于存儲識別碼或其他數(shù)據(jù)，標(biāo)簽內(nèi)部包含內(nèi)置天線，主要功能是與RFID讀寫器進(jìn)行通信，與條碼、磁卡、IC卡等同期或早期的識別技術(shù)相比，射頻卡具有非接觸、工作距離長、適應(yīng)惡劣環(huán)境、可識別運動目標(biāo)等優(yōu)點。

根據(jù)能量供給方式的不同，RFID標(biāo)簽可以分為被動標(biāo)簽、半主動標(biāo)簽和主動標(biāo)簽。其中，半主動標(biāo)簽和主動標(biāo)簽中的芯片能量由RFID電子標(biāo)簽附帶的電池提供，主動標(biāo)簽?zāi)軌蛑鲃影l(fā)出射頻信號。根據(jù)工作頻率的不同，RFID標(biāo)簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波等不同種類。不同頻段的RFID工作原理也不同，低頻和高頻頻段的RFID電子標(biāo)簽通常采用電磁耦合原理，而UHF和微波頻段的RFID通常采用電磁發(fā)射原理。

2、RFID讀寫器 ： 讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備

RFID讀寫器的主要任務(wù)是控制射頻模塊向RFID標(biāo)簽發(fā)射讀取信號，并接收標(biāo)簽的應(yīng)答，RFID讀寫器會對RFID標(biāo)簽的對象標(biāo)識信息進(jìn)行解碼，并將對象標(biāo)識信息連同標(biāo)簽上的其他相關(guān)信息傳輸?shù)街鳈C進(jìn)行處理。

在大多數(shù)RFID系統(tǒng)中，RFID讀寫器會在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)。射頻卡內(nèi)部有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與RFID讀寫器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)射頻卡經(jīng)過這個區(qū)域時，LC諧振電路在電磁波的激勵下產(chǎn)生共振，使電容器內(nèi)積累電荷。在電容器的另一端，有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙萜鲀?nèi)的電荷傳輸?shù)搅硪粋€電容器中儲存。當(dāng)積累的電荷達(dá)到2V時，該電容器可以作為電源為其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后，會進(jìn)行解碼和錯誤校驗以確定數(shù)據(jù)的有效性，然后通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C網(wǎng)絡(luò)。簡單的RFID產(chǎn)品可以看作是一種非接觸式的IC卡，而復(fù)雜的RFID產(chǎn)品可以與外部傳感器接口連接以測量、記錄不同的參數(shù)，甚至可以與GPS系統(tǒng)連接以跟蹤物體。

3、天線(Antenna)

天線是一種能夠接收或輻射無線電收發(fā)機射頻信號功率的裝置，它以電磁波的形式工作。根據(jù)工作頻段的不同，天線可以分為長波、短波、超短波和微波天線等。根據(jù)方向性的不同，天線可以分為全向天線、定向天線等。根據(jù)外形的不同，天線可以分為線狀天線、面狀天線等。

在RFID系統(tǒng)中，天線分為標(biāo)簽天線和讀寫器天線兩種情況，當(dāng)前的RFID系統(tǒng)主要集中在LF、HF(13.56MHz)、UHF和微波頻段。在LF和HF頻段，由于系統(tǒng)近場區(qū)沒有電磁波的傳播，因此天線的設(shè)計與工作原理與UHF和微波頻段有根本的不同。