UHF電子標(biāo)簽的關(guān)鍵技術(shù)及頻段劃分

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification)，簡(jiǎn)稱(chēng)RFID，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。利用超高頻RFID(UHF RFID)技術(shù)可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽。

        超高頻RFID標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)

　　1. ISO/IEC18000-6定義了超高頻的物理層和通信的協(xié)議;空中接口定義了TypeA和TypeB兩部分;支持可讀和可寫(xiě)操作。

　　2. EPCglobal定義了電子物品編碼的結(jié)構(gòu)和超高頻的空中接口以及通信的協(xié)議，如class0、Class1Gen1、ClassGen2.

　　3. UbiquitousID,日本的組織，定義了UID編碼的結(jié)構(gòu)和通信管理協(xié)議。

　　一、RFID的頻率標(biāo)準(zhǔn)

　　頻率使用許可

　　射頻系統(tǒng)的工作頻率是射頻識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)最基本的技術(shù)參數(shù)之一。工作頻率的選擇在很大程度上決定了電子標(biāo)簽的應(yīng)用范圍、技術(shù)可行性以及系統(tǒng)成本的高低。

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)歸根到底是一種無(wú)線(xiàn)電傳播系統(tǒng)，它必須占據(jù)一定的空間通信信道。在空間通信信道中，射頻信號(hào)智能以電磁耦合或電磁反射的形式表現(xiàn)出來(lái)，因此，射頻識(shí)別系統(tǒng)的性能必然會(huì)受到電磁波空間傳輸特性的影響。

　　在人們?nèi)粘Ｉ钪校姶挪o(wú)處不在，如飛機(jī)的導(dǎo)航、電臺(tái)的廣播、軍事應(yīng)用等。中國(guó)由國(guó)家無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì)(簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)委會(huì))進(jìn)行統(tǒng)一管理。因此，無(wú)線(xiàn)電產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用都必須得到國(guó)家許可。

　　二、頻率劃分

　　由于很多領(lǐng)域的應(yīng)用需要系統(tǒng)工作于一定的頻率范圍內(nèi)，因此需要對(duì)頻率進(jìn)行分段。近年來(lái)，對(duì)頻譜的分段已經(jīng)進(jìn)行了幾次，其中，最常用的是電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)建立的，規(guī)定：射頻識(shí)別系統(tǒng)屬于無(wú)線(xiàn)電的應(yīng)用范疇，因此，其使用不能干擾到其他系統(tǒng)的正常工作，ISM使用的頻率范圍通常是局部的無(wú)線(xiàn)電通信頻段，因此，通常情況下，無(wú)線(xiàn)射頻使用的頻段是ISM頻段。

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)最主要的工作頻率是0-135k,ISM頻率6.78MHZ13.56MHZ27.125MHZ40.68MHZ433.92MHZ869.0MHZ915MHZ2.45GHZ5.8GHZ以及24.125GHZ。

　　下面我們主要介紹一下頻段869MHZ和915MHZ。

　　目前全球超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率在860-960之間，這是因?yàn)樯漕l識(shí)別系統(tǒng)將應(yīng)用于全世界，然而在全球找不到一個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)可以適用的共同頻率，世界各國(guó)對(duì)頻率方面的具體規(guī)定也各不相同。因此，頻率問(wèn)題對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)來(lái)講是一個(gè)重要的問(wèn)題。頻率問(wèn)題主要包括工作頻率的范圍、發(fā)射功率的大小、調(diào)頻技術(shù)、信道寬度等。

　　頻段869MHz，允許短距離使用，如郵政、會(huì)議等。頻段888-889和902-928被射頻識(shí)別系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。此外，次臨近的頻段被D-網(wǎng)絡(luò)電話(huà)和無(wú)繩電話(huà)占用全球的頻段由國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和分配，ITU把全球劃分為3個(gè)大區(qū)，他們分別為區(qū)域1(歐洲和非洲地區(qū))、區(qū)域2(美洲地區(qū))、區(qū)域3(大洋洲和亞洲地區(qū))。

　　超高頻RFID電子標(biāo)簽的特性如下：

　　1.超高頻電子標(biāo)簽通過(guò)電場(chǎng)傳輸能量。電場(chǎng)的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進(jìn)行定義，該頻段讀取距離比較遠(yuǎn)，無(wú)源可達(dá)10m左右，主要通過(guò)電容耦合的方式進(jìn)行能量交換和數(shù)據(jù)傳輸。

　　2.超高頻頻段的電波不能通過(guò)許多材料，特別是水、灰塵、霧等懸浮顆粒物。

　　3.電子標(biāo)簽的天線(xiàn)一般是長(zhǎng)條和標(biāo)簽狀。天線(xiàn)有線(xiàn)性和圓極化兩種設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足相應(yīng)的應(yīng)用需求。

　　4.該頻段有好的讀取距離，但是對(duì)讀取區(qū)域很難進(jìn)行定義。

　　5.有很高的傳輸速率，在很短的時(shí)間內(nèi)，可以讀取大量的電子標(biāo)簽。

　　三、超高頻RFID電子標(biāo)簽組成

　　電子標(biāo)簽可分為兩部分，即電子標(biāo)簽的芯片和標(biāo)簽的天線(xiàn)。天線(xiàn)功能是手機(jī)閱讀器發(fā)射到空間的電磁波和將芯片本身發(fā)射的能量以電磁波的方式發(fā)射出去;芯片的功能是對(duì)標(biāo)簽接收到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)、解碼等各種處理，并把電子標(biāo)簽需要返回的信號(hào)進(jìn)行編碼、調(diào)制等各種處理。

　　
1、芯片

　　超高頻電子標(biāo)簽芯片是電子標(biāo)簽的核心部分，它的作用包括標(biāo)簽信息存儲(chǔ)，標(biāo)簽接收信號(hào)處理和標(biāo)簽發(fā)射信號(hào)的處理。

　　芯片按照功能和結(jié)構(gòu)特征劃分為射頻、模擬前端、數(shù)字控制，存儲(chǔ)單元三大模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

　　A、射頻前端

　　除了提供閱讀器和電子標(biāo)簽數(shù)字模塊的傳輸接口外，還提供數(shù)字電路的電源。

　　B、模擬前端

　　超高片電子標(biāo)簽?zāi)M前端處在射頻前端和后端數(shù)字電路之間，主要包括：

　　1. 芯片提供穩(wěn)定的電壓

　　2. 將射頻輸入端得到的信號(hào)進(jìn)行檢波，得到數(shù)字基帶所需的信號(hào)。

　　3. 位數(shù)字基帶提供上電復(fù)位信號(hào)。

　　4. 提供芯片的穩(wěn)定偏置電流。

　　5. 位數(shù)字基帶提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)等。

　　C、數(shù)字控制模塊

　　數(shù)字控制模塊由PPM譯碼模塊、命令處理模塊、CRC模塊、主狀態(tài)機(jī)、編碼模塊、防碰撞控制、映射模塊、通用寄存器、專(zhuān)用寄存器、EEPROM接口組成，其主要功能是處理模擬借條后的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)與月突起的通信，并根據(jù)需求與EEPROM通信。基于降低硬件開(kāi)銷(xiāo)和設(shè)計(jì)復(fù)雜度的考慮，數(shù)字部分的時(shí)序控制均采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。

　　2、天線(xiàn)

　　天線(xiàn)是一種具有將導(dǎo)行波與自由空間波相互轉(zhuǎn)功能的結(jié)構(gòu)。它存在于一個(gè)由波束范圍、立體弧度和立體角構(gòu)成的三維世界中。無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)輸出的射頻信號(hào)功率，通過(guò)饋線(xiàn)輸送到天線(xiàn)，由天線(xiàn)以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線(xiàn)接收下來(lái)，并通過(guò)饋線(xiàn)發(fā)送到無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)。沒(méi)有天線(xiàn)也就沒(méi)有無(wú)線(xiàn)電通信。

　　在超高頻電子標(biāo)簽中，天線(xiàn)面積占主導(dǎo)地位，即標(biāo)簽面積主要取決于其天線(xiàn)面積。然而天線(xiàn)的物理尺寸受到其工作頻率電磁波波長(zhǎng)的限制，在超高頻下電磁波波長(zhǎng)為30cm，相對(duì)于電子標(biāo)簽的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這個(gè)尺寸不是太大，因此實(shí)際電子標(biāo)簽天線(xiàn)設(shè)計(jì)的尺寸都會(huì)小于這個(gè)尺寸，一般尺寸設(shè)計(jì)到5-10cm，這種天線(xiàn)一般稱(chēng)為小天線(xiàn)。

　　一般在超高頻應(yīng)用頻段中，最常用的是偶極子天線(xiàn)(又稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)振子天線(xiàn))。其中，偶極子天線(xiàn)由兩端同樣粗細(xì)和等長(zhǎng)的直導(dǎo)線(xiàn)排成一條直線(xiàn)構(gòu)成，信號(hào)從中間的兩個(gè)端點(diǎn)饋入，在偶極子的兩臂上產(chǎn)生一定的電流分布，種種電流分布就在天線(xiàn)周?chē)臻g激發(fā)起電磁場(chǎng)。偶極子天線(xiàn)也可分為4種類(lèi)型，即半波偶極子天線(xiàn)、雙線(xiàn)折疊偶極子天線(xiàn)、三線(xiàn)折疊偶戒子天線(xiàn)和雙偶極子天線(xiàn)。如下圖。