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射频识别(RFID)系统的频段特性及其应用现状分析
作者：昆明理工大学机械电子工程学院 李富玉 李浙昆
来源：RFID世界网
日期：2007-09-05 15:09:33
摘要：本文在介绍射频识别(R F I D)技术的工作原理及其组成的基础上，提出了频段的概念，并详细分析了射频识别系统在不同工作频段的特性及其应用现状。
1概述
射频识别(RFID)技术相对于传统的磁卡及I C卡技术具有非接触、阅读速度快、无磨损等特点，射频识别技术已逐步成为企业提高物流供应链管理水平、降低成本、增强竞争力不可缺少的技术工具和手段。
1．1RFID技术概述
RFID是射频识别技术(Radio Frequency Identification)，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。一个最基本的RFID系统由三部分组成：电子标签、阅读器、天线。电子标签与阅读器之间通过耦合元件(天线)实现射频信号的空间耦合。系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，电子标签获得能量被激活电子标签将自身编码等信息通过卡内置天线发送出去系统接收天线 接收到从电子标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
1．2频段
对一个RFID系统来说，它的频段概念是指读写器通过天线发送、接收并识读的标签信号频率范围，也就是所传输数据的载波频率范围。从应用角度来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频段，它直接决定系统应用的各方面特性，如系统工作原理(电感耦合还是电磁耦合)、识别距离、射频标签及读写器实现的难易程度和设备成本等方面特性。在RFID系统中，系统工作就像我们平时收听调频广播一样，射频标签和读写器也要调制到相同的频率才能工作。
2频段特性
2．1频段划分
一方面由于标签的工作频率不仅直接决定着系统应用的各方面特性，另一方面因为射频识别系统产生并辐射电磁波，因此在工作时不能对其他无线电服务造成干扰或削弱。特别是应保证射频识别系统不会干扰附近的无线电广播和电视广播、无线电服务(警察、安全服务、工商业)、航运和航空用无线电服务和移动电话等。所以RFID系统被合理地归为短距离、微功率无线通信设备一类。 随着技术的发展，RFID技术与互联网相结合，能够实现人与人、人与机、机对机的数据通信，而且具有信息量大、操作方便、用途广泛等突出优点，RFID系统已被视为便携互联网(或便携互联网通信终端)的组成部分。
按规定射频识别系统应保证在工作时不会干扰附近的各类无线电业务，这在很大程度上限制了适用于射频识别系统工作频段的选择。因此在过去很长时间以来，通常只能使用专门为工业、科学和医疗设备(I S M Industrial—Scientific-Medica1)应用而划分和保留的频段，即与它们共用全部或部分的频段，这些频段在世界范围内是统一划分的。国际电联(ITU)为ISM 设备划分了专用频段或与其他无线电业务共用的频段，我国2001年发布实施的《中华人民共和国无线电频率划分规定》中有关IsM设备使用频段的划分与国际电联(ITU)的基本一致。除了ISM频率外，也有极少量RFID系统使用135kHz以下的专用频段，如北美、南美和日本等，使用了9～135 kHz的频率，因为在这个频段里可以利用较大的磁场强度来工作，特别适用于电感耦合的射频识别系统。但该频段资源极有限，可载信息量小。
由此，对射频识别系统来说，最主要的频率是0～135kHz，以及IsM频段6．78MHz，1 3．56M HZ，27．125M H Z，40．68M HZ，433．92MHz，869．0MHz，915．0MHz(在欧洲不使用)，2．45GHz，5．8GHz以及24．125GHz。典型的射频标签工作频段如图1所示。
另外，按照工作频段的不同，RFID标签可分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。目前国际上广泛采用的频段主要有4种：低频(1 25kHZ)、高频(1 3．54MHz)、超高频(85OMHz～910MHZ)和微波(2．45GHz)。每一种频段都有它的特点，适用于不同的领域，因此要正确使用就要先了解各个频段的特性，才能选择合适的频段。
2．2频段特性
2．2．1低频段(30kHz～300kHz)
低频率的RFID系统主要是通过电感耦合的方式进行工作， 也就是在读写器线圈和感应器(电子标签)线圈间存在着变压器耦合作用，通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用．场区域能够很好的被定义，但是场强下降得太快。其特性主要有以下几方面：
工作频率从30kHz到300kHz，典型工作频率有125kHz和133kHzI除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制；低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价格太贵，但是有1O年以上的使用寿命虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢感应器的价格相对与其他频段来说要贵。
2．2．2中高频段(3MHz～3OMHz)
在该频段的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作，也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。
其特性主要有以下几方面：工作频率从3MHz到30MHz，典型工作频率有6．78 MHz和13．56MHz； 除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离，该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制；感应器一般以电子标签的形式虽然该频段的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域；该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签；可以把某些数据信息写入标签中；数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。
2．2．3超高频段(433．05～434．79 MHz或850MHz～9l0MHZ)与微波频段(2．45GHz))
超高频和微波系统通过电场来传输能量。电场的能量下降不是很快，但是读取的区域不容易定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式实现。
其特性主要有以下几方面：
在该频段，全球的定义不是很相同：欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频频段为950到956MHz之间。典型工作频率有433．92MHz，862(902)～928MHz，2．定义的段为902到905MHz之间，在日本建议的频段为950到965MHz之间。典型工作频率有433．92MHZ，862 (902) 928MHZ，2．45M HZ，5．8GHz。
目前，该频段功率输出美国定义为4W，欧洲定义为500roW，可能欧洲限制会上升到2WEIRP。
许多材料中超高频段的电波不能通过在，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物质。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。
3不同频段RFID系统的应用现状
3．1低频段(LF)射频标签
低频段射频标签，一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于lm。低频标签主要用于短距离、低成本的系统中，其典型应用主要有：动物监管、马拉松赛跑、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)、自动停车场收费和车辆管理等方面。
3．2中高频段射频标签
中高频段射频标签，一般也采用无源为主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。中频标签的阅读距离一般情况下也小于lm。中频标签由于可方便地做成卡状，故被广泛应用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统中。
3．3超高频(UHF)与微波频段的射频标签
超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签， 可分为有源标签与无源标签两类。工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大干1m ，典型情况为4m ～6m，最大可达1 0 m 以上。阅读器天线一般均为定向天线，其天线波束方向较窄，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读／写。由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求。超高频标签主要用于铁路车辆自动识别、集装箱识别、反向散射射频识别、供应链上的管理、航空包裹识别、后勤管理、生产线自动化管理，还可用于公路车辆识别与自动收费等领域。
目前，不同的国家对于相同波段，使用的频率也不尽相同，在实际应用中，比较常用的是l 3．56MHZ，860MHZ～960M HZ、2．45GHz等频段。近距离RFID系统主要使用125KHz，l3．56MHz等LF和HF频段，技术最为成熟，远距离R FI D 系统主要使用433MHz，860MHz～960MHz等UHF频段，以及2．45GHz，5．8GHz等微波频段，目前还多在测试当中，没有大规模应用。我国在LF和HF频段RFID标签芯片设计方面的技术比较成熟，HF频段方面的设计技术接近国际先进水平，已经自主开发出符合ISO14443 TypeA、Type B和Is015693标准的RFID芯片，并成功地应用于交通一卡通和第二代身份证等项目中。
参考文献
[1]希玉九．电子标签(RFID)技术及其使用的频率[J]．中国无线电，2004(1)
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射频识别(RFID)技术相对于传统的磁卡及I C卡技术具有非接触、阅读速度快、无磨损等特点，射频识别技术已逐步成为企业提高物流供应链管理水平、降低成本、增强竞争力不可缺少的技术工具和手段。
1．1RFID技术概述
RFID是射频识别技术(Radio Frequency Identification)，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。一个最基本的RFID系统由三部分组成：电子标签、阅读器、天线。电子标签与阅读器之间通过耦合元件(天线)实现射频信号的空间耦合。系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，电子标签获得能量被激活电子标签将自身编码等信息通过卡内置天线发送出去系统接收天线 接收到从电子标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
1．2频段
对一个RFID系统来说，它的频段概念是指读写器通过天线发送、接收并识读的标签信号频率范围，也就是所传输数据的载波频率范围。从应用角度来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频段，它直接决定系统应用的各方面特性，如系统工作原理(电感耦合还是电磁耦合)、识别距离、射频标签及读写器实现的难易程度和设备成本等方面特性。在RFID系统中，系统工作就像我们平时收听调频广播一样，射频标签和读写器也要调制到相同的频率才能工作。
2频段特性
2．1频段划分
一方面由于标签的工作频率不仅直接决定着系统应用的各方面特性，另一方面因为射频识别系统产生并辐射电磁波，因此在工作时不能对其他无线电服务造成干扰或削弱。特别是应保证射频识别系统不会干扰附近的无线电广播和电视广播、无线电服务(警察、安全服务、工商业)、航运和航空用无线电服务和移动电话等。所以RFID系统被合理地归为短距离、微功率无线通信设备一类。 随着技术的发展，RFID技术与互联网相结合，能够实现人与人、人与机、机对机的数据通信，而且具有信息量大、操作方便、用途广泛等突出优点，RFID系统已被视为便携互联网(或便携互联网通信终端)的组成部分。
按规定射频识别系统应保证在工作时不会干扰附近的各类无线电业务，这在很大程度上限制了适用于射频识别系统工作频段的选择。因此在过去很长时间以来，通常只能使用专门为工业、科学和医疗设备(I S M Industrial—Scientific-Medica1)应用而划分和保留的频段，即与它们共用全部或部分的频段，这些频段在世界范围内是统一划分的。国际电联(ITU)为ISM 设备划分了专用频段或与其他无线电业务共用的频段，我国2001年发布实施的《中华人民共和国无线电频率划分规定》中有关IsM设备使用频段的划分与国际电联(ITU)的基本一致。除了ISM频率外，也有极少量RFID系统使用135kHz以下的专用频段，如北美、南美和日本等，使用了9～135 kHz的频率，因为在这个频段里可以利用较大的磁场强度来工作，特别适用于电感耦合的射频识别系统。但该频段资源极有限，可载信息量小。
由此，对射频识别系统来说，最主要的频率是0～135kHz，以及IsM频段6．78MHz，1 3．56M HZ，27．125M H Z，40．68M HZ，433．92MHz，869．0MHz，915．0MHz(在欧洲不使用)，2．45GHz，5．8GHz以及24．125GHz。典型的射频标签工作频段如图1所示。
另外，按照工作频段的不同，RFID标签可分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。目前国际上广泛采用的频段主要有4种：低频(1 25kHZ)、高频(1 3．54MHz)、超高频(85OMHz～910MHZ)和微波(2．45GHz)。每一种频段都有它的特点，适用于不同的领域，因此要正确使用就要先了解各个频段的特性，才能选择合适的频段。
2．2频段特性
2．2．1低频段(30kHz～300kHz)
低频率的RFID系统主要是通过电感耦合的方式进行工作， 也就是在读写器线圈和感应器(电子标签)线圈间存在着变压器耦合作用，通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用．场区域能够很好的被定义，但是场强下降得太快。其特性主要有以下几方面：
工作频率从30kHz到300kHz，典型工作频率有125kHz和133kHzI除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制；低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价格太贵，但是有1O年以上的使用寿命虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢感应器的价格相对与其他频段来说要贵。
2．2．2中高频段(3MHz～3OMHz)
在该频段的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作，也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。
其特性主要有以下几方面：工作频率从3MHz到30MHz，典型工作频率有6．78 MHz和13．56MHz； 除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离，该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制；感应器一般以电子标签的形式虽然该频段的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域；该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签；可以把某些数据信息写入标签中；数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。
2．2．3超高频段(433．05～434．79 MHz或850MHz～9l0MHZ)与微波频段(2．45GHz))
超高频和微波系统通过电场来传输能量。电场的能量下降不是很快，但是读取的区域不容易定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式实现。
其特性主要有以下几方面：
在该频段，全球的定义不是很相同：欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频频段为950到956MHz之间。典型工作频率有433．92MHz，862(902)～928MHz，2．定义的段为902到905MHz之间，在日本建议的频段为950到965MHz之间。典型工作频率有433．92MHZ，862 (902) 928MHZ，2．45M HZ，5．8GHz。
目前，该频段功率输出美国定义为4W，欧洲定义为500roW，可能欧洲限制会上升到2WEIRP。
许多材料中超高频段的电波不能通过在，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物质。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。
3不同频段RFID系统的应用现状
3．1低频段(LF)射频标签
低频段射频标签，一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于lm。低频标签主要用于短距离、低成本的系统中，其典型应用主要有：动物监管、马拉松赛跑、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)、自动停车场收费和车辆管理等方面。
3．2中高频段射频标签
中高频段射频标签，一般也采用无源为主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。中频标签的阅读距离一般情况下也小于lm。中频标签由于可方便地做成卡状，故被广泛应用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统中。
3．3超高频(UHF)与微波频段的射频标签
超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签， 可分为有源标签与无源标签两类。工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大干1m ，典型情况为4m ～6m，最大可达1 0 m 以上。阅读器天线一般均为定向天线，其天线波束方向较窄，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读／写。由于阅读距离的增加，应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况，从而提出了多标签同时读取的需求。超高频标签主要用于铁路车辆自动识别、集装箱识别、反向散射射频识别、供应链上的管理、航空包裹识别、后勤管理、生产线自动化管理，还可用于公路车辆识别与自动收费等领域。
目前，不同的国家对于相同波段，使用的频率也不尽相同，在实际应用中，比较常用的是l 3．56MHZ，860MHZ～960M HZ、2．45GHz等频段。近距离RFID系统主要使用125KHz，l3．56MHz等LF和HF频段，技术最为成熟，远距离R FI D 系统主要使用433MHz，860MHz～960MHz等UHF频段，以及2．45GHz，5．8GHz等微波频段，目前还多在测试当中，没有大规模应用。我国在LF和HF频段RFID标签芯片设计方面的技术比较成熟，HF频段方面的设计技术接近国际先进水平，已经自主开发出符合ISO14443 TypeA、Type B和Is015693标准的RFID芯片，并成功地应用于交通一卡通和第二代身份证等项目中。
参考文献
[1]希玉九．电子标签(RFID)技术及其使用的频率[J]．中国无线电，2004(1)
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