RFID射频识别电子标签基础知识汇总

1、什么是RFID？

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码，等等。

一套完整RFID系统由 Reader 与 Transponder 两部份组成 ,其动作原理为由 Reader 发射一特定频率之无限电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将內部之ID Code送出，此时Reader便接收此ID Code。

Transponder的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，且晶片密码为世界唯一无法复制，安全性高、长寿命。

RFID的应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盜器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。RFID标签有两种：有源标签和无源标签。

2、什么是RFID技术？

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。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、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。 RFID技术的应用 a. 在零售业中，条形码技术的运用使得数以万计的商品种类、价格、产地、批次、货架、库存、销售等各环节被管理得井然有序； b.采用车辆自动识别技术，使得路桥、停车场等收费场所避免了车辆排队通关现象，减少了时间浪费，从而极大地提高了交通运输效率及交通运输设施的通行能力； c.在自动化的生产流水线上，整个产品生产流程的各个环节均被置于严密的监控和管理之下； d.在粉尘、污染、寒冷、炎热等恶劣环境中，远距离射频识别技术的运用改善了卡车司机必须下车办理手续的不便； e.在公交车的运行管理中，自动识别系统准确地记录着车辆在沿线各站点的到发站时刻，为车辆调度及全程运行管理提供实时可靠的信息。

4、RFID技术将为企业物流和供应链管理带来什么好处？ 电子标签是一种提高识别效率和准确性的工具,该技术将完全替代条形码。 以我们熟知的手机生产商诺基亚为例，诺基亚在芬兰率先测试RFID项目。它通过商用热能打印机在手机产品上贴上彩色编码标签，该打印机与客户出货流程系统相连，通过一个智能读码板将信息传递到安全网络服务器上。在物料采购流程中，诺基亚的包裹被卸在英国的仓库，通过一个读码器将信息自动传递给诺基亚分公司物料经理的手机中。 在生产型企业，例如惠普着手发掘RFID在实际制造流程中对我们的帮助。RFID能确保他们在制造中使用正确的元器件。在该公司现有的系统下，惠普员工需要对生产线上的在制品进行扫描，然后再扫描元器件，以判断两者是否吻合。采用RFID标签后，通过验证元器件系列编码自动保证了选用元器件的正确性。惠普还积极参与智能和安全贸易通道活动，这是911以后为保证进入美国的货物集装箱安全性而创建的项目。该项目使用有源RFID技术，对进入港口的集装箱状态、地点和安全性提供实时的可见度。 在企业分销中和零售业配送中，RFID从货物离开仓库的那一刻起就已经开始发挥作用。当整车货物离开分销中心时，系统对拖车上的货物进行扫描，这样，商店经理就可以跟踪来自于商店仓库信息系统的每一条发运信息，知道发出了哪些货物，它们什么时候到达。当拖车到达商店时，再经过一次扫描，看一看是否丢失了什么，这样，就不再需要检查每一个拖车和实际统计货物数量。 一旦商品摆在货架上，当货架商品量出现短缺时，嵌入的RFID阅读器向商店后端办公系统发送一条消息，随后货物就会按需补充，这样就避免了由于商品短缺造成的销售损失。另外，RFID阅读器还可以跟踪商品的销售速度和销售最好及最差的商品，并具有安全防盗功能，只要标签中的防窃功能处于激活状态，那么商店出口处的传感器就能发出告警信息，而在收款台，防窃程序会自动取消。在收款台，带有标签的货物会再经过最后一次扫描，同时更新库存。 另外，商店的顾客可以直接了解他们所想要的商品，并立刻得到带有标签的商品的有关信息。这样，选择一张DVD或CD就非常简单，因为顾客可以在商店内的任何一个电子便利站内扫描产品，并选择播放影碟或音乐片断。 过去，在收款台等候时间长是一个头痛的问题。在新的商店中，购物车中的RFID标签会告诉商店管理层有多少购物车出入商店，若商店内使用的购物车数量增加，那么就开放更多的款台来满足处理大量顾客的要求。 射频技术与条形码是两种不同的技术，有不同的适用范围，有时会有重叠。两者之间最大的区别是条形码是"可视技术"。射频标签只要在接受器的作用范围内就可以被读取。 　　射频技术和条形码有什么不同？从概念上来说，两者很相似，目的都是快速准确地确认追踪目标物体。主要的区别如下：有无写入信息或更新内存的能力。条形码的内存不能更改。射频标签不像条形码，它特有的辨识器不能被复制。标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是由无线电波传输，而条形码必须在视野之内。由于条形码成本较低，有完善的标准体系，已在全球散播，所以已经被普遍接受，从总体来看，射频技术只被局限在有限的市场份额之内。目前，多种条形码控制模版已经在使用之中，在获取信息渠道方面，射频也有不同的标准。     射频技术与条形码是两种不同的技术，有不同的适用范围，有时会有重叠。两者之间最大的区别是条形码是"可视技术"，扫描仪在人的指导下工作，只能接收它视野范围内的条形码。相比之下，射频识别不要求看见目标。射频标签只要在接受器的作用范围内就可以被读取。条形码本身还具有其他缺点，如果标签被划破，污染或是脱落，扫描仪就无法辨认目标。条形码只能识别生产者和产品，并不能辨认具体的商品，贴在所有同一种产品包装上的条形码都一样，无法辨认哪些产品先过期。    目前，在成本方面，由於组成部分不同，智能标签要比条形码贵得多，条形码的成本就是条形码纸张和油墨成本，而有内存芯片的主动射频标签价格在2美元以上，被动射频标签的成本也在1美元以上。但是没有内置芯片的标签价格只有几美分，它可以用于对数据信息要求不那么高的情况，同时又具有条形码不具备的防伪功能。 　 信息 载体 信息量 读/写性 读取 方式 保密性 智能化 抗干扰能力 寿命 成本 条 码 纸、塑料薄膜、金属表面 小 只读 CCD或激光束扫描 差 无 差 较短 最低 RFID卡 EEPROM 大 读/写 无线通信 最好 有 很好 最长 较高  射频标签就是含有物品唯一标识体系的编码的标签。这种唯一标识体系包括产品电子代码EPC、泛在识别号UCODE、车辆识别代码VIN、国际证券标识号ISIN、以及IPv6等等。     其中，产品电子代码(EPC)是全球产品代码的一个分支，它可以识别视野之外的目标。电子产品代码并不仅仅是一个无线电波条形码，它包含著一系列的数据和信息，象产地，日期代码和其他关键的供应信息，这些信息储存在一个小的硅片中，利用标签，解读器和计算机的联网，生产者和零售商就可以随时了解精确的产品和库存信息。     射频标签根据商家种类的不同能储存从512字节到4兆不等的数据。标签中储存的数据是由系统的应用和相应的标准决定的。例如，标签能够提供产品生产，运输，存储情况，也可以辨别机器，动物和个体的身份。这些类似于条形码中存储的信息。标签还可以连接到数据库，存储产品库存编号，当前位置，状态，售价，批号的信息。相应的，射频标签在读取数据时不用参照数据库可以直接确定代码的含义。     目前，射频标签价格根据标签种类和应用价格从30美分到50美元不等，总的来说，用在高档产品中的智能标签在50美分以上，主动标签要贵的多，带有复杂灵敏元件的价格在100美元以上。     射频标签的目的是使用一种统一标准的电子产品代码，使产品在不同领域都能被辨识。   目前生产RFID产品的很多公司都采用自己的标准，但国际上还没有形成统一的标准。现在，可供射频卡使用的几种标准有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。应用最多的是ISO14443和ISO15693，这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。     按照不同得方式，射频卡有以下几种分类：     1.按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指卡内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高，且不适合在恶劣环境下工作；无源卡内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电，其作用距离相对有源卡短，但寿命长且对工作环境要求不高。     2.按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和134.2kHz两种，中频射频卡频率主要为13.56MHz，高频射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。     3.按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式射频卡使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的信号，该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次，因此主动方式工作的射频卡主要用于有障碍物的应用中，距离更远(可达30米)。     4.按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1厘米)、近耦合卡(作用距离小于15厘米)、疏耦合卡(作用距离约1米)和远距离卡(作用距离从1米到10米，甚至更远)。     5. 按芯片分为只读卡、读写卡和CPU卡。 在RFID系统中，信号接收设备一般叫做阅读器（或读卡器）。阅读器的基本功能就是提供与标签进行数据传输的接口。 什么是RFID天线　？

射频天线类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。方向性天线具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。门禁系统可以使用短作用距离的无源标签。

                              引  言
    在RF装置中，工作频率增加到微波区域的时候，天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。本文考虑的频带是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。

    天线必须：
    足够的小以至于能够贴到需要的物品上；
    有全向或半球覆盖的方向性；
    提供最大可能的信号给标签的芯片；
    无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配；
    具有鲁棒性；
    非常便宜。
    在选择天线的时候的主要考虑是：
    天线的类型；
    天线的阻抗：
    在应用到物品上的RF的性能；
    在有其他的物品围绕贴标签物品时的RF性能。

                              可能的选择
    这里有两种使用方式：一）贴标签的物品被放在仓库中，有一个便携装置，可能是手持式，询问所有的物品，并且需要它们给予信息反馈信息；二）在仓库的门口安装读卡设配，询问并记录进出物品。还有一个主要的选择是有源标签还是无源标签[1],[2]。

                              可选的天线
    在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz频率是用的RFID系统中，可选的天线有几种，见下表，它们重点考虑了天线的尺寸。这样的小天线的增益是有限的，增益的大小取决于辐射模式的类型，全向的天线具有峰值增益0到2dBi；方向性的天线的增益可以达到6dBi。增益大小影响天线的作用距离。下表中的前三个种类的天线是线极化的，但是微带面天线可以使圆极化的，对数螺旋天线仅仅是圆极化的。由于RFID标签的方向性是不可控的，所以读卡机必须是圆极化的。一个圆极化的标签天线可以产生3dB 以强的信号。

                              阻抗问题
    为了最大功率传输，天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。几十年来，设计天线与50 或70欧姆的阻抗匹配，但是可能设计天线具有其他的特性阻抗。例如，一个缝隙天线可以设计具有几百欧姆的阻抗。一个折叠偶极子的阻抗可以是一做个标准半波偶极子阻抗的20倍。印刷贴片天线的引出点能够提供一个很宽范围的阻抗(通常是40 到100欧姆)。选择天线的类型，以至于它的阻抗能够和标签芯片的输入阻抗匹配是十分关键的。另一个问题是其他的与天线接近的物体可以降低天线的返回损耗。对于全向天线，例如双偶极子天线，这个影响是显著的。改变双偶极子天线和一听番茄酱的间距做了一些实际测量，显示了一些变化，见图4和图5。其他的物体也有相似的影响。此外是物体的介电常数，而不是金属，改变了谐振频率。一塑料瓶子水降低了最小返回损耗频率16%。当物体与天线的距离小于62.5mm的时候，返回损耗将导致一个3.0 dB的插入损耗，而天线的自由空间插入损耗才0.2dB。可以设计天线使它与接近物体的情况相匹配，但是天线的行为对于不同的物体和不同的物体距离而不同。对于全向天线是不可行的，所以设计方向性强的天线，它们不受这个问题的影响。

                              辐射模式
    在一个无反射的环境中测试了天线的模式，包括了各种需要贴标签的物体，在使用全向天线的时候性能严重下降。圆柱金属听引起的性能下降是最严重的，在它与天线距离50mm的时候，反回的信号下降大于20dB (见图6)。天线与物体的中心距离分开到100—150mm的时候，反回信号下降约10 到12dB。在与天线距离100mm的时候，测量了几瓶水（塑料和玻璃），见图7，反回信号降低大于10dB。 在蜡纸盒的液体，甚至苹果上做试验得到了类似的结果。

                              局部结构的影响
    在使用手持的仪器的时候，大量的其他临近物体的使读卡机天线和标签天线的辐射模式严重失真。这可以对于2.45GHz的工作频率计算，假设一个代表性的几何形状，见图8,9,10，和自由空间相比，显示返回信号降低了10dB，在双天线同时使用的时候，比预料的模式下降的更多。图11和图12是在一个天线前的一个横截平面的接收信号等高线图，显示了严重的失真。在仓库的使用环境下，一个物品盒子具有一个标签会有问题，几个标签贴在一个盒子上以确保所有时候都有一个标签是可以看见的。便携系统的使用有几个天线的问题。每个盒子两个天线足够适合门禁装置探测，这样局部结构的影响变得不再重要，因为门禁装置的读卡机天线被固定在仓库的出入，并且直接指向贴标签的物体。

                              距  离
    RFID天线的增益和是否使用有源的标签芯片将影响系统的使用距离。乐观的考虑，在电磁场的辐射强度符合UK的相关标准时，2.45GHz 的无源情况下，全波整流，驱动电压不大于3伏，优化的RFID天线阻抗环境(阻抗 200 或300欧姆)，使用距离大约是1米[3]。如果使用WHO限制[4]则更适合于全球范围的使用，但是作用距离下降了一半。这些限制了读卡机到标签的电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片作用距离可以达到5到10米。

                              总  结
    全向天线应该避免在标签中使用，然而是可以使用方向性天线，它具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。天线类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。在一个仓库中使用天线好像是不可行的，除非使用有源标签，但是在任何情况下，仓库内的天线辐射模式将严重失真。一个门禁系统的使用将是好的选择，可以使用短作用距离的无源标签。当然门禁系统比手持的仪器昂贵，但是手持仪器工作人员需要使用它到仓库搜寻物品，人员费用同样昂贵。在门禁系统中，每一个物品盒子，仅需要2个而不是4个或6个RFID标签。

RFID电子标签的频率问题？

射频标签和解读器要调制到相同的频率才能工作。LF代表低频射频，在125KHz左右，HF代表高频射频，在13.54MHz左右，UHF代表超高频射频，在850至910MHz范围之内。

    RFID的解读器的接收范围受到很多因素的影响，如电波频率，标签的尺寸形状，解读器的能量，金属物体的干扰，和其他射频装置等。总的说来，低频被动标签的有效接收距离在一英尺以内，对于高频被动标签的接收距离在三英尺左右，对于超高频标签的接收距离在十到二十英尺。对于使用电池的半主动和主动标签，解读器可以接收到三百英尺甚至更远的信号。对于低频和高频射频，如果标签和解读器天线的尺寸一样，接收距离可以用天线的直径乘以1.4来计算。在直径在三十厘米以内，这条规律都适用。

    和我们听的收音机道理一样，射频标签和解读器也要调制到相同的频率才能工作。LF、HF、UHF就对应着不同频率的射频。LF代表低频射频，在125KHz左右，HF代表高频射频，在13.54MHz左右，UHF代表超高频射频，在850至910MHz范围之内。

    在操作中有4种波段的频率，低频（125KHz），高频（13.54MHz），超高频（850-910MFz），微波（2.45GHz）.每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选择合适的频率。

    目前，不同的国家使用的同频率，也不相同。现在，欧洲使用的超高频是868MHz,美国的则是915MHz.日本目前不允许将超高频用到射频技术中。政府也通过调整解读器的电源来限制它对其他器械的影响。有些组织例如全球商务促进委员会正鼓励政府取消限制。标签和解读器生产厂商也正在开发能使用不同频率系统避免这些问题。

    不同的频率有不同的特点，因此他们的用途也就形形色色。例如，低频标签比超高频标签便宜，节省能量，穿透废金属物体力强，他们最适合用于含水成分较高的物体，例如水果等。超高频作用范围广，传送数据速度快，但是他们比较耗能，穿透力较弱，作业区域不能有太多干扰，适合用于监测从海港运到仓库的物品。

    射频技术遇到的一个问题就是解读器冲突，就是一个解读器接收到的信息和另外一个解读器接收到的信息发生冲突，产生重叠。解决这个问题的一种方法是使用TDMA技术，简单来说就是解读器被指挥在不同时间接收信号，而不是同时，这样就保证了解读器不会互相干扰。但是在同一区域的物品就会被读取两次，因此就要建立相应的系统去避免这种情况的发生。