无源电子标签工作原理(RFID基础知识(一))

Posted 2023-05-28

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无源电子标签工作原理(RFID基础知识(一))

1 RFID 基础知识

1.1 RFID 无线识别基础介绍

无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。

RFID 系统至少包含电子标签和阅读器两部分。电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签(Active tag)、无源电子标签(Passive tag)和半无源电子标签(Semi—passive tag)。有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，半无源电子标签(Semi—passive tag)部分依靠电池工作。

电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。

RFID 阅读器（读写器）通过天线与 RFID 电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。

1.1.1 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 两部分组成 ,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、汽车晶片防盗器、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。以下是电子标签内部结构:芯片+天线与 RFID 系统组成示意图

1.1.2 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。

1.1.3 什么是电子标签

电子标签即为 RFID 有的称射频标签、射频识别。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID 技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。

1.1.4 什么是 RFID 解决方案

RFID 解决方案是 RFID 技术供应商针对行业发展特点制定的 RFID 应用方案，可根据不同企业的实际要求“量身定做”。

RFID 解决方案可按照行业进行分类，物流、防伪防盗、身份识别、资产管理、动物管理、快捷支付等等查看方案请点击此处.

1.1.5 什么是 RFID 中间件

RFID 是 2005 年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，而中间件（Middleware）可称为是 RFID 运作的中枢，因为它可以加速关键应用的问世。

RFID 产业潜力无穷，应用的范围遍及制造、物流、医疗、运输、零售、国防等等。Gartner Group 认为，RFID 是 2005 年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，然而其成功之关键

除了标签（Tag）的价格、天线的设计、波段的标准化、设备的认证之外，最重要的是要有关键的应用软件（Killer Application），才能迅速推广。而中间件（Middleware）可称为是 RFID 运作的中枢，因为它可以加速关键应用的问世。

1.1.6 RFID 系统的基本组成部分

最基本的 RFID 系统由三部分组成：

标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；

阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。

1.1.7 是什么让零售商如此推崇 RFID

据 Sanford C. Bernstein 公司的零售业分析师估计，通过采用 RFID，沃尔玛每年可以节省 83.5 亿美元，其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。尽管另外一些分析师认为 80 亿美元这个数字过于乐观，但毫无疑问，RFID 有助于解决零售业两个最大的难题：商品断货和损耗（因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品），而现在单是盗窃一项，沃尔玛一年的损失就差不多有 20 亿美元，如果一家合法企业的营业额能达到这个数字，就可以在美国 1000 家最大企业的排行榜中名列第 694 位。研究机构估计，这种 RFID技术能够帮助把失窃和存货水平降低 25%。

1.2 RFID 发展历程

RFID 直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的 AIDC 新技术——RFID 技术。1948 年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别 RFID 的理论基础。

1)RFID 技术发展的历程表。在 20 世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID 技术的发展可按 10 年期划分如下：

1941～1950 年。雷达的改进和应用催生了 RFID 技术，1948 年奠定了 RFID 技术的理论基础。

1951—1960 年。早期 RFID 技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。

1961—1970 年。RFID 技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。

1971—1980 年。RFID 技术与产品研发处于一个大发展时期，各种 RFID 技术测试得到加速。出现了一些最早的 RFID 应用。

1981～1990 年。RFID 技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。

1991～2000 年。RFID 技术标准化问题日趋得到重视，RFID 产品得到广泛采用，RFID 产品逐渐成为人们生活中的一部分。

2001—今。标准化问题日趋为人们所重视，RFID 产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。 RFID 技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、

无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的 RFID 正在成为现实。

1.3 RFID 应用领域

RFID 应用的领域相当广泛

1、物流：物流过程中的货物追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，邮政，快递

2、零售：商品的销售数据实时统计，补货，防盗

3、制造业：生产数据的实时监控，质量追踪，自动化生产

4、服装业：自动化生产，仓储管理，品牌管理，产品管理，渠道管理

5、医疗：医疗器械管理，病人身份识别，婴儿防盗

6、身份识别：电子护照，身份证，学生证等各种电子证件。<br>

7、防伪：贵重物品（烟，酒，药品）的防伪，票证的防伪等<br>

8、资产管理：各类资产（贵重的或数量大相似性高的或危险品等)

9、交通：高速不停车，出租车管理，公交车枢纽管理，铁路机车识别等

10、食品：水果，蔬菜，生鲜，食品等保鲜度管理

11、动物识别：驯养动物，畜牧牲口，宠物等识别管理

12、图书馆：书店，图书馆，出版社等应用

13、汽车：制造，防盗，定位，车钥匙

14、航空：制造，旅客机票，行李包裹追踪

15、军事：弹药，枪支，物资，人员，卡车等识别与追踪

16、其它：

1.4 RFID 相关术语

RFID 相关术语

1) 射频：一般指微波。

2) 微波：波长为 0.1—100 厘米或频率在 1—100GHZ 的电磁波。

3) 电子标签：以电子数据形式存储标识物体代码的标签，也叫射频卡。

4) 被动式电子标签：内部无电源、靠接收微波能量工作的电子标签。

5) 主动式电子标签：靠内部电池供电工作的电子标签。

6) 微波天线：用于发射和接受微波信号。

7) 读出装置：用于读取电子标签内电子数据。

8) 阅读器：用于读取电子标签内电子数据。

9) 编程器：用于将电子数据写入电子标签或查阅电子标签内存储数据。

10) 波束范围：指天线发射微波的照射功率范围。

11) 标签容量：电子标签编程时所能写入的字节数或逻辑位数。

12) 振幅(Amplitude) ：无线电波最高点和零值之间的距离。

13) 只读存储（Read-only memory ，ROM）：一种将信息存储在芯片上的形式，不能被覆盖。只读芯片要比读写芯片便宜得多。

14) 自动数据采集（Automatic data capture, ADC）：用于收集数据并直接将其导入（不涉及人工参与）计算机系统的方法（见自动识别与数据采集）。

15) 智能卡（Smart Card）：内嵌有微芯片的塑料卡（通常是一张信用卡的大小）的通称。一些智能卡包含一个 RFID 芯片，所以它们不需要与读写器的任何物理接触就能够识别持卡人。RFID 智能卡常常被称为“遥控”智能卡。

16) Biz—自动识别技术的应用案例框架：Biz 是一项自动识别工程，它的终极目标是将自动识别技术与现实世界中的应用案例结合，以此实现"商业自动化"，或者说是 a-Biz。

17) ASN—高级货运通知：也可称之为 DA，此电子文档先于货物被发送出去，以通知对方货物在运送途中。

18) BIS—商业信息系统：商业信息系统，即 BIS，是用来处理商业交易信息的系统。

19) DA—发货通知：此电子文档先于货物被发送出去，以通知对方货物在运送途中。

20) EAN—欧洲物品编码组：该组织创建于 1974 年，是由欧洲 12 个国家的生产商和分销商建立了一个 ad-hoc 委员会。它的任务是调查在欧洲制定统一的标准化的编码体系的可能性，类似于美国使用的 UPC 体系。最终创立了与 UPC 兼容的"欧洲物品编码"。可访问 http://www.ean-int.org 获取更多消息。

21) EPCTM—产品电子码：产品电子码，即 EPC,是自动识别体系中用来唯一标识对象的编码。它的目的类似于 GTIN 及 UPC 等。

22) ONS—对象名解析服务：对象名称解析服务，即 ONS，是自动识别系统的一个组件。类似于 Internet 中的域名解析服务 DNS，跟 DNS 类似，ONS 也执行名称解析功能。

23) PML—实体标记语言：自动识别设备使用实体标记语言传递实体信息。

24) SavantTM ：SavantTM 是自动识别技术框架的一部分。它是一个在全球范围内分布的服务器，提供数据路由服务，实现数据捕获、数据监视及数据传送功能。

25) UCC—统一编码委员会：统一编码委员会的任务是在全球范围内，其目标是建立与推动物品识别及相关电子通讯技术的多元化工业标准。提高供应链内的管理水平，为使用者带来附加价值。可访问 http://www.uc-council.org 获取更多消息。

26) UML—统一建模语言：统一建模语言，即 UML，是一种使用案例和活动图等工具，为商业需求和商业流程建模的描述性语言。

1.5 RFID 标准化组织

2004 年是 RFID 技术发展的关键时期，因为在今年所有相关的技术标准将会陆续发布，以满足美国商业巨头沃尔玛和美国国防部等大量物流应用所需。目前制定 RFID 标准的组织比较著名的有三个：ISO、以美国为首的 EPCglobal 以及日本的 Ubiquitous ID Center，而这三个组织对 RFID 技术应用规范都有各自的目标与发展规划。如果从发展的角度来观察全球RFID 标准制定，目前最为积极的非 EPCglobal 莫属。目前，我国也已经成立了一个 RFID 国家标准工作组，正在制定相关的 RFID 国家标准。