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射频识别技术概述第1页，共22页，编辑于2022年，星期五 射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是自动识别技术的一种，是利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）方式进行非接触双向数据通信，对目标进行识别并获取相关数据的一种技术。RFID存储介质的存储容量最大可以达到二的九十六次方以上，可以让地球上每一个商品都拥有独一无二的电子标识;而且它的最大优点在于非接触，完成识别工作时无须人工干预、可以同时读取多个被识别物体(标签)的信息、可以在恶劣污染环境下工作，RFID技术以其上述很多优势已经被认为二十一世纪十大重要技术之一。第2页，共22页，编辑于2022年，星期五RFID技术发展历史及应用现状技术发展历史及应用现状RFID技术的起源归结为20世纪初期雷达技术的发展及应用。1948年Harry Stockman发表的“Communication by means of reflected power”一文奠定了无线射频识别技术的理论基础，也拉开了RFID技术全面研究的序幕。20世纪50年代是RFID技术的初步探索阶段，以实验室内实验研究为主。20世纪60年代，RFID技术的理论研究取得了进步，开始了一些应用尝试。20世纪70年代，RFID技术与产品研发处于一个快速发展时期，很多科研院所和商业机构开始投入到RFID的研发中来。出现了一些最早的RFID商业应用。第3页，共22页，编辑于2022年，星期五20世纪80年代，RFID技术更加成熟。各种封闭独立的RFID系统应用开始逐步出现。20世纪90年代，RFID技术发展更全面。RFID产品在门禁系统、防盗系统、航空行李识别、电子付费及运动计时方面都得到广泛的应用。随着RFID的广泛应用，为保证不同RFID设备及系统的相互兼容，RFID技术标准化问题越来越得到重视。这时，EPCglobal(全球电子产品码协会)应运而生，它是由UCC(北美统一码协会)和EAN(欧洲商品编码协会)共同发起组建，并专门负责制定RFID的标准。第4页，共22页，编辑于2022年，星期五进入21世纪，RFID技术理论得到进一步丰富和完善，RFID产品种类变得更加丰富，有源、无源及半无源电子标签都得到发展，电子标签的成本也不断下降。而全球最大的零售商沃尔玛公司的一项“要求其前100家供应商从2005年1月起，向其配送中心发送货盘和包装箱时使用RFID技术，2006年1月起在单件商品中使用该技术”的决议，再次把RFID技术推到了聚光灯下。第5页，共22页，编辑于2022年，星期五 RFID技术兴起于二十世纪90年代，该技术在世界范围内广泛地应用于社会生活的各个领域，而在我国则起步较晚，与先进国家相比还存在较大的差距。目前，我国射频识别技术还处于研发阶段，存在技术水平不高，标准规范不完整等问题。同时，我国射频识别技术又拥有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。为了跟上RFID技术的国际水平，2006年中国政府15个政府部门机构联合发布了中国RFID技术政策白皮书，确定了国内RFID技术发展的三个阶段。为适应我国社会经济发展对超高频RFID技术的应用需求，根据我国无线电频率划分和产业发展情况，并与国际相关标准衔接，2007年5月我国制定并公布了800/900MHz频段RFID技术应用试行规定。引导中国的“电子标签”发展进入标准化、规范化的轨道。RFIDRFID系统在中国的发展系统在中国的发展第6页，共22页，编辑于2022年，星期五RFID系统的组成及工作原理系统的组成及工作原理典型的RFID系统包括以下几个部分：电电子子标签标签，又称又称应应答器，答器，对应对应英文名称英文名称为为Tag、Responder或者或者Transponder，载载有有目目标标物相关信息，一般作物相关信息，一般作为为被被识别识别物体位于用物体位于用户户手中手中或者或者贴贴附于需要被附于需要被识别识别的物品上。通常由的物品上。通常由标签标签天天线线、标标签签芯片和芯片和衬衬底底组组成。成。标签标签天天线负责线负责射射频频信号的接收、射信号的接收、射频调频调制信号的制信号的发发射；射；标签标签芯片包含存芯片包含存储储器、射器、射频选择电频选择电路和能量路和能量处处理理电电路。路。第7页，共22页，编辑于2022年，星期五8阅读阅读器，又称器，又称读读写器，写器，对应对应英文名称英文名称为为Reader，向，向电电子子标标签发签发射射读读取信号，并接收取信号，并接收电电子子标签标签的的应应答，答，对电对电子子标签标签的的对对象象标识标识信息信息进进行解行解码码，将，将对对象象标识标识信息以及信息以及电电子子标签标签上上其它相关信息其它相关信息传输传输到到应应用系用系统统以供以供处处理。根据理。根据应应用用场场合的合的不同，不同，阅读阅读器可以是手持式或固定式。器可以是手持式或固定式。阅读阅读器主要由天器主要由天线线、射射频频模模块块、控制模、控制模块块等等组组成。成。天天线线，对应对应英文名称英文名称为为Antenna，是，是发发射和接收射射和接收射频频信号的信号的装置。装置。应应用系用系统统，可运行，可运行应应用用软软件，是件，是对阅读对阅读器器传输传输来的数据来的数据进进行行处处理的装置。在射理的装置。在射频识别频识别系系统统中，中，阅读阅读器和器和电电子子标签标签的所有的所有动动作都由作都由应应用用软软件来控制。件来控制。第8页，共22页，编辑于2022年，星期五9RFID系统的工作原理 系统在工作时，读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当贴有标签的目标对象进入发射天线工作区域时，标签天线便会接收读写器发出的射频信号产生感应电流，感应电流对应的功率足以激活标签芯片时，标签芯片便将自身的编码等信息通过标签天线发送出去，读写器天线接收到从电子标签发送来的载波信号，再由读写器经过调制、解码然后送到数据管理系统进行处理，再由数据管理系统根据数据判断标签的合法性，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。第9页，共22页，编辑于2022年，星期五10 以上信息的以上信息的传递传递皆用无皆用无线传输线传输，天，天线线在射在射频识别频识别系系统统中所扮演的角色就是将信息有效地中所扮演的角色就是将信息有效地辐辐射到接收端，天射到接收端，天线线的的性能好坏直接影响到整个射性能好坏直接影响到整个射频识别频识别系系统统所能正确所能正确识别识别的距的距离，可以离，可以说说是整个射是整个射频识别频识别系系统统的关的关键键部分。部分。电子标签的分类电子标签的分类 电电子子标标签签（Tag）是是射射频频识识别别系系统统真真正正的的数数据据载载体体，Tag具具有有智智能能读读写写和和加加密密通通讯讯的的功功能能，它它的的基基本本构构成成是是由由IC芯片和一些外围元件组成。芯片和一些外围元件组成。依依据据电电子子标标签签供供电电方方式式的的不不同同，电电子子标标签签可可以以分分为为有有源源卡卡(Active tag)和和无无源源卡卡(Passive tag)，有有源源卡卡内内装装有有电电池池，无无源源卡卡内内没没有有装装电电池池。按按照照能能量量供供给给方方式式，RFID系系统统分分为为有有源源系系统统与与无无源源系系统统；按按照照工工作作频频率率，RFID系系统统有低频、中频、高频、超高频、微波射频等几种。有低频、中频、高频、超高频、微波射频等几种。第10页，共22页，编辑于2022年，星期五11 RFID系统的分类系统的分类按照不同的分按照不同的分类类方法，方法，RFID系系统统有不同的分有不同的分类类。根据系根据系统统工作的工作的频频率不同，率不同，RFID系系统统可以分可以分为为低低频频(Low Frequency，LF，30300KHz)、高、高频频(High Frequency，HF，330MHz)、超高、超高频频(Ultra High Frequency，UHF，3001000MHz)以及微波以及微波(Micro Wave，MW，2.45GHz，5.8GHz)系系统统。如。如图图所示所示为为RFID系系统统工作工作频谱图频谱图。第11页，共22页，编辑于2022年，星期五 低频系统常见的工作频率有125KHz和134.2KHz，常用于短距离、低成本的应用中。高频系统常见的工作频率为13.56MHz，识别距离大于低频系统，一般为60cm，常用于门禁控制和需要大量数据传送的应用。超高频系统常见的工作频率为433MHz、840960MHz，微波RFID系统常见的工作频率为2.45GHz和5.8GHz。他们两者常用于需要较长的距离读写和快速读写的场合。第12页，共22页，编辑于2022年，星期五RFID 系统工作频段特性系统工作频段特性频段低频高频超高频微波典型频率125.124KHz13.56MHz860960MHz2.45GHz识别距离60cm约60cm约3.5-5m(P)，100m(A)1m(P)，50m(A)一般特性比较高价；几乎没有环境变化引起的性能下降比低频低廉；适合短识别距离和需要多重标签识别的应用领域先进的IC技术使最低廉的生产成为可能；多重标签识别距离和性能最突出特性与超高频频段类似；受环境影响最大运行方式无源型无源型有源型(A)/无源型(P)有源型(A)/无源型(P)识别速度低速 高速环境影响迟钝 敏感标签尺寸大型 小型第13页，共22页，编辑于2022年，星期五 根据根据RFID系系统统工作机理不同，可以将工作机理不同，可以将RFID系系统统分分为为磁磁场场耦合和耦合和电场电场耦合耦合。磁。磁场场耦合又叫耦合又叫电电感耦合，感耦合，为为变压变压器耦合型，即作器耦合型，即作为为初初级线级线圈的圈的读读写器和作写器和作为为次次级线级线圈的圈的应应答器（答器（标签标签）之）之间间的耦合。的耦合。谐谐振的振的应应答器（固有答器（固有频频率与率与读读写器的磁写器的磁场场振振荡频荡频率相符合）率相符合）进进入入读读写器的交写器的交变变磁磁场场中，中，该应该应答器就可以从磁答器就可以从磁场场中中获获得能量。得能量。读读写器写器检测检测来自来自应应答器的反向散射波，答器的反向散射波，进进行通行通讯讯。电场电场耦合耦合读读写器与写器与应应答器的天答器的天线线相互相互处处于于对对方的方的远场远场区，之区，之间间存在存在电电磁波的磁波的传传播。播。第14页，共22页，编辑于2022年，星期五 根据RFID系统标签的供电类型不同，可以将RFID系统分为无源标签系统、有源标签系统。无源标签内部没有电池，标签通过耦合读写器发射的电磁波的能量来工作。它的重量轻，体积小，成本低廉，使用寿命很长。但它的识别距离较小，而且需要比较大的发射功率的读写器。有源系统的标签内部装有电池，标签通过电池供电主动发射信号，识别距离较长，但标签的成本较高，体积比较大，同时它的寿命限制于电池的寿命。第15页，共22页，编辑于2022年，星期五RFID发展面临的问题发展面临的问题 RFID技术在迅速发展的同时，在标准、制造成本、隐私安全等方面还存在需要解决的问题。目前，RFID还没有形成统一的全球化标准，市场为多种标准并存的局面。当前比较有影响力的RFID标准组织主要有 EPC Global，UID(Ubiquitous ID，泛在识别)和ISO(国际标准化组织)等。在UHF频段，各国规定的使用频率还有一定的差异，欧盟规定的是868MHz，北美规定的是902-928MHz，日本的则是950-956MHz，中国在2007年4月颁布的UHF频段RFID应用试行规定中规定使用频率是840-845MHz和920-925MHz。各国规定频率的不同也导致产品的不兼容以及标签的双频设计导致的高成本。第16页，共22页，编辑于2022年，星期五 成本是制约RFID应用的最大瓶颈，要大规模的商用RFID，就必须降低RFID系统尤其是标签的成本。目前一个条形码的价格还不到1美分，而一个电子标签的价格最低在5到20美分，只有标签成本降到3美分以下，才可能大规模应用于单件包装消费品。除了上述标准和成本方面的问题以外，RFID技术还有可能导致对个人隐私的侵犯；RFID总体技术还不够成熟，对贴于液体及金属物品表面的标签的误读率比较高；射频识别的数据还容易收到攻击；同时RFID数据处理能力还有待提高。第17页，共22页，编辑于2022年，星期五 在天线性能标准方面，最重要的标签天线性能参数为天线的阅读距离r，为了保证较长的阅读距离，标签天线要有至少0dB以上的增益，同时对于标签天线和标签芯片组成的电路来说，标签天线到标签芯片要有较高的功率传输系数，而较高的功率传输系数要由标签天线与标签芯片的较好匹配来实现。其次在天线设计要求方面，标签的形状和大小要适合嵌入或者贴在被识别的物体上，或者标签天线附于印刷标签内；另外，必须控制标签的制造成本，这要求标签的天线结构简单。第18页，共22页，编辑于2022年，星期五 与标签天线一样，阅读器天线同样要考虑到阅读距离和制造成本，同时天线的带宽要覆盖工作频段。由于阅读距离的考虑，阅读天线要有尽可能高的增益；从制造成本考虑，阅读器天线要求尽可能简单的结构，同时要求天线具有尽可能小的尺寸，这样也便于阅读器小型化。第19页，共22页，编辑于2022年，星期五RFID市场应用趋势根据调查，全球RFID系统与产品产值，2005年将可达到2.65Billion，CAGR为24%主要市场为企业垂直应用市场，如物流、供应链管理、安全控管等。单位：百万美元第20页，共22页，编辑于2022年，星期五RFID应用领域TrackingRetailDistributionManufacturingPackagingTrackingTrackingSCMSecurity&Public Safetye-Profilee-Securitye-ControlDispatching&LogisticsGoods AGoods B第21页，共22页，编辑于2022年，星期五RFID物流应用第22页，共22页，编辑于2022年，星期五